電動力學(xué)中的理論物理思想及教學(xué)策略

趙新軍++李禎

摘 要：該文討論了電動力學(xué)中的理論物理思想及教學(xué)策略，理論物理思想包括理論的基本原理、數(shù)學(xué)方程的建立以及理論物理解決問題的方法，提出了相應(yīng)的教學(xué)策略以及學(xué)習(xí)策略。

關(guān)鍵詞：電動力學(xué) 理論物理思想 教學(xué)策略

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（a）-0115-01

電動力學(xué)是研究電磁現(xiàn)象的經(jīng)典的動力學(xué)理論，它主要研究電磁場的基本屬性、運動規(guī)律以及電磁場和帶電物質(zhì)的相互作用，電動力學(xué)是在電磁學(xué)基礎(chǔ)上更系統(tǒng)、更深入、更嚴(yán)密地進(jìn)行闡述的理論體系，是高校物理專業(yè)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生在普通物理基礎(chǔ)上，繼續(xù)深入學(xué)習(xí)的一門理論基礎(chǔ)課。這門學(xué)科與電磁學(xué)、近代物理學(xué)、量子力學(xué)等相關(guān)學(xué)科聯(lián)系緊密，因此在物理學(xué)課程中具有重要的地位和作用。

電動力學(xué)課程的內(nèi)容包括麥克斯韋電磁理論和愛因斯坦狹義相對論，這是在物理學(xué)發(fā)展史上起里程碑作用的兩個物理理論。普通物理的邏輯體系是：實驗→定律→理論，是一種以歸納法為主線的知識結(jié)構(gòu)。電動力學(xué)是它屬于理論物理范疇，是以麥克斯韋方程組，分別討論在靜態(tài)、時變態(tài)、含源區(qū)、自由空間等不同條件下電磁場的空間分布和運動變化規(guī)律，其邏輯體系以演繹法為主。因此電動力學(xué)淋漓盡致地體現(xiàn)了的理論物理思想，在本課程的教學(xué)過程中如何將理論物理思想展現(xiàn)并傳授與學(xué)生，如何通過本課程培養(yǎng)學(xué)生的能力仍然是一個值得討論的問題。

1 電動力學(xué)中的理論物理思想

電動力學(xué)同理論力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計物理、量子力學(xué)則屬于理論物理范疇，它們的科學(xué)體系是建立在基本原理之上，例如理論力學(xué)中的虛功原理、最小作用量原理、量子力學(xué)中的態(tài)疊加原理、熱力學(xué)統(tǒng)計物理中的等概率原理、電動力學(xué)中的麥克斯韋的兩個假定。理論物理由這些基本原理得出數(shù)學(xué)推論形式，也就是建立數(shù)學(xué)方程方程，方程的建立描述著著物理規(guī)律。例如理論力學(xué)中有哈密頓正則方程、量子力學(xué)中有薛定諤方程。電動力學(xué)中有麥克斯韋方程組、熱力學(xué)統(tǒng)計物理中有劉維爾方程等。因此，理論物理科學(xué)體系建立需要我們提出合理的假定，這些合理的假定正是物理學(xué)的創(chuàng)新之處，所以學(xué)習(xí)前人的提出假定的過程就是學(xué)習(xí)如何創(chuàng)新的過程！這一點在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面必須在教學(xué)中體想出來。尤其是在電動動力學(xué)當(dāng)中，科學(xué)家在建立理論過程中充分體現(xiàn)著創(chuàng)新的過程。例如法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)規(guī)律后，人們很容易解釋為什么會產(chǎn)生動生電動勢，這可以用電荷受到洛倫磁力來解釋，是洛倫磁力提供了非靜電力。但是無法解釋感生電動勢，因為不明白是哪一種力提供著非靜電力，為了解決這個問題，麥克斯韋提出了合理的假定，他認(rèn)為電荷既然可以運動，肯定受到了電場或磁場力的作用，磁場力顯然不可能，所以只有電場力，但是電場力必須是非靜電力，因此麥克斯韋提出存在渦旋電場，這個渦旋電場來自于變化的磁場，顯然體現(xiàn)著一種創(chuàng)新思想。還有狹義相對論的建立，正是人們無法解釋麥克斯韋方程組與伽利略變化的矛盾的時候，還有對“以太”的是否存在犯愁的時候，愛因斯坦提出了狹義相對論的兩個基本原理。

