电场强度教案

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电场强度教案范文第1篇

关键词: MATLAB 大学物理教学 数值计算

计算机在大学物理教学中的应用已有二十多年的历史了,其中大学物理试题库为物理教学的客观评价作出了贡献。后来计算机设备越来越普及,多媒体电子教案被广泛应用于课堂教学,使课堂教学变得更生动有效。

近几十年来,计算机技术的广泛应用已深入地影响到社会的各个方面,大大加快了社会的变革进程。使用MATLAB编程运算与手工计算的思路和表达方式完全一致,不像学习其它高级语言(如BASIC、FORTRAN和C等)那样难以掌握。经过二十来年的完善和扩充,MATLAB的功能已大大增强,可用来求解各类学科的问题,包括物理、数学、信号与图像处理、系统辨识、神经网络等。随着MATLAB版本的不断升级,其所含工具箱的功能越来越丰富,应用范围也越来越广。

它的语法规则比BASIC、FORTRAN及C语言更简单,编程特点更贴近解题人的思维方式和书写习惯,即使低年级的大学生也很容易学会,这就在技术上为计算机数值解的广泛应用扫清了障碍。

由于MATLAB是一种数据类型,一种标准的输入输出语句,不用指针,不需编译,只需数个小时便可入门,容易学习和掌握。同时MATLAB具有强大的函数库,具有调用方便、输入简洁、运算高效、内容丰富,并且很容易由用户自行扩展的特点。用MATLAB编写程序犹如在便条上列公式和求解。教学中使用MATLAB模拟物理现象无疑为我们解决上述问题提供了一种新的解决方法。

大多数传统的大学物理习题常常是给定了已知条件求某个时间点或空间点的某个物理量,无法知道这个物理过程在时空中的变化情况,因而难以作深入的了解和研究。利用计算机的数值计算和作图功能,可以很方便地模拟一些物理过程,为研究者提供丰富的信息。这里我要强调一下,利用MATLAB的作图功能能够模拟再现物理过程,但是MATLAB的图形图像处理依然是靠其自身强大的计算能力做出来的。有人认为MATLAB可以制作动画,我觉得这不可取,MATLAB的特点是计算,其图形表达也是以矩阵的形式储存和计算的,所以MATLAB对于物理问题的求解和过程模拟是靠计算来实现的。

下面是一道抛体运动分析的问题。

在我方前沿阵地1000m远处有一座高50m的山丘,山丘上建有一碉堡。求我方大炮在什么角度下以最小的速度发射炮弹就能摧毁目标?

对于这个问题我们可以利用运动学的知识进行求解,得到角度的最小值,如果我们利用MATLAB编写如下程序:

clear

L=1000;g=9.8;h=50;

sita=[h/L:0.01:1.22];

asita=180*sita/pi

v0=L*sqrt(g/2)./((cos(sita)).*sqrt(L*tan(sita)-h));

plot(asita,v0)

axis([20 70 100 140])

xlabel(′发射角度′);ylabel(′发射速度/m/s′);

[V0,n]=min(v0)

angle=((n-1)*0.01+h/L)*180/pi

运行结果为:V0=101.5000;n=77,即在程序中n=7的V0为题目所求最小值,其结果是101.5000。同时也可以画出角度与速度的关系图,如图1所示。

我们可以从图上看出角度与速度的关系,在什么样的角度下其命中目标所需要的初速度V0,为了进一步了解速度和角度的关系我们还可已在MATLAB程序运行后的数据库(workspace)中查找角度和速度的一一对应的具体数值(图2所示),这样我们不仅可以计算出题目所需要的答案,而且能细致地了解不同角度是所需要的速度。

比如在静电场场强计算中,圆环的电场强度和电势分布的求解是非常重要的一个内容,我们可以利用MATLAB编写如下程序来求解(圆环半径设置为0.1,带电量为1)。

R=0.1;

x=(-8:0.001:8)*R;

E=x./(R^2+x.^2).^(3/2);

