摘要：“电磁场理论”这门课程的概念抽象，公式和推理繁多，计算复杂，不容易让学生产生学习兴趣。在教学中，尝试着将复杂的东西用最简单的话说出来，对抽象的公式做最为形象的描述，围绕物理定律讲一个跌宕起伏的故事，再结合各种悖论、前沿和未知，来激发学生的学习兴趣，取得了良好的效果。
关键词：电磁场理论；兴趣；教学
中图分类号：G642 ； ； ； ； ；文献标识码：A ； ； ； ； ；文章编号：1007-0079（2014）18-0046-02
电磁场理论是电气工程的一门核心课程，也是理解和掌握电气领域其他专业课程的物理基础，更是探索电气工程前沿必须具备的基本知识，在电气工程的课程体系中占有重要的地位。因此“电磁场理论”课程教学质量的好坏，直接关系到学生对其他专业知识的理解和吸收，甚至会影响到学生在本领域的创新能力。
电磁场理论这门课程具有公式和推理繁多、计算复杂、前后关联紧密，并且内容极为抽象等特点，如果不能使学生对电磁场理论的学习产生兴趣，很难取得良好的教学效果。本文结合电磁场理论的教学内容，探讨一些提高学生学习兴趣的教学方法。
一、从简单的知识说起
学生只愿意听他们能听得懂的东西。就笔者而言，不管是听课还是听报告，只要演讲者开始的几句话听不懂，哪怕是有几个难懂的专业术语，就会瞬间失去听下去的兴趣。相反，通俗、简单的开始总会给人亲近的感觉，让人更加专注地听接下来的内容。
电磁场理论的第一节课，可以从物理学最基本的概念——“力”开始讲起。力是物体与物体的相互作用，其作用的结果是使物体的状态发生改变。学过的力有很多：重力、库仑力、摩擦力、弹力等等，但是基本的力只有三种：万有引力、电磁力和强核力，这三种基本的力也被称为基本相互作用。万有引力负责让行星绕太阳旋转，而电磁相互作用负责让电子和原子核形成原子，再让原子最终构成世界上所有的物质；强（核）相互作用负责让质子和中子构成原子核。一种原子的具有怎样的化合价，它能和哪种原子组成化合物，这种化合物是导体还是绝缘体，它是什么颜色的，强度和韧性怎样……，TNT为什么会爆炸，光合作用是怎么进行的……， 这些都是电磁相互作用的结果，可以说这个世界上90%以上的现象都与电磁相互作用有关，而现在要学的电磁场理论就是研究电磁相互作用的一门科学。
这样简单的开始，既让学生明白电磁场理论讲的是什么，又拉近了电磁场理论和学生的距离，如果一开始就讲梯度、散度和旋度，恐怕还没有搞清楚什么是场，就已经陷入对复杂的矢量分析的恐惧中了。
二、将复杂的东西简单化，将抽象的东西形象化
将复杂的东西简单化，将抽象的东西形象化，不但会获得更多的听众，而且会加深他们对所讲内容的理解。一节课上，笔者让3个人走出教室，然后问大家教室里少了几个人，大家一时不知老师到底要说什么。然后笔者告诉大家：如果把一个人看成是一个电荷，把教室看做一个闭合的高斯面，从高斯面出来电荷量，等于高斯面内减少的电荷量，这时大家就明白笔者在讲电荷守恒。从高斯面里出来的电荷量，可以用电流密度的闭曲面积分来表示，而高斯面内电荷量的减少就是电荷量对时间偏微分的负值，二者相等正是电荷守恒的积分公式。如果过高斯面所包含的体积是个非常小的单位体积，那么从高斯面里出来的电荷量，可以用电流密度的散度表示，而高斯面内电荷量的减少就是电荷密度对时间偏微分的负值，二者相等正是电荷守恒的微分公式。这样，学生只要理解了闭曲面积分和散度，就能明白电荷守恒以及其微分和积分公式的含义。
电磁场理论中的公式繁多，不容易记住。有时候做一些形象地类比，对记忆公式颇有益处。一个小球所具有的动能1/2mv2，可以理解为二分之一倍的小球的固有属性——质量乘以小球的可变状态属性——速度的平方；而一个电容器所带有的电能1/2CU2，可以理解为二分之一倍的电容器的固有属性——电容乘以电容器的可变状态属性——电压的平方；而一个电感器所带有的能量1/2LI2，可以理解为二分之一倍的电感器的固有属性——电感乘以电感器的可变状态属性——电流的平方。同样的道理，真空中单位体积的静电场具有的能量，是二分之一倍的固有属性——真空介电常数ε0乘以电场的可变状态属性——电场强度E的平方，而真空中单位体积的静磁场具有的能量，是二分之一倍的固有属性——ε0C2乘以磁场的可变状态属性——磁感应强度B的平方，这样类比着记忆，不但容易记住公式本身，而且可以加深学生对公式的理解，也扩展了相关领域的知识。
