基于雨課堂的“電磁場與電磁波”教學改革實踐研究＊

蔡 洋，曹玉凡，張寶玲，吳 濤，焦義文，楊文革

（航天工程大學電子與光學工程系，北京101416）

“電磁場與電磁波”是電子信息與電氣工程相關專業的專業核心基礎課，為后續“微波技術與天線”“衛星通信”“雷達原理”等專業課程的學習提供必不可少的理論基礎，因此，該課程的教學在電子信息和電氣工程專業的教學體系中起到承上啟下的作用[1-2]。此外，通信、雷達、遙感、測控等重要軍事領域都需要用到電磁理論，所以該課程的學習對電子信息類專業人才的培養至關重要。

“電磁場與電磁波”課程內容涵蓋電磁波的產生、輻射、傳播等方面，從庫侖定律、安培定律和法拉第電磁感應定律三大經驗實驗定律出發，研究場（電場、磁場）與源（電荷、電流）之間的本質關系，理論核心是麥克斯韋方程組，需要以高等數學和大學物理中的相應內容為基礎，包括多元函數微積分、振動與波等。

同時，電磁理論中涉及到的現象和數學物理分析過程無法直接感知，設計復雜的公式推導和坐標變換，需要學生具備強大的抽象思維和空間想象能力。此外長期以來該課程在各大院校多沿用傳統授課方式，即教師通過PPT進行授課、輔助采用板書等形式，與當前“00后”年輕群體的學習習慣和學習方式不相適應。基于此，一方面課程本身的特點導致本門課程是高校中受歡迎度最低、最難學難教的課程之一，另一方面，傳統授課模式無法有效調動學生的參與熱情，進一步導致課程的教學效率非常低。如何有效提高授課的針對性和學生的參與度是建設電磁精品課程之路上亟待解決的問題，國內相關院校針對這一問題也進行了諸多探索[3-4]。

近年來，由清華大學在線教育辦公室組織研發、文理工一線教師全程參與的教學工具“雨課堂”因其靈活的授課方式、全方位的教學數據分析以及年輕化的互動模式等特點在各類型的教學活動中被廣泛推廣。“雨課堂”在保留傳統PPT授課模式的前提下，能夠高效地利用微信、互聯網等平臺優勢，受到授課教師的青睞，同時也極大地提高了學生參與課堂的積極性[5-6]。同時基于雨課堂能夠便利開展混合式教學、線上教學等教學方式，確保了在當前疫情偶發的情況下順利開展課程教學。

本文以“電磁場與電磁波”課程為例，圍繞課程教學中的重難點問題，探討了采用傳統教學模式與“雨課堂”教學模式在授課過程中的差異，然后總結了“雨課堂”在課程教學中的有利因素、需要完善的問題以及教學反思，希望以此為基礎，促進課程教學質量的提高。

1 雨課堂教學實施過程分析

1.1 基于雨課堂的教學過程設計

以航天工程大學2019級相關專業采用雨課堂授課為例，從課前準備、課中授課和課后拓展3個階段進行教學設計，并與傳統授課方式進行了對比，基于“雨課堂”的教學過程設計如圖1所示。

圖1 基于“雨課堂”的教學過程設計

1.2 基于雨課堂的教學特點

1.2.1 教學過程更加精細

在傳統的教學過程中，課前預習環節往往是教師發布預習任務、學生自主學習的模式，這種方式使得教師對于預習效果往往無法有效把握，學生預習的緊迫感和必要性也大大降低，導致課中的教學實施沒有相應的延展性，無法達到預期的教學準備狀態，因此會導致課上教學任務量大，設計的教學計劃和教學環節往往受到影響，學生的理解效果和接受新知識的效率大打折扣。而采用雨課堂的授課模式，可以將每個教學過程進行量化，如圖2所示，教師在布置相應的預習任務后，可實時了解學生的預習進度和預習時間，學生也因此會產生必須要預習的緊迫感和危機意識，教師可以對全班預習情況的進展能夠全面了解，一方面可以督促未預習的同學及時完成學習內容，另一方面學生也可以通過雨課堂反饋預習過程中的疑慮和問題，通過這種預習模式能夠使師生共同完成課前準備工作，這些準備工作將為課程中的教學實施提供開展的依據和素材，同時也加強了師生之間的了解和聯系。

