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一、电磁学教材的整体结构
电磁运动是物质的一种基本运动形式.电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用.其具体内容包括静电现象、电流现象、磁现象,电磁辐射和电磁场等.为了便于研究,把电现象和磁现象分开处理,实际上,这两种现象总是紧密联系而不可分割的.透彻分析电磁学的基本概念、原理和规律以及它们的相互联系,才能使孤立的、分散的教学变成系统化、结构化的教学.对此,应从以下三个方面来认真分析教材.
1.电磁学的两种研究方式
整个电磁学的研究可分为以“场”和“路”两个途径进行,这两种方式均在高中教材里体现出来.只有明确它们各自的特征及相互联系,才能有计划、有目的地提高学生的思维品质,培养学生的思维能力.
场的方法是研究电磁学的一般方法.场是物质,是物质的相互作用的特殊方式.中学物理的电磁学部分完全可用场的概念统帅起来,静电尝恒定电尝恒定磁尝静磁尝似稳电磁尝迅变电磁场等,组成一个关于场的系统,该系统包括中学物理电学部分的各章内容.
“路”是“场”的一种特殊情况.中学教材以“路”为线的大骨架可理顺为:静电路、直流电路、磁路、交流电路、振荡电路等.
“场”和“路”之间存在着内在的联系.麦克斯韦方程是电磁场的普遍规律,是以“场”为基础的.“场”是电磁运动的实质,因此可以说“场”是实质,“路”是方法.
2.物理知识规律物
理知识的规律体现为一系列物理基本概念、定律和原理的规律,以及它们的相互联系.
物理定律是在对物理现象做了反复观察和多次实验,掌握了充分可靠的事实之后,进行分析和比较找出它们相互之间存在着的关系,并把这些关系用定律的形式表达出来.物理定律的形成,也是在物理概念的基础上进行的.但是,物理定律并不是绝对准确的,在实验基础上建立起来的物理定律总是具有近似性和局限性,因此其适用范围有一定的局限性.
第二册第一章“电潮重要的物理规律是库仑定律.库仑定律的实验是在空气中做的,其结果跟在真空中相差很小.其适用范围只适用于点电荷,即带电体的几何线度比它们之间的距离小到可以忽略不计的情况.
“恒定电流”一章中重要的物理规律有欧姆定律、电阻定律和焦耳定律.欧姆定律是在金属导电的基础上总结出来的,对金属导电、电解液导电适用,但对气体导电是不适用的.欧姆定律的运用有对应关系.电阻是电路的物理性质,适用于温度不变时的金属导体.
“磁场”这一章阐明了磁与电现象的统一性,用研究电场的方法进行类比,可以较好地解决磁场和磁感应强度的概念.
“电磁感应”这一章,重要的物理规律是法拉第电磁感应定律和楞次定律.在这部分知识中,能的转化和守恒定律是将各知识点串起来的主线.本章以电流、磁场为基础,它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面,是进一步研究交流电、电磁振荡和电磁波的基础.电磁感应的重点和核心是感应电动势.运用楞次定律不仅可判断感应电流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的.
“电磁振荡和电磁波”一章是在电场和磁场的基础上结合电磁感应的理论和实践,进一步提出电磁振荡形成统一的电磁场,对场的认识又上升了一步.麦克斯韦的电磁场理论总结了电磁场的规律,同时也把波动理论从机械波推进到电磁波而对物质的波动性的认识提高了一步.
3.通过电磁场在各方面表现的物质属性,使学生建立“世界是物质的”的观点
电现象和磁现象总是紧密联系而不可分割的.大量实验证明在电荷的周围存在电场,每个带电粒子都被电场包围着.电场的基本特性就是对位于场中的其它电荷有力的作用.运动电荷的周围除了电场外还存在着另一种唱—磁场.磁体的周围也存在着磁场.磁场也是一种客观存在的物质.磁场的基本特性就是对处于其中的电流有磁场力的作用.现在,科学实验和广泛的生产实践完全肯定了场的观点,并证明电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在,电磁场是物质的一种形态.
