于 軍 朱偉玲 吳登平

(廣東石油化工學(xué)院 廣東 茂名 525000)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》[1](以下簡稱“新課標(biāo)”)的頒布與實(shí)施是進(jìn)入新世紀(jì)后我國基礎(chǔ)物理教育的一次深層次的徹底革命，它正深深影響著每一所高中、每一位教師乃至每一位學(xué)生.2004年12月由教育部高等學(xué)校非物理類專業(yè)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)分委會(huì)提交的《非物理類理工學(xué)科大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》[2](以下簡稱“基本要求”)正式發(fā)布，“基本要求”從課程的地位、作用和任務(wù)、教學(xué)內(nèi)容基本要求；能力培養(yǎng)基本要求；素質(zhì)培養(yǎng)基本要求；教學(xué)過程基本要求；有關(guān)說明等6個(gè)方面對(duì)非物理類理工科大學(xué)物理課程的開設(shè)提出了基本要求，它是一份指導(dǎo)性文件.高中物理“新課標(biāo)”與大學(xué)物理“基本要求”形式上有差異，但其指導(dǎo)思想是一致.在這兩份綱領(lǐng)性文件的指引下，高中物理[3]與大學(xué)物理[4]應(yīng)該可以有效銜接.

本文僅以電磁學(xué)內(nèi)容為例，探討在“新課標(biāo)”高中物理基礎(chǔ)之上，如何更合理、有效地搞好大學(xué)物理理論課的教學(xué).

1 模塊主題的異同

電磁學(xué)內(nèi)容在高中“新課標(biāo)”里占有兩個(gè)模塊，“選修3-1”與“選修3-2” (我校理工類學(xué)科在校大學(xué)生高中階段物理課程大多選修“選修3-1”與“選修3-2”模塊，以下討論如不特別說明，均指這兩個(gè)模塊). “選修3-1”模塊劃分為三個(gè)二級(jí)主題，電場、電路、磁場；“選修3-2” 模塊也劃分為三個(gè)二級(jí)主題，電磁感應(yīng)、交變電流、傳感器.大學(xué)物理通常將電磁學(xué)作為一個(gè)模塊，按其內(nèi)容又被分為四個(gè)主題，電場(含導(dǎo)體與電介質(zhì))、磁場(含磁介質(zhì))、電磁感應(yīng)(含暫態(tài)過程、電磁場與電磁波)、恒定電流電路.

從模塊主題看，電磁學(xué)在高中階段與大學(xué)階段還是具有基本對(duì)應(yīng)關(guān)系的，兩個(gè)階段都有電場、磁場、電磁感應(yīng)、電路等電磁學(xué)方面的重要而基礎(chǔ)性主題，這種良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系為兩個(gè)階段的教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的有效銜接創(chuàng)造了基礎(chǔ),提供了線索.在各相應(yīng)模塊主題范圍內(nèi)進(jìn)行的銜接應(yīng)當(dāng)是最直觀、有效的，也是最簡單易行、便于操作的.下面，我們就以上兩個(gè)階段共有的四個(gè)主題進(jìn)行探討.

2 內(nèi)容與知識(shí)點(diǎn)的異同

2.1 電場主題

相同點(diǎn)主要有電荷及其量子化與守恒律、點(diǎn)電荷、實(shí)驗(yàn)電荷、庫侖定律、靜電場、電場強(qiáng)度、電場疊加原理、電場線、電勢差、電勢、電場線與等勢面的關(guān)系、電場與電勢的關(guān)系、帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)、電容器及其作用、靜電的應(yīng)用.

不同點(diǎn)主要是大學(xué)階段比高中階段多出以下內(nèi)容即電偶極子及其電場、電偶極矩及其所受電場的扭轉(zhuǎn)力矩、電場強(qiáng)度通量、高斯定理(含介質(zhì)下的高斯定理)、環(huán)路定理、電勢疊加原理、電勢梯度、靜電場中的導(dǎo)體與電介質(zhì)、電場的能量與能量密度、電容器的串并聯(lián).

2.2 磁場主題

相同點(diǎn)主要有基本磁現(xiàn)象(含奧斯特實(shí)驗(yàn))、磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線、安培分子電流假說、安培力及應(yīng)用、磁通量、洛倫茲力及應(yīng)用.

