孫建敏 康緲 李新?tīng)I(yíng)

摘? 要：踐行“兩性一度”“金課”標(biāo)準(zhǔn)，貫徹立德樹(shù)人和“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，打造和建設(shè)各類課程“金課”已經(jīng)成為全國(guó)高校課程改革的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文以《大學(xué)物理》中“靜電場(chǎng)的高斯定理”為例，研究和實(shí)踐了貫穿課前、課中和課后等環(huán)節(jié)的線上線下混合式教學(xué)模式，建立了量化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)結(jié)果評(píng)價(jià)體系。通過(guò)實(shí)施的具體舉措，切實(shí)提高了教學(xué)質(zhì)量，讓更多的理工科學(xué)生和教師受益，并為其他課程的“金課”建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理? 線上線下教學(xué)? 金課? 高斯定理

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2021）05（b）-0212-04

Research and Practice of College Physics Based on the the Online and Offline Mixing "Golden Course"

—— Take "Gauss Theorem of Electrostatic Field" as an Example

SUN Jianmin? KANG Miao? LI Xinying

（School of Physics and Electronics， Henan University， Kaifeng， Henan Province， 475004 China）

Abstract：It has become a hot issue in the curriculum reform of colleges and universities in China to practice the standard of "Two Properties and one degree" and "Golden Course"， implement the teaching concept of "Lide Shuren" and "Student centered"， and build and construct all kinds of "Golden Course". Taking "Gauss Theorem of Electrostatic Field" in college physics as an example， this paper studies and practices the online and offline hybrid teaching mode that runs through the links of pre class， in class and after class， and establishes a quantitative， data-driven learning process and learning result evaluation system. Through the implementation of specific measures， we can effectively improve the quality of teaching， benefit more science and engineering students and teachers， and provide reference for the construction of "Golden Course" of other courses.

Key Words： College Physics; Online and offline teaching; Golden Course; Gauss Theorem

2018年8月，教育部印發(fā)了《關(guān)于狠抓新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議精神落實(shí)的通知》（教高函[2018]8號(hào)文）[1]提出：“各高校要全面梳理各門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容，淘汰‘水課、打造‘金課”。2018年11月，教育部高等教育司司長(zhǎng)吳巖在第十一屆“中國(guó)大學(xué)教學(xué)論壇”作了題為“建設(shè)中國(guó)金課”的報(bào)告，報(bào)告強(qiáng)調(diào)[2]建設(shè)中國(guó)“金課”，讓高校的“金專、金課、金師”隨處可見(jiàn)，讓“水專、水課、水師”無(wú)處安身。淘汰“水課”、打造“金課”正式寫(xiě)入教育部的文件。“兩性一度”，即“高階性”“創(chuàng)新性”和“挑戰(zhàn)度”是“金課”建設(shè)的三大根本標(biāo)準(zhǔn)，線下、線上、線上線下混合式、虛擬仿真和社會(huì)實(shí)踐是建設(shè)五大“金課”的目標(biāo)。打造“金課”要合理運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，積極開(kāi)展線上線下混合式教學(xué)。如果我們打造一大批國(guó)家“金課”和地方“金課”，讓“金課”異彩紛呈、多種多樣，我們就可以說(shuō)有了提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的殺手锏，有了實(shí)現(xiàn)學(xué)生更好發(fā)展的金鑰匙，從而讓3個(gè)“一去不復(fù)返”變成現(xiàn)實(shí)。

1? 研究的意義

《大學(xué)物理》課程是高等學(xué)校所有理工科專業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)重要的公共基礎(chǔ)課程。它所講授的基本理論、基本規(guī)律、基本方法、科學(xué)思想等是當(dāng)代大學(xué)生必須具備的基本科學(xué)素養(yǎng)，對(duì)激發(fā)學(xué)生探索和創(chuàng)新精神、培養(yǎng)其邏輯思維能力、提升其整體科學(xué)素養(yǎng)、形成科學(xué)，價(jià)值觀起著其它課程無(wú)法替代的作用[3]。

目前全國(guó)各高校圍繞打造和建設(shè)各類課程“金課”的目標(biāo)展開(kāi)[4-5]。因此，如何真正意義上把河南大學(xué)的《大學(xué)物理》課程打造成有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度異彩紛呈的“金課”，使其成為河南大學(xué)乃至河南省的一塊金磚，成為我們積極探索、改革研究的內(nèi)容?；诖?，本文開(kāi)展了立德樹(shù)人和“兩性一度”理念下打造《大學(xué)物理》“金課”的研究與實(shí)踐工作。

