基于優(yōu)慕課及北化在線平臺的電磁場與電磁波混合式教學(xué)模式的研究

李淑靜

（北京化工大學(xué) 數(shù)理學(xué)院 北京 100029）

引言

隨著信息化在人類社會生活、工作、學(xué)習(xí)中的不斷深入與發(fā)展，對信息傳遞效率和質(zhì)量的要求也越來越高。而電磁場與電磁波在信息化發(fā)展中起著決定性作用。以智能手機為代表的無線通信工具的廣泛應(yīng)用，特別是在新冠疫情形勢下，每個人都需要智能手機和無線網(wǎng)絡(luò)的支持才能綠碼同行，實現(xiàn)生活便捷，而這些便捷都是基于“電磁場與電磁波”理論應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)給大家?guī)淼母Ｒ簟?/p>

在高校，電磁場與電磁波是電子科學(xué)與技術(shù)、通信工程、光電通信等專業(yè)的核心基礎(chǔ)理論課，是微波技術(shù)、遙感遙測等課程的理論基礎(chǔ)，也是理工科專業(yè)課程的橋梁。對學(xué)生而言，“電磁場與電磁波”還是一門較難學(xué)習(xí)的課程，其交叉了高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理中的重要基礎(chǔ)知識。知識體系完整嚴謹，具有很強的理論性；學(xué)習(xí)內(nèi)容抽象，看不見、摸不著；公式推導(dǎo)繁瑣，要求學(xué)生具有扎實的數(shù)學(xué)功底。對教師而言，如何提高教學(xué)質(zhì)量和改善教學(xué)效果是課程改革、建設(shè)和發(fā)展過程中一直需要努力探索的課題。

本文以電磁場與電磁波課程為例，圍繞課程現(xiàn)狀和存在的問題，提出了一種基于優(yōu)慕課和北化在線平臺的混合式教學(xué)模式，總結(jié)了該種模式在程教學(xué)過程中的有利因素，給出了該方案出不實施取得的成效。實踐表明，該種混合式教學(xué)模式可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性，進一步提高課堂教學(xué)質(zhì)量和效果，實現(xiàn)高校培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)秀學(xué)習(xí)能力的目標。

一、傳統(tǒng)電磁場與電磁波教學(xué)的思考

1.課程特點

電磁場與電磁波教學(xué)的開展依賴于矢量運算、微積分、偏微分方程等數(shù)學(xué)工具和普通物理“電磁學(xué)”部分的基礎(chǔ)知識；電場、磁場、電磁波的概念很抽象、需要借助具體的實驗現(xiàn)象才能真正感知它的存在。此外，課程內(nèi)容較多，主要涉及矢量分析、靜電場和靜磁場（包括電磁場的基本規(guī)律、靜態(tài)電磁場及其邊值問題和解）和時變電磁場（包括均勻平面波在無界空間中的傳播、均勻電磁波在界面處的反射和透射、導(dǎo)行電磁波、電磁輻射）三大塊的內(nèi)容[1]。原本總學(xué)時最少64學(xué)時的課程被壓縮至48-56學(xué)時，增加了課程完整清晰呈現(xiàn)的難度；再加上課程本身邏輯性強、前后知識環(huán)環(huán)相扣，很容易引發(fā)學(xué)生因知識無法銜接而厭學(xué)。

2.教學(xué)現(xiàn)狀

目前，多數(shù)高校教師在電磁場與電磁波課程中仍然注重的是如何“教”，雖然已經(jīng)使用了多媒體教學(xué)，但在課程教學(xué)中仍然是沿用傳統(tǒng)的“滿堂灌”模式，重“教”輕“學(xué)”的問題依舊沒有顯著改觀。教師與學(xué)生的互動較少，由于課時緊張，教師也不愿在調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、推進學(xué)生主動思考上花費過多的時間。課下學(xué)生也很少提問，與任課教師和同學(xué)的討論也甚少。此外，為了保證學(xué)校的畢業(yè)率、專業(yè)學(xué)生的保研率等，教師對學(xué)生的考核難度也有所降低。學(xué)生亦因為課程有重修和補考的機會而在課程學(xué)習(xí)中有所怠慢或者是不重視。