2 教學(xué)策略

認(rèn)識到了電動力學(xué)課程的特征，體會到了電動力學(xué)中的理論物理思想，在教學(xué)中應(yīng)該注重通過物理學(xué)中的創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力以及解決問題的能力。因此在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)注意介紹現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)實踐對電動力學(xué)學(xué)科的新進(jìn)展。電動力學(xué)課程教學(xué)應(yīng)當(dāng)密切聯(lián)系最新科學(xué)技術(shù)和實際應(yīng)用，對于電磁波輻射的危害，科學(xué)家們已經(jīng)做出了大量的實驗以及臨床證明，證實電磁波輻射對人體健康有危害已經(jīng)是不可否認(rèn)的事實。

利用自己的科研經(jīng)驗和成果，啟發(fā)學(xué)生走向科研軌道。堅持進(jìn)行教學(xué)研究和學(xué)術(shù)研究，使教學(xué)與科研緊密結(jié)合，注意從教學(xué)實踐中提出研究課題讓學(xué)生作為畢業(yè)論文完成。注重帶有普遍性的方法與近似方法相結(jié)合。比如電動力學(xué)種求解靜電場的普遍方法有拉普拉斯方程法，但是也有近似方法比如電多極矩展開。近似方法的實質(zhì)就是通過抓住主要矛盾、忽略次要因素來解決問題的方法，它大量運用于物理學(xué)的教學(xué)和科研之中。該方法可解決一些還不能嚴(yán)格求解的問題，可使一些能求解的問題得到簡化，還往往能很好地適應(yīng)生產(chǎn)實踐的需要。

在教學(xué)中還應(yīng)注意在一些具體的數(shù)學(xué)推導(dǎo)中也緊密結(jié)合物理分析，這樣不僅能理解每一個數(shù)學(xué)結(jié)果的物理含義，而且有時還能簡化數(shù)學(xué)運算。從物理上獲得數(shù)學(xué)方程的解，如計算點電荷格林函數(shù)，就可以從物理上獲得。實踐結(jié)果表明，這樣做不僅對問題本身的認(rèn)識更加全面、深刻，而且學(xué)生更易于接受和理解。

3 結(jié)語

電動力學(xué)是電磁學(xué)的后繼課程，它屬于理論物理范疇，它由麥克斯韋方程組討論不同條件下電磁場的空間分布和運動變化規(guī)律，其輯體系以演繹法為主。所以廣大學(xué)習(xí)物理課程的大學(xué)生更應(yīng)該充分重視電動力學(xué)、學(xué)好電動力學(xué)，這不對學(xué)生牢固掌握和靈活運用歸納法、演繹法、類比法、理想模型和數(shù)學(xué)語言來求解各種問題，更要樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度和刻苦的學(xué)習(xí)作風(fēng)、培養(yǎng)濃厚的學(xué)習(xí)興趣起到良好的的促進(jìn)作用，而且為以后解決各類問題培養(yǎng)能力。當(dāng)學(xué)生一旦掌握了這門課程并學(xué)會了研究它的科學(xué)方法時，便會產(chǎn)生“昨夜西風(fēng)凋碧樹，獨上高樓，望盡天涯路”的那種發(fā)自內(nèi)心的喜悅。

電動力學(xué)課程的科學(xué)體系以及教學(xué)策略，不僅適應(yīng)于電動力學(xué)課程的教學(xué)，還很容易推廣到其他理論物理課程上，讓學(xué)生在大學(xué)四年不僅獲得知識，而且更重要的是讓學(xué)生畢業(yè)后具有獲取知識的能力、解決問題的能力、具有創(chuàng)造性的思維。

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