三、围绕课程讲一个跌宕起伏的小故事
对学生们来说，听故事比听课更具有吸引力。一个好的故事通常有起因、发展、高潮和结局，如果一节课在保持简单性的原则下，能够像故事一样讲得跌宕起伏、引人入胜，也不失为一种好的教学方法。
在麦克斯韦的四个方程中，有两个是描述电场的散度和旋度的方程，有两个是描述磁场的散度和旋度的方程，而且变化的电场产生带有旋度的磁场，变化的磁场产生带有旋度的电场。从某种角度来看，电场和磁场是同一事物的两个方面——就像“手心”和“手背”，并且具有很高的对称性。但是这种对称性并不完美——发散的电场来自于电荷，而发散的磁场是不存在的，也就是说没有发现磁荷（磁单极子）这种东西。难道目前没有发现，就代表着宇宙中没有这种东西么？有没有可能磁荷是存在的，只是离地球比较远而没有被发现呢？出于对物理中对称美的追求和向往，很多物理学家宁愿相信上帝在创造电荷的同时也创造了磁荷。物理学家狄拉克早在1931年就利用数学公式预言了磁荷的存在，之后许多实验物理学家致力于在太空中寻找磁荷，甚至有报道称发现磁荷存在证据，但是遗憾的是，这些实验都无法重复，到目前为止都没有确凿的证据最终证明磁荷存在与否，这仍然是自然界中的未解谜题之一。
这样围绕一个物理知识讲一个小故事，不但改善了课堂内容枯燥的弊病，而且容易引起学生的好奇心，并且加深学生对麦克斯韦方程的理解。笔者甚至在期末考试中出过这样一道题：如果在2085年，科学家在太空中探索到了磁荷的存在，请问麦克斯韦方程需要如何改写？
四、敢于触碰前沿、悖论和未知
大学生都是20多岁的年轻人，他们喜欢新鲜的事物，并且对新鲜事物有着天然的敏感性和好奇心，如果每天讲课的内容都是上百年的“旧知识”，他们自然是没有兴趣。在课堂上，每讲一个知识点，再结合相关领域的前沿、悖论和未知，会激发学生的好奇心，促进他们独立思考，并开阔他们的眼界。
超导是电气工程中一个方兴未艾的前沿领域，并涉及电磁场理论的各个方面。课堂上，可以从超导体被发现的曲折历史故事开始讲起，让学生知道这世界上除了绝缘体、半导体和导体之外，还有一种电阻为绝对的零的“超”导体。这种超导体被做成电缆，可以不产生焦耳热，损耗为零；做成电动机（或发电机）可以将体积减小一半以上，可以作为军舰和潜艇的动力；超导线圈可以产生很强的磁场，可以做成医疗上使用的核磁共振仪。此外超导体还有抗磁性，使超导体在磁场中悬浮起来，这样可以让火车悬浮起来，贴地“飞行”；也可以让陀螺悬浮起来，让它作为导弹或者宇宙飞船的“指南针”；超导体甚至可以做成计算芯片，等等。但是超导体目前面临的最大困难是，要想让超导体电阻为零或产生抗磁性，需要把它冷却到一个很低的温度，但是有没有不需要冷却的超导体呢？很多研究人员在朝这个方向努力，但是谁都不知道答案，目前甚至连很多已知的超导体电阻为什么是零都不知道。
除了前沿领域，还有很多悖论和未知可以在课堂上提出来。比如电子是不是一个点电荷？球形闪电是怎么产生的？没有电磁相互作用而只有引力相互作用的暗物质和暗能量、双生子缪佯等等。
五、给学生留下问题
学生最缺乏的就是独立思考和解决问题的能力。笔者有时候甚至认为，大学老师主要任务应该是提出问题，让学生独立思考和解决，而不是告诉他们答案。所以在课堂上可以提出很多问题，但是最好不要给出所有问题的答案，留一些问题，让有兴趣的同学独立思考，和别人讨论，对学生来说更有意义。大学教育应该注重学生的兴趣，这是学生独立思考和创新的动力源泉。
参考文献：
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（责任编辑：王意琴）