基于SPOC混合式學(xué)習(xí)模式的電動(dòng)力學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)──以鏡像法為例

吳 雙，張 磊，高 飛

（山東師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，山東 濟(jì)南250014）

基于SPOC混合式學(xué)習(xí)模式的電動(dòng)力學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)──以鏡像法為例

吳 雙，張 磊，高 飛

（山東師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，山東 濟(jì)南250014）

現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展使得“SPOC”及“混合式學(xué)習(xí)”成為教育領(lǐng)域的熱門話題。文章構(gòu)建基于SPOC的電動(dòng)力學(xué)混合式學(xué)習(xí)模式，并將其應(yīng)用于鏡像法教學(xué)中。該模式課前以微課為載體，課中實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化為目標(biāo)，利用電腦、智能手機(jī)等移動(dòng)終端，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)及小組協(xié)作學(xué)習(xí)，課后以PBL學(xué)習(xí)等進(jìn)行知識(shí)拓展。該模式的構(gòu)建與應(yīng)用有利于推動(dòng)信息技術(shù)與電動(dòng)力學(xué)教學(xué)的深度融合，為電動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)改革提供借鑒。

混合式學(xué)習(xí)模式；鏡像法；SPOC；教學(xué)設(shè)計(jì)

高等院校教學(xué)綜合改革正在成為高校發(fā)展的新起點(diǎn)，教學(xué)模式創(chuàng)新是高校綜合改革的重要內(nèi)容之一[1]。2016年美國新媒體聯(lián)盟發(fā)布的地平線報(bào)告（高等教育版）提出混合式學(xué)習(xí)的廣泛應(yīng)用將是未來1-2年內(nèi)極有可能影響高等教育變革的短期趨勢之一[2]。2016年6月教育信息化“十三五”規(guī)劃指出“不斷擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)教育資源的覆蓋面，深入推動(dòng)信息技術(shù)與教育教學(xué)的融合發(fā)展”[3]，可見國際層面和國家層面都認(rèn)識(shí)到信息技術(shù)將對(duì)高等教育發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。電動(dòng)力學(xué)課程內(nèi)容涉及大量的矢量微分計(jì)算和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，比較抽象，不少學(xué)生反映課程難度大。我們對(duì)2014級(jí)物理學(xué)專業(yè)兩個(gè)班95人的課程學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了問卷調(diào)查，結(jié)果表明60.8%的學(xué)生感到電動(dòng)力學(xué)“比較難”或“非常難”；對(duì)影響電動(dòng)力學(xué)難度的因素進(jìn)行調(diào)查，49.3%的學(xué)生認(rèn)為物理概念和思維比較抽象，42.8%的學(xué)生選擇數(shù)理運(yùn)算比較難，7.9%的學(xué)生認(rèn)為課程內(nèi)容與前沿、實(shí)際生活脫節(jié)，比較枯燥。為了提高教學(xué)效果和滿足高等教育的發(fā)展要求，電動(dòng)力學(xué)課程應(yīng)利用混合式學(xué)習(xí)、SPOC、PBL學(xué)習(xí)等新型教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)自身發(fā)展。

一、電動(dòng)力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

電動(dòng)力學(xué)是物理專業(yè)和其他相關(guān)專業(yè)的理論基礎(chǔ)課，主要講授電磁場的基本屬性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及與帶電物質(zhì)間的相互作用，其內(nèi)容體系包括電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律、靜電場、靜磁場、電磁波的傳播、電磁波的輻射、狹義相對(duì)論等六部分。目前電動(dòng)力學(xué)教學(xué)面臨著以下問題：（1）課時(shí)少與任務(wù)重、內(nèi)容多之間的矛盾。我校電動(dòng)力學(xué)學(xué)時(shí)安排72學(xué)時(shí)，據(jù)調(diào)查，51.3%學(xué)生感到電動(dòng)力學(xué)課程時(shí)間比較緊張或非常緊張，師生間深層次的互動(dòng)交流較少，在一定程度上不利于學(xué)生高階認(rèn)知能力的培養(yǎng)。（2）班級(jí)授課制和學(xué)生認(rèn)知水平差異。58.2%的同學(xué)認(rèn)為電磁學(xué)、數(shù)學(xué)物理方法、電磁學(xué)等數(shù)理基礎(chǔ)對(duì)電動(dòng)力學(xué)的學(xué)習(xí)影響比較大或非常大，而原有的認(rèn)知水平不同造成學(xué)生需求多樣，統(tǒng)一的課堂教學(xué)內(nèi)容難以滿足不同學(xué)生的發(fā)展需要。（3）教學(xué)方式比較單一，傳統(tǒng)電動(dòng)力學(xué)教學(xué)仍以講授法為主，這種單向傳輸?shù)慕虒W(xué)方式不利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)和主觀能動(dòng)性的發(fā)揮，據(jù)調(diào)查，63.3%的學(xué)生希望課堂教學(xué)采取教師講授與自主學(xué)習(xí)、小組協(xié)作學(xué)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)方式，很少選擇單一的課堂講授方式。為了解決目前電動(dòng)力學(xué)教學(xué)中存在的問題，必須變革其內(nèi)容和教學(xué)形式，混合式學(xué)習(xí)模式為電動(dòng)力學(xué)課程改革提供了新的思路。

