崔巍巍[1]，劉立柱，翁凌，王誠，陸以杉

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提升電介質物理課程教學生動性的探索與實踐

崔巍巍[1]，劉立柱，翁凌，王誠，陸以杉

（哈爾濱理工大學 材料科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

針對電介質物理課程多學科交叉性以及理論性強的特點，提出在授課過程中運用多種教學方法相結合的教學設計思想．即采用類比法并延伸類比前后照應的方式組織教學內容，通過與教學內容相融合的方式維護課堂秩序，借助任務驅動法鼓勵學生深入思考，通過角色扮演模擬物理過程等．實踐證明，這一改革措施提升了課堂教學生動性，學生的學習熱情高漲，教學效果良好．

電介質物理；類比法；任務驅動法

電介質物理是以電介質材料為研究對象的一門科學，是絕緣材料專業(yè)的基礎理論課和必修課．電介質物理研究電介質的極化、電導、損耗以及擊穿與電介質的結構、組成之間的關系，從而為生產和研究人員制造、選用和開發(fā)電介質提供科學依據[1-3]．高分子材料專業(yè)在大三開設電介質物理課程，以促進學生深入學習材料介電特性的微觀本質，加深對溫度、電場、壓力和頻率等外界條件對材料介電特性影響的理解，為學生今后學習絕緣材料測試方法等相關課程打下堅實的理論基礎．

該課程涉及物理學、化學、材料學、電子學和電氣學等多學科的交叉與融合，抽象概念較多，學生在學習過程中往往覺得枯燥難懂，容易產生畏難情緒，這種狀況在其它高校中也普遍存在．經過多年的鉆研探討和教學實踐，在如何提升課堂教學的生動性，激發(fā)學生的學習興趣，引導學生掌握電介質物理概念和原理方面進行了探討，積累了豐富的教學經驗，取得了滿意的教學效果．

1 類比法的應用

1.1 巧用類比導入教學內容，揭示電介質作用

類比法是根據兩種事物在某些特性上的相似，推理出他們在另一些特性上也可能相似的思維形式，作為直接有效的一種課堂教學方法，可以把復雜的物理問題變得簡單易懂[4-5]．在物理新概念的得出，物理模型的建立，物理問題的理解上有其得天獨厚的優(yōu)勢．大學生的抽象思維能力較強，對教學的直觀性要求不那么高，但教師在課堂中采取生動靈活的類比法組織教學內容，借助生動有趣、深入淺出的類比實例仍能有效激發(fā)學生對課程內容的興趣程度，從而提高授課效果．

課程緒論部分首次提出電介質的概念時，學生對電介質在電能傳輸存儲中的作用往往不太理解．此處采用類比的方法講解，將“電流”和“水流”類比，水流是水分子的定向流動，電流是電荷的定向遷移，水流依靠堤壩（河床）來束縛流向，電流則依靠電介質隔離在不同電位的導體之間束縛電流．將電介質類比為堤壩，通過堤壩的作用去認識電介質的作用，就比較容易闡明原理了．

1.2 延伸類比前后照應，揭示樹枝本質

課程最后一章關于“樹枝化”的介紹中，將前面提到的電介質與堤壩的類比進行延伸，與緒論部分前后照應，在輔助學生理解樹枝本質的方面取得了令人滿意的效果．此處，電介質中的樹枝與堤壩中的螞蟻穴相類比，從形態(tài)上，兩者都是空心通道；從作用效果上看，“千里之堤，潰于蟻穴”，螞蟻穴的產生不會導致堤壩立刻絕堤，但長時間的作用下，會導致堤壩的破壞；樹枝的危害與螞蟻穴類似，它的產生不會立即導致絕緣介質的擊穿，在電場的長期持續(xù)作用下，樹枝狀微通道順著電場方向貫穿整個電介質材料，才會導致?lián)舸?，嚴重威脅電氣設備、開關器件和絕緣套管的運行安全．經過在形態(tài)和作用效果兩方面的相似之處的類比，學生很容易明白電介質材料的作用和樹枝化的影響．可見，生動的類比對于抽象概念的理解最直接也最有效，有著事半功倍的效果．