2? 研究與實(shí)踐

2.1 本?！洞髮W(xué)物理》課程簡(jiǎn)介

河南大學(xué)《大學(xué)物理》課程多年來(lái)一直面向河南大學(xué)理工科及醫(yī)學(xué)眾多專業(yè)開(kāi)設(shè)，一貫重視教學(xué)改革和質(zhì)量工程的建設(shè)工作，目前該課程已經(jīng)在智慧樹(shù)網(wǎng)站上線，課程網(wǎng)址為http：//hike-course-homepage.zhihuishu.com/home/courseDesc？courseId=10296537，已經(jīng)獲批河南省2019年線下一流本科課程、河南省2020年省級(jí)精品在線開(kāi)放課程以及2020年河南大學(xué)線上線下混合式本科課程。

2.2 教學(xué)研究與實(shí)踐——以“靜電場(chǎng)的高斯定理”為例

本文以程守洙、江之永主編的《普通物理學(xué)》（第七版）7-3“靜電場(chǎng)的高斯定理”[6]為例具體闡述如何開(kāi)展線上線下混合式“金課”的教學(xué)研究與實(shí)踐。

2.2.1 教學(xué)內(nèi)容和學(xué)情分析

真空中靜電場(chǎng)中的高斯定理反映了靜電場(chǎng)有源的基本性質(zhì)，提供了簡(jiǎn)捷求解電場(chǎng)強(qiáng)度的方法，一直都是《大學(xué)物理》教學(xué)的重要內(nèi)容。根據(jù)教育部理工科非物理類專業(yè)大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求[3]，該教學(xué)內(nèi)容為A類核心內(nèi)容。但是，由于該定理是大學(xué)階段新講授的內(nèi)容，高中沒(méi)有相應(yīng)的基礎(chǔ)，再加上要求學(xué)生能熟練運(yùn)用深?yuàn)W抽象性較強(qiáng)的積分和矢量等高等數(shù)學(xué)知識(shí)，因此，該定理一直是《大學(xué)物理》教學(xué)中公認(rèn)的一個(gè)難點(diǎn)[7-8]。

2.2.2 教學(xué)目標(biāo)體現(xiàn)“金課”的高階性

“金課”的高階性就是知識(shí)能力素質(zhì)的有機(jī)融合，是要培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維，因此要達(dá)到“金課”的要求，教學(xué)目標(biāo)要體現(xiàn)高階性。本次教學(xué)設(shè)計(jì)按照布魯姆的教學(xué)目標(biāo)分類法，將課堂教學(xué)目標(biāo)按照知識(shí)傳授、能力建設(shè)、情感（態(tài)度）養(yǎng)成3個(gè)層次來(lái)劃分，更注重學(xué)生的自學(xué)能力、綜合素質(zhì)以及多維評(píng)價(jià)等要求的設(shè)計(jì)。知識(shí)傳授這一層所涉及的是課程的事實(shí)性知識(shí)和概念性知識(shí)，以學(xué)生線上學(xué)習(xí)和自學(xué)為中心。能力建設(shè)和情感（態(tài)度）層面以線下課堂教學(xué)和線上課后拓展學(xué)習(xí)為中心，偏重鼓勵(lì)學(xué)生參與教學(xué)和積極交流、互動(dòng)。本節(jié)課程的教學(xué)目標(biāo)具體如下。

知識(shí)和技能層面：（1）理解定理的推導(dǎo)過(guò)程，掌握從特殊到一般以及歸納總結(jié)等科學(xué)的研究方法;（2）深入理解和熟練掌握該定理的數(shù)學(xué)表達(dá)式和豐富的物理內(nèi)涵;（3）掌握定理求解電場(chǎng)強(qiáng)度的適用條件，熟練應(yīng)用該定理解決常見(jiàn)高對(duì)稱性電荷分布（球?qū)ΨQ、軸對(duì)稱、面對(duì)稱等）的電場(chǎng)問(wèn)題;（4）通過(guò)對(duì)比和類比的研究方法了解和理解電磁學(xué)中庫(kù)侖定律和高斯定理兩大基本定理的區(qū)別和聯(lián)系。

情感態(tài)度與價(jià)值觀：（1）通過(guò)定理的推導(dǎo)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立獲取知識(shí)的能力以及科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)思維方法、科學(xué)研究能力以及創(chuàng)新能力;（2）在“硬”理論課中積極探索開(kāi)展 “物理思政”工作，例如通過(guò)求解電場(chǎng)強(qiáng)度方法和定理使用條件的對(duì)比，彰顯課程立德樹(shù)人的根本任務(wù)，增強(qiáng)愛(ài)國(guó)主義觀念，建立辯證唯物主義世界觀。