V=1./sqrt(R^2+x.^2);

subplot(2,1,1)

plot(x,E,[-0.8 0.8],[0 0],′k′,[0 0],[-40 40],′k′)

xlabel(′x/m′);ylabel(′E/V/m′);

[Em,n]=max(E)

xm=R*((n-1)*0.001-8)

subplot(2,1,2)

plot(x,V,[0 0],[0 10])

xlabel(′x/m′);ylabel(′V/V′);

运行结果:

Em=38.4900 n=8708 xm=0.0707

其中Em为电场强度的最大值,最大值为Em=28.48000。n为圆环轴线上场强和电势计算所选取点的个数,xm=0.0707是场强最大时的位置坐标。程序运行后还可以得到场强、电势与坐标的关系图,如图3所示。这样可以通过图形直观显示出带电圆环的场强与电势的分布,我们可以通过修改圆环半径和带电量来计算其它带点圆环的场强与电势。同样在MATLAB程序运行后,可以在workspace中查找n取之不同时所对应的坐标值,以及在对应坐标点的电场强度和电势的值,如图4所示,对于学生了解带点圆环的电场强度和电势的计算与分布有很好的辅助作用。

不是什么问题都去设计一个程序让计算机解,但对那些通常的数学方法求解相当麻烦,计算量比较大的问题,采用计算机编程解法可让学生从烦琐的演算中解放出来,从而把精力放在物理问题的思考和研究上,这对物理教学是有好处的。

计算机数值模拟的研究方法已成为继实验研究和理论分析之外的第三种研究手段。在教材中适当引入计算机数值方法,实际上是把不同的科学研究方法融入教材,有助于将一些高深的物理概念深入浅出、形象生动地讲清楚。

由于计算机技术的发展,已经有了一批像MATLAB这样具有强大运算功能和作图功能而又十分易学易懂的应用软件,这就为物理教学引入计算机数值方法提供了技术保证。学校在与大学物理有关的许多课程(如高等数学、理论力学、电磁场等)在把MATLAB结合进教材方面都做了开创性的工作。特别是MATLAB早已成为科技人员从事科学研究和工程计算的重要工具。因此,作为培养未来工程技术人员的重要基础课的大学物理课程有必要结合课程内容向学生介绍这一工具,并为今后解决更为复杂的实际问题打下基础。另外,随着计算机技术的发展与普及,许多学生在进入大学之后,很想尽快掌握计算机技术却又不知从何下手,一部分学生往往把上机的时间消耗在打游戏或上网聊天上。教师给他们以正确的引导,让他们把“玩”计算机的兴趣与物理学习结合起来,可使他们在较短时间内学会一些MATLAB编程的基本方法,并产生较好的学习效果,这对理工科学生来说是非常有益的。

参考文献:

[1]小波分析理论与Matlab7实现.电子工业出版社,2005.

[2]陈怀琛编著.MATLAB及其在理工科程中的应用指南.西安电子科技大学出版社,2000.

电场强度教案范文第2篇

关键词：立体化教学资源的内涵

中图分类号：G633.7文献标识码：B文章编号：1672-1578（2015）06-0296-01

随着计算机技术、网络技术和多媒体技术的发展，教育教学模式和教学手段发生了很大的变化，学习空间不断拓展。学生获取知识的途径除从书本和课堂获取信息外，更多的是从计算机、Internet获取知识。这就要求教育管理者和教学组织者不仅要抓好课堂教学的组织和实施，更重要的是如何利用现有的教学资源，科学整合，系统开发，努力建设全方位、多层次、系统性的立体化教学资源体系，以适应现代教育的发展需要。

立体化教学资源是以现代化的信息技术为手段，以适合远程传输的数字化教育教学软件为教材，以Internet/Intranet为学习和管理环境，以自主式、开放式、交互式学习为主体的学习模式，以媒体素材为基础，适用于多层次教学对象，覆盖教学的全过程各个环节而构建的教学资源体系。立体化教学资源从纸质教材到数字教材，从传统教室到现代化网络，从简单媒体到高技术多媒体；按预定目标设计，对相关的教学资源信息进行全方位、多层次、系统性整合，构建了立体化、数字化、实时性的教学空间。