2 靈活運用教學內容維護課堂秩序，讓“低頭族”抬頭

電介質物理的教學過程中涉及到高等數學的微分積分計算，材料的微觀極化損耗機制的空間想象，熱力學和統(tǒng)計力學的聯(lián)系等內容，學生感覺枯燥乏味，課堂上經常出現(xiàn)玩手機的“低頭族”另外還有一些說話、睡覺和聽音樂的現(xiàn)象．教師不得不騰出時間和精力維持課堂秩序．有時甚至在上課之前將手機收繳上來，這樣反復的中斷，教師經常面臨在有限學時內無法完成教學任務的問題．

在教學過程中，進行了將對大學課堂秩序的硬性維護轉化為與教學內容相融合的教學嘗試，讓學生們能從思想上充分理解教師的良苦用心，從而積極配合教學方法的改革．

在介紹熱力學和統(tǒng)計力學關系時，通過波爾茲曼關系式將熱力學中的熵和統(tǒng)計力學中的熱力學幾率聯(lián)系在一起，，．其中：分別為第種狀態(tài)的粒子數；為系統(tǒng)的總粒子數，．

熱力學幾率的定義是一個宏觀狀態(tài)所對應的微觀狀態(tài)的數目，為理解玻爾茲曼關系式，列舉了這樣一個例子，以班級學生上課為例，那么宏觀狀態(tài)就是高分子2013級82個學生在上課，對應很多的微觀狀態(tài)是有的學生在記筆記，有的學生在回答問題，有的學生在聽課，有的學生在玩手機，有的學生在發(fā)呆等很多種微觀狀態(tài)．

用公式來計算，情況（1）中熵取得最大值，情況（2）中熵取得最小值，熵簡單來說就是“混亂程度”，熵值越大就越混亂，反之則越有秩序．體系自發(fā)的總是朝著熵增加的方向進行，對于課堂，如果不另做功，施加影響而是順其發(fā)展，就會導致課堂越來越混亂，影響學生們的正常學習，因此教師需要花費一定的時間和精力來維持課堂秩序，學生們也需要自我克制，自我管理保持良好的聽課狀態(tài)．

這種將維持課堂秩序與教學內容相融合的教學方法，既不中斷教學，又不浪費學時；使學生明確理解了抽象的定義，又使學生們認識到維持課堂秩序的必要性和根本目的，從內心深處對教師維持課堂秩序給予充分的理解．對自己應該怎樣保持良好的聽課狀態(tài)有了深刻的認識，最大限度地調動了學生課堂學習的自主性，有效地維持了學生的適宜行為，在多方面起到了有益促進作用，提升了教學效果．

3 任務驅動法打破課本限制，加深對損耗的理解

任務驅動法教學是教師通過給學生布置探究性的學習任務，引導學生主動思考及解決問題，學生借助查閱資料，對知識體系進行整理．在此過程中鍛煉學生分析問題、獨立探索的能力，是提高學生學習自主意識的一種方式[6]．在介紹電介質的損耗一章時可以利用該方法幫助學生強化對電介質損耗過程的理解．在介紹完損耗的產生會對介質材料絕緣性造成危害后，給學生布置任務，讓大家思考“是不是介質在電場的作用下產生損耗就是毫無意義，能否把損耗的特性運用起來，為人類生產生活服務．”從教師講述轉到讓學生自主思考的環(huán)節(jié)，可以帶動學生課下主動學習的熱情，引導學生從損耗的微觀機理去了解電介質損耗的應用．例如：利用損耗機理可以解決塑料制品的焊接問題．塑料通常是絕緣體，不能利用直接通電的方式使其內部加熱，即使利用間接加熱也是從外部進行，熱量很難傳至內部．而利用高頻磁場使分子相互摩擦產生熱量的電介質損耗過程，從內部對塑料均勻加熱，使兩塑膠件分子之間相互滲透粘合在一起，達到焊接效果．通過搜集資料，完成任務，學生更加深入理解電介質的損耗就是電場作用下分子轉向相互之間摩擦而產生熱量的過程．