运动的电荷(电流)产生磁场,磁场对其它运动的电荷(电流)有磁场力的作用.所有磁现象都可以归结为运动电荷(电流)之间是通过磁场而发生作用的.麦克斯韦用场的观点分析了电磁现象,得出结论:任何变化的磁场能够在周围空间产生电场,任何变化的电场能够在周围空间产生磁场.按照这个理论,变化的电场和变化的磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一场,这就是电磁场.电磁场由近及远的传播就形成电磁波.
从场的观点来阐述路.电荷的定向运动形成电流.产生电流的条件有两个:一是存在可自由移动的电荷;二是存在电场.导体中电流的方向总是沿着电场的方向,从高电势处指向低电势处.导体中的电流是带电粒子在电场中运动的特例,即导体中形成电流时,它的本身要形成电场又要提供自由电荷.当导体中电势差不存在时,电流也随之而终止.
二、以“学科体系的系统性”贯穿始终,使知识学习与智能训练融合于一体
1.场的客观存在及其物质性是电学教学中一个极为重要的问题.第一章“电潮是学好电磁学的基础和关键.电场强度、电势、磁尝磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念.电场线,磁感线是形象地描述场分布的一种手段.要进行比较,找出两种力线的共性和区别以加强对场的理解.
2.电磁场的重要特性是对在其中的电荷、运动的电荷、电流有力的作用.在教学中要使学生认识场和受场作用这两类问题的联系与区别,比如,场不是力,电势不是能等.场中不同位置场的强弱不同,可用受场力者受场力的大小(方向)跟其特征物理量的比值来描述场的强弱程度.在电场中用电场力做功,说明场具有能量.通常说“电荷的电势能”是指电荷与电场共同具有的电势能,离开了电场就谈不上电荷的电势能了.
3.认真做好演示实验和学生实验,使“潮抽象的概念形象化,通过演示实验是非常重要的措施.把各种实验做好,不仅使学生易于接受知识和掌握知识,也是基本技能的培养和训练.安排学生自己动手做实验,加强对实验现象的分析,引导学生从实验观察和现象分析中来发展思维能力.从物理学的特点与对中学物理教学提出的要求来看,应着力培养学生的独立实验能力和自学能力,使知识的传授和能力的培养统一在使学生真正掌握科学知识体系上.
第二学期,我增加了难度,学生幻灯片的内容只能显示他要讲解的诗歌,然后按照自己的理解,用自己的语言来为大家解读这首诗,按照题目—作者—背景—诗歌大意—情感—表现手法的顺序来为大家解读。增加了对学生自我表达能力、语言组织能力等的训练。在学生解读完之后,教师再适当点拨、提醒,或者提出几个问题让学生来思考、回答。
通过这样的每课一首诗,学生见识了许多古典诗词,并且也在古典诗词的解读过程中,慢慢了解了诗歌的许多特征,比如,理解诗歌大意时要注意语序的调整,诗歌中运用了多种多样的表现手法,如借代、比喻、用典、借景抒情等等,中国古典诗歌中常见意象的含义等等,长期的耳濡目染之后,在高三的诗歌专题复习中学生或许就不会对古典诗词的鉴赏感到陌生了。
增加积累,厚积才能薄发
除了广泛地涉猎,增加了解之外,应该让学生有适当的积累,这要通过背诵。除了课本上要求背诵的诗词,课外的一些学生喜欢的、觉得好的诗词,也应该背下来,或者单纯背名句,意思不了解也没关系,先背,古语云“书读百遍,其义自见”,且诗歌本来就是情感性的东西,靠的更多的是心灵的意会,特别讲究“只可意会,不可言传”。当然,积累得多了,接触多了,学生就会经常运用到古典诗词,并不自觉地运用到作文中去。
诗词歌曲,交相辉映