二、混合式學(xué)習(xí)、SPOC概述

1.混合式學(xué)習(xí)

混合式學(xué)習(xí)是指把傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢和E-learning的優(yōu)勢結(jié)合起來，既能發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又能充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性[4]。混合式學(xué)習(xí)模式對(duì)學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)方式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式、評(píng)價(jià)方式、教師和學(xué)生角色等都進(jìn)行了重構(gòu)，真正踐行了以學(xué)生為中心的教學(xué)理念?；旌鲜綄W(xué)習(xí)模式一般包括四種：轉(zhuǎn)換模式、彈性模式、菜單模式和增強(qiáng)型虛擬模式，多數(shù)情況下，可以根據(jù)課程內(nèi)容和學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平，合理分配線上線下學(xué)習(xí)比例，靈活組合這四種混合式學(xué)習(xí)模式加以運(yùn)用，我校電動(dòng)力學(xué)課程由40%的線上學(xué)習(xí)和60%的線下學(xué)習(xí)組成?；旌鲜綄W(xué)習(xí)模式充分尊重學(xué)生的主體性，豐富的線上學(xué)習(xí)資源支持碎片化學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)，使學(xué)生根據(jù)需要和學(xué)習(xí)興趣定制學(xué)習(xí)、自主安排學(xué)習(xí)進(jìn)度和選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容成為可能，有利于個(gè)性化學(xué)習(xí)、差異化學(xué)習(xí)。課中階段主要采取討論式、參與式、啟發(fā)式的學(xué)習(xí)方式進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力。

2.SPOC和微課建設(shè)

由于MOOC大規(guī)模、無限制性和完全開放，導(dǎo)致選課率高、結(jié)課率低，為了提高在線學(xué)習(xí)的教學(xué)效果，SPOC（Small Private OnlineCourse)應(yīng)運(yùn)而生。SPOC即小規(guī)模限制性在線課程，只有校內(nèi)注冊(cè)學(xué)生或符合一定條件的選課者才能加入SPOC學(xué)習(xí)。加州大學(xué)伯克利分校在線課程教學(xué)負(fù)責(zé)人Armando Fox首次提出SPOC概念，并把SPOC界定為“MOOC的校本化實(shí)踐”，他認(rèn)為SPOC是MOOC用作課堂教學(xué)的補(bǔ)充，可有效加強(qiáng)教師的指導(dǎo)作用，增加學(xué)生的通過率、掌握程度以及參與度[5]。SPOC支持高校線上線下的混合式學(xué)習(xí)，本研究主要探討SPOC和面對(duì)面學(xué)習(xí)相結(jié)合的混合式學(xué)習(xí)模式在電動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用。

微課是以微視頻為載體，針對(duì)某個(gè)學(xué)科知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)而設(shè)計(jì)開發(fā)的支持多種學(xué)習(xí)方式的在線視頻課程資源[6]。在混合式學(xué)習(xí)模式中，教師在認(rèn)真分析教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，切分知識(shí)點(diǎn)，將偏向記憶、理解等低階認(rèn)知目標(biāo)的知識(shí)點(diǎn)錄制成微視頻，用于線上學(xué)習(xí)，每個(gè)微視頻時(shí)長不超過15分鐘。然后將微課等學(xué)習(xí)資源上傳到學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生登錄后就可以根據(jù)自主學(xué)習(xí)任務(wù)單，通過觀看微課、測試等進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、小組協(xié)作學(xué)習(xí)。

