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电动力学的理论体系和研究方法
电动力学的理论体系和研究方法【1】
摘要：根据我校的教学实际，结合电动力学的课程特点，介绍了在学生学习和教师教学过程中应明确的电动力学的地位、知识结构和逻辑体系以及研究方法，为学生学习电动力学和教师教授电动力学提供有益的帮助。
关键词：电动力学;知识结构;逻辑体系;研究方法
本文根据我校的教学实际并结合电动力学的教学特点，分别介绍了学生学习和教师教学过程中应明确的电动力学的地位、知识结构和逻辑体系以及研究方法，希望能为电动力学的学习与教学提供有益的帮助。
一、明确电动力学的地位
电动力学主要阐述宏观电磁场理论，其研究对象是电磁场的基本属性、它的运动规律以及它和带电物质之间的相互作用，可见它与自然界中的四种基本相互作用(引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用)之一有直接联系。
由于光的理论本质是电磁理论，所以电动力学还是光学理论的基础。
电动力学作为物理学专业一门理论基础课，是理论物理(理论力学、热力学统计物理、电动力学、量子力学)的重要组成部分，包括物理学发展史上具有里程碑意义的两个物理理论，即麦克斯韦电磁理论和爱因斯坦狭义相对论。
本课程最重要、最直接的先行课程是电磁学和数学物理方法，后继课程是量子力学、固体物理等。
因此，电动力学要在电磁学的基础上，利用数学工具严格、定量地讲清宏观电磁相互作用的基本概念、基本理论和基本方法，使学生加深对电磁场性质和时空概念的理解，获得本课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力。
同时为后继相关课程打下必要的基础。
以上将经典电磁场理论放在整个物理学中做了概括的论述，目的是为了使学生对它的地位和意义有一个恰当的认识，避免过份强调本学科的作用，造成“只见树木，不见森林”的错觉。
二、明确电动力学的知识结构和逻辑体系
在课程内容体系和结构的组成与安排上，一般采用两种方法：“从特殊到一般”的分析归纳法和“从一般到特殊”的演绎法，这两种方法是同样重要的。
但是，多年来电动力学的教学大大忽视了分析归纳法，实际上这不符合物理学发展的规律。
从认识论的角度来看，分析归纳法所指的“从特殊到一般”就是由实践到理论的过程，即将丰富的实践经验进行深入的分析，由表及里，去伪存真，总结概括出带有规律性的东西而上升为理论。
演绎法所指的“从一般到特殊”就是由理论再到实践的过程，即理论要经过实践检验，并且经过实践检验而被证明是正确的理论再指导实践。
由此可见，分析归纳法与演绎法的结合正是在某一个认识层次上实践―理论―实践的全过程，同时体现了理论与实践的紧密结合。
因此，在电动力学课程内容体系和结构的安排上，可力求从实验事实出发，提出问题，分析问题，总结出规律和假设，再经实验验证升华为科学理论，在更为普遍的意义上解决实际问题。
这样，使分析归纳法和演绎法有机地结合起来，更好地贯穿理论联系实际的重要原则。
具体来说，对于麦克斯韦理论的讲述，是从静电场、静磁场和时变场的实验定律出发，分析在时变场情形下所出现的深刻矛盾，为解决矛盾提出位移电流这一科学假设，并总结出麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式。
之后的大量实验验证了它是在随时间变化的普遍情形下完全正确的电磁场理论。
然后以此理论为基础，讨论在特殊情形和不同方面电磁场的性质和运动规律，如电磁波的传播，电磁波的辐射、散射和衍射，运动带电粒子的辐射等。
对于狭义相对论的阐述，也同样注重理论原理与实验基础之间的紧密结合。
在国内外，有些电动力学书的逻辑体系与上述不同。
