对电动力学课程改革的研究

第31卷第6期西南师范大学学报(自然科学版)2006年12月Vol 31 No. 6Journal of Southwest China Normal University(Natural Science)D2006文章编号:1000-5471(2006)06-0187-0对电动力学课程改革的研究罗琬华西南大学物理科学与技术学院,重庆40071摘要:分析了在新的历史时期,电动力学课程存在严重的课程教学效率低下的问题及存在的原因,从电动力学课程设置的目的发展、课程设计理论以及对学生和教师的调查三方面进行研究,在此基础上提出电动力学课程改革的设想关键词:电动力学课程;调查;人本主义;课程改革中图分类号:G642.0文献标识码:A随着大学教育从精英教育转向大众教育,大学课程的设置,教学内容的选择,教学方法的应用都必然要有相应的变革.虽然在实际教学中人们已经看到了传统做法带来的种种困惑,但是如何应对和变革却还远远没有开始,尽管这已经是非常急迫的问题.电动力学课程是大学本科物理专业的一门专业课程,是所谓四大力学课程之一.在新的历史时期,电动力学课程遇到很大挑战,存在严重的课程教学效率低下的问题.对此我们做了一些初步研究1现状和思考1.1生源变化使学习变得更加困难电动力学课程一直以来是物理专业学生认为学习最困难的课程,上世纪80年代末期,西南师范大学物理系曾经对毕业生做过调査,大多数学生认为电动力学课程是4年来收获最小的课程,主要的原因是这门课太难,没有学懂.现在的生源和80年代比,发生了很大的变化.以西南师范大学物理专业为例,80年代个年级只有30几个学生,现在多达300多学生,是原来的近10倍.生源扩大,必然学生的物理专业基础降低.对电动力学课程,原来的学生尚且感到困难,现在的学生更可想而知.笔者在近年的电动力学教学中,感到教学的难度很大,绝大多数学生很难对教学产生应有的响应,完全靠被动记忆,教学效果不可能好.这种现象在其他大学也普遍存在.2004年8月,在重庆大学召开的全国电动力学教学会议上,不少同仁都谈到这一点1.2课时减少使原有的教学要求难以保证2000年以前西南师范大学物理专业的电动力学课程周学时是5,每学时50min.上世纪90年代后期所有的物理专业课程学时数都降低了,电动力学改为周学时中国煤化工学时改为40min,如此可以看到,这门课程一学期减少教学时间1700min,现在HHCNMHG63%,即不到2/3.那么现在的学生是不是有更多的课余时间呢?回答是否定的.在上世纪80年代初,低年级周学时数通常不超①收稿日作者简们方鹚据195-).女,四川南充人,教授,主要从事物理教育研究188西南师范大学学报(自然科学版)第31卷过22学时,高年级不超过20学时,而现在低年级周学时数达26~28,高年级也在22以上.一方面是由于素质教育的需要,增加了一些其他课程,比如外语比以前增加了,公共课比例加大了;另一方面,由于就业压力,主要课程全部安排在前3年级,进入4年级就只有选修课、实习等.学生根本没有多少课外时间进行专业学习,即使有,也基本上用来准备英语4、6级考试.在2005年的一次学生座谈中,学生讲到对电动力学课程,有50%的学生全部学习活动就在课堂上,完全没有预习和复习,作业都是到课堂上来抄别人的当然这已经不仅仅是学习时间不够,而是学习态度也同样存在问题.1.3社会观念的改变对学习态度造成冲击如何能够就业,怎样最大限度地获得收入好的工作,是现在的大学生最优先考虑的问题,因此对学习的态度难免会有急功近利,实用主义的现象.在改革开放之初,学生对电动力学本身思维的严密,抽象有兴趣爱好而深入钻研的人较多,但是现在更多的同学认为电动力学枯燥,抽象,学了没有实际用处,有时间也宁可用来背英语单词,好通过4级、6级,因为有4、6级证书是一种标志,或者学计算机,认为这些更有实用价值.还有相当一部分学生缺乏刻苦精神,不愿意在学习上下工夫.