不同點(diǎn)主要是大學(xué)階段比高中階段多出以下內(nèi)容即畢奧-薩伐爾定律及應(yīng)用、磁偶極子(磁偶極矩及其所受磁場的扭轉(zhuǎn)力矩)、運(yùn)動(dòng)電荷的磁場、磁場的高斯定理與安培環(huán)路定理及其應(yīng)用、磁介質(zhì)、磁化強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度、磁介質(zhì)中的環(huán)路定理、鐵磁質(zhì)的相關(guān)概念與應(yīng)用.

2.3 電磁感應(yīng)主題

相同點(diǎn)主要有電磁感應(yīng)現(xiàn)象、法拉第電磁感應(yīng)定律及應(yīng)用、楞次定律、感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流、自感現(xiàn)象及應(yīng)用、渦電流及應(yīng)用.

不同點(diǎn)主要是大學(xué)階段比高中階段多出以下內(nèi)容即感應(yīng)電動(dòng)勢中的非靜電力(動(dòng)生與感生)、互感現(xiàn)象及應(yīng)用、暫態(tài)過程(電路)、磁場能量及能量密度、渦旋電場與位移電流、麥克斯韋方程組的積分形式、電磁場與電磁波譜(其中“電磁場與電磁波”的內(nèi)容在高中階段屬于“選修3-4”模塊的一個(gè)二級(jí)主題，實(shí)際調(diào)查表明該模塊很少有學(xué)生選修).

2.4 電路主題

相同點(diǎn)主要有電阻率、歐姆定律、電動(dòng)勢、電感元件與電容元件對(duì)變化電流的作用等.

不同點(diǎn)主要由兩個(gè)方面構(gòu)成.一是大學(xué)階段比高中階段多出的內(nèi)容即電流密度、連續(xù)性方程、穩(wěn)流條件、歐姆定律微分形式、基爾霍夫定理、暫態(tài)電路；二是高中階段比大學(xué)階段多出的內(nèi)容即電阻定律、電阻的串并聯(lián)、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系、多用電表的原理與使用、電功、電功率、焦耳定律、門電路、集成電路、交變電流及其描述、交流電的周期、頻率、峰值、有效值、低頻扼流圈、高頻扼流圈、隔直電容器、高頻旁路電容器、變壓器、遠(yuǎn)距離輸電等.

從以上四個(gè)主題的對(duì)比看，前三個(gè)與電磁場緊密聯(lián)系的主題中，大學(xué)物理的內(nèi)容與知識(shí)點(diǎn)遠(yuǎn)多于高中階段.這主要是由于大學(xué)物理側(cè)重于讓學(xué)生了解電磁場這種物質(zhì)形態(tài)的研究方法及其基本規(guī)律.而高中階段更側(cè)重于讓學(xué)生了解電磁場的基本知識(shí)(常識(shí))及應(yīng)用.在電路主題中高中階段的內(nèi)容與知識(shí)點(diǎn)似乎要多于大學(xué)物理，其實(shí)這是一個(gè)錯(cuò)覺.在大學(xué)階段理工類專業(yè)一般都要開設(shè)專門的課程，如電工學(xué)、電子線路、電路分析及相關(guān)實(shí)驗(yàn)等，那些應(yīng)用性強(qiáng)的內(nèi)容都被并入了應(yīng)用型課程之中.大學(xué)物理僅將那些與電磁理論密切聯(lián)系的電路知識(shí)列入其中，一是為電磁理論的講授服務(wù)；二是為后續(xù)應(yīng)用型課程提供理論支撐.這恰好說明物理學(xué)課程在中學(xué)、大學(xué)不同階段被賦予的內(nèi)涵與開課目的是有區(qū)別的,即大學(xué)階段是較為純粹的基礎(chǔ)理學(xué)學(xué)科，它一方面為學(xué)生提供基本的世界觀、方法論與科學(xué)素養(yǎng)培育，另一方面它又肩負(fù)著為其他應(yīng)用學(xué)科提供必須的基礎(chǔ)理論支撐；與此相比中學(xué)階段的物理更多被賦予了工程與自然常識(shí)學(xué)科的使命.這種“使命”上的差別是每一個(gè)物理教育者與學(xué)習(xí)者都應(yīng)十分清楚的，否則大學(xué)物理課程的開設(shè)不可能取得應(yīng)有的效果，也不可能達(dá)到課程開設(shè)的目的.