2.2.3 教學(xué)活動(dòng)體現(xiàn)“金課”的創(chuàng)新性

創(chuàng)新性是指課程內(nèi)容要反映前沿性和時(shí)代性，教學(xué)模式體現(xiàn)先進(jìn)性和互動(dòng)性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有個(gè)性化和探究性。本節(jié)課程的教學(xué)活動(dòng)以立德樹(shù)人和“新三中心”為新型的教學(xué)理念，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)優(yōu)勢(shì)和利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)，采用線上線下混合式拓展教學(xué)，注重激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和潛能，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

本節(jié)線上線下混合式拓展教學(xué)的教學(xué)過(guò)程由3個(gè)部分組成：課前教師布置任務(wù)和學(xué)生預(yù)習(xí)學(xué)習(xí);課中師生互動(dòng)內(nèi)化深度學(xué)習(xí);課后學(xué)生拓展延伸學(xué)習(xí)和教師總結(jié)、反思和改進(jìn)。

課前：主要是線上學(xué)習(xí)。教師布置任務(wù)和學(xué)生預(yù)習(xí)學(xué)習(xí)：教師制作《靜電場(chǎng)的高斯定理》線上微課[9]，課程網(wǎng)址為https：//study-esources.zhihuishu.com/？courseId=10296537。設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)清單包括觀看微課，復(fù)習(xí)電場(chǎng)強(qiáng)度通量的定義、方向的規(guī)定、靜電場(chǎng)電場(chǎng)線的基本性質(zhì)以及預(yù)習(xí)靜電場(chǎng)的高斯定理等。上傳教學(xué)任務(wù)清單的教學(xué)資源并在線答疑、課前測(cè)試;學(xué)生觀看教學(xué)視頻，學(xué)習(xí)其他教學(xué)資源。自主學(xué)習(xí)、完成教學(xué)任務(wù)清單以及反饋學(xué)習(xí)內(nèi)容、提出問(wèn)題。

課中：主要是師生互動(dòng)內(nèi)化深度的線下學(xué)習(xí)。教師創(chuàng)作教學(xué)情境，布置學(xué)習(xí)任務(wù)包括真空中高斯定理的推導(dǎo)過(guò)程、高斯定理的數(shù)學(xué)表達(dá)式以及豐富的物理內(nèi)涵（包括主要物理量、主要的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及所代表的物理意義）、利用靜電場(chǎng)的高斯定理求解對(duì)稱性電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度。教師通過(guò)雨課堂設(shè)置考查高斯定理豐富物理內(nèi)涵以及適用條件的客觀題目，包括選擇題、簡(jiǎn)單的填空題，通過(guò)測(cè)評(píng)結(jié)果有針對(duì)性地解惑、講解，起到畫(huà)龍點(diǎn)睛和深化主題討論的引導(dǎo)和指導(dǎo)作用;學(xué)生通過(guò)討論分析高斯定理求解電場(chǎng)強(qiáng)度的適用條件，進(jìn)行合作探究，對(duì)復(fù)雜抽象的定律有更深入的理解，從而建立清晰的物理圖像和深刻理解物理模型。學(xué)生總結(jié)高斯定理求解電場(chǎng)強(qiáng)度的一般步驟，主動(dòng)參與和經(jīng)歷具體題目的求解過(guò)程（注重討論分析教材第273頁(yè)的例題7-8“求電荷均勻分布的球面和球體所激發(fā)的電場(chǎng)強(qiáng)度”），并對(duì)計(jì)算結(jié)果歸納演繹，最終總結(jié)收獲。

課后：主要是學(xué)生拓展延伸學(xué)習(xí)和教師總結(jié)、反思和改進(jìn)的線上學(xué)習(xí)。教師布置習(xí)題作業(yè)，對(duì)教材第275頁(yè)的例題7-9“求均勻帶電的無(wú)限長(zhǎng)圓柱體所激發(fā)的電場(chǎng)強(qiáng)度”作拓展性討論分析（以第277頁(yè)的復(fù)習(xí)思考題7-3-3為基礎(chǔ)），深刻理解利用高斯定理求解電場(chǎng)強(qiáng)度的條件以及有限和無(wú)限帶電體產(chǎn)生電場(chǎng)的本質(zhì)區(qū)別。教師布置拓展性任務(wù)，完成教材第277頁(yè)的復(fù)習(xí)思考題7-3-4并進(jìn)行深入討論和分析，以便回顧復(fù)習(xí)7-1節(jié)“庫(kù)侖定律”，并深刻領(lǐng)會(huì)庫(kù)侖定律是電磁學(xué)的理論基礎(chǔ)。教師設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)性答案考試題目“高斯定理和庫(kù)侖定律的區(qū)別和聯(lián)系以及靜電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度的求解研究”，引導(dǎo)學(xué)生知識(shí)遷移。教師在線答疑并評(píng)價(jià)反饋、總結(jié)反思、實(shí)時(shí)調(diào)整;學(xué)生獨(dú)立完成以上作業(yè)，及時(shí)上傳，交流互動(dòng)，并進(jìn)行成果展示，總結(jié)收獲。

