教育勢科學理論在電動力學教學中的應用

摘要：本文闡述了教育勢科學理論的基本特征，并嘗試在電動力學教學中運用教育勢科學理論中的找勢、演勢和造勢的觀點。通過三個實例說明如何在教學中注重對學生進行學習方法和學習自主性的教育。

關鍵詞：教育勢科學理論；找勢、演勢、造勢觀點；電動力學教學

中圖分類號： G420 文獻標識碼：A文章編號：1673-9795(2012)01(a)-0000-00

1 引言 《電動力學》[1]課程是物理師范本科專業的一門重要專業基礎課，工科中的電子工程、通信等專業上的是《電磁場理論》。 電動力學課是在學生學完高等數學、數學物理方法、普通物理學、電磁學等基礎課程后開設的。分析整個電動力學教材的內容體系，我們不難看出，矢量分析和數學物理方法好比電動力學的雙腿，電磁學的實驗、定義、公式、方法和應用則是它的軀干，而物理概念、物理思想、物理圖像和物理思維方式是它的靈魂。它的概念、規律比普通物理更為一般、更為抽象，所涉及的領域更為深廣， 并且所用到的數學知識多、推導復雜、計算困難。如果此時教師不注意對學生進行學習方法和學習自主性的引導，就很容易滋生厭學情緒，從而影響教學質量。本文利用教育勢科學理論，針對“找勢”、“演勢”和“造勢”在電動力學中如何處理一些知識的教學做了一些探討，希望達到拋磚引玉的目的。

2 教育勢科學理論 勢科學理論 [2]由李德昌教授最早提出，該理論認為勢的機制是宇宙萬物成長和發展的普遍機制?！皠荨钡目茖W定義：勢＝梯度＝差別÷距離＝差別×聯系。而梯度＝斜率＝導數＝比例。幾乎所有重要的自然科學問題，都可以歸結為導數或偏導數構建的勢函數問題，所有的社會科學問題，都可以歸結為事與事、人與人以及人與事之間“差別”與“聯系”的關系問題，從而有可能通過勢科學的普適性論證，將自然科學與社會科學真正統一起來。

勢的分類有科學勢、文學勢、藝術勢、情感勢、宗教勢、管理勢、教育信息勢等。教育和科學及管理一樣，本質上也是一個求導過程。如果科學是對自然求導，溝通是對組織求導，那么教育就是對思維求導。在思維過程中構建巨大的知識“差別”之間的緊密“聯系”，使思維產生張力，建立思維過程中的信息強勢，推動思維的有序、相變和分岔，產生創新。現代教育與傳統教育的最大差別在于傳統教育基本上固植于演勢，就是將科學找到的宇宙物質系統在不同層次上的勢結構演示給學生，所謂的“傳道、授業、解惑”以及“學以致用”正是傳統教育“演勢”的真實寫照。現代教育的復雜性充分體現在找勢、演勢和造勢的復雜疊加中。找勢是指現代教育必須進行科學研究，演勢是教育的基本傳承功能，造勢則是現代教育區別于傳統教育最突出的特征。一般而論，演勢的目標是傳承，找勢的目標是發現，造勢的目標是創新。

3 教育勢科學理論對指導電動力學教學的啟示 3.1 找勢在電動力學教學中的應用 位移電流假說是麥克斯韋為了將穩恒情況下電磁場所滿足的麥克斯韋方程"推廣到普遍情況(包括穩恒和非穩恒)而引入的一個定義。這是一個比較抽象的概念。在穩恒情況下，磁場的安培環路定理的積分，那么在非穩恒情況下，磁場的環流是否依然成立呢？這時我們采用“找勢”的方法，以含有平行板電容器的充、放電電路來講述。在交流電路中，電容器交替的充電與放電，但在兩板之間的介質內始終沒有傳導電流通過。所以由電荷守恒定律有（1），而當我們考察穩恒情況下電流激發磁場的規律 （2），兩邊取散度，由于，所以只有當(3)時（2）式才成立。這時可以引導學生發現（1）與（3）式的矛盾，從而發現了問題。這就是“找勢”的方法。

3.2 演勢在電動力學教學中的應用

演勢的目標是傳承，就是將前人總結的知識傳授給學生。這種方法在電動力學的教授中我們采用的很多，我們還舉位移電流假說的例子。在發現（1）與（3）式矛盾的情況下，麥克斯韋提出了位移電流假說，即假設有一個稱為位移電流的物理量 它和電流合起來構成閉合的量，滿足 （4）并假設位移電流與電流一樣產生磁效應， 這樣把（2）式修改為 這樣兩邊取散度都等于零，因此理論上就不再有矛盾。下面我們導出 的表達式。由電荷守恒定律（5），電荷密度與電場散度有關系式 （6），（5）（6）兩式合起來得 與（4）式比較得 。這樣我們就演勢了的表達式。 3.3 造勢在電動力學教學中的應用

造勢的目標是創新，這是在學習了相關知識以后，學生提出自己的新的想法，這種想法可能是對的，也可能是錯的，或者現在還無法判斷它的對錯，但鼓勵學生的創新精神是非常重要的。我們舉超導體的例子。在講授超導體的電磁性質這一節時，在講授其微觀理論BCS理論后，可以引導同學們思考，BCS理論是用電子聲子的相互作用的機制建立起來的低溫超導理論，但是在高溫超導材料發現以后，BCS理論就無法解釋其超導的機制?，F在研究高溫超導的物理機制已是物理學的前沿課題，這其中理論眾多。有Anderson的非費米液體高溫超導理論，Schrieffer自旋袋理論，Pines等人近反鐵磁費米液體理論，共價鍵理論，極化子理論等等。這時就可以鼓勵學生在課后查閱了有關的資料以后，能不能對這些理論有一個評價或者自己提出一些新的想法來解釋高溫超導體的一些性質，然后大家在一起交流，這樣既鼓勵了學生的創新精神也對學生的科研能力的培養大有幫助。

4 結 語

電動力學在工農業生產、信息、自動化等各行各業， 都具有廣泛的應用。電動力學課是在學生掌握了高等數學、數學物理方法、普通物理等基礎知識的條件下開設的， 學生已具有一定的基礎知識和分析問題與解決問題的能力， 應該有目的地引導和發揮出來， 使他們對自己感興趣的、又與本課程內容有關的問題作深入的討論。本文闡述了在電動力學教學中嘗試運用教育勢科學理論中的找勢、演勢和造勢的觀點， 通過三個實例說明如何在教學中注重對學生進行學習方法和學習自主性的教育， 這種嘗試不僅有利于培養學生的獨立自主的能力， 而且有利于培養學生的基本科研素質， 提高學生認識、探索自然界的思維方法。

參考文獻

[1] 郭碩鴻.電動力學.高等教育出版社，2008.

[2] 李德昌.勢科學及其普適性.廣東培正學院學報，2009，4.