基于上述課程特點和現(xiàn)有教學(xué)中存在的問題，結(jié)合信息化時代背景，很多教師已經(jīng)在概念形象化、多媒體應(yīng)用、仿真軟件、虛擬實驗、雨課堂、課程思政等方面開展了眾多探索來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)質(zhì)量、改善教學(xué)效果[2-4]。但是，隨著時代的不斷發(fā)展，學(xué)生的整體素質(zhì)和特點也在發(fā)生著深刻的變化，因此，為不斷優(yōu)化教學(xué)技巧、提高教學(xué)效果和充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，教師對電磁場與電磁波的課程探索和研究仍然不能止步。

二、電磁場與電磁波混合式教學(xué)模式的設(shè)計與實施

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的快速發(fā)展和“信息化技術(shù)”的廣泛使用，誕生了中國MOOC、雨課堂、智慧課堂等一系列的新的教學(xué)資源和模式[5-9]。學(xué)生可以接收到的學(xué)習(xí)資源更加豐富，學(xué)習(xí)模式也更加人性化，同時擁有了很強的學(xué)習(xí)的自由度。豐富的網(wǎng)絡(luò)資源不僅能滿足學(xué)生的需求，而且也為教師的教學(xué)提供了幫助，為實現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)提供了平臺。特別是在疫情大環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和在線課程更是受到了廣泛的推廣。但是單純的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)也存在很多隱患。例如，不少學(xué)生僅僅是在線刷課程，只要分鐘數(shù)達標就認定課程已經(jīng)完成，評判體系不能如實反映課程學(xué)情。再例如，在線MOOC的學(xué)習(xí)，教師并不能得到學(xué)生的課程反饋，學(xué)生也并不能及時提出問題并得到解答。就算是采用騰訊會議在線直播課程，學(xué)生仍然可以“劃水摸魚”，雖然可以實時互動，但同線下課堂上的面對面互動還是有很多實質(zhì)性的差別；特別是在網(wǎng)絡(luò)條件不好情況下，線上直播授課效果就更加差強人意。

為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性，以及提高教學(xué)質(zhì)量和更好地實現(xiàn)教育目標，我們提出了一種基于優(yōu)慕課及北化在線平臺的混合式教學(xué)模式并應(yīng)用于電磁場與電磁波教學(xué)過程，旨在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能動性和提高教學(xué)質(zhì)量?；趦?yōu)慕課及北化在線平臺的混合式教學(xué)模式的實施將為電磁場與電磁波一流課程的建設(shè)提供素材和思路。

1.基于優(yōu)慕課和北化在線平臺的混合式教學(xué)模式的設(shè)計

本文設(shè)計了一種基于優(yōu)慕課和北化在線平臺的混合式教學(xué)模式方案，設(shè)計路線如圖1所示。將電磁場與電磁波的教學(xué)分為三個部分：線上基礎(chǔ)學(xué)習(xí)模塊、線上線下深化提升模塊和線上線下鞏固拓展模塊。

圖1 基于優(yōu)慕課和北化在線平臺的混合式教學(xué)模式設(shè)計路線圖（五星圖標表示考核過程學(xué)習(xí)的依據(jù)）

（1）線上基礎(chǔ)學(xué)習(xí)模塊

基于“北化在線”為平臺，以學(xué)生為中心，將包含“矢量分析、靜態(tài)電磁場、時變電磁場、電磁波的傳輸、電磁波的輻射”在內(nèi)的基礎(chǔ)知識分章節(jié)分別構(gòu)成學(xué)習(xí)單元模塊。每個單元模塊中都包含了PPT課件、PPT課件講解視頻、MOOC學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)要求與思考題、重難點小結(jié)。

（2）線上線下深化提升模塊

基于教室中多媒體教學(xué)設(shè)備和手機中優(yōu)慕課軟件為平臺，以教師為主導(dǎo)，教師引導(dǎo)學(xué)生展開課程的深化學(xué)習(xí)。結(jié)合課程大綱和培養(yǎng)目標，教師從優(yōu)慕課在線測試和思考題的答題結(jié)果出發(fā)，帶著大家心中的疑問，讓學(xué)生了解本堂課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的輪廓。教師從課程導(dǎo)入著手引出“電磁場與電磁波”中的概念/定理/定律，再展開、論述分析提出此概念/定理/定律的前因后果，最后舉例應(yīng)用知識點。為了充分調(diào)動學(xué)生的參與度和積極性，在線下課堂上可以通過提問的方式，由學(xué)生自由回答討論，教師作為引導(dǎo)者對學(xué)生的作答當場進行評價，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)思維和獨立思考，教會學(xué)生科學(xué)探索的思路和方法，加強學(xué)生對“電磁場與電磁波”課程的認識，深化學(xué)生對課程中物理概念/定理/定律的理解。