北京大学俞允强教授谈到他在北京大学和清华大学教授电动力学课程的经历,两所大学无论是物理专业班,还是理科基地班,电动力学期末考试都有大量的学生不及格,超过30%甚至50%.北京大学、清华大学是我国最优秀的大学,学生也是我国最优秀的青年,电动力学学业成绩差,主要是对这门课的学习态度问题.勿用讳言电动力学课程已经是一门对学生没有吸引力的课程.面对这样的实际,教师往往抱怨学生不学习,学生基础差,教学难等,但是却没有找到有效的策略来解决这个问题.常见的做法是:①减少教学内容.笔者对研究生的调查发现,很多学校大大减少教科书内容(虽然实际情况是现在的教科书越来越厚),而这样的减少缺乏科学的论证,只是看哪些内容易教易学就保留哪些内容;②降低要求.随意减少思维训练或者数学的练习,考试搞考前复习,降低了考试的信度如此下来,电动力学课程迷失了它的意义,也失去了它的魅力2对电动力学课程改革的研究对电动力学课程开设的目的,课程内容选择什么,程度如何,以什么方式呈现?这些问题都是我们研究要回答的问题.2.1对已有的各种电动力学教材的研究电动力学作为物理专业四大力学课程之一,开设的必要性从来没有人怀疑过,但是有必要重新审视这门课程的开设目的.历年的各类教材可以看到人们对开设电动力学这门课程的目的的不同看法.比较有代表意义的观点有:阚仲元—“①掌握电磁场的基本规律,加深对电磁场性质的理解,了解狭义相对论时空观及有关的基本概念;②获得用电动力学方法分析和处理一些最基本问题的初步能力,为学习后继课程和独立解决实际工作中的有关冋题打下必要的基础;③进一步培养辩证唯物主义的世界观”.郭硕鸿——“①掌握电磁场的基本规律,加深对电磁场性质和时空概念的理解,了解狭义相对论的时空观及有关的基本概念;②获得本课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力,为今后解决实际冋题打下基础;③通过电磁场运动规律和狭义相对论的学习,更深刻领会电磁场的物质性,帮助我们加深辩证唯物主义的世界观”.可见两者的观念几乎是一致的.近年关于电动力学课程的观念有了不同的声音.北京大学俞允强认为,“基础理论课中应保留的主要是理论的系统性和中国煤化卫反对在经典理论上花太多精力,也反对过多过深的习题练习,甚至反对延伸和联HCNMHG不仅是减轻学生的负担,更重要的是让学生将注意力和精力放在关注前沿和研究的问题.所以他的教材《简明电动力学教程》与其他教材比较篇幅小很多,但是俞先生的教学实践即使他在自己看来也不认为是很成功的.各种观念的分歧明显存在,不同版本的教材代表了各自的观念,而且趋势是教材越来越厚,内容越来越多.总的来讲都是强调知仸府的训练,培养学生的知性能力第6期罗琬华:对电动力学课程改革的研究1892.2现代课程设计理论的研究按照现代课程理论,课程设计是随教育观,课程观的不同而不同的,主要有3种课程设计4(1)重知识因素的设计.这种观点认为人类知识是支撑社会的存在与发展的支柱.夸美纽斯是这方面的代表,他强调注重百科全书知识.美国的布鲁纳更是倡导立足于“学科结构”之上的“发现学习”,着眼点也在于通过学习者的学习,习得基本概念与广泛的迁移(2)注重社会因素的设计.这种设计盛行于20年代的美国,其特点是注重社会功能性知识,即着眼于使学习者掌握社会生活所必须的知识,技术,技能,主张由社会现状去寻找课程设计的目标(3)重学习者因素的设计.这种设计强调学生的兴趣,需要,能倾作为课程设计的核心,使课程适应学习者,而非使学习者适应课程上述3种取向的课程设计反映了课程的不同属性—文化属性,社会属性和人文属性.任何一种课程都是那个时代所追求的“国民素养”的最集中,最具体的反映.“国民素养”就是在凭借学校教育中的课程使人类文化的精华内化为人的种种见识,能力,品格的过程中形成起来的.70年代以来,课程改革的基调不再一味强调“学科”、“学问”、“卓越知性”,取而代之的中心概念是“人性”,“个性”、“自我实现”、“文化”、“完整的人”等等°由课程理论的硏究可见,电动力学课程传统上主要是基于重知识因素的课程设计,强调“学科”、“学问”、“卓越知性”.