關(guān)于電磁學(xué)與電動力學(xué)打通的設(shè)想

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1、關(guān)于電磁學(xué)與電動力學(xué)打通的設(shè)想應(yīng)物92李明臣09093038電磁學(xué)與電動力學(xué)是大學(xué)物理專業(yè)的主要基礎(chǔ)課,其歷史悠久,應(yīng)用廣泛,且充滿活力,在物理學(xué)中占有重要地位.在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,各門課程的改革迫在眉睫,電磁學(xué)與電動力學(xué)教材的改革,將對整個物理教學(xué)產(chǎn)生重大影響.目前,蘇州大學(xué)出版了一本關(guān)于電磁學(xué)與電動力學(xué)打通的書,筆者在調(diào)查該書的實踐基礎(chǔ)上,提出了打通適合師范類教學(xué)的電磁學(xué)與電動力學(xué)教材的設(shè)想.1電磁學(xué)與電動力學(xué)教材打通的可行性我們知道,電磁學(xué)與電動力學(xué)從內(nèi)容上來看沒有原則的區(qū)別.一般說來,電磁學(xué)偏重于電磁現(xiàn)象的實驗研究,從廣泛的電磁現(xiàn)象研究中歸納出電磁學(xué)的基本規(guī)律.而經(jīng)典電動

2、力學(xué)則偏重于理論方面,以麥克斯韋方程組和洛倫茲力為基礎(chǔ),研究電磁場分布,電磁波的激發(fā)、輻射和傳播,以及帶電粒子與電磁場的相互作用等電磁問題.可以說,廣義的電磁學(xué)包含了經(jīng)典電動力學(xué).所以,我們可以在教材內(nèi)容上把兩者有機地結(jié)合起來.從大學(xué)物理課程開設(shè)的現(xiàn)狀來看,大一下學(xué)期開設(shè)電磁學(xué),大二下學(xué)期開設(shè)電動力學(xué),時間上的跨度使兩門課嚴重脫節(jié).如果兩門課合并,不但可以解決這個問題,而且只需一個學(xué)期的教學(xué),學(xué)時大大減少.從學(xué)生的知識水平來看,大—一學(xué)年的高等數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)使他們完全可以運用復(fù)雜的數(shù)學(xué)工具來進行計算,同期開設(shè)的數(shù)學(xué)物理方法課也將使學(xué)生更好地掌握這兩門基礎(chǔ)課的內(nèi)容.2001年蘇州大學(xué)出版的《

3、電磁學(xué)和電動力學(xué)》可謂是一種大膽的嘗試與探索.這本書不但把電磁學(xué)和電動力學(xué)在內(nèi)容上較好地融合在一起,而且加入了許多前沿物理知識,受到了學(xué)生、教師的好評.學(xué)生們認為采用打通方法可以避免電磁學(xué)與電動力學(xué)之間不必要的重復(fù)與脫節(jié)現(xiàn)象,能對電磁理論有個系統(tǒng)的深刻認識,且學(xué)時的減少,減輕了他們的負擔(dān),可以有更多時間了解當(dāng)前物理知識.教師們也認為電磁學(xué)與電動力學(xué)的打通,節(jié)約了學(xué)時,為保證主要內(nèi)容的講授、增添電磁學(xué)前沿知識以及理論聯(lián)系實際創(chuàng)造了條件.從教學(xué)內(nèi)容和實踐的效果都可以看出電磁學(xué)與電動力學(xué)打通是可行的.2電磁學(xué)與電動力學(xué)教材打通的初步設(shè)想科學(xué)、技術(shù)和生產(chǎn)的分化和綜合是現(xiàn)代科學(xué)、技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展的