4 正負電荷“角色扮演”，激發(fā)學生學習熱情

在激發(fā)學生的課堂參與熱情方面，借鑒文科教學中常采用的“分角色扮演”教學環(huán)節(jié)．結合課程的實際教學內容，在介紹電介質的極化和損耗過程時，組織學生通過“角色扮演”游戲理解物理過程．與文科課程中扮演人物類似，讓學生扮演正電荷和負電荷，２個學生一組就結合成了一個電偶極子，讓他們來模擬電場變化時偶極子的響應過程．無外電場時，加上恒定外電場時，外電場變化時，以及電場變化頻率較低和較快時，作為組成偶極子的正負電荷應該怎樣運動．當電場頻率變化加快時，學生們就會更加頻繁地轉圈，消耗了體能，變累，此時和學生點明這就是能量的損耗，電偶極子發(fā)生類似的過程，電能以熱能的形式損耗掉了．這樣學生對電介質的極化和損耗過程有了更深刻更完整的認識，游戲結束后，大家都很興奮，學生對角色扮演非常感興趣．與坐在座位上被動接受學習不同，在參與角色扮演的過程中學生往往主動投入、主動參與，從中獲得成就感和滿足感．教師可以以學生積極參與角色扮演為契機，將學生的參與熱情遷移到其它形式的課堂教學中，學習的積極性明顯提高．

通過校內教學管理部門和學生評教雙重機制對本課程的教學效果的評價顯示，本課程講解條理清晰，深入淺出，學生學習興趣濃厚，學習效果好，評價結果優(yōu)秀．

綜上所述，電介質物理課程理論性強，概念抽象，導致該門課程不易講授．采用多種教學方法相結合的方式，科學地組織教學內容，創(chuàng)造良好的教學環(huán)境，將晦澀難懂的理論盡量講解得生動有趣，引導學生主動思考，有效地激發(fā)學生的學習興趣，調動學生學習的積極性．校內教學管理部門和學生的評教結果表明，本課程教學效果優(yōu)秀，已成為本專業(yè)學生最喜歡的課程之一．

[1] 李盛濤，鐘力生，劉輔宜，等．由電介質物理教學與科研50年看電氣絕緣學科發(fā)展[J]．電氣電子教學學報，2011（S1）：18-24

[2] 沈宗洋，駱雯琴．材料物理專業(yè)電介質物理課程本科教學改革探討[J]．長春教育學院學報，2013，29（11）：88-89

[3] 劉宏偉，尹麗娟．電介質復介電常數的教學和實驗[J]．電氣電子教學學報，2015，37（2）：42-44

[4] 皮小力，尹社會．類比法在剛體力學教學中的應用[J]．高師理科學刊，2008，28（4）：105-107

[5] 張清．類比法在大學物理教學中的應用[J]．安徽工業(yè)大學學報，2002，19（2）：107-108

[6] 葉秀芳，胡曉洪，劉弋潞．物理化學實驗的任務驅動教學模式探索研究[J]．廣東化工，2014，41（15）：273-274

Exploration and practice on enhancement the teaching vitality for the course of dielectric physics

CUI Wei-wei，LIU Li-zhu，WENG Ling，WANG Cheng，LU Yi-shan

（School of Materials Science and Engineering，Harbin University of Science and Technology，Harbin 150040，China）

Dielectric physics has the characteristics of multi discipline crossing and deep theory. In order to enhance the vitality for the course of dielectric physics，proposes an instructional design idea based on combination various teaching methods. In this idea，analogy is used and extended to the subsequent content in the teaching process， teaching content is flexible applied to keep the classes in order，task-driven approach is used to encourage deep thought，role-play is used to simulate physical processes. The practice proves that the teaching vitality and the students' learning enthusiasm has been improved effectively.

dielectric physics；analogy method；task- driven approach

1007-9831（2016）02-0090-03

O487∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.02.026

2015-11-25

哈爾濱理工大學教育教學研究項目（220140001）

崔巍?。?980-），女，吉林舒蘭人，講師，博士，從事靜電紡絲、聚合物薄膜等研究．E-mail：cuiww5448@126.com