目前混合式學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂、SPOC等學(xué)習(xí)模式在大學(xué)物理課程的應(yīng)用研究方興未艾，同濟(jì)大學(xué)進(jìn)行了基于SPOC的大學(xué)物理混合式教學(xué)實(shí)踐，結(jié)果表明基于SPOC的混合式教學(xué)可以有效加深學(xué)生對(duì)物理概念的理解和提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性[7]。山東大學(xué)的大學(xué)物理課程開展了基于SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實(shí)踐，實(shí)施結(jié)果表明該模式對(duì)于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力有顯著效果[8]。但是新型教學(xué)模式應(yīng)用于電動(dòng)力學(xué)課程的實(shí)例較少，因此有必要對(duì)其進(jìn)行研究，以期為電動(dòng)力學(xué)的改革發(fā)展提供借鑒。

三、基于混合式學(xué)習(xí)的電動(dòng)力學(xué)教學(xué)模式的構(gòu)建

本研究在國內(nèi)外混合式學(xué)習(xí)模式的研究成果的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于SPOC的電動(dòng)力學(xué)混合式學(xué)習(xí)模式，如圖1所示。

圖1 基于SPOC的混合式教學(xué)模式

課前知識(shí)傳遞階段，教師登錄學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)創(chuàng)建電動(dòng)力學(xué)課程，并上傳自主學(xué)習(xí)任務(wù)單、微課、課件、思維導(dǎo)圖、研究性學(xué)習(xí)文獻(xiàn)等課程資源。自主學(xué)習(xí)任務(wù)單的內(nèi)容包括明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)重難點(diǎn)、學(xué)習(xí)方法、不同梯度的自主學(xué)習(xí)任務(wù)等。學(xué)生根據(jù)自主學(xué)習(xí)任務(wù)單，通過觀看微課和其他教學(xué)資源，形成物理圖像，初步認(rèn)識(shí)和理解電動(dòng)力學(xué)的核心概念和基本理論，產(chǎn)生的問題可以在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的討論區(qū)與老師、同學(xué)進(jìn)行同步或異步的互動(dòng)交流。最后小組成員協(xié)作完成本章知識(shí)點(diǎn)思維導(dǎo)圖、討論課前學(xué)習(xí)任務(wù)，并且設(shè)計(jì)課堂匯報(bào)的內(nèi)容和形式。

課中知識(shí)內(nèi)化階段，混合式學(xué)習(xí)的課中部分采取討論式、參與式、啟發(fā)式的學(xué)習(xí)方式，教師精講本周內(nèi)容重難點(diǎn)，對(duì)于課前存在的共性問題可以采取集中講授或組織討論的方式進(jìn)行解決。然后組織小組成員對(duì)自主學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行匯報(bào)和課堂典型任務(wù)的討論，深入理解電動(dòng)力學(xué)中蘊(yùn)含的深刻的物理思想和科學(xué)方法，在分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造等高級(jí)思維活動(dòng)中建構(gòu)和完善知識(shí)體系。

課后知識(shí)拓展階段，教師對(duì)課堂教學(xué)效果進(jìn)行反思，對(duì)混合式學(xué)習(xí)的教學(xué)過程進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，上傳拓展性的學(xué)習(xí)資料滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。小組成員修正與完善課前學(xué)習(xí)成果并將其發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上，同時(shí)結(jié)合平臺(tái)上學(xué)科前沿知識(shí)，圍繞電動(dòng)力學(xué)內(nèi)容開展研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)（PBL）。PBL（Problem-Based Learning）即問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)，通過協(xié)作探究結(jié)構(gòu)不良的、復(fù)雜的實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和自主學(xué)習(xí)能力。對(duì)于在靜電學(xué)部分，可以開展電流變液的研究性學(xué)習(xí)，實(shí)踐表明不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力。

四、案例設(shè)計(jì)

