“电磁场与电磁波”和“大学物理”教学类比

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1、“电磁场与电磁波”和“大学物理”教学类比研究摘要：“电磁场与电磁波”和“大学物理”是通信和电气类专业重要的专业基础课程，由于这两门课程的电磁场和电磁波知识有相似性，讲述“电磁场与电磁波”课程可以采用类比的教学方法。从矢量知识、麦克斯韦方程组、解题方法和计算机辅助教学四个方面对“电磁场与电磁波”课程教学进行类比研究，目的是提高学生的学习兴趣和效率，从而培养学生的创新能力。实践教学结果表明，类比教学方法有利于提高学生的学习积极性和能动性，教学效果优于传统教学。关键词：电磁场和电磁波；大学物理；类比教学；创新能力作者简介：姚文俊（1970-），男，湖北天门人，中南民族大学电子信息工程学

2、院，副教授；程衍富（1956-），男，湖北天门人，中南民族大学电子信息工程学院，教授。（湖北?武汉?430074）基金项目：本文系湖北省高等学校省级教学项目（项目编号：2010148）的研究成果。中图分类号：g642?????文献标识码：a?????文章编号：1007-0079（2012）23-0050-02类比教学是通过重复学习（learningthroughrepetition，ltr）策略的一种教学实现。通过类比教学，学习成为了一种重复和对比的过程，这种教学方法有益提高教学质量与教学效果。[1]“电磁场与电磁波”和“大学物理”是高等院校理工科通信和电气等专业必不可少的专业基

3、础课，由于在教学中所学习电磁场和电磁波知识有相似性，所以在“大学物理”的后续课程“电磁场与电磁波”的教学中如果能引人类比的教学方法，是提高该课程教学质量的重要手段。[2]一、两门课程的相似性“电磁场与电磁波”和“大学物理”都以高等数学中的微积分知识为基础，通过数学知识的应用来研究电磁场的基本规律。但在具体的教学中是有区别的，首先，两门课的开课时间是不一样，“大学物理”课程一般在大学一年级下学期，而“电磁场与电磁波”课程一般在大学三年级上学期，它们之间存在先后且有衔接问题；第二，两门课的性质和定位不一样，“大学物理”课程是公共基础课，是每个理工科学生必修的课程，而“电磁场与电磁波”

4、课程是专业课，只是针对通信和电气等专业必修的专业基础课；第三，两门课都用到高等数学知识，但侧重点不一样，“大学物理”课程只是运用简单的微积分和矢量运算知识，公式和定律的表述是以积分为主，而“电磁场与电磁波”课程运用二重和三重积分和矢量的梯度、散度和旋度知识，公式和定律的表述是以微分为主，并强调边界条件；第四，学生的感受不一样，“大学物理”课程学习起来感觉难，但有中学的物理基础，还可以应付，“电磁场与电磁波”课程是“大学物理”课程的后续课程，由于大学物理学生学得不好，学习起来感觉“电磁场与电磁波”简直是天书，是学生最怕的并且不及格人数最多的一门课。二、教学中的类比研究类比教学是一种

5、比较教学，对象是几种不同的课程，它们必须有先后，是用已学的课程知识来导入新课知识，使学生学习起来有参照，易于接受。但教师在教学中处理教学内容需要简繁有度，重点突出，使学生快速掌握新知识。下面结合“电磁场与电磁波”课程平时的教学，谈谈“电磁场与电磁波”与“大学物理”的类比教学。1.矢量知识的教学类比这两门课都是以矢量的运算为基础来展开知识讲述的，即课程与适量知识密切相连，适量运算作为两门课程的第一章的教学内容。“大学物理”的矢量知识只是简单的加减、点乘和叉乘运算，是矢量的入门知识，而“电磁场与电磁波”是梯度、散度和旋度这些比价难的矢量知识，并在整个教学内容中反复用到。在运用类比教学

6、时，要强调矢量知识的重要性。如“大学物理”中是强调课程中的物理量都是矢量，不是中学物理的标量，所有适量有方向，运算中必须考虑方向，不是数学中的简单加减乘除。“电磁场与电磁波”的矢量知识以“大学物理”的为类比，强调学好矢量的梯度、散度和旋度对课程的重要性，并指出在矢量的学习中不仅有“大学物理”常用直角坐标系，还有新的柱坐标系和球坐标系，引入这两个新坐标应与直角坐标系进行类比教学，找出共同点和差异。如直角坐标系（x，y，z）和球坐标系（r，θ，φ）的关系为：同一个矢量的散度在直角坐标系和柱坐标系的表达就不一样：2.麦克斯韦方程组的教学类比“大学物理”中麦克斯韦方程组是以积分形式给出的

7、，而“电磁场与电磁波”中以微分形式给出，在理解时微分形式比积分要难，所以讲述微分形式以类比方法是最好的方式。如讲解传导电流和变化的电场均产生磁场的麦克斯韦方程第一方程时，先写出已学“大学物理”中的积分形式：[3]让学生推导微分形式，要提醒学生推导中要用到斯托克斯公式：实际教学中大部分学生最后都能推出微分形式：类比教学激发了学生学习兴趣，活跃了课堂气氛，也使学生转被动学习为主动学习，踊跃去推导剩下的3个方程，迅速掌握麦克斯韦方程组的微积分形式。3.解题方法的教学类比为了使学生掌握所