可通过研究性学习或者选修课等活动让学生自行探讨中国古典诗词在现代流行歌曲中的运用。在现代流行歌曲特别是中国风的歌曲中经常会出现许多古典诗词,比如,周传雄的《寂寞沙洲冷》一句,运用了苏轼的《卜算子•缺月挂疏桐》,比如,王菲演唱的《明月几时有》出自苏轼的《水调歌头•明月几时有》,许嵩的《如果当时》“与你若只如初见,何须感伤离别”化用了纳兰容若的“人生若只如初见,何事秋风悲画扇”。
学以致用,厚积才能薄发
现在,很多高考优秀作文中常有古典诗词的影子,可引导学生有意识地运用一点,当然,前提是对诗歌本意的透彻了解,运用得恰到好处,而不是乱用、滥用。
1.1知识结构分散,实践教学单一
自教学设计这一学科产生以来,教学设计领域已经有许多教学设计模式,诸如“肯普模型”“史密斯—雷根模型”“AirForceModel“”迪克—凯瑞模式”等。传统的教学设计模式并不适合于学生完成复杂学习任务的教学设计,传统教学设计一般是把复杂的任务分解为简单的成分,传统的教学模式注重概念,原则,理论的解释理解,依据课本对知识分散讲解,关联性差,从而导致实践教学难成一体。电子技术实践课对学生的动手能力要求较高,学生必须具备将理论知识转化为实践的能力,融理论知识于实际产品生产中,能够运用所学知识搭建电路,完成相应的控制要求。而传统的实践教学只是对理论知识的一个验证过程,实验简单,独立,与实际生产生活脱离,这早已不能满足时代对大学生能力的要求。
1.2学生学习状况与学习效果
基于传统教学的模式,再加计算机专业学生专业设置各方面的客观原因,学生的硬件知识薄弱,学生读写电路结构能力差,接收能力较差,动手能力更差,在以前的教学过程中为让学生读懂一个简单的电路通常要花费教学大纲规定的双倍或更多学时才能完成,教、学都比较困难,从而导致学生学习积极性不高,甚至每届都存在有少部分学生会放弃对该课程的学习。另外,由于时代问题,大学生学习目的性非常强,计算机专业学生一向认为电子技术课程与自己的专业没有关联,这也是学生不愿学习该课程很重要的原因之一。所以该课程的学习基本只是完成学时应付考试,实际效果不大。
24C/ID四要素教学设计模型
20世纪30年代到50年代,贝培朗菲提出了整体论,按整体论的观点,学习任务应该被视为一个整体性任务,其根本思想是在充分考虑各要素相互关系的基础上来考虑和应付其复杂性。荷兰开放大学著名教学设计理论家麦里恩博尔(JeroenJ.G.vanMerrienboer)在此基础上综合各种教学理论提出了面向复杂学习的4C/ID整体任务设计模式,即四要素教学设计模式。该模式面向复杂学习,是以提高和改进学生在专业领域的业绩表现为宗旨,注重的是如何应用这些知识解决实际生活中所遇到问题的能力,这是4C/ID的根本特征。4C/ID模型以“学习任务”作为核心支柱,以“支持性信息”、“即时性信息”、“分任务练习”为辅助要素,旨在帮助学习者学会解决复杂问题、发展推理机能,并最终开展自我导向的学习。它强调给学生提供一套具体的、真实的、面向实际工作实践的整体学习任务,始终将学习任务作为一个复杂的整体来对待,它有利于知识、态度和技能的综合运用,有利于训练学生把所学知识迁移到实际工作和日常生活中的能力。目前国外对于4C/ID模型研究现状是基于实践,主要倡导利用技术的支持来实现技能培训、案例学习等。这里将技术作为教学设计的重要因素,现代教育教学设计的又一个发展趋势就是借助技术的力量实施各种问题解决学习策略。4C/ID模型是教学设计的新发展,是一种面向复杂学习的整体性的教学设计,它试图实现学习者在真实的情境中“做”真实的学习任务,在应用情境中能以一种协调和综合的方式运用所有技能,以便提高他们在复杂认知技能操作上的综合能力。因此,在运用该模型时,我们应该考虑到学习者的认知负荷和指导者知识的权威性与广博性,这样才能真正将该模型所体现的思想落到实处,更好、更有效、更全面地指导实践。
