基于優慕課及北化在線平臺的電磁場與電磁波混合式教學模式的研究

李淑靜

（北京化工大學 數理學院 北京 100029）

引言

隨著信息化在人類社會生活、工作、學習中的不斷深入與發展，對信息傳遞效率和質量的要求也越來越高。而電磁場與電磁波在信息化發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絡的支持才能綠碼同行，實現生活便捷，而這些便捷都是基于“電磁場與電磁波”理論應用于科學技術給大家帶來的福音。

在高校，電磁場與電磁波是電子科學與技術、通信工程、光電通信等專業的核心基礎理論課，是微波技術、遙感遙測等課程的理論基礎，也是理工科專業課程的橋梁。對學生而言，“電磁場與電磁波”還是一門較難學習的課程，其交叉了高等數學、大學物理中的重要基礎知識。知識體系完整嚴謹，具有很強的理論性；學習內容抽象，看不見、摸不著；公式推導繁瑣，要求學生具有扎實的數學功底。對教師而言，如何提高教學質量和改善教學效果是課程改革、建設和發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，圍繞課程現狀和存在的問題，提出了一種基于優慕課和北化在線平臺的混合式教學模式，總結了該種模式在程教學過程中的有利因素，給出了該方案出不實施取得的成效。實踐表明，該種混合式教學模式可以充分激發學生的學習能動性，進一步提高課堂教學質量和效果，實現高校培養學生優秀學習能力的目標。

一、傳統電磁場與電磁波教學的思考

1.課程特點

電磁場與電磁波教學的開展依賴于矢量運算、微積分、偏微分方程等數學工具和普通物理“電磁學”部分的基礎知識；電場、磁場、電磁波的概念很抽象、需要借助具體的實驗現象才能真正感知它的存在。此外，課程內容較多，主要涉及矢量分析、靜電場和靜磁場（包括電磁場的基本規律、靜態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、導行電磁波、電磁輻射）三大塊的內容[1]。原本總學時最少64學時的課程被壓縮至48-56學時，增加了課程完整清晰呈現的難度；再加上課程本身邏輯性強、前后知識環環相扣，很容易引發學生因知識無法銜接而厭學。

2.教學現狀

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

基于上述課程特點和現有教學中存在的問題，結合信息化時代背景，很多教師已經在概念形象化、多媒體應用、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學生的學習興趣、提高教學質量、改善教學效果[2-4]。但是，隨著時代的不斷發展，學生的整體素質和特點也在發生著深刻的變化，因此，為不斷優化教學技巧、提高教學效果和充分發揮學生的主觀能動性，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模式的設計與實施

隨著“互聯網+”的快速發展和“信息化技術”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資源和模式[5-9]。學生可以接收到的學習資源更加豐富，學習模式也更加人性化，同時擁有了很強的學習的自由度。豐富的網絡資源不僅能滿足學生的需求，而且也為教師的教學提供了幫助，為實現線上線下混合式教學提供了平臺。特別是在疫情大環境下，網絡教學和在線課程更是受到了廣泛的推廣。但是單純的網絡教學也存在很多隱患。例如，不少學生僅僅是在線刷課程，只要分鐘數達標就認定課程已經完成，評判體系不能如實反映課程學情。再例如，在線MOOC的學習，教師并不能得到學生的課程反饋，學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性的差別；特別是在網絡條件不好情況下，線上直播授課效果就更加差強人意。

為了培養學生的學習能力和激發學生的學習能動性，以及提高教學質量和更好地實現教育目標，我們提出了一種基于優慕課及北化在線平臺的混合式教學模式并應用于電磁場與電磁波教學過程，旨在培養學生學習能動性和提高教學質量。基于優慕課及北化在線平臺的混合式教學模式的實施將為電磁場與電磁波一流課程的建設提供素材和思路。

1.基于優慕課和北化在線平臺的混合式教學模式的設計

本文設計了一種基于優慕課和北化在線平臺的混合式教學模式方案，設計路線如圖1所示。將電磁場與電磁波的教學分為三個部分：線上基礎學習模塊、線上線下深化提升模塊和線上線下鞏固拓展模塊。

圖1 基于優慕課和北化在線平臺的混合式教學模式設計路線圖（五星圖標表示考核過程學習的依據）

（1）線上基礎學習模塊

基于“北化在線”為平臺，以學生為中心，將包含“矢量分析、靜態電磁場、時變電磁場、電磁波的傳輸、電磁波的輻射”在內的基礎知識分章節分別構成學習單元模塊。每個單元模塊中都包含了PPT課件、PPT課件講解視頻、MOOC學習資源、學習要求與思考題、重難點小結。