其中一类是以归纳法和演绎法并重，先详细讨论静态场与似稳场，然后用归纳法得出麦克斯韦方程组，以后就用演绎法讨论电磁波的辐射、传播等问题;第二类是以静电场为起点，应用狭义相对论对库仑力进行洛伦兹变换，从中引出磁场的概念，导出磁场的场方程，继续推出麦克斯韦方程组，然后讨论辐射、传播等问题，基本逻辑体系仍属于演绎法范畴;此外，还有采用“逐步公理法”的逻辑体系，它以矢量场的亥姆霍兹定理为核心，对每种具体电磁场，根据实验规律对该场的源和“涡源”提出假设(即公理)，然后对每种场做深入的研究，这也是一种以演绎法为主的逻辑体系;还有人采用分析力学方法，引入电磁场的拉格朗日函数，导出电磁场的基本规律等。
三、注意学习电动力学的研究方法
1.归纳法。
根据有限的、特殊条件下的实验结果和规律，归纳出在一般情况下的普遍规律。
由于总是不完全归纳，所以其结论可能是对的(经得起新实验的检验)，也可能是错的(经不起多数实验的检验)，还可能是不完全的(被许多实验证实，但有个别例外)，就需要进一步修正结论，从而得出新结论。
用归纳法得出的结论实际上是“猜”出来的，谁猜的本领高，谁就能发现真理，这里面包含了科学家天才的想象力与严密的理论思维能力。
麦克斯韦方程组的得出就是运用归纳法的光辉范例，它不是对静态场与似稳场的简单归纳，麦克斯韦在归纳过程中提出的两个假说(涡旋电场和位移电流)就体现了他的天才想象力和逻辑思维能力。
洛伦兹力公式是洛伦兹运用归纳法将静电力和静磁力两个公式推广到适用一般电磁场的电磁力公式。
这个公式经受住了无数次实验检验，没有一个反例，因此可以相信它反映了客观真理。
2.演绎法。
全部理论建立在尽可能少的几个出发点之上，把它们作为基石，然后运用严密的逻辑推理和准确的数学推演，建立起完整的理论体系，演绎过程可将我们的认识从基本出发点引到很遥远的地方，从而大大开拓了眼界，同时也使得基本理论在许多具体的工程技术领域内得致实际的应用。
电动力学是如此(这一点在“2”中已做论述)，狭义相对论更是如此，它的全部理论只建立在两条基本假设上(相对性原理和光速不变原理)，通过缜密的逻辑推理和运用四维时空张量的推演，得出了震惊世界的相对论时空理论、相对论力学和相对论电动力学等。
演绎法中，出发点的提出是有创造性的，只要这个前提是对的，那么通过严密的逻辑推理和准确的数学推演所得的结论就是正确的。
电动力学中的理论物理思想及教学策略【2】
摘 要：该文讨论了电动力学中的理论物理思想及教学策略，理论物理思想包括理论的基本原理、数学方程的建立以及理论物理解决问题的方法，提出了相应的教学策略以及学习策略。
关键词：电动力学 理论物理思想 教学策略
电动力学是研究电磁现象的经典的动力学理论，它主要研究电磁场的基本属性、运动规律以及电磁场和带电物质的相互作用，电动力学是在电磁学基础上更系统、更深入、更严密地进行阐述的理论体系，是高校物理专业及相关专业学生在普通物理基础上，继续深入学习的一门理论基础课。
这门学科与电磁学、近代物理学、量子力学等相关学科联系紧密，因此在物理学课程中具有重要的地位和作用。
电动力学课程的内容包括麦克斯韦电磁理论和爱因斯坦狭义相对论，这是在物理学发展史上起里程碑作用的两个物理理论。
普通物理的逻辑体系是：实验→定律→理论，是一种以归纳法为主线的知识结构。
电动力学是它属于理论物理范畴，是以麦克斯韦方程组，分别讨论在静态、时变态、含源区、自由空间等不同条件下电磁场的空间分布和运动变化规律，其逻辑体系以演绎法为主。
因此电动力学淋漓尽致地体现了的理论物理思想，在本课程的教学过程中如何将理论物理思想展现并传授与学生，如何通过本课程培养学生的能力仍然是一个值得讨论的问题。
1 电动力学中的理论物理思想
电动力学同理论力学、热力学统计物理、量子力学则属于理论物理范畴，它们的科学体系是建立在基本原理之上，例如理论力学中的虚功原理、最小作用量原理、量子力学中的态叠加原理、热力学统计物理中的等概率原理、电动力学中的麦克斯韦的两个假定。