3基于4C/ID模型的实践教学设计
依据这个模式建立的实践教学贯穿于一种实际的电子产品生产与制作的全过程,将企业文化贯穿于高校教学中,进行实训与理论一体化教学。生产设计过程分任务进行,每次任务涉及到的理论知识学习之后进行实践设计,分任务分步骤有序进行,同时实践教学又基于虚拟环境,利用仿真软件完成电路设计。
3.1任务和技能分解
大学教学过程的特点是理论知识学习循序渐进的过程,所以利用4C/ID模型有别于企业生产和短程培训,对于4C/ID模型在教学中的应用,不能死搬硬套,要灵活使用,与传统教学模式相辅相成,取长补短,不能完全摒弃传统教学模式。课程教学起始给学生下发一个完整的产品设计样例,并附带了详细的工程师设计步骤与过程。和学生一起分析样例,引导学生进行角色转变,从工程设计的角度分解设计任务和所需技能,对任务进行分类,排序,通过这个环节目的是要学生了解学习该课程应该做些什么,做到什么程度。有了案例分析铺垫以后,给学生一个相似的完整任务,例如,给学生提出要求完成的一个整体任务即实践课程任务是“汽车尾灯控制电路”的产品设计,参照下发给学生的设计样例对设计过程进行详细分解。该任务包括开关控制电路,显示、驱动电路,译码电路,计数器,最后任务整合组成尾灯控制。
3.2构成子技能涉及相关知识分析
分解任务和子技能后,需要将理论知识和任务挂靠,确定完成任务所需的认知策略,描述每个非重复性子技能的心智模式。教学采取让学生读懂课本目录的方式,查找子技能所需知识对照内容所在目录,记录目录所在章节需掌握的理论知识,包括概念、原则、电路原理及需达到程度。在这一过程中并不局限于是采取再用性构成技能分析方法还是采用非再用性构成技能分析方法,只要最终促进学生建立认知图式,实现认知图式达到自动化,能够明白学习完每章节自己必须具备的技能,或者说完成每一任务需要的知识点所在即可。从而建立了一个描述解决问题的模型。上述案例中控制电路分解后要给学生分析讲解每部分对应的知识点所在章节,也就是分析对应章节知识点学习后要完成的任务。要完成电路设计首先要具备逻辑门电路及集成芯片的工作原理认知,这部分内容在教材第一章到第三章系统学习(选用教材是阎石主编《数字电子技术》),其它子任务在教材中对应着单独章节讲解,例如,译码电路设计直接对应着独立章节,讲解译码器74ls138集成芯片的工作原理及应用。
3.3任务合成及完整作品呈现
经过任务分解以及部分任务的完成后,理论知识循序渐进地融进实践中,而所有前序设计数据和电路或程序都在虚拟环境保存,接下来就可以依据案例要求将所有任务合成,实现完整作品呈现。这个过程使学生将知识、技能和态度综合一体,理论知识精致化、整体化,厚书读薄,将知识转换为技能的一个提升。个人认为要在现时代立足,一个应用性大学必须能够培养出时代需要的人才,现时代不再像十年前只要是一个有理论知识的人就有足够时间让他经过社会的洗礼成熟,而是踏出大学校门的那一刻他必须有能力将理论知识转换为社会效益,这是教改的原因和目的,也是时代对现代大学提出的新要求。
4结束语
4C/ID模型在国外早已广泛应用,不过主要还是用在企业短程培训中,在高校教学中使用该模式还处于探索阶段。经过实践检验,4C/ID模型在“大学电子技术”实践教学中的灵活使用,效果显著:
(1)改变了传统教学理论与实际相脱离的现象,传统教学学生概念原理烂熟,但实验时一头雾水。采用了复杂认知技能学习后,将理论学习融入实践中,学习不只为考试,主要为掌握技能,利用知识解决实际问题的能力。当代大学生必须具备将理论知识转换为实际生产技能的能力,以前这个环节是社会完成的,现在移交给了大学,这也要求我们的培养目标做相应地转变。
理解。
一是把运动电荷要产生磁潮理解为电荷运动形成电流(传导电流),这个电流要产生磁场,这是中学生所能理解的层次。按照这种理解,这个电场是由传导电流产生的,而不是由“位移电流”产生的,即不是由变化的电场产生的。甲种本的论断是错误的。
二是从较高的层次来理解“运动电荷要产生磁潮”这句话。电荷的运动是任意的,由于既有速度v,又有加速度a,这个电荷产生的电场和磁场是非常复杂的,要用电动力学的方法才能处理,中学生一般不可能理解到这一层次,而且这时在运动电荷产生的磁场中,既有由变化的电场产生的,也有由传导电流产生的,到底哪一部分主要,要视电荷的运动情况及观测点的位置而定。在电荷附近(近场区)磁场主要由传导电流产生,所以不能简单地认为“这个磁场是由变化的电场产生的”。
综上分析,甲种本用一个运动电荷产生磁场为例来说明电磁场理论的第二个要点是欠妥的,其结论“这个磁场是由变化的电场产生的”也是不对的。
关键词:研究型物理教学 电磁学 作业和测试
中图分类号:G652 .4 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)05(a)-0109-02
在一般大众眼中,物理学一直是以枯燥艰深的形象出现的。这一认识在很大程度上来自于我们传统的物理教学模式。从初中、高中到大学,我们印象中的物理课程都是以课堂授课为主,辅以课后布置的习题和设计好的实验操作。但是,随着教育教学改革的深入发展,人们逐渐认识到传统教学―以知识为中心的传授模式非常不适应人才培养的需要,这一传统的教学模式正在发生深刻的变革。国外一些大学正在尝试引入一种新的研究型物理教学方法,包括在教学过程中具体采用的方法(即一般意义上的教学方法)、教学组织形式、使用的各种电子或非电子教学媒体、教学语言、教学艺术风格、课堂管理技术等诸多方面,可以说在教学过程中师生双方为了教学活动的顺利进行、达到一定的教学目的而采取的一切途径、方法和手段都属于教学方法的范畴。在这一新模式下,学生将更多的参与互动,甚至将主导自己的学习过程,而教师在这个过程中更多地起到组织和引导的作用。由于条件所限,本人在《电磁学》的教学中并没有完全采用这一模式,只是在作业和测试的安排上进行了一些尝试。
一个好的教学过程应该是充满互动的,其中必须包括两个重要的元素:(1)我们要为学生提供一些活动,以鼓励他们思考。这些活动既包括课上活动,如听讲、记笔记、做实验,也包括课下活动,如读书、做作业等。(2)这些活动中必须包括双向的反馈机制。作为教师,我们需要时刻掌握学生在做什么,以及从中学到了什么。作为学生,则需要了解自己是否达到了课程要求,以及如何达到这些标准。作业和测验,是教学过程中最常见,也是最容易实践的活动。下面,我分别叙述自己在这两方面进行的尝试。
1 作业
作业是在教学过程中最常见的由学生主导的环节之一,对物理教学尤其如此。绝大多数物理教师都认为只有通过做习题,学生才能真正学好物理。根据我的经验,很多学生认为物理学是由一系列需要记住的“定律”和“公式”堆砌而成的。而他们只要熟练记住这些定律和公式,并通过题海战术加以熟练应用,就算是学好了物理。只有很少的学生能主动深入理解概念、建立正确的知识结构、并培养自己分析问题解决问题的能力。布置作业当然对物理学习非常重要,但如果不得当,反而有可能助长“死记硬背+题海战术”的思想。