这和近年来,国家和社会一再强调的以人的因素为中心的“素质教育”不一致.我们认为因为过于强调电动力学学科知识本身,对学生的个性特征以及社会因素考虑不够,也许正是目前电动力学课程的困难原因.社会在发展,人们的课程设计理念也应该随之而变.过去大学教育是精英教育,现在转变为大众教育,这个转变如此之快,使许多教育者没有思想准备,从观念到物质(教材等)都不能适应.我们应该建立以学科知识为基础、以学习者因素为中心、满足社会需要为目的的课程设计理念,并且以此作为我们课程设计的出发点2.3对学生和中学教师的调查研究作为师范大学,培养的对象是未来中学教师.因此,依据新的课程设计理念,对学生和中学教师做了关于电动力学课程的调查,目的是了解学生的学习因素以及社会的需求(1)对学生的调查调查对象为西南师范大学物理学院学生,共发放320份问卷,回收有效问卷170份.主要结果有①对电动力学课程的学习态度是消极的45.3%的同学认为学习电动力学没有用处,有39%的同学不喜欢电动力学,有41%的同学对电动力学的感觉为一般,只有17%的同学喜欢电动力学;②多数学生对电动力学感到学习困难54%的同学认为该门课程对数学要求太高,尤其是定量计算很困难③教材不适是学生学习困难的主因在回答“你学习电动力学时,认为学习电动力学的障碍有哪些时,有69%同学选C教材本身太抽象,不利于理解(2)对中学教师的调査对象为重庆市和浙江省共7所中学,其中省级重点中学3所,其余为县以上普通中学.发放问卷100份,回收有效问卷66份.主要结果有①回答对四大力学中印象最深的是电动力学的仅有13%,低于理论力学和热力学统计物理,和量子力学相当.耐人寻味的是这其中工作15年以上的教师和毕中国煤化工几儿,全部没有印象的竟然是一位毕业3年的青年教师THCNMHG②认为四大力学与中学教学关系最密切的是电动力学的也仅有13%,低于理论力学和热力学统计物理,略高于量子力学③对电动力学课程具体内容印象的调查190西南师范大学学报(自然科学版)第31卷表1中学物理教师中关于电动力学课程的调查Table 1 The Investigation on Electrodynamics Course to Physics Teachers of High School知识点有印象/人没有印象/人希望知道/人麦克斯韦方程组电磁场的能量、动量56电磁场的边值关系介质性质电偶极子756424镜像法求电场分离变量法求电磁场唯一性定理多级展开法求电磁场平面电磁波的性质13132342电磁波在界面的性质导体中的电磁波波动方程推迟势电偶极辐射带电粒子和场的作用98446456586相对论的时空性质物理规律协变性相对论力学表中可见,对求解方法相关的知识遗忘最严重,均超过60%,对一些基本的重要概念如推迟势等也遗忘严重3基于新课程理念的电动力学课程设计所谓新课程设计理念是以学科知识为基础、以学习者因素为中心、满足社会需要为目的的课程设计理念,以学习者为主要因素是特征.那么,学习者的兴趣、需要、原有知识结构、能倾是必要的因素兴趣是学生学习的最大动力.对现在的大学生来讲,学习的兴趣不完全在于学科知识本身的特点以及内容的呈现方式.曾经物理学吸引了很多优秀青年去钻研,去为之努力奋斗,固然物理学简洁的理论形式深奥的内涵是吸引青年的重要原因,但是物理学在20世纪初创造的辉煌成就才是主因.兴趣实际上和青年渴望成功的需要密切相关.现在我们大多数学生的兴趣在哪里呢?最有助于就业竞争的肯定是最能吸引学生的.从这个角度来审视电动力学课程确实难以引起大多数学生的兴趣,尤其是师范大学学生的兴趣.同样学习的兴趣也和学生的原有知识结构有关,若当前面对的学习资料无法和自己原有的知识结构联系起来时,学习是没有兴趣的.电动力学在知识系统上有好多方面和学生的知识结构有很大的距离,尤其是在现在学生的数学基础大打折扣的情况下.