理论物理由这些基本原理得出数学推论形式，也就是建立数学方程方程，方程的建立描述着着物理规律。
例如理论力学中有哈密顿正则方程、量子力学中有薛定谔方程。
电动力学中有麦克斯韦方程组、热力学统计物理中有刘维尔方程等。
因此，理论物理科学体系建立需要我们提出合理的假定，这些合理的假定正是物理学的创新之处，所以学习前人的提出假定的过程就是学习如何创新的过程!这一点在培养学生创新能力方面必须在教学中体想出来。
尤其是在电动动力学当中，科学家在建立理论过程中充分体现着创新的过程。
例如法拉第发现电磁感应规律后，人们很容易解释为什么会产生动生电动势，这可以用电荷受到洛伦磁力来解释，是洛伦磁力提供了非静电力。
但是无法解释感生电动势，因为不明白是哪一种力提供着非静电力，为了解决这个问题，麦克斯韦提出了合理的假定，他认为电荷既然可以运动，肯定受到了电场或磁场力的作用，磁场力显然不可能，所以只有电场力，但是电场力必须是非静电力，因此麦克斯韦提出存在涡旋电场，这个涡旋电场来自于变化的磁场，显然体现着一种创新思想。
还有狭义相对论的建立，正是人们无法解释麦克斯韦方程组与伽利略变化的矛盾的时候，还有对“以太”的是否存在犯愁的时候，爱因斯坦提出了狭义相对论的两个基本原理。
2 教学策略
认识到了电动力学课程的特征，体会到了电动力学中的理论物理思想，在教学中应该注重通过物理学中的创新，激发学生的学习兴趣，培养学生创新能力以及解决问题的能力。
因此在教学中应当注意介绍现代生产技术实践对电动力学学科的新进展。
电动力学课程教学应当密切联系最新科学技术和实际应用，对于电磁波辐射的危害，科学家们已经做出了大量的实验以及临床证明，证实电磁波辐射对人体健康有危害已经是不可否认的事实。
利用自己的科研经验和成果，启发学生走向科研轨道。
坚持进行教学研究和学术研究，使教学与科研紧密结合，注意从教学实践中提出研究课题让学生作为毕业论文完成。
注重带有普遍性的方法与近似方法相结合。
比如电动力学种求解静电场的普遍方法有拉普拉斯方程法，但是也有近似方法比如电多极矩展开。
近似方法的实质就是通过抓住主要矛盾、忽略次要因素来解决问题的方法，它大量运用于物理学的教学和科研之中。
该方法可解决一些还不能严格求解的问题，可使一些能求解的问题得到简化，还往往能很好地适应生产实践的需要。
在教学中还应注意在一些具体的数学推导中也紧密结合物理分析，这样不仅能理解每一个数学结果的物理含义，而且有时还能简化数学运算。
从物理上获得数学方程的解，如计算点电荷格林函数，就可以从物理上获得。
实践结果表明，这样做不仅对问题本身的认识更加全面、深刻，而且学生更易于接受和理解。
3 结语
电动力学是电磁学的后继课程，它属于理论物理范畴，它由麦克斯韦方程组讨论不同条件下电磁场的空间分布和运动变化规律，其辑体系以演绎法为主。
所以广大学习物理课程的大学生更应该充分重视电动力学、学好电动力学，这不对学生牢固掌握和灵活运用归纳法、演绎法、类比法、理想模型和数学语言来求解各种问题，更要树立严谨的学习态度和刻苦的学习作风、培养浓厚的学习兴趣起到良好的的促进作用，而且为以后解决各类问题培养能力。
当学生一旦掌握了这门课程并学会了研究它的科学方法时，便会产生“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路”的那种发自内心的喜悦。
电动力学课程的科学体系以及教学策略，不仅适应于电动力学课程的教学，还很容易推广到其他理论物理课程上，让学生在大学四年不仅获得知识，而且更重要的是让学生毕业后具有获取知识的能力、解决问题的能力、具有创造性的思维。
参考文献
[1] 郭硕鸿.电动力学[M].3版.高等教育出版社，2008.
