吳青峰

摘 要 本文針對當前本科教學中科研思維訓練不足的問題，提出了在電磁學教學中融入科研思維訓練的具體方法和思路，并將此應用于奧斯特實驗的教學實踐中。本研究對于探討電磁學教學模式改革，具有一定的指導意義。

關鍵詞 電磁學 科研思維 教學模式 奧斯特實驗

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.12.073

AbstractAiming at the problem of insufficient scientific research thinking training in undergraduate teaching， this paper proposes specific methods and ideas for integrating scientific research thinking training into electromagnetics teaching， and applies this to the teaching practice of Oersted Experiment. This research has certain guiding significance for exploring the reform of electromagnetic teaching mode.

Keywords electromagnetics; scientific thinking; teaching mode; Oersted experiment

現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，對人才培養(yǎng)提出了更高的要求。人才培養(yǎng)的核心不再局限于僅僅掌握基礎理論和基本技能，還要求他們具備一定的科研創(chuàng)新能力。當前，各大高校在本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面采取了多種措施，比如開展課堂教學改革，為大學生提供增強科研創(chuàng)新能力的平臺和比賽，鼓勵和支持學生參與創(chuàng)新項目等。[1-4]實踐表明，高校開展的這些舉措對培養(yǎng)大學生科研創(chuàng)新能力具有一定的作用，但總體上，大學生的創(chuàng)新能力還亟待進一步提高。[5]

科技發(fā)展史表明，科學創(chuàng)新能力的培養(yǎng)依賴于合理且充分的科研思維和創(chuàng)新思維的訓練。科研思維是指個體在一定的科學方法指導下進行思考的過程，它能在較大的程度上保證創(chuàng)新過程的合理性和有效性。然而，當前的教學模式缺少對學生科研思維的培養(yǎng)，特別是低年級學生難以接受到科研思維的鍛煉。傳統(tǒng)的教學模式多以教師為中心，采用“滿堂灌”式教學。教師注重對概念和理論的講解，而學生則側重于知識點的理解和記憶。這種教學模式無法激發(fā)學生的科研興趣，更不能有效鍛煉他們的科研思維。因此，改革現(xiàn)有教學模式，培養(yǎng)學生的科研思維能力是課堂教學中急需解決的問題。電磁學作為物理專業(yè)以及部分工科專業(yè)的核心課程，若能在課程教學中融入科研思維的培養(yǎng)，不僅有利于學生后續(xù)課程的學習，而且可以幫助學生培養(yǎng)良好的科研創(chuàng)新能力。事實上，電磁學課程中的知識內(nèi)容，均是在前人深入研究的基礎上，并經(jīng)過系統(tǒng)總結而得到，換而言之，這些知識被發(fā)現(xiàn)或創(chuàng)造的過程本身就已經(jīng)包含了科研的思維和方法。[6]因而，如果能有意識地在電磁學教學中還原這一科學思維過程，便能夠讓學生較好地了解、熟悉進而掌握相應的科研思維。筆者在奧斯特實驗的教學過程中，對學生科研思維的培養(yǎng)進行了初步的探討和嘗試，提出在教學中加強科研思維訓練的思路和方法。

1 教學中科研思維的訓練

為了便于學生的學習，電磁學教材對相關知識進行了條理化和系統(tǒng)化。傳統(tǒng)的教學方式偏重于讓學生理解并掌握這些知識，進而構建完整的知識體系，并在可能的情況下能夠利用基本原理和方法解決去實際問題。這種傳統(tǒng)的教學模式雖然讓學生掌握了相關的電磁學知識，卻未能讓其接受到電磁理論本身被發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造過程中所采用的科學思維和方法，從而影響其科研思維的培養(yǎng)。

那么，如何在電磁學教學中培養(yǎng)學生的科研思維？首先，教師在備課過程中先將需要講授的知識點所對應的問題羅列出來，并將其凝練成相應的科學問題。然后，理清解決問題的思路和方法。在實際的教學過程中，針對某一科學問題，教師可以逐步還原該問題的解決思路和方法，最后將其引導到需要講授的知識點上。

由于課堂時間有限，我們在還原知識被發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造的過程中，可以基于不同情況采取不同的講授方式：第一種是“步步為營，層層深入”的探索引導方式;第二種是結合電磁學發(fā)展史講故事的形式。對于前一種教學方式，可以將凝練出的科學問題與學生已掌握的相關知識或熟悉的物理現(xiàn)象聯(lián)系起來，引導他們思考解決該問題的可能途徑，然后逐個方向去引導他們尋找解決問題的具體方法。舍棄那些不能解決問題的方向，留下可以解決問題的正確思路和方法，并在此基礎上進一步引導學生歸納出相關的知識點。這種教學方式，比較適合于教學時間相對充裕的環(huán)節(jié)，它能夠有效調(diào)動學生主動參與課堂教學的積極性，激發(fā)學生的思考熱情。如果能夠長期堅持采用該教學方式，將能夠使學生的科研思維得到有效的訓練。