2.2.4 評(píng)價(jià)體系體現(xiàn)“金課”的“挑戰(zhàn)度”

教學(xué)評(píng)價(jià)是教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，建設(shè)量化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的公平、公正、透明的課程評(píng)價(jià)體系，不僅調(diào)節(jié)、控制著教學(xué)過(guò)程，而且激勵(lì)著學(xué)生的學(xué)習(xí)?！敖鹫n”相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)，對(duì)學(xué)生的考核要求提高了，考核有一定的挑戰(zhàn)度，不但重視學(xué)習(xí)結(jié)果考核，更要重視學(xué)習(xí)過(guò)程的考核，以全面考核學(xué)生的綜合素質(zhì)。

針對(duì)以上教學(xué)設(shè)計(jì)的三層目標(biāo)，線上線下混合式“金課”的教學(xué)評(píng)價(jià)體系具體評(píng)分細(xì)則如圖1所示。

本節(jié)具體的考核要求及題目設(shè)計(jì)如下。

知識(shí)層面的考核：考核的題目主要是客觀題，例如選擇題（單選與多選）、判斷題以及簡(jiǎn)單的填空。對(duì)高斯定理豐富內(nèi)涵的考核，主要考查該定理中主要的物理量、對(duì)應(yīng)關(guān)系及物理意義，例如教材第273頁(yè)的說(shuō)明（4）“在高斯定理的表達(dá)式中，右端是閉合曲面內(nèi)電荷量的代數(shù)和，而左端的電場(chǎng)強(qiáng)度卻是空間所有電荷所激發(fā)的總的電場(chǎng)強(qiáng)度”以及第277頁(yè)的復(fù)習(xí)思考題7-3-1“如果在高斯面上的電場(chǎng)強(qiáng)度 處處為零，能否肯定此高斯面內(nèi)一定沒(méi)有凈電荷？反過(guò)來(lái)，如果高斯面內(nèi)沒(méi)有凈電荷，能否肯定面上所有各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度 都等于零？”，這部分考核可以通過(guò)線下雨課堂客觀題目推送直接測(cè)試與考核。

技能層面的考核：考核的題目主要是主觀題，考查熟練應(yīng)用高斯定理解決常見(jiàn)高對(duì)稱性電荷分布（球?qū)ΨQ、軸對(duì)稱、面對(duì)稱等）的電場(chǎng)問(wèn)題，采用線下作業(yè)題的布置“例題7-10認(rèn)真看一遍，例題7-8 和7-9自己獨(dú)立手寫(xiě)一遍（包括簡(jiǎn)短文字說(shuō)明和計(jì)算結(jié)果、做最后的極限討論）再上傳。”也可采用線下課堂分組討論的形式討論教材第277頁(yè)的復(fù)習(xí)思考題7-3-3和7-3-4，要求小組成員協(xié)同采用互動(dòng)研究式討論完成該討論，并由小組組長(zhǎng)歸納概括討論主題，最后教師總結(jié)深化討論主題，以培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、辯證能力以及共同解決實(shí)際問(wèn)題的能力。情感和價(jià)值觀層面：探索非標(biāo)準(zhǔn)答案考試，注重考查學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，破除“高分低能”積弊。通常給學(xué)生開(kāi)放的答案，遵循循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)過(guò)程。這部分考核可以在智慧樹(shù)線上課程進(jìn)行，參考題目“高斯定理和庫(kù)侖定律的區(qū)別與聯(lián)系、靜電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度求解方法的研究”，最終以論文的形式進(jìn)行展出，并評(píng)選出優(yōu)秀論文。

3? 結(jié)語(yǔ)

遵循“兩性一度”的“金課”標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)“新三中心”的創(chuàng)新課堂教學(xué)理念，根據(jù)布魯姆的教學(xué)目標(biāo)分類原則，設(shè)計(jì)了貫穿課前、課中和課后等環(huán)節(jié)的線上線下混合式教學(xué)模式。通過(guò)一系列行之有效的研究與實(shí)踐，使《大學(xué)物理》課程成為河南大學(xué)的一塊“金磚”，突顯公共基礎(chǔ)平臺(tái)課為河南大學(xué)培養(yǎng)“鐵塔牌”一流本科人才的獨(dú)特作用。

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