[2] 俞允强.电动力学简明教程[M].北京大学出版社，1999.
[3] 汪映海，赵鸿.优化电动力学课程内容体系和结构的一些探讨[J].高等理科教育，2001(4)：29.
[4] 苑仲元，张强.电动力学在物理学课程中的地位和作用[J].创新科技导报，2012(14).
[5] 林海.电动力学教学中学生能力的培养 [J].雁北师院学报，1997(13).
[6] 熊万杰，陆建隆.对电动力学课程改革的探索[J].高等理科教育，2003(6).
电动力学课程教学改革的思考和实践【3】
摘 要 电动力学是介绍电磁场和电磁波基本规律及其狭义相对论理论的课程，是大学物理学和光电信息等相关专业的必修课程，是支撑现代科技不断发展的重要理论知识。
电动力学具有很强的理论性，学生学习这门课程的难度较大，难以取得良好的教学效果。
因此，本文将深入研究和思考电动力学的教学现状，并指出电动力学课程教学改革的思路，旨在改善电动力学课程教学模式，提升教育教学效果。
关键词 电动力学课程 教学改革 思考 实践
电动力学是四大力学之一，综合了经典电磁学的最高成就，相对电磁学而言，其可以揭示物理现象的本质和规律，具有概念、公式、符号抽象，内容繁多，教学效率较低的显著特征，是电子通信相关专业的重要基础课程。
随着科学技术的迅猛发展，电动力学在通信、电工、超导和微电子等诸多领域都得到了广泛应用。
电动力学课程中的物理概念和思想较为抽象，不易理解，学生只有具备扎实的数理基础和丰富的想象力，才能理解和掌握电动力学课程中的物理概念和数学方法。
由于电动力学是物理学相关专业的重要基础课程，也是推动现代科学技术不断发展的基础理论，因此，深入研究和思考电动力学理论课程教学存在的问题，总结出提升电动力学教学效果的建议，对促进高校电动力学的教学改革和推动现代科学技术的发展具有重要意义。
1电动力学教学中存在的问题
1.1教学内容多，课时少
电动力学主要涵盖电磁现象的普遍规律、静电场、静磁场、电磁波的辐射和传播以及狭义相对论等五大部分的教学内容。
仅有电磁波的相关内容广泛应用于生产生活、军事和物理学研究前沿等领域。
在电动力学实际的教学工作中，电动力学教师通常会依照教学大纲进行讲解，注重静电场、静磁场等相关内容的理论知识、基本方法以及电磁波在实际生产生活中的应用，电磁波在物理前沿以及军事方面的应用长期得不到电动力学教师的重视，导致这种现象的缘由是电动力学课程本身有着物理概念抽象、符号和公式难以理解以及教学难度大等显著特征，教学内容多和课时少的矛盾突出，这势必会导致电动力学教师为了提升考试通过率而减少教学内容，这就大幅度降低了电动力学的教学效果和学生的学习成绩。
1.2教学方法有待改善
受我国传统接受式教学模式的影响，电动力学的教学活动主要以教师为中心，教师在实际的教学活动中处于主体地位，主要采取讲解、板书以及多媒体等教学模式向学生传授知识，学生在学习过程中处于被动地位，这样的教学模式有利于学生及时理解电动力学的概念，但是却制约着学生独立思考能力的发展，不利于增强学生主动参与教学活动的积极性。
另外，随着多媒体技术在教学活动中的普及和应用，大多数教师逐步从传统“粉笔+板书”的教学模式向以多媒体为主、板书为辅的教学模式过渡，这就会导致教师讲课的语速不自觉的加快，学生在课堂上几乎没有独立思考的时间，也不可能准确理解和掌握课本上的基本概念和有关公式的论证过程，大大降低了电动力学课程的教学效果。