下面以鏡像法為例，介紹混合式學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)的過程。

1.前期分析

（1）學(xué)習(xí)者分析

混合式學(xué)習(xí)是以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，在實(shí)施混合式學(xué)習(xí)前，首先應(yīng)該分析學(xué)習(xí)者。我們對(duì)學(xué)生基本情況、學(xué)習(xí)策略和習(xí)慣、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、已有的知識(shí)儲(chǔ)備和學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)需求等展開了問卷調(diào)查，結(jié)果表明：學(xué)生基本上都有電腦或智能手機(jī)等移動(dòng)終端，每天平均上網(wǎng)時(shí)長在2小時(shí)以上的占70.9%，75.9%的學(xué)生能熟練利用QQ群、微信群、論壇等互動(dòng)媒體進(jìn)行交流；對(duì)于學(xué)習(xí)過程遇到的問題，48.3%的學(xué)生傾向于通過請(qǐng)教老師、與同學(xué)討論來解決，50.6%的學(xué)生傾向于通過查找圖書館資源、網(wǎng)絡(luò)資源來解決。但是學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)自我約束能力、網(wǎng)絡(luò)資源篩選策略較差，在這一點(diǎn)上需要教師做進(jìn)一步指導(dǎo)；19.2%的學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是基于學(xué)習(xí)興趣，大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)來源于考試壓力、考研壓力和就業(yè)壓力；由于電動(dòng)力學(xué)課程內(nèi)容比較抽象，在學(xué)習(xí)資源的呈現(xiàn)方式上，大部分的學(xué)生期望以動(dòng)畫、視頻和文本的形式相結(jié)合；57.1%的學(xué)生對(duì)目前的教學(xué)評(píng)價(jià)方式不滿意，67.4%希望采取形成性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)（平時(shí)學(xué)習(xí)參與度+期末考試+小論文）相結(jié)合的形式。59.2%的學(xué)生表示“比較期待”或“非常期待”電動(dòng)力學(xué)采取混合式學(xué)習(xí)模式，38.1%的學(xué)生認(rèn)為可以試試看。通過以上調(diào)查分析，學(xué)生具備開展混合式學(xué)習(xí)的條件。

（2）課程內(nèi)容分析

我校電動(dòng)力學(xué)教材是郭碩鴻的電動(dòng)力學(xué)（第三版），鏡像法位于本書的第二章靜電場的第四節(jié)。靜電場的基本問題是求滿足給定條件的泊松方程或拉普拉斯方程的解[9]，靜電場的標(biāo)勢及其微分方程、唯一性定理等知識(shí)點(diǎn)的掌握為鏡像法的學(xué)習(xí)做好了的知識(shí)儲(chǔ)備。鏡像法是處理靜電場邊值問題的一種特殊的方法，其理論基礎(chǔ)是唯一性定理。鏡像法適用于解決對(duì)稱性邊界的無限大導(dǎo)體平面、球面、柱面的空間電勢，在靜電學(xué)這一章中有著不可替代的作用。鏡像法具有規(guī)律性較強(qiáng)、易理解的特點(diǎn)，容易遷移，故適合采取線上線下相結(jié)合的混合式學(xué)習(xí)模式。

（3）教學(xué)目標(biāo)分析

根據(jù)布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)理論，從認(rèn)知、技能、情感三方面設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)。認(rèn)知領(lǐng)域：理解鏡像法的概念實(shí)質(zhì)、適用條件、解題步驟；掌握球外點(diǎn)電荷與導(dǎo)體球（接地、不接地、帶電、已知電勢）的鏡像問題的處理方法。技能領(lǐng)域：經(jīng)歷平面鏡像問題、球面鏡像問題的模型建立、模型檢驗(yàn)、模型分析、模型拓展的過程，加強(qiáng)科學(xué)方法、抽象思維能力的培養(yǎng)。情感領(lǐng)域：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)電動(dòng)力學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和解決問題的能力。本節(jié)課的重點(diǎn)是對(duì)鏡像法基本概念的理解和鏡像法的應(yīng)用，難點(diǎn)是鏡像電荷位置和大小的確定。

2.自主學(xué)習(xí)階段設(shè)計(jì)

微課錄制前要注意把知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為問題，其教學(xué)過程要堅(jiān)持問題導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)。本節(jié)分為2節(jié)微課，一節(jié)是導(dǎo)體平面的鏡像問題，另一節(jié)是導(dǎo)體球面的鏡像問題。微課的錄制要注意交互性，在視頻中嵌入啟發(fā)性問題。問題呈現(xiàn)方式多以單選、多選、判斷等為主，學(xué)生完成答題方可繼續(xù)觀看視頻，一方面能啟發(fā)學(xué)生思考，另一方面也能在一定程度上檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