（3）線上線下鞏固拓展模塊

通過課后作業(yè)完成情況來考查學(xué)生的學(xué)習(xí)成效并掌握班級學(xué)情，進一步指導(dǎo)下一步教學(xué)工作的開展。指定研討范圍，促使學(xué)生自主查閱資料、拓展知識面、探索研究興趣，以提交調(diào)研報告的形式培養(yǎng)學(xué)生研究型學(xué)習(xí)能力（如凝練題目、撰寫報告、條例思路、提出/總結(jié)觀點等），同時也能了解學(xué)生對課程專題領(lǐng)域的感興趣程度；開展習(xí)題課形成師生互動討論，幫助學(xué)生解決問題的同時進一步鞏固課程知識要點、掌握應(yīng)用知識方法和技巧。此外，共享學(xué)生的專題調(diào)研報告，讓學(xué)生知識互通、拓寬學(xué)生視野；同時鼓勵學(xué)生互評，培養(yǎng)學(xué)生找出問題和解決/優(yōu)化問題的能力。

基于三個模塊的學(xué)習(xí)，最終高質(zhì)量完成課程教學(xué)目的（使學(xué)生掌握電磁場和電磁波的有關(guān)定理、定律，特別是麥克斯韋方程組的應(yīng)用和物理意義；使學(xué)生熟悉電磁場問題中數(shù)學(xué)模型的建立過程和分析方法）和學(xué)生培養(yǎng)目標（習(xí)得正確的思維方法和分析解決問題的能力）。

2.基于優(yōu)慕課和北化在線平臺的混合式教學(xué)模式的實施

（1）北化在線平臺的課程建設(shè)

以“北化在線”平臺為依托，將MOOC課程資源、面授PPT課件、PPT課件講解視頻、章節(jié)學(xué)習(xí)要求、預(yù)習(xí)思考題上傳至“北化在線”平臺，構(gòu)建分章節(jié)的學(xué)習(xí)單元（如圖2所示），將此基礎(chǔ)知識模塊的學(xué)習(xí)作為學(xué)生的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)。在課程活動中，建立課程作業(yè)集和在線測試環(huán)節(jié)；隨堂教學(xué)中建立簽到系統(tǒng)，督促學(xué)生重視課堂學(xué)習(xí)。通過思考題、在線測試題和課后作業(yè)來檢驗學(xué)生的預(yù)習(xí)效果和課后對知識的掌握程度、培養(yǎng)和檢測學(xué)生的知識應(yīng)用能力。

圖2 在“北化線平臺”和“優(yōu)慕課AAP”中的課程建設(shè)一覽圖

（2）優(yōu)慕課App的應(yīng)用

由于“優(yōu)慕課”（手機客戶端）同“北化在線”平臺（網(wǎng)頁云盤）相連接，所以課堂上采用“優(yōu)慕課”App掃描PPT課件中的二維碼來簽到打卡，學(xué)生完成到課率的考察（如圖2所示）。學(xué)生可以從“優(yōu)慕課”App中的在線測試窗口進入課程測試部分進行作答，通過實時給出的成績來檢測自己的預(yù)習(xí)成效和復(fù)習(xí)效果。同時，教師也能夠?qū)崟r查看到簽到統(tǒng)計結(jié)果和測試成績，在課堂上隨時鎖定學(xué)生知識盲區(qū)，快速解決學(xué)生心中存在的疑惑；同時也可以指導(dǎo)堂課上的授課進度，幫助教師調(diào)整授課重難點、提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