在大多数国内《电磁学》的教科书中,我发现很多内附的习题都有可能向学生传达这一错误信号。对很多学生而言,他们解题的方法就是从书中找到和题目有关的公式,如果会应用就应用,如果不会就抄下来得一部分成绩。长此以往,他们就养成了记公式套公式的习惯,而忽视了作业最基本的目的:促使他们思考和理解。为了改变这一状况,我减少了习题的数目,作为替代,我为他们布置一些难度较大、或是论述类和分析类的题目。在这些题目中,我尽量真实地还原现实世界的情况,不再为学生削减多余的信息,我希望用这种方式来促使他们思考,并培养学生分析问题、解决问题的能力。一开始,学生对这类问题大多表示不适应,这时需要教师及时地反馈、指导和鼓励。经过一个学期的锻炼后,大部分同学在面临问题时都能主动地分析,即使分析中出现了偏差,我认为也是一大进步。
在布置了作业之后,及时地批改和反馈也是非常重要的环节。在学生看来,他们经过深思熟虑后完成的作业,如果能得到足够的重视和反馈,将极大地激发他们的学习动力。反之,如果教师拖了一个星期才发还作业,即使对每份作业都认真批改,也会使效果大打折扣。在这种情况下,学生很有可能会忽略我们的批改,从而使这个方向的反馈失效。
2 测验
测验也是传统教学过程经常运用的手段之一。但传统的测验存在一些无法避免的限制。例如,由于阅卷的工作量相当繁重,很多时候教师不得不选取相对容易判断对错的问题,包括复述正确的概念、完成一些数学计算,等等。而这些题目的设置,却不可避免地向学生传递了错误的信号――“这些知识是你们需要记住的”。
为了鼓励学生进行独立思考和分析,我们在设计测验题目的时候需要非常谨慎。事实上,如果考题大多来自作业,学生就会在考试前复印同学的作业或习题解答并加以背诵;如果考题大多是对公式的应用,学生就会尽量多地记住书上的公式,而完全忽略其中的逻辑关系;而如果我们让学生带一张公式表进入考场,且只出公式表上相关的题目,学生甚至连公式都不会去记,而只靠题海战术练习演算。
除了测验题目的选择,对测验的安排和处理也是非常重要的。对学生而言,测验其实是一个非常好的总结和反馈的机会,但大多数学生不会利用这个机会。当他们考的不好时,他们会苦恼,但不会从中寻找有用的信息。为此,我在安排测验时会采用如下的方式。
(1)每个学期我会安排三次测验。
(2)测验都安排在每个阶段的习题课讲完之后。
(3)试卷将会在下一堂课之前批改完成。
(4)在下一堂课伊始,我会先把试卷发给学生,并在课上评讲试卷,尤其是计算题会详细讲述分步骤评分的标准。
(5)我鼓励学生根据评分标准寻找打分的错误,或是通过向我解释他们的思路以提高成绩。我会让他们提交一份修改成绩的申请,详细解释为什么他们觉得自己应该得到更高的成绩。
(6)如果学生对自己的成绩不满意,可以参加一次课外补考(补考的题目不同于原始的试卷)。补考成绩不会取代原始成绩,学生的最终成绩是两次考试的平均。
(7)我会向他们详细说明,如果不认真分析原始试卷中的错误,补考后的成绩很可能更低,如果想取得更高的成绩,则需要好好弥补以前知识的漏洞。
(8)我会告诉学生每道考题的平均得分,而期末考试中至少会有一道题目源自测验中学生表现最差的题目。
我希望通过这些安排,向学生传递一个清晰的信号,即及时地分析试卷和弥补不足是测验最重要的功能。
3 题目设置
无论是作业还是测验,我都会尝试不同于传统物理考试的题目类型,其目的只有一个,即通过题目设置鼓励学生深入思考和理解。我尝试的题目类型包括。
3.1 图像判断题