而电动力学需要较高的抽象思维能力,逻辑推理能力这对现在学生的这方面的能力基础也是很大的挑战在这样的现实背景下,即学习者因素和电动力学课程特点有很大矛盾情况下,如何基于学习者因素设计电动力学课程?中国煤化工(1)按多层次目标设课在教育目标上,人们一直有培CNMHG争,作者本人是赞成通才”教育的,即培养具有广泛适应力的人才,其实就是素质教育.但是“通才”教育也要对不同学习者对象设计课程,不可能要北京大学的学生和西南师大的学生具有同样的电动力学学科素质,学生的需要,或者社会对学生的需要不相同,学生的能力基础也不相同.因此对电动力学课程,在素质教育这个基本的出发点上,孩婿不同的学生确定不同层次的目标第6期罗琬华:对电动力学课程改革的研究191(2)按不同目标选择不同的教学内容学习电动力学都要学习电磁场的基本规律,但是可以对不同的对象或着重规律和公式的推导,或着重理解建立规律的思路;对未来从事物理硏究工作的学生多讲一些解决实际问题的方法,而对另一些学生多介绍电动力学和方方面面的联系,开阔眼界,具体方法可以要求不那么高;对科技工作者来讲,进行辩证唯物主义教育是必要的,但是对更多的学生来讲,还可以选择电动力学的内容进行自然美、思维的魅力等情感教育.总之在电动力学学科基础上针对不同对象选择不同的内容强调不同的教育功能.电动力学课程是一个丰富的宝藏,完全可以满足不同的需要(3)按不同的对象以不同的方式呈现电动力学内容都说电动力学课程难,一个重要的原因是抽象,数学化.这好像成了电动力学的基本特征.我们是否可以对不同的对象用不同的方式来呈现电动力学的内容呢?比如可以用简明的数学语言描述电动力学理论,也可以用语言、图象,定性和半定量地描述电动力学理论体系,这是我们应该花大力气寻找的途径以上的研究只是理论上的,更重要的是实践.有很多很困难的工作等着我们去做,但是只有踏踏实实去做,才能取得教学改革的成功,使电动力学课程焕发其应有的魅力,根本改变目前电动力学教学的困境参考文献1]阚仲元.电动力学教程[M].北京:人民教育出版社,1979:52]郭硕鸿.电动力学[M.第2版.北京:高等教育出版社,1997:7[3]俞允强.电动力学简明教程[M].北京大学出版社,19994]钟启泉.试论素质教育课程设计的教育模型「冂].教育硏究,195.2:6-105]钟启泉.课程设计基础[M.济南:山东教育出版社,2000:6.A Study on Reformation about Electrodynamics CourseLUO Wan-hSchool of Physics and Technology, Southwest University, Chongqing 400775, ChinaAbstract: In the new historical period, there are many difficulties in Electrodynamics course. This paperanalyzes the causes of the problems and studies the purpose and the development of electrodynamicscourse, the humanism theory of curriculum design, and the survey on dynamic curriculum reform to teachers and students. Based on the studies, a scientific basis for Electrodynamics course reform is providedand a reference to other theoretical physics curriculum reform is also providedKey words: electrodynamics course; investigation; humanism; curriculum reform责任编辑潘春燕中国煤化工CNMHG