3 大學(xué)物理電磁學(xué)內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)處理的若干建議

內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)的處理原則是所有知識(shí)點(diǎn)的講授都應(yīng)該是有目的的，授課方法、過程、手段等都應(yīng)該為“目的”服務(wù)，授課效果也應(yīng)從是否達(dá)到“目的”來評(píng)價(jià).

3.1 與高中階段共有知識(shí)點(diǎn)的處理

對(duì)那些與高中階段共有知識(shí)點(diǎn)處理的建議為既不能輕易忽略，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)造成障礙，也不能勞而無功，僅僅是高中的翻版.

該類知識(shí)點(diǎn)分兩種情況,一是知識(shí)點(diǎn)相同,教學(xué)要求相近；二是知識(shí)點(diǎn)相同,教學(xué)要求不同.以上建議在第二種情況下是容易做到的，但還應(yīng)做到重點(diǎn)突出，詳略得當(dāng).如“電場強(qiáng)度的計(jì)算”應(yīng)將連續(xù)帶電體中的“疊加(積分)法”作為重點(diǎn)講透.再如，“電場線”概念在高中階段僅要求用它的疏密分布與方向描述場強(qiáng)大小與電勢高低；在大學(xué)物理中更應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)其“有頭有尾，非閉合性”，為學(xué)生對(duì)靜電場有源無旋性質(zhì)及高斯定理、環(huán)路定理的直觀理解創(chuàng)設(shè)必要的物理圖像.在第一種情況下應(yīng)特別關(guān)注那些與后續(xù)內(nèi)容有密切關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)，千萬不可輕易忽略掉，可以選擇精講(串講)達(dá)到教學(xué)目的即可，或在原高中基礎(chǔ)之上有所側(cè)重.如電場部分的電荷及其量子化與守恒律、點(diǎn)電荷、實(shí)驗(yàn)電荷、庫侖定律等知識(shí)點(diǎn)就屬于“知識(shí)點(diǎn)相同,教學(xué)要求相近”的情況.這些概念出現(xiàn)于電磁學(xué)的第一節(jié)課，在課時(shí)緊張的情況下有些教師對(duì)這些概念的講授未給予充分重視，往往一帶而過.這樣做的結(jié)果會(huì)對(duì)后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí)造成障礙.用高斯定理分析導(dǎo)體存在時(shí)的靜電場分布是靜電場內(nèi)容里常見且重要的一類問題，該類問題分析時(shí)常離不開電荷守恒律，這就要求學(xué)生對(duì)電荷守恒律必須要熟悉，且有強(qiáng)烈應(yīng)用意識(shí).對(duì)“點(diǎn)電荷、實(shí)驗(yàn)電荷”這兩個(gè)概念沒有理解到位，一定會(huì)對(duì)“電場及其點(diǎn)函數(shù)描述方法”不理解，進(jìn)而影響到對(duì)電場強(qiáng)度、電勢分布函數(shù)的理解.“庫侖定律”是靜電場的一條最為基礎(chǔ)的規(guī)律，它的存在導(dǎo)致了高斯定理與環(huán)路定理的成立，進(jìn)而導(dǎo)致了電磁學(xué)理論的成立.對(duì)此知識(shí)點(diǎn)既不能不講，也不能僅僅是高中的翻版.講解時(shí)可突出其矢量性，為“電場強(qiáng)度矢量性”的理解服務(wù).也可突出庫侖力是對(duì)“點(diǎn)”電荷的作用力，從而為“電場強(qiáng)度是空間位置點(diǎn)函數(shù)”，“靜電場是有源場、徑向場”，“靜電場力是徑向力”的理解作鋪墊.還可側(cè)重庫侖定律提出的歷史過程，為電磁學(xué)常用的科學(xué)方法——“類比法”服務(wù)，進(jìn)而也為力學(xué)部分慣用方法——“疊加(積分)法”順利引人電磁場的研究進(jìn)行了鋪墊.

3.2 大學(xué)物理特有知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的處理

對(duì)那些高中階段沒有，大學(xué)階段才出現(xiàn)的知識(shí)點(diǎn)處理的建議為盡可能從學(xué)生熟悉的知識(shí)點(diǎn)“生長”出來，從學(xué)生熟悉的物理圖像中尋求理解之道.