對于后一種教學方式，適用于授課時間相對不充裕的情況。在提煉出科學問題之后，通過介紹性的方式還原問題的分析解決過程。例如，可以結合電磁學的發(fā)展史，通過講述當年的科研故事來說明當時的科學家是如何思考這個問題的，如何走到了錯誤的方向，最終又是如何回到了解決問題的正確道路上來的。通過科研故事的講述，既能夠提高課堂的趣味性，又能讓學生從中深刻體會到科學研究過程中的曲折，以及蘊含其中的科學思維、方法和經(jīng)驗。

通過以上兩種方式的結合，可以讓學生了解和熟悉電磁學理論在建立過程中相關的科研思維，并在潛移默化中得到科研思維的鍛煉。

2 科研思維融入教學實例

在電磁學的發(fā)展史上，奧斯特實驗具有非常重要的地位，它揭示了“電”與“磁”之間不可分割的聯(lián)系，從而宣告電磁學作為一個統(tǒng)一學科的誕生。奧斯特實驗給后續(xù)研究者帶來很大啟發(fā)，由此導致了一系列電磁規(guī)律（如畢奧薩伐爾定律和安培定律）的發(fā)現(xiàn)。這些電磁學規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，本身包含了科學研究的思維與方法。因此，在講授的過程中，將科研思維融入其中，可以幫助學生進行有效的科研思維訓練。為此，我們在教學過程中進行了一些嘗試和探索。

奧斯特實驗研究了電流對磁針的作用。在講授該內(nèi)容時，我們可以提出這樣的問題：在歷史上很長一段時期里，“磁”和“電”的研究一直彼此獨立發(fā)展，為什么奧斯特提出研究電流對磁針的作用？

提出問題后，從科研思維訓練的角度引導學生思考、討論，并回答該問題。然后，我們結合電磁學的發(fā)展史，給學生講解奧斯特當時的研究思路。奧斯特之所以研究電流對磁針的作用，是受康德哲學關于“自然力”統(tǒng)一觀點的影響，相信電與磁之間存在某種聯(lián)系，從而進行了這一研究。上述過程，既培養(yǎng)了學生提出研究課題的能力，同時又幫助學生了解當時科學家的思維過程，有利于建立正確的科學思維。

奧斯特實驗給后續(xù)的研究者帶來極大的啟發(fā)，在此基礎上，我們可以進一步提問：如果你是當時的研究者，在了解了奧斯特實驗后，你會提出哪些有待進一步研究的科學問題？引導學生思考：

（1）奧斯特實驗告訴我們電流元與磁極之間存在相互作用，但是沒有給出定量規(guī)律，那么，電流與磁極作用的定量規(guī)律是什么？（畢奧—薩伐爾的研究課題）

（2）電流與磁之間存在作用，那么這種作用的本質(zhì)是什么？（安培的研究課題）

（3）電流與磁之間存在非接觸的相互作用，該作用的傳遞媒介是什么？（場作用觀點）

在此過程中，可以通過講述相關研究者的科研故事來說明當時研究者是怎么來思考這些問題的。例如，在奧斯特公開了其研究成果后，畢奧-薩伐爾認為，既然電流對磁針會產(chǎn)生力的作用，那么需要進一步找出電流對磁極作用的定量規(guī)律。于是，他們通過研究，最終得到了畢奧—薩伐爾定律。此外，關于電流與磁針作用的本質(zhì)，安培在大量實驗的基礎上進行了深刻的思考，認為一切磁現(xiàn)象的本質(zhì)源于電流，所有電流與磁的作用可看作電流與電流的作用，于是他提出研究任意兩個電流元之間的作用規(guī)律，并由此總結出安培定律。

上述過程，圍繞奧斯特實驗的學習，同時又兼顧科研思維的訓練。若在時間允許的條件下，可以讓學生自行查閱文獻資料，鼓勵他們積極表達自己的思考和見解。教師在回答問題的過程中，可以與學生開展恰當?shù)挠懻摗８M一步，學生和老師還可以通過進行實驗來驗證各自的觀點。通過這一過程，最后得出課本上的結論。

3 結語

培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力是教學的重要任務之一。然而，由于傳統(tǒng)的本科教學模式的缺陷，導致本科生接受的科研思維訓練不足。如何讓學生具備良好的科研思維，是有效培養(yǎng)創(chuàng)新人才的關鍵所在。在電磁學教學中加強科研思維的訓練，需要將講授的知識點所對應的問題還原成科學問題，然后通過逐步引導，讓學生重新探索或體驗這一問題的解決過程，藉此讓學生得到科研思維的鍛煉。實踐表明，該教學方式受到學生的歡迎，對培養(yǎng)他們的科研思維具有較大幫助。

參考文獻

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[3] 王春桃，劉財興.在本科教學中加強科研思維和創(chuàng)新思維訓練的探索[J].計算機教育，2013，8：9-11.

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[6] 趙凱華，陳熙謀.電磁學（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2011.