圖2 學生預習情況統計報告

1.2.2 教學目標更加精準

在傳統的教學過程中，教師一般通過上課提問的方式了解學生的掌握程度和當前的授課進度，比如公式的推導、知識點的運用，首先通常情況下提問的時候往往面臨被提問者思考、其他同學不參與討論的狀況，同時有限的授課時間導致提問的學生數量非常少，因此教師無法根據回答情況分析和掌握當前的授課情況，長此以往教學之間的鴻溝會不斷加劇，最終導致學生關閉主動學習的窗口；其次在電磁場與電磁波這種容易公式繁多復雜、概念抽象的課程中，這種傳統的提問方式存在著相當大的片面性，提問的問題往往會處于難度的兩個極端，無法有效反饋當前的授課內容和授課進度，最后隨著當前社會環境的影響和改變，學生群體自尊心普遍較強、不愿意主動表達的特點導致他們無法真實的表露內容的困惑。但是通過雨課堂的授課方式，一方面學生可以在遇到疑問或者困惑的地方在不同的PPT上直接“匿名”表達當前的學習困惑，教師可以根據反饋人數的多少選擇上課集中講解或者下課單獨答疑，另一方面學生可以通過喜聞樂見的彈幕、留言等實時的方式來表達想法，這些方式與他們平時課余生活中的休閑方式非常類似，能夠有效打消他們學習的緊張感和壓力。總之，教師可以根據當前的“大數據”統計結果，針對當前集中的問題，調整授課進度和教學重點，也可以根據學生的個別疑問進行單獨答疑，真正實現以教師為主導、以學生為主體的高效教育理念。課堂實時情況統計如圖3所示。

圖3 課堂實時情況統計

1.2.3 教學反饋更加精確

習題練習是強化課程重點、理解課程難點的重要手段，這一手段在電磁課程尤為重要，通過典型例題的強化練習能夠使學生對于概念的理解和運用更加深入，也能夠進一步查找不足和遺漏的地方。但是在傳統的教學過程中，教師一般通過課堂隨機提問、課后作業、階段測驗等方式進行實施，這些方式存在著數據比較片面、統計任務繁重、結果反映延遲等問題，使教師無法精確掌握教學效果的好壞。與之相比，通過雨課堂的授課方式，如圖4所示，在課上所有學生能夠實時地針對某一問題做出全部的反饋，一方面能夠使教師根據實時統計結果全方位掌握和分析當前知識點的講授情況，便于調整上課進度以達到良好的授課效果，同時能夠使學生進行有效的橫向對比和自我剖析，比如可以直觀地看到當前的學習狀態在整個班級中的分布情況，檢視自己遇到的問題是個性問題還是共性問題，剖析上一階段的學習是否真正掌握，此外這種實時作答也能夠有效地激發學生的學習主動性，從而調整學習的方法和提高學習的主動性。通過雨課堂可以開展階段測驗并能夠立即給出學生的測驗成績，從而有效地減輕了教師的統計和批改任務，直接根據雨課堂中的統計結果來對教學過程進行反思和改進。

圖4 課堂測驗成績分析

2 總結反思

目前“電磁場與電磁波”課程已經過三輪次的教學實踐，前兩輪次采用的是傳統的授課模式，而新一輪采用了雨課堂的授課模式，經過教學實踐、調查問卷和成績反饋表明，對于教、學雙方來說，雨課堂授課均是一種廣受歡迎的高效教學模式，如圖5所示。經過調查統計發現，大多數學生認可這種教學模式，對雨課堂這種互動性強、信息化程度高的方式比較接受和喜愛，同時在這種模式下能夠提高學習的主動性和積極性，參與課程討論和提問的積極性明顯增加。同時，在這種教學模式下，教師實施教學的精準性和有效性也得到了顯著提高，能夠將普遍問題與個例問題有效區分，為教師有針對性地開展重難點知識講解提供了依據。盡管如此，雨課堂授課方式對于“電磁場與電磁波”課程仍然是一種比較新穎的教學方式，存在著一些需要不斷改進的問題。

圖5 學生問卷調查分析

教學資源的針對性。基于雨課堂的教學過程需要豐富的教學資源，主要包括在線MOOC資源。當前在各大平臺上有豐富的“電磁場與電磁波”MOOC視頻，但是這些視頻資源往往具有一定的學校特色，直接搬用會導致課上課下學習內容不一致、學生比較困惑。借助于2020年在線上教學中課程組積累的教學視頻，可以在一定程度上滿足當前的雨課堂教學需要。后續為了進一步提升學生的學習熱情，需要進一步制作更為全面、嚴謹、精美的MOOC資源。

教學效果的連續性。基于雨課堂的教學過程需要學生經常使用手機、電腦平板等進行教學的互動等，一方面會調動學生參與的積極性，另一方面手機、電腦平板等中其他的互聯網資源會不斷吸引著學生的注意力，特別是在“電磁場與電磁波”課程中，復雜的公式推導、重要的概念介紹需要學生必須保持高度的精神集中，手機、電腦平板等設備無形中會對學生產生吸引和干擾，導致有些同學中途就脫離了教師的思路和授課過程，因此需要在教學過程中進行有效的設計，避免學生長時間的使用手機、電腦平板等。

3 總結

本文研究了基于雨課堂的教學模式在“電磁場與電磁波”課程教學中的應用實踐，分析了雨課堂在教學實施過程中的主要特點，包括教學過程更加精細、教學目標更加精準、教學反饋更佳精確等。同時總結了雨課堂在課程教學中仍存在的問題，包括如何實現教學資源的針對性和教學效果的連續性。總之，基于雨課堂的教學模式為傳統的“電磁場與電磁波”課程教學注入了新的活力，為有效打牢學生的學習根基和突破本門課程的教學難點提供了一定的手段和方法。