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1、教育势科学理论在电动力学教学中的应用花亮 讲师 电话 13182218902（南京师范大学泰州学院应用物理系, 江苏 泰州 225300）摘要：本文阐述了教育势科学理论的基本特征，并尝试在电动力学教学中运用教育势科学理论中的找势、演势和造势的观点。通过三个实例说明如何在教学中注重对学生进行学习方法和学习自主性的教育。关键词：教育势科学理论；找势、演势、造势观点；电动力学教学1引言 电动力学 1课程是物理师范本科专业的一门重要专业 基础课，工科中的电子工程、通信等专业上的是电磁场理论 。 电动力学课是在学生学完高等数学、数学物理方法、普通物理学、电磁学等基础课程后开设的。分析整个电动力学教材的内
2、容体系，我们不难看出，矢量分析和数学物理方法好比电动力学的双腿，电磁学的实验、定义、公式、方法和应用则是它的躯干，而物理概念、物理思想、物理图像和物理思维方式是它的灵魂。它的概念、规律比普通物理更为一般、更为抽象，所涉及的领域更为深广， 并且所用到的数学知识多、推导复杂、计算困难。如果此时教师不注意对学生进行学习方法和学习自主性的引导，就很容易滋生厌学情绪，从而影响教学质量。本文利用教育势科学理论，针对“找势”、“演势”和“造势”在电动力学中如何处理一些知识的教学做了一些探讨，希望达到抛砖引玉的目的。 2教育势科学理论 势科学理论 2由李德昌教授最早提出，该理论认为势的机制是宇宙万物成长和发展
3、的普遍机制。 “势”的科学定义：势梯度差别距离差别联系。而梯度斜率导数比例。几乎所有重要的自然科学问题，都可以归结为导数或偏导数构建的势函数问题，所有的社会科学问题，都可以归结为事与事、人与人以及人与事之间“差别”与“联系”的关系问题，从而有可能通过势科学的普适性论证，将自然科学与社会科学真正统一起来。势的分类有科学势、文学势、艺术势、情感势、宗教势、管理势、教育信息势等。教育和科学及管理一样，本质上也是一个求导过程。如果科学是对自然求导，沟通是对组织求导，那么教育就是对思维求导。在思维过程中构建巨大的知识“差别”之间的紧密“联系” ，使思维产生张力，建立思维过程中的信息强势，推动思维的有序、
4、相变和分岔，产生创新。现代教育与传统教育的最大差别在于传统教育基本上固植于演势，就是将科学找到的宇宙物质系统在不同层次上的势结构演示给学生，所谓的“传道、授业、解惑”以及“学以致用”正是传统教育“演势”的真实写照。现代教育的复杂性充分体现在找势、演势和造势的复杂叠加中。找势是指现代教育必须进行科学研究，演势是教育的基本传承功能，造势则是现代教育区别于传统教育最突出的特征。一般而论，演势的目标是传承，找势的目标是发现，造势的目标是创新。3教育势科学理论对指导电动力学教学的启示 3.1 找势在电动力学教学中的应用 位移电流假说是麦克斯韦为了将稳恒情况下电磁场所满足的麦克斯韦方程 推广到普遍情况(包
5、括稳恒和非稳恒)而引JB0入的一个定义。这是一个比较抽象的概念。在稳恒情况下，磁场的安培环路定理的积分 ，那么在非稳恒情况下，磁SLsdJl场的环流 是否依然成立呢？这时我们采用“找SLsldB0势”的方法，以含有平行板电容器的充、放电电路来讲述。在交流电路中，电容器交替的充电与放电，但在两板之间的介质内始终没有传导电流通过。所以由电荷守恒定律有 （1），0tJ而当我们考察稳恒情况下电流激发磁场的规律 （2），JB0两边取散度，由于 ，所以只有当 (3)时（2）式0BJ才成立。这时可以引导学生发现（1）与（3）式的矛盾，从而发现了问题。这就是“找势”的方法。3.2 演势在电动力学教学中的应用
6、演势的目标是传承，就是将前人总结的知识传授给学生。这种方法在电动力学的教授中我们采用的很多，我们还举位移电流假说的例子。在发现（1）与（3）式矛盾的情况下，麦克斯韦提出了位移电流假说，即假设有一个称为位移电流的物理量 它和电流JD合起来构成闭合的量，满足 （4）并假设位移电J 0)(DJ流与电流一样产生磁效应， 这样把（2）式修改为 这样两边取散度都等于零，因此理论上就不)(0DJB再有矛盾。下面我们导出 的表达式。由电荷守恒定律（5），电荷密度 与电场散度有关系式 0tJ0E（6），（5）（6）两式合起来得 与（4）式比0)(0tEJ较得 。这样我们就演势了 的表达式。tEJD0 D3.3
7、造势在电动力学教学中的应用造势的目标是创新,这是在学习了相关知识以后，学生提出自己的新的想法，这种想法可能是对的，也可能是错的，或者现在还无法判断它的对错，但鼓励学生的创新精神是非常重要的。我们举超导体的例子。在讲授超导体的电磁性质这一节时，在讲授其微观理论 BCS 理论后，可以引导同学们思考，BCS 理论是用电子声子的相互作用的机制建立起来的低温超导理论，但是在高温超导材料发现以后，BCS 理论就无法解释其超导的机制。现在研究高温超导的物理机制已是物理学的前沿课题，这其中理论众多。有 Anderson 的非费米液体高温超导理论，Schrieffer 自旋袋理论，Pines 等人近反铁磁费米液
8、体理论，共价键理论，极化子理论等等。这时就可以鼓励学生在课后查阅了有关的资料以后，能不能对这些理论有一个评价或者自己提出一些新的想法来解释高温超导体的一些性质，然后大家在一起交流，这样既鼓励了学生的创新精神也对学生的科研能力的培养大有帮助。4结束语电动力学在工农业生产、信息、自动化等各行各业, 都具有广泛的应用。电动力学课是在学生掌握了高等数学、数学物理方法、普通物理等基础知识的条件下开设的, 学生已具有一定的基础知识和分析问题与解决问题的能力, 应该有目的地引导和发挥出来, 使他们对自己感兴趣的、又与本课程内容有关的问题作深入的讨论。本文阐述了在电动力学教学中尝试运用教育势科学理论中的找势、演势和造势的观点, 通过三个实例说明如何在教学中注重对学生进行学习方法和学习自主性的教育, 这种尝试不仅有利于培养学生的独立自主的能力, 而且有利于培养学生的基本科研素质, 提高学生认识、探索自然界的思维方法。参考文献:1 郭硕鸿 电动力学 (第三版) 高等教育出版社 20082 李德昌 势科学及其普适性 广东培正学院学报 2009 年第 4 期
