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一次课爱上麦克斯韦方程组:我讲的课 精选

已有 6157 次阅读 2022-5-18 11:46 |个人分类:来学往教|系统分类:教学心得

❤让我们从高中知识开始推理,试试能不能一次课爱上麦克斯韦方程组。

❤虽然逻辑链条有点长,但其实大跨度的‘航拍’能帮助你看清科学思维的走向。

❤静下心,跟着我的思路,请耐心听下去,你可以懂的。

以下是课程视频链接。

1.一次课爱上麦克斯韦方程组之一:

https://www.bilibili.com/video/BV1XY4y1t72M/

2.一次课爱上麦克斯韦方程组之二:

https://www.bilibili.com/video/BV1MT4y167K3/

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麦克斯韦方程组对理工科专业非常重要,不过很大一部分大学生学过了普通物理之后并不知道这四个方程组,或者说知道这个方程组,但并不能体会其美好,无法让自己和这些方程组发生联结,我总觉得这是一件非常非常遗憾的事情。

在这个纷繁复杂的不确定的世界中,竟然有着如此简单、对称、美好而伟大的确定性的四个公式是可以被我们人类理解、应用和感动,多好啊。就像有美妙的音乐打动你的心一样,就算你不是作曲家,不是演奏家,你甚至也不识谱,但你被感动的那一瞬间和音乐发生联结是真实而美好的,我希望把这种感动传递出去,把思维的快乐表现出来。

就算我们不喜欢公式,我们至少可以理解法拉第凭着他的直觉建立的电场线,磁场线,看到这些有源或无源,有旋或无旋的场,看到动电生磁,对称的就有动磁生电,能够体会宇宙自然规则的统一。并知道小学肄业的不懂高等数学的法拉第凭着热爱就能参悟宇宙的奥秘,而麦克斯韦只是用了微积分的数学语言让这些奥秘可以被人类方便去应用。

如果学生不能被感动,我愿意将这个责任归给我们这些有着传承物理学使命的物理老师,并因此能多一些思考,多一些努力,物理学本身就是绝美的,只是物理学的美丽却被我们这些有限而傲慢的老师们遮掩了,我很惭愧。但非常非常感恩的是,每当我表达我对物理的爱,学生们总会有热情、积极的回应,每当我承认自己的无能、有限的时候,学生也总是很轻松的宽容接受我,这给了我很大的勇气和力量,让我愿意表达自己的感动和体验,虽然我在物理面前不敢说懂,甚至不能做到只说对的不犯错,但爱能化解一切的问题,希望能让更多的学生能够爱上物理学,至少知道物理是好的,知道有种美好存在。 

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一、历史地位:

麦克斯韦方程组在电磁学与经典电动力学中的地位,如同牛顿运动定律在牛顿力学中的地位一样。以麦克斯韦方程组为核心的电磁理论,是经典物理学最引以自豪的成就之一。它所揭示出的电磁相互作用的完美统一,为物理学家树立了这样一种信念:物质的各种相互作用在更高层次上应该是统一的。

这个理论被广泛地应用到技术领域。麦克斯韦方程组和洛伦兹力方程是经典电磁学的基础方程。从这些基础方程的相关理论,发展出现代的电力科技与电子科技。

二、课程地位:

麦克斯韦方程组是电磁学的基础核心,并贯穿整个光电专业的学习过程,其中更是物理光学和电磁波与电磁场的两门课程的重头内容和基础。但学生普遍对麦克斯韦方程有恐惧心理,觉得非常难懂,需要教师针对他们的兴趣和特点,为他们设计一门全新的课程体系,带领他们跨越思维上的屏障。

三、课程设计:

一次课两个课时100分钟,我讲了60分钟内,学生分组讨论40分钟。

先引出麦克斯韦方程组的重要性,带领学生从开始的陌生感敬畏感开始,体验克服困难的喜悦和由此增加的信心。通过老师的引领,在以往高中知识的基础上,以较为轻松的情况下,看懂深奥的公式,为以后的应用打下基础,树立克服困难的信心,同时了解科学发现的思维历程,学到科学研究的方法。

四、反思总结:

学生的两点表现还是让我有一点惊讶,一是当我启发他们某些高中的物理概念时,他们虽然脸带微笑,但却说不出概念或物理的名称来,其生疏程度我虽可以理解,但还是惊讶,说明以前高中听课刷题比较多,但讨论较少,不习惯语言表达,还说明基础概念确实不够扎实。

第二次惊讶是学生分组互助讨论环节表现出来的热情和录视频的无障碍感,比作为老师的我当初要轻松很多。虽然小组讨论非常放松投入,但邀请上黑板讲都是拒绝的。同学们在互相帮助和我的帮助下讲解得不错,说明及时理顺逻辑链条的重要性,同学提出的问题也很有深度,说明思维开阔,讨论兴趣浓厚。这样的方式很好,只是课时量的限制。但当挑战像麦克斯韦方程组这些高阶有难度的内容时一定要尽量使用,有助于提高学生的克服困难的信心。




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