图1立体化教学资源体系的模型

立体化教学资源包括教学信息系统化，教学环境数字化，教学对象层次化三个方面的内涵。立体化教学资源模型如图1所示。该空间就是我们要建设的立体化教学资源系统，对上述内涵可细化为

立体化教学资源=[教学信息1，…]*[教学环境，…]*[教学对象1，…]

系统化教学信息=电子教材+纸质教材+…数字化教学环境=教学支持环境+教学管理环境

教学支持环境=信息交流环境+实验模拟环境+教学评价环境+…

教学管理环境=教师管理环境+学生管理环境+课程管理环境+…

系统化教学信息包括数字化教材和纸质教材，数字化教材包括辅助授课系统、辅助学习系统、电子教案、网络课件和网络课程等。数字化教学环境必须覆盖课程教学的所有环节，包括课前预习环境、课堂讲授环境、课后复习环境、辅导答疑环境、实验模拟环境、学生自测环境、教学评价环境、信息交流环境等。层次化的教学对象为学科教学、远程教学、学习培训，适用各学科的教学和学习等。

在概念学习中，要明确相关概念引入的目的。如"速度"是贯穿运动学的基本概念，为什么要引入这个概念？物体的位置变化可用位移表示，但不同物体在相同的时间内位移不同，位置变化不同，有的物置变化快（如汽车），有的物置变化慢（如自行车），为了区分不同物体的位置变化快慢，就必须引入"速度"这个概念。只有弄清引入某一概念的真正意图，才能对要研究的问题有深入的了解，才能说真正地掌握了一个物理概念。

物理概念主要有两大类：一类是根据物理现象用词语直接表达的概念，如共点力、受迫振动、内能、点电荷、光谱等，它们不但直接影响对物理问题的表达，而且是进一步学习新知识的基础，如"共点力"概念不清，静力平衡以及动力学的问题就难以处理；另一类是用数学语言表达的概念（又称为物理量），如加速度a=Δv/Δt、动能Ek=1/2mv2等，对这些量的表达式，要明确式中符号所代表的含义、各量的单位及其适用条件，如重力势能的表达式E=mgh，是基于物体的重力恒定这一条件，只在高度及纬度变化不太大时才成立。

明确概念的内涵即明确概念所反映的物理现象或过程所特有的本质属性。对于定量概念其内涵一般包括：是描述什么的物理量？是否矢量？它的大小和方向（对矢量）是如何定义的？单位是什么？是状态量还是过程量？如何测量？等等。如加速度引入的目的是为了描述物体速度变化的快慢，定义式为a=Δv/Δt，国际制中的单位是m/s2，是矢量，一个物体的加速度由它所受的合外力与质量决定，教材专门安排了测定匀变速直线运动物体加速度的实验（测量方法之一）。

横向分析物理概念，可以是对概念作横向比较，例如位移和路程、速度与加速度、动量和动能、电场强度与电势、电势与电势能等都有本质的区别与联系，弄清它们的区别与联系，可以加深对概念本质的理解；横向分析也可以是对相似概念采用类比的方法学习，例如学过电场线的概念，理解电场线的性质后，再学习磁感线，可利用表格将电场线与磁感线类比，得出磁感线的概念和性质。这样，可达到对概念的全方位、多角度的认识。

立向的能力提高，一方面要通过正确地运用概念，有针对性的解决有关问题，使物理的抽象上升为理性的具体。另一方面，要注意物理概念发展的阶段性，通过反复加深认识的过程，在越来越广泛的知识和背景上来把握概念。

注重引入设计增强教学魅力

王晓琳

（辽宁省本溪市南芬中学辽宁本溪117014）

摘要：引入是教学之始，新课之端。新颖、生动、活泼的新课引入会大大激发学生对新知识学习的热望。新课引入应精心设计。本文对此进行了论述。

关键词：生物教学；新课；引入；设计；方法

电场强度教案范文第3篇

关键词 混合—探究；教学模式；电磁学

中图分类号：G642.4 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2012）33-0103-02