此类型题目的原理在于鼓励学生从多个不同的表象认识同一个概念,抛开现象认识本质,而这正是物理学习的精髓。对于一个初学者,经常遇到的困难是在头脑中建立正确的物理图像,并依靠这些图像而非公式进行判断和分析。例如,我会用语言描述一个物理过程(如带电粒子在电磁场中的运动),由学生选择正确表示这一过程的图示;又如,我会用公式给出一个电磁场的分布,然后由学生选择正确的图示。我发现,这一类型的题目能很有效地帮助学生建立物理图像,从而帮助更深入地理解概念。
3.2 排序题
此类型题目的原理是需要学生根据所掌握的概念,进行定性或半定量的分析。例如,我会给出6个电荷组的排布方式,让学生将静电能按从大到小的顺序排列。在这个过程中,学生不仅需要掌握静电能的概念,还需要了解能够影响静电能的因素,以及这些因素产生影响的方式。
3.3 文字论述题
文字论述题是我发现最能反应学生思维方式的一类题目。在这类题目中,我会描述一个现实世界中常见的情况,所有过程都是我们在日常生活中熟知的,然后要求学生利用物理学原理进行分析并得出结论。回答的关键是需要学生能运用所学过的知识,逻辑严密、思路清晰地用文字表述好自己的论点、论据和论证过程。在有些情况下,题目甚至没有一个确定的答案,评分完全依据学生在论述中的表现。文字论述题的价值在于以下三点:首先,我们都知道学好一个知识和把这个知识讲好,代表理解程度的两个不同层次,而文字论述题恰恰是从更高的程度要求学生把头脑中的话讲出来,考察了他们对概念的理解;其次,文字论述题的选材根植于日常生活,有利于培养学生分析问题解决问题的能力;再次,此类题目由于取材贴近生活,容易激发学生学习的兴趣。
3.4 估算题
最早将估算题作为物理学习研究手段的是著名物理学家费米。他提出的类似于“芝加哥有多少理发师?”的题目,会在以下四个方面对学生进行培养。
(1)训练逻辑推理能力。
(2)对数值的数量级进行操作。
(3)正确运用有效数字。
(4)对日常生活的定量化描述。
例如,我会在学期初的作业中要求学生估算北京市由于电脑待机每天所耗费的电量。为了完成这一过程,学生首先要调研电脑待机的一般耗电量,然后从北京市的常住人口估算电脑的数量,再通过待机时间估算耗电量。在批改作业的时候,我会对每一步推理都分别给分,并在习题课的时间详细阐明。随着学期的进行,当学生对这类题目越来越熟悉的时候,我会加入物理性更强的估算,例如:变电站附近的电磁辐射强度,等等。
3.5 论文题
论文题是对学生要求更高,考察也更全面的题型。它不仅需要学生对物理概念有更深的理解,还需要他们有一定的创新精神。例如,我在讲授完光电效应之后,会布置一道论文题,“假设光子的色散关系不是线性的,而是和动量平方成正比,那么光电效应的规律会发生什么样的改变?”在讲授麦克斯韦电磁场理论后,我会再布置一道论文题,“本学期我们在课堂上介绍了电场和磁场,请解释为什么需要引入场的概念?请比较电场和磁场异同,至少列出一个相似点和一个不同点。”由于论文题对学生的考察非常广泛,且需要更多的知识,我一般不会在考试中选择此类题型。当作业中布置此类题时,我还会鼓励学生广泛调研,相互讨论。
以上三点,是我在不长的本科教学工作中进行的尝试。通过几届学生的反馈,也产生了一定效果。《电磁学》是物理专业学生的必修课,它是一门重要的专业基础课,是学习许多后续课程的知识基础,它的基本原理在现代科技领域有许多广泛的应用,它的研究方法对学生今后的学习或科研有深远的影响。本人会在以后的工作中继续努力,改变“粉笔加黑板”的传统,适当采用现代教育技术,在教学方式方法、课程编排、课堂组织形式等方面借鉴更多国内外先进经验,把《电磁学》这门学科基础课讲好讲精。
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