馬瑞婧

(山西運(yùn)城學(xué)院物理與電子工程系 山西 運(yùn)城 044000)

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“安培環(huán)路定理”教學(xué)設(shè)計

馬瑞婧

(山西運(yùn)城學(xué)院物理與電子工程系 山西 運(yùn)城 044000)

安培環(huán)路定理是大學(xué)物理“恒定磁場”中十分重要的定理，以《大學(xué)物理》教學(xué)大綱為依據(jù)，非物理的理工科專業(yè)為背景，對“安培環(huán)路定理”進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計.

安培環(huán)路定理 磁場性質(zhì) 教學(xué)設(shè)計

近年來，各大高校普遍存在重科研、輕教學(xué)的現(xiàn)象，再加上理工科專業(yè)中的大學(xué)物理理論教學(xué)課程，正面臨教學(xué)學(xué)時壓縮的改革，從而導(dǎo)致一些重要概念和定理的推導(dǎo)面臨著教學(xué)學(xué)時“風(fēng)暴”的侵蝕[1].因而設(shè)計好每節(jié)課就顯得尤為重要.本文以大學(xué)物理課程中“安培環(huán)路定理”一節(jié)為例，精心設(shè)計了整個教學(xué)過程.

1 教材內(nèi)容分析

我校大學(xué)物理課程的教材是高等教育出版社出版、祝之光編著的《物理學(xué)》[2]，本節(jié)課是第七章“恒定磁場”中第4節(jié)內(nèi)容，同時也是恒定磁場中的兩個重要定理之一.它主要介紹了安培環(huán)路定理及數(shù)學(xué)表達(dá)式，進(jìn)而得出恒定磁場的性質(zhì)，最后列舉了該定理的應(yīng)用.該節(jié)是課程教學(xué)中利用物理思維方法較多的一堂課，尤其是運(yùn)用類比的方法達(dá)到對新知識的探究.

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及所帶學(xué)生特點(diǎn)，對教學(xué)內(nèi)容做了以下安排與處理：由于在本節(jié)之前，已經(jīng)介紹了畢奧-薩伐爾定律，以及利用該定律求解真空中通電導(dǎo)線激發(fā)磁場分布的問題，學(xué)習(xí)中學(xué)生普遍體會到利用該定律求解過程，對數(shù)學(xué)能力要求較高，計算過程復(fù)雜.而本節(jié)課介紹的安培環(huán)路定理可更為方便地求解具有對稱性分布的磁感應(yīng)強(qiáng)度B矢量.故可利用該鮮明對比直接導(dǎo)入新課，這樣做不僅可讓學(xué)生第一時間了解本節(jié)課的研究對象和內(nèi)容，而且還可以明確學(xué)習(xí)該定理的目的和作用.

同時考慮到非物理專業(yè)的學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，為了加深學(xué)生對該定理的認(rèn)識和理解，本節(jié)內(nèi)容安排了從特殊到一般的安培環(huán)路定理的歸納驗證過程，即：由特殊的無限長直導(dǎo)線周圍磁場圓形路徑積分的模型出發(fā)，進(jìn)行不斷地變化，最終得出一般表達(dá)式，讓學(xué)生親身經(jīng)歷安培環(huán)路定理的發(fā)現(xiàn)過程.另外，由于在前一章靜電場中，學(xué)生已經(jīng)掌握了靜電場的環(huán)路定理，理解靜電場是保守場，在這里，可以通過和靜電場進(jìn)行類比的方法，讓學(xué)生更清楚地認(rèn)識和理解磁場的有旋性和電場的無旋性.

磁場中安培環(huán)路定理的學(xué)習(xí)能夠為理工科學(xué)生后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，學(xué)生通過學(xué)習(xí)該定理能掌握科學(xué)的思維方法和研究方法[3].

2 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

根據(jù)《大學(xué)物理》課程教學(xué)大綱的要求，并結(jié)合本校學(xué)生特點(diǎn)，制定如下教學(xué)目標(biāo).

2.1 知識與技能

(1)深刻理解磁通量的物理意義和安培環(huán)路定理的內(nèi)容；

(2)掌握多導(dǎo)線共同激發(fā)磁場時，B的含義及表達(dá)式中電流符號的判定方法；

(3)了解安培環(huán)路定理的適用條件，熟練應(yīng)用定理求解具有對稱性分布的磁感應(yīng)強(qiáng)度.