平面鏡像法微課總共12分鐘，以Matlab仿真圖片、動(dòng)畫為載體，講解鏡像法的概念、適用條件、解題步驟，使得抽象問題可視化。其中導(dǎo)入1分鐘，以復(fù)習(xí)唯一性定理為切入點(diǎn)，繼而提出問題：“在點(diǎn)電荷與無限大導(dǎo)體板組成的目標(biāo)體系中，板外空間電場分布如何？”一方面為新知識(shí)的學(xué)習(xí)建立支架，另一方面激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。主題部分講解10分鐘左右，借鑒建模教學(xué)理論[10]，主體部分設(shè)計(jì)思路如下：模型建構(gòu)→模型檢驗(yàn)→模型分析→模型應(yīng)用和拓展。理論分析目標(biāo)體系應(yīng)滿足的泊松方程和邊界條件，利用Matlab仿真點(diǎn)電荷與無限大導(dǎo)體平面的電場線分布圖，提出問題、建立模型：通過觀察圖像，分析該目標(biāo)體系的電場分布能不能用去掉導(dǎo)體板的兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷代替？進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生寫出該構(gòu)型電勢的解，并帶入邊界條件模型檢驗(yàn)。進(jìn)而給出鏡像法的概念、適用條件，通過討論導(dǎo)體平面面電荷分布、總感應(yīng)電荷、力和能量進(jìn)行模型分析，加深對(duì)模型的理解。并以相互垂直的半無限大導(dǎo)體板的鏡像問題為模型拓展，利用Matlab仿真，直觀感知點(diǎn)電荷和3個(gè)鏡像電荷同時(shí)使水平面和豎直面成為等勢面，形成物理圖像。最后1分鐘總結(jié)鏡像法的實(shí)質(zhì)和基本步驟，布置思考問題“點(diǎn)電荷與導(dǎo)體界面為斜劈情況下的鏡像問題”。

球面鏡像法微課總共14分鐘。導(dǎo)入1分鐘，創(chuàng)設(shè)問題情景“球外點(diǎn)電荷與導(dǎo)體球組成的目標(biāo)體系的空間電勢是多少？”引起學(xué)生思考。主題呈現(xiàn)12分鐘，理論分析根據(jù)鏡像法，引入鏡像電荷建立模型，提出嘗試解，根據(jù)邊界條件確定鏡像電荷的電荷量和位置。同時(shí)利用Matlab仿真，直觀感知該構(gòu)型與點(diǎn)電荷、導(dǎo)體球面組成的目標(biāo)體系空間電場分布的等效性，形成物理圖像。進(jìn)而討論導(dǎo)體球面面電荷分布、總感應(yīng)電荷、力，加深對(duì)模型的理解。在學(xué)生最近發(fā)展區(qū)內(nèi)設(shè)置多層次的問題進(jìn)行模型拓展，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的建構(gòu)：若導(dǎo)體球不接地，空間電勢如何分布？若導(dǎo)體球帶電量Q，空間電勢如何分布？如何計(jì)算此時(shí)點(diǎn)電荷所受到的力？若已知導(dǎo)體球電勢為φ，空間電勢如何分布？引導(dǎo)學(xué)生利用線性疊加法處理此類問題。最后1分鐘總結(jié)鏡像法蘊(yùn)含的基本思想。

3.課中學(xué)習(xí)階段設(shè)計(jì)

在混合式學(xué)習(xí)模式下，課中階段主要以自主學(xué)習(xí)和小組協(xié)作學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行建構(gòu)知識(shí)。首先教師對(duì)鏡像法的基本思想和基本步驟進(jìn)行精講，使學(xué)生從整體上把握本節(jié)課的內(nèi)容和邏輯體系，這個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)間不宜過長，一般5分鐘左右。然后組織學(xué)生分組匯報(bào)“用鏡像法解點(diǎn)電荷與帶有半球面凸起接地?zé)o限大導(dǎo)體平面的空間電勢”和“導(dǎo)體球殼內(nèi)有一點(diǎn)電荷的鏡像問題”兩個(gè)自主學(xué)習(xí)任務(wù)，并且提出小組協(xié)作學(xué)習(xí)沒有解決的問題或針對(duì)該自主學(xué)習(xí)任務(wù)總結(jié)的比較有價(jià)值的問題進(jìn)行組間交流，組內(nèi)同學(xué)負(fù)責(zé)補(bǔ)充，在這個(gè)過程中也拋出新的問題進(jìn)行思維碰撞。教師對(duì)小組匯報(bào)進(jìn)行評(píng)價(jià)，指出匯報(bào)過程中優(yōu)點(diǎn)和不足，對(duì)理解不透徹的地方進(jìn)行補(bǔ)充和梳理。隨后進(jìn)入課中典型任務(wù)階段“點(diǎn)電荷與介質(zhì)分界面的鏡像問題”和“均勻場中的導(dǎo)體球的鏡像問題”的學(xué)習(xí)，本研究采用問題導(dǎo)向法，層層遞進(jìn)，以“點(diǎn)電荷與介質(zhì)分界面的鏡像問題”為例，具體步驟如下：