1 “混合—探究”教学模式概述

“混合式”教学模式是把传统课堂教学和数字化学习有机结合起来，充分利用课程教学资源，以学生自主学习为重要手段，实现课程内容的教学[1-2]。所谓“混合”，包括教学资源、教学环境、教学方式等的混合。教学资源来自印刷材料、光盘、录像带、磁带，特别是网络为学生提供了前所未有的学习资源支持，利用这些混合资源，学习者可以完成不同的学习任务。学生不但可以在面对面的课堂里进行学习，还可以在网络中进行学习，比如虚拟学习社区、网上课堂、论坛等。

在信息技术平台之上，教师可采用更多的方式，如采用PPT课件、动画、视频、网络等技术手段，调动学生积极性，增强师生互动，提高教学质量。这种教学模式既能发挥课堂教学中教师的主导作用，又能体现学生的主体地位。实践证明，在电磁学教学过程中运用混合式教学，学生的积极性、主动性得到大大提高。

“探究式”教学模式是利用适当的探究工具引导学生投入到探究过程，让学生在主动探究中发现、提出、分析并解决问题，培养学生主动探究的意识和能力[3]。

作为大学物理课程，“探究”包括三个层面。

一是探究学科知识体系结构，增强所学知识的逻辑有序性，领会其中的物理思想和物理方法。

二是探究基本概念和基本规律。基本概念如电磁学中的理想模型、基本物理量、通量、环量等，主要区分概念的内涵和外延；基本规律如库仑定律、毕-萨定律、安培定律、电磁感应定律等，学生可查阅有关资料，了解规律的发现建立过程，这也是一种对学生进行学科思想方法教育和熏陶的过程。

三是创新活动方面的探究。如围绕所学知识，安排学生写小论文，学生通过这一环节体验找课题、查文献、专题研究、论文写作的全过程。

实践表明，采用探究式教学，提高了学生的学习兴趣，培养了创新意识，锻炼了自主学习和探究的能力。

2 “混合—探究”教学模式的实施方法

电磁学是大学物理课程中内容多、难度大，而且非常重要的部分。电磁学以实验为基础，结构严谨，规律性强，应用广泛。目前，电磁学教学多以课堂教学为主，而且偏重于理论。限于学时要求，许多内容如物理规律的发现过程、物理原理在工程实际中的应用、高新技术内容、物理实验方法与演示等，无法在单一的课堂教学环节完成，而且电磁学包含的物理思想、物理观点、物理方法等不能传授给学生，难以达到物理课程的学习目的以及物理全面培养人的素质的作用。在电磁学教学中，采用“混合—探究”教学模式，充分利用课程教学资源，充分调动学生参与探究式教学，取得较好的教学效果。

2.1 科学划分教学内容

根据课程标准中的教学内容、目标要求、重点难点，将教学知识点梳理划分层次，对于讲授讨论型知识点（理论的、重点的），主要由课堂教学完成；对于自主学习型知识点（应用的、次要的），主要在课外利用教学资源进行学习来完成；对于实践型知识点，采用课堂实验教学和课外创新活动共同完成。

例如，对静电场部分，将知识点划分层次，静电场的高斯定理、环路定理，电场强度和电势的概念及计算，静电场中的导体等为讲授讨论型，由教师课堂教学完成；静电的危害与应用、静电场中的电介质等为自主学习型，由学生在课后利用教学资源自学完成；静电场的描绘等通过课堂实验教学完成；库仑定律的实验验证、静电屏蔽等在课外创新活动中完成。

2.2 强化课前预习与课后作业

在信息技术环境下进行教学，教师要设计预习内容和课后作业，促进学生自主学习，而不能像以前那样只留书上的几道作业题。教师要做出规定和引导，可以提出问题，安排学生学习的途径。如在学习“静电场中的导体与电介质”[4]一章时，可以提出问题：静电平衡的机理是什么？静电平衡导体的特征有哪些？空腔导体内表面是否有电荷？孤立导体静电平衡后，电荷分布有什么规律？什么是静电屏蔽？对内外场静电屏蔽有什么不同之处？等等。同时，要引导学生除了阅读教材外，还要进入自建的、内容非常完善丰富的“大学物理教学资源库”“大学物理网络课程”“演示实验教室”中，寻找相应内容自我学习。针对预习情况，采取课堂提问、小组讨论等方式，检查学生的预习情况和效果。