（2）線上線下深化提升模塊

基于教室中多媒體教學設備和手機中優慕課軟件為平臺，以教師為主導，教師引導學生展開課程的深化學習。結合課程大綱和培養目標，教師從優慕課在線測試和思考題的答題結果出發，帶著大家心中的疑問，讓學生了解本堂課程學習內容的輪廓。教師從課程導入著手引出“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，最后舉例應用知識點。為了充分調動學生的參與度和積極性，在線下課堂上可以通過提問的方式，由學生自由回答討論，教師作為引導者對學生的作答當場進行評價，引導學生科學思維和獨立思考，教會學生科學探索的思路和方法，加強學生對“電磁場與電磁波”課程的認識，深化學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

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

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

2.基于優慕課和北化在線平臺的混合式教學模式的實施

（1）北化在線平臺的課程建設

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、章節學習要求、預習思考題上傳至“北化在線”平臺，構建分章節的學習單元（如圖2所示），將此基礎知識模塊的學習作為學生的預習環節。在課程活動中，建立課程作業集和在線測試環節；隨堂教學中建立簽到系統，督促學生重視課堂學習。通過思考題、在線測試題和課后作業來檢驗學生的預習效果和課后對知識的掌握程度、培養和檢測學生的知識應用能力。

圖2 在“北化線平臺”和“優慕課AAP”中的課程建設一覽圖

（2）優慕課App的應用

由于“優慕課”（手機客戶端）同“北化在線”平臺（網頁云盤）相連接，所以課堂上采用“優慕課”App掃描PPT課件中的二維碼來簽到打卡，學生完成到課率的考察（如圖2所示）。學生可以從“優慕課”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習成效和復習效果。同時，教師也能夠實時查看到簽到統計結果和測試成績，在課堂上隨時鎖定學生知識盲區，快速解決學生心中存在的疑惑；同時也可以指導堂課上的授課進度，幫助教師調整授課重難點、提高教學質量和效果。

（3）混合式考核方式的制定

基于優慕課和北化在線平臺的混合式教學模式的實施，我們將采用混合線上線下的考評方式，相對于傳統考核更加注重對學生學習過程的考核。我們將思考題作答成績、在線測試成績、出勤率、課后作業、專題調研報告、課堂活躍度納入過程考核體系。此外，我們為了響應“五育”并舉和改善“疏德、偏智、弱體、抑美、缺勞”的問題，特別針對學生課間不擦黑板、課上板面答題僅清理自己用的一小塊區域、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。希望學生能夠充分認識自己行為不當的問題和培養學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成，具體各部分的考評占比如表1所示。

表1 課程考核依據及占比

3.基于優慕課和北化在線平臺的混合式教學效果的評價

為了考察電磁場與電磁波課程采用基于優慕課和北化在線平臺的混合式教學模式的教學效果，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班采用的是傳統教學模式，2019級3班和4班采用本文提出的基于優慕課和北化在線平臺的混合式教學模式。從圖像可以看出，在混合式教學模式下學生成績分數段居于70分以上的居多，教學效果要明顯優于傳統模式。此外，我們還給出了在采用基于優慕課和北化在線平臺混合式教學模式下2019級3班和4班學生對本課程期中和期末的評價成績，如圖4所示。可以看到，評價成績從期中的81.91分上升到期末的90.26分，充分表明了學生對課程教學方式的認可與肯定。

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

圖4 混合模式教學班級對課程的評價（a-期中,b-期末）

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

結語

本文以電磁場與電磁波課程為例，針對該門課程難學、難教、復雜嚴謹的特點，結合信息時代背景，提出了一種基于優慕課和北化在線平臺的混合式教學模式方案。以學生為中心，通過學生線上完成基礎知識模塊的學習與思考，使其帶著疑問參與教師主導的線下課程，在教師的引導下獨立思考、科學思維、鞏固和深化課程內容和要點。這種基于優慕課和北化在線平臺的混合式教學模式不僅提升了學生的學習興趣、培養了學生的學習能動性、拓寬了學生的視野，而且還有效地提高該門理論課程的教學質量和教學效果。同時，它有助于培養學生的創新意識和創新能力。教學實踐證明，該教學方法能夠激發學生的學習興趣，促進學生養成主動學習的好習慣，教師教學和學生學習的效果都得到明顯的改善。