工科大學(xué)物理在線開放課程探索與實(shí)踐

高祿 袁志丹 宋漢全 趙達(dá)宇

摘要：大學(xué)物理課程是理工科大學(xué)生的必修課程，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和科學(xué)素養(yǎng)具有重要的作用。針對(duì)教學(xué)內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少、進(jìn)度快的實(shí)際教學(xué)問題，對(duì)大學(xué)物理課程中電磁學(xué)部分進(jìn)行了在線開放課程實(shí)踐