1.3考核方式不完善
目前，绝大部分高校的电动力学考核方式有两部分构成，即平时成绩占30%，期末考试成绩占70%。
平时成绩主要取决于学生的课堂表现和作业完成情况，而期末测试注重对课本基础理论知识的记忆和模仿，几乎没有综合能力的测试。
所以学生只重视期末考试，平时学习电动力学的积极性不高，通过考前临时性的记忆完成电动力学课程的考核已经成为一种常态，这样的考核方式不利于学生探索性思维的发展，也不利于学生全面掌握电动力学的相关知识。
2电动力学课程教学改革的思考和实践
2.1调整教学内容
在实际的教学工作中，大多数学生在面对电动力学复杂的运算推导时通常会表现出畏难情绪，对公式的推导束手无策，从而失去了学习电动力学的积极性。
因此，电动力学教育工作者要积极主动地调整教学内容，在正式讲解电动力学课程之前增添数学基础知识的讲解，协助学生解决学习电动力学的数学障碍，从而树立起学好电动力学课程的信心，从而提升该课程的教学效果和学生的学习成绩。
2.2创新教学模式
电动力学教师要根据教学要求和学生的实际情况，灵活地运用教学方法。
教师要主动并善于分析电动力学课程不同章节之间的联系，总结出处理问题的共同点和不同点，不断创新教学模式，从而达到事半功倍的教学效果。
例如在讲解静电场和静磁场这部分内容时，电动力学教师利用静电场和静磁场研究方法相似的特征，深入讲解静电场这部分内容，让学生准确掌握静电场的各种分析方法，之后再采取类比法讲解静电场的相关内容，这样有利于培养学生灵活运用知识的能力。
与此同时，电动力学教师要善于利用多媒体技术教学，将复杂和难以理解的物理学现象通过多媒体技术形象生动地呈现在学生面前，为学生理解疑难问题创造良好的条件，从而提升电动力学的教学质量。
2.3健全课程的考核方式
电动力学教学工作者要不断健全课程的考核方式，增强学生学习电动力学的积极性。
各大高校可以适当地提升平时成绩占总成绩的比例，积极贯彻学习为目的、考核为手段的教学理念，让学生清醒地认识到学习过程的重要性作用，丰富考核的内容和方式，从多方面考察学生的知识和能力。
例如在每单元结束时进行单元测试，将单元测试的成绩纳入平时成绩;定期开展探究性的学习活动，培养学生获取知识、分析和解决问题问题的能力，并将探究性学习的成果纳入平时成绩;在期末考试试题中增大综合题目的比重，从而让学生更加重视电动力学的学习。
3结论
电动力学是物理学相关专业的核心基础课程，对培养和提升学生的抽象思维能力具有重要作用。
在电动力学的实际教学中依旧存在着教学内容多和课时少矛盾、教学方法有待改善和考核方式不完善等诸多不良问题，电动力学教师要注重课程教学的改革工作，积极调整教学内容、不断创新教学模式和健全课程的考核方式，从而有效提升电动力学的教学质量，为我国现代科学技术的发展培养出更多的高素质人才。
参考文献
[1] 万勇，李山东，云茂金，刘眉洁.“电动力学”课程教学改革的实践探究[J].现代教育技术，2015(09).
[2] �R保科，张英堂，翟学军，王晓娟.电动力学课程教学体系的改革与完善[J].西安邮电学院学报，2011(S2).
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