2.2 過程與方法

(1)經(jīng)歷安培環(huán)路定理的驗證過程，掌握從特殊到一般的科學(xué)研究方法；

(2)經(jīng)歷利用安培環(huán)路定理解決物理問題的過程，總結(jié)該定理的適用范圍和解題思路.

2.3 情感態(tài)度與價值觀

通過本節(jié)學(xué)習(xí)，特別是定理驗證過程，讓學(xué)生養(yǎng)成善于思考、不斷發(fā)現(xiàn)問題和積極解決問題的學(xué)習(xí)習(xí)慣，培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的學(xué)習(xí)和生活態(tài)度[4].

3 教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：安培環(huán)路定理內(nèi)容；利用該定理計算磁感應(yīng)強(qiáng)度的條件和方法.

教學(xué)難點(diǎn)：分析磁場的分布特點(diǎn)，選用合適的積分路徑求解磁感應(yīng)強(qiáng)度.

4 教學(xué)過程設(shè)計

“安培環(huán)路定理”的教學(xué)設(shè)計如表1所示.

表1 “安培環(huán)路定理”教學(xué)設(shè)計

續(xù)表

5 作業(yè)設(shè)計

作業(yè)設(shè)計如表2所示.

表2 作業(yè)設(shè)計

6 網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)及課后答疑

考慮到現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)資源非常豐富以及大學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力，可以安排學(xué)生提前通過網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)習(xí)，一方面使學(xué)生上課聽講有側(cè)重點(diǎn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率；另一方面，可以更合理地安排寶貴的、有限的課堂時間，例如，對一些簡單的地方，可以簡略介紹，節(jié)省時間，而對于像驗證中第4和第5種比較難的情況，就會有更多的時間去引導(dǎo)啟發(fā)和講解.

另外，可以建立班級微信群，實(shí)現(xiàn)隨時隨地網(wǎng)上解答疑難問題，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

7 設(shè)計的創(chuàng)新點(diǎn)

本節(jié)課在教學(xué)過程中交替采用了提問啟發(fā)式、討論式和歸納研究式的教學(xué)方法.首先，從回顧上節(jié)課的內(nèi)容，體會到用畢-薩定律求解過程的復(fù)雜和繁瑣，利用對比直接導(dǎo)入新課.開門見山地指出本節(jié)學(xué)習(xí)的內(nèi)容，以及新的定理能更方便、簡潔地求解一些磁場問題.之后給出新定理的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式，考慮到學(xué)生基礎(chǔ)問題，為了加深對新定理的理解和認(rèn)識，選擇了學(xué)生熟悉的、簡單的磁場為例，分多種情況層層深入地驗證安培環(huán)路定理.最后，利用安培環(huán)路定理求解無限長載流直導(dǎo)線的磁場分布，讓學(xué)生親身體會了該定理求解過程的簡單性、方便性.

本節(jié)內(nèi)容設(shè)計的創(chuàng)新之處在于通過各種提問以及假設(shè)性錯誤充分調(diào)動學(xué)生的興趣和積極性，在教師引導(dǎo)下去思考問題、分析問題和解決問題，避免了傳統(tǒng)單一式教學(xué)的弊端[5].能較好地活躍課堂氣氛，使學(xué)生可以保持持久的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率.此外，該課堂還充分考慮和利用了目前豐富的網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)交流技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)現(xiàn)隨時隨地網(wǎng)上解答疑問的目標(biāo).

1 劉熹微,羅賢清．少學(xué)時大學(xué)物理教學(xué)改革探討.科技資訊,2011(26):191～192

2 祝之光.物理學(xué)(第4版).北京:高等教育出版社，2012,12

3 衛(wèi)麗娜．“電場高斯定理”的教學(xué)設(shè)計.物理通報,2015(8)：21～23 4 袁莉. “安培環(huán)路定理”的教學(xué)設(shè)計.物理通報,2013(12)：35～37

5 張峰. “圓周運(yùn)動”探究式教學(xué)設(shè)計.物理通報,2009(10)：29～32

The Teaching Design on Ampère Circuital Theorem

Ma Ruijing

(Department of Physics and Electronic Engineering,Yuncheng University,Yuncheng,Shanxi 044000)

Ampère circuital theorem is very important in university physics-a constant magnetic field theorem.The paper is based on the physics syllabus and makes an teaching design towards Ampère circuital theorem,which takes the majors of sicence and engineering apart from physics as the background.

Ampère circuital theorem; magnetic field properties; teaching design

馬瑞婧(1988- ),女,碩士,助教,主要從事大學(xué)物理教學(xué)與研究工作.

2016-06-19)