（1）教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)鏡像法寫出定解條件。

兩區(qū)域滿足的泊松方程：

兩區(qū)域內(nèi)分界面滿足邊值關(guān)系：

（2）提出問題：既然空間電勢是由點(diǎn)電荷Q與極化電荷共同迭加的，那么極化電荷對(duì)場點(diǎn)的作用能不能用像電荷代替呢？小組協(xié)作討論并寫出嘗試解。

上半空間：把下半?yún)^(qū)域ε2換成ε1，則空間均勻分布ε1，

下半空間：把上半?yún)^(qū)域ε1換成ε2，則空間均勻分布ε2，則

（3）教師滲透把不均勻介質(zhì)轉(zhuǎn)換成均勻介質(zhì)的物理思想。進(jìn)一步啟發(fā)誘導(dǎo)：怎么確定像電荷的位置和大小？讓學(xué)生分組討論，并對(duì)討論結(jié)果展示交流。

（4）類比推理，加深理解

引導(dǎo)學(xué)生將鏡像法與光在界面反射、折射的電路圖類比，加深對(duì)問題的理解，形成物理圖像。最后師生共同總結(jié)鏡像法的實(shí)質(zhì)、關(guān)鍵、應(yīng)注意的問題及三種典型邊界條件。

4.課后學(xué)習(xí)階段設(shè)計(jì)

小組成員修正和完善課前學(xué)習(xí)成果，并將學(xué)習(xí)成果分享到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上，小組之間互評(píng)。教師上傳不同層次的拓展資源，主要包括“線電荷與無限大接地導(dǎo)體平面的鏡像問題”、“導(dǎo)體圓柱面的鏡像問題”、“鏡像法與保角變換法相結(jié)合解決形狀復(fù)雜的靜電場邊界問題”等，并且鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用Matlab模擬電磁場圖像。學(xué)生按照自己的興趣進(jìn)行自主選題，滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，并利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行討論交流，學(xué)習(xí)結(jié)果最終以小論文或研究報(bào)告的形式呈現(xiàn)。

五、總結(jié)與反思

電動(dòng)力學(xué)的改革實(shí)踐，采用了混合式學(xué)習(xí)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，突出教師主導(dǎo)和學(xué)生主體的地位。需要注意的是，并不是所有電動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容都適用于混合式學(xué)習(xí)模式，復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)更適合系統(tǒng)講授法，板書形式更容易展示其思維過程。教學(xué)質(zhì)量決定教學(xué)模式的選擇，教師在重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，選擇有代表性的、能啟發(fā)學(xué)生思維的內(nèi)容應(yīng)用混合式學(xué)習(xí)模式，對(duì)于磁標(biāo)勢、磁多級(jí)矩等比較簡單易懂的，可以通過線上學(xué)習(xí)完成知識(shí)的傳授，課堂教學(xué)開展與學(xué)科前沿相結(jié)合的深層次互動(dòng)交流。

[1]莫衛(wèi)東,傅振堂.大學(xué)物理翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)實(shí)踐與體會(huì)[J].物理與工程,2016,26(Z1),171-175.

[2]Johnson,L.,Adams Becker,S.,Cummins,M.,etal.The NMC horizon report:2016 higher education edition[R].Austin,Texas:New Media Consortium,2016.

[3]教育部網(wǎng)站.教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》的通知[EB/OL].[2016-06-24].http://www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

[4]黃榮懷,馬丁,鄭蘭琴,張海森.基于混合式學(xué)習(xí)的課程設(shè)計(jì)理論[J].電化教育研究,2009(1):11-13.

[5]Armando Fox.From MOOCs to SPOCs[J].Communications of theACM,2013，56(12):38-40.

[6]胡鐵生.“微課”：區(qū)域教育信息資源發(fā)展的新趨勢[J].電化教育研究,2011(10).

[7]徐小鳳，王祖源，張睿.基于SPOC的大學(xué)物理課程實(shí)踐效果研究——以同濟(jì)大學(xué)的物理課程為例[J].電化教育研究,2016(3):87-89.

[8]于淑云,劉建強(qiáng).基于SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].物理與工程,2016,26（Z1）:143-146.

[9]郭碩鴻,電動(dòng)力學(xué)(第三版)[M].北京：高等教育出版社,2008.

[10]張靜.物理建模教學(xué)的理論與實(shí)踐簡介[J].大學(xué)物理,2013(32):25-29.

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（編輯：郭桂真）