4、規(guī)律.高等院校的教學(xué)目的、任務(wù)和教學(xué)內(nèi)容與科技進步之間的關(guān)系是十分密切的,并受到科學(xué)技術(shù)發(fā)展的制約.這一規(guī)律必然反映到高等院校的教學(xué)內(nèi)容和教材的發(fā)展與改革上來.現(xiàn)今,對成熟教材的改革趨勢便是把幾門關(guān)系密切的課程合并成一門課程,基于這種思想,我們從教材體系結(jié)構(gòu)和教材內(nèi)容兩方面初步探討適合師范類教學(xué)的電磁學(xué)與電動力學(xué)教材的合并設(shè)想.211電磁學(xué)與電動力學(xué)教材打通的體系結(jié)構(gòu)在經(jīng)典物理中,電磁學(xué)與電動力學(xué)在邏輯體系上的清晰和結(jié)構(gòu)的完善方面是獨特的.現(xiàn)行的大多數(shù)教材的結(jié)構(gòu)基本相同就充分說明了這一點.當(dāng)然,高等師范院校的電磁學(xué)、電動力學(xué)教材也必須正視這種由學(xué)科內(nèi)容決定的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系.傳統(tǒng)不等于落后

5、,今天是從昨天走過來的,我們既不能輕視傳統(tǒng),也不能抱殘守缺,必須看到傳統(tǒng)也需要發(fā)展或更新.基于這一思想,我們在電磁學(xué)的傳統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上結(jié)合電動力學(xué)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計出綜合型的電磁學(xué)與電動力學(xué)打通教材的體系結(jié)構(gòu),如圖1.靜電場性質(zhì)和規(guī)律作為第一章內(nèi)容;靜電場與實物之間的相互作用作為第二章內(nèi)容,其中包括導(dǎo)體靜電平衡、介質(zhì)極化、靜電場基本問題及計算;穩(wěn)恒電路和靜磁場性質(zhì)與規(guī)律作為第三章內(nèi)容;靜磁場與實物之間的相互作用作為第四章內(nèi)圖1體系結(jié)構(gòu)圖容,其中包括安培力與洛倫茲力、介質(zhì)磁化、靜磁場基本問題和計算;電磁感應(yīng)作為第五章內(nèi)容;電磁場關(guān)系作為第六章內(nèi)容,包括交流電路和麥克斯韋方程;電磁波傳播與

6、輻射作為第七章內(nèi)容;狹義相對論作為第八章內(nèi)容.各章節(jié)的安排符合順序化原則.從該圖的體系結(jié)構(gòu)的基本呈現(xiàn)方式來看,電磁學(xué)知識是電動力學(xué)理論知識的基礎(chǔ).而電動力學(xué)理論在科技方面有著廣泛的應(yīng)用,但某些師范院校,由于學(xué)時緊張而沒有開設(shè)這門課,這對師范生來說是一種遺憾,而電磁學(xué)與電動力學(xué)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的合并可彌補這一缺陷,使師范生能站在更高的臺階上來體會電磁學(xué)理論的偉大從學(xué)生的認知規(guī)律來看,這個體系結(jié)構(gòu)從電磁學(xué)的基本概念、基本規(guī)律出發(fā)深入到電動力學(xué)理論知識,進而應(yīng)用知識,從定性到定量,從形象到抽象,從特殊到一般,從簡單數(shù)學(xué)工具到復(fù)雜數(shù)學(xué)工具,這些都符合學(xué)生的思維發(fā)展規(guī)律.當(dāng)然,只有在體系結(jié)構(gòu)和內(nèi)容與思

7、維發(fā)展規(guī)律相互適應(yīng),達成一致,才能更好地促進思維發(fā)展,這也是我們今后研究的主要方向.因此這本合成教材的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)有別于電磁學(xué)、電動力學(xué)的簡單合并,主要表現(xiàn)在對教材結(jié)構(gòu)和教材內(nèi)容的恰當(dāng)選取上.212電磁學(xué)與電動力學(xué)教材內(nèi)容的統(tǒng)一闡述電磁學(xué)與電動力學(xué)在內(nèi)容上相互統(tǒng)一,相互滲透,但各自又有獨立性,因此把它們合并成一門課程,不但要考慮教材內(nèi)容的融合,也要注意其相對獨立性.從電磁學(xué)與電動力學(xué)各章節(jié)內(nèi)容來看,電動力學(xué)第一章內(nèi)容是對電磁學(xué)知識的總體概括,第二