（3）混合式考核方式的制定

基于優(yōu)慕課和北化在線平臺的混合式教學(xué)模式的實施，我們將采用混合線上線下的考評方式，相對于傳統(tǒng)考核更加注重對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考核。我們將思考題作答成績、在線測試成績、出勤率、課后作業(yè)、專題調(diào)研報告、課堂活躍度納入過程考核體系。此外，我們?yōu)榱隧憫?yīng)“五育”并舉和改善“疏德、偏智、弱體、抑美、缺勞”的問題，特別針對學(xué)生課間不擦黑板、課上板面答題僅清理自己用的一小塊區(qū)域、課后垃圾不帶走的一系列問題，特意拿出總成績的2%分作為“勞育”考核并納入過程考核體系。希望學(xué)生能夠充分認識自己行為不當?shù)膯栴}和培養(yǎng)學(xué)生利人利己的價值觀和行為。期末考核以閉卷考試為主，主要通過填空題、判斷題、選擇題、簡答題和計算題的形式全面考查學(xué)生對電磁場與電磁波課程基本知識要點、重難點、易混淆點的掌握、理解和應(yīng)用的能力。該課程最終的成績由過程考核和期末考核兩個部分構(gòu)成，具體各部分的考評占比如表1所示。

表1 課程考核依據(jù)及占比

3.基于優(yōu)慕課和北化在線平臺的混合式教學(xué)效果的評價

為了考察電磁場與電磁波課程采用基于優(yōu)慕課和北化在線平臺的混合式教學(xué)模式的教學(xué)效果，我們對比了2019級四個班級的課程成績，如圖3所示。其中2019級1班和2班采用的是傳統(tǒng)教學(xué)模式，2019級3班和4班采用本文提出的基于優(yōu)慕課和北化在線平臺的混合式教學(xué)模式。從圖像可以看出，在混合式教學(xué)模式下學(xué)生成績分數(shù)段居于70分以上的居多，教學(xué)效果要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)模式。此外，我們還給出了在采用基于優(yōu)慕課和北化在線平臺混合式教學(xué)模式下2019級3班和4班學(xué)生對本課程期中和期末的評價成績，如圖4所示?？梢钥吹剑u價成績從期中的81.91分上升到期末的90.26分，充分表明了學(xué)生對課程教學(xué)方式的認可與肯定。

圖3 課程總成績統(tǒng)計圖（2019級1,2班——傳統(tǒng)模式教學(xué)，2019級3,4班——混合式模式教學(xué)）

圖4 混合模式教學(xué)班級對課程的評價（a-期中,b-期末）

課程評價的調(diào)研內(nèi)容包含如下：①對教學(xué)目標中思想品德教育和能力素質(zhì)培養(yǎng)寓于整個教學(xué)過程是否滿意；②對教學(xué)內(nèi)容和方式的合理性是否認同；③對教師遵守教學(xué)紀律、儀表端莊、精神飽滿、和感染力，能吸引學(xué)生注意力是否認可；④是否同意授課教師對講課內(nèi)容和方法做了精心準備，能引導(dǎo)學(xué)生積樹立積極的學(xué)習(xí)觀；⑤教師能否在課上課下積極解答學(xué)生遇到德育課程相關(guān)的問題；⑥教師能否根據(jù)學(xué)情突出重難點和兼顧一般知識點，有效調(diào)節(jié)授課進度；⑦教師在授課中的互動環(huán)節(jié)（提問、討論）對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果幫助是否很大；⑧課程的過程性考核（隨堂檢測、課后作業(yè)、階段性考試等）對學(xué)生掌握課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)是否有很大幫助；⑧對任課教師的講義是否滿意。

結(jié)語

本文以電磁場與電磁波課程為例，針對該門課程難學(xué)、難教、復(fù)雜嚴謹?shù)奶攸c，結(jié)合信息時代背景，提出了一種基于優(yōu)慕課和北化在線平臺的混合式教學(xué)模式方案。以學(xué)生為中心，通過學(xué)生線上完成基礎(chǔ)知識模塊的學(xué)習(xí)與思考，使其帶著疑問參與教師主導(dǎo)的線下課程，在教師的引導(dǎo)下獨立思考、科學(xué)思維、鞏固和深化課程內(nèi)容和要點。這種基于優(yōu)慕課和北化在線平臺的混合式教學(xué)模式不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性、拓寬了學(xué)生的視野，而且還有效地提高該門理論課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。同時，它有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。教學(xué)實踐證明，該教學(xué)方法能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進學(xué)生養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)的好習(xí)慣，教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的效果都得到明顯的改善。