2.3 创建丰富的信息资源库

“资源课堂”要求给学生创建资源型学习条件下的自主学习环境，提供信息网络平台和丰富的信息资源。在校园网上建立大学物理学习网站，主要包括信息中心、教学资源、试题库、实验指导、创新活动、师生交流等部分。

信息中心部分包括课程组成员的教学与科研情况、课程描述、课程建设规划；教学资源部分包括课程标准、自编多媒体课件和教案、教学动画视频资料、电磁学学习指导、其他院校精品课程授课视频等；试题库部分是自编的大学物理网络试题库，学生可选择不同的章节进行在线测试或按照标准试卷进行模拟测试；实验指导部分包括实验教学内容，外购的演示实验；创新活动部分包括课外探究选择题目、学生探究式学习作品，以及电磁学拓展学习资源（电磁学发展史、应用和相关的讲座）；师生交流部分包括论坛、留言板，便于学生上传下载学习资料、提出问题及解答问题。

2.4 开展探究创新活动

在大学物理学习网站上，针对课程内容设计一些开放的探究性的物理课题，学生以学习小组协作形式进行学习，拓展学生的创新思维，培养学生的创新意识和能力。

一是设计与课程内容相关的课题。这类课题帮助学生加深对基本概念、基本规律的理解，对基本知识的熟练掌握，提高其分析问题、解决问题的能力。如根据电现象和磁现象的对称性，把电磁物理量、基本概念、电磁规律、麦克斯韦方程组、典型实例之间的对称性进行总结对比：安培力的实质是什么？试推导安培定律；毕奥-萨伐尔定律建立的过程是怎样的？由麦克斯韦方程组可否推导得出？等等。

二是结合鲜活现实生活的课题，把学到的电磁学知识运用到生活实践中去，鼓励学生多留心身边的问题，用所学知识分析问题和创造性地解决问题。如：电磁场对人体的危害研究，手机辐射的危害及效应研究；新能源汽车的充电时间问题，移动式途中无线供电系统问题；等等。学生通过各种渠道搜集相关资料，再进行分析归纳综合，达到对这些课题较深的研究。

三是涉及电磁学前沿的课题。这类课题适合学有余力、兴趣浓厚的学生，如超导体，负折射率材料及隐身衣的原理，飞机隐身材料及其特性研究等。

2.5 建立多元评价机制

“混合—探究”模式下的学习环境复杂、资源丰富、学习活动多样化，因此要根据不同的学习目标，对课堂学习和课外探究综合考虑，全面评价。方法：期终试卷考试占80%，平时成绩占20%；平时成绩包括课堂作业、利用资源学习情况、参与网络讨论情况、课程小论文成绩等。总之，应该把学生的学习成绩与学习过程、学习结果相结合，自评、他评、教师评相结合，建立起多元评价机制。

3 结束语

“混合—探究”教学模式在电磁学教学中的应用，给学生提供了一种新的学习环境，充分调动了学生的学习主动性和积极性，达到学生自主学习、师生互动、探究创新的教学目的。在教学实践中也发现一些困难或需要改进的问题，它们制约着教学的发展。如：学生上网的硬件条件和上网时间受到限制；学生上网学习情况和回答问题质量不容易监控和评判；由于混合式学习环境的复杂性和活动形式的多样性，需要设计一套完善的评价策略；等等。在信息技术条件下开展“混合—探究”模式的教学，还有许多理论和实践问题有待解决，要不断研究、探索、总结和提高，努力培养新时期综合型高素质人才。

参考文献

[1]何克抗.从Blending Learning看教育技术理论的新发展[J].中国电化教育，2004（3）：1-6.

[2]南国农.教育技术理论研究的新发展[J].电化教育研究，2010（1）：8-10.