例如，電場強(qiáng)度通量、磁感應(yīng)強(qiáng)度通量可以從學(xué)生熟悉的電場線、磁感線的空間分布“生長”出來，照此線索再“生長”下去就給出了靜電場的高斯定理與磁場高斯定理.磁場的環(huán)路定理可以從磁感線 “無頭無尾的閉合性”逐步“生長”出來；靜電場的環(huán)路定理可從“保守力做功”“生長”出來；將電流場與電場作類比可從電場強(qiáng)度“生長”出電流密度；從電場強(qiáng)度通量“生長”出電流強(qiáng)度；從場源的數(shù)學(xué)表述“生長”出穩(wěn)流條件……教學(xué)內(nèi)容采用“生長”的方法，有利于學(xué)生對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)；有利于學(xué)生對(duì)課程整體的把握；有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)體系內(nèi)部脈絡(luò)的認(rèn)識(shí).當(dāng)然，“生長”一定要自然，自然就體現(xiàn)在順勢而為，所以，教學(xué)的藝術(shù)就是“勢”的營造藝術(shù).高斯定理與環(huán)路定理是電磁學(xué)的核心內(nèi)容，大多數(shù)學(xué)生記住了它們的內(nèi)容，了解了它們在解題中的應(yīng)用，卻無法理解它們的數(shù)學(xué)形式，為什么一定是(他們不熟悉、不喜歡的)閉合(曲面、曲線)積分形式？對(duì)此，學(xué)生熟悉的流體運(yùn)動(dòng)形成流速場的營造是恰當(dāng)?shù)?對(duì)流體流出的“源”及流體流入的“匯”(可看作負(fù)源)的定量討論，產(chǎn)生了矢量場中的閉合曲面積分，對(duì)流速場中渦旋的討論又導(dǎo)致了矢量場中的閉合曲線積分的出現(xiàn).“源”與“旋”對(duì)矢量場的影響是重大且無法回避的.由此可見，矢量場特點(diǎn)由閉合(曲面、曲線)積分形式反映，是自然規(guī)律本身決定的，并非人類強(qiáng)加.同時(shí),我們還要看到,自然規(guī)律的表現(xiàn)形式可能是多種多樣的，要像遵重規(guī)律本身一樣尊重它的表現(xiàn)形式，而不能隨個(gè)人而好惡.

3.3 注重對(duì)數(shù)學(xué)工具的運(yùn)用

微積分與矢量運(yùn)算的講解以及注重對(duì)物理科學(xué)方法的提煉總結(jié)是大學(xué)物理教學(xué)中非常重要的方面，篇幅所限，不再贅述.

4 結(jié)語

“新課標(biāo)”的頒布與實(shí)施，對(duì)提高我國基礎(chǔ)教育水平將起到極大的推動(dòng)作用，它將引起高中物理教學(xué)理念與方式的重大變革，同時(shí)，也會(huì)引起學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣與方式的較大轉(zhuǎn)變.最近兩三年升入大學(xué)學(xué)習(xí)的新生就應(yīng)該是“新課標(biāo)”的首批“產(chǎn)品”，即將為這些“產(chǎn)品”授課的大學(xué)物理教師們對(duì)授課對(duì)象又了解多少呢？從年齡層次看，我國各高校大學(xué)物理骨干教師大多在21世紀(jì)七八十年代接受的高中教育，幾十年來，由于機(jī)制等原因，他們中的大多數(shù)對(duì)中學(xué)的變化了解甚少，以至于他們腦海中的中學(xué)就是20世紀(jì)七八十年代的中學(xué).近些年，大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量的滑坡，原因是多方面的，教師不了解學(xué)生應(yīng)是原因之一.

參考文獻(xiàn)

1 中華人民共和國教育部. 普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)). 北京: 人民教育出版社,2003

2 教育部高等學(xué)校非物理類專業(yè)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì). 非物理類理工學(xué)科大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求.物理與工程,2006,16(5)：1～8

3 廣東基礎(chǔ)教育課程資源研究開發(fā)中心物理教材編寫組. 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理·選修3-3》(第一版).廣州： 廣東教育出版社,2005

4 梁燦彬. 電磁學(xué)(第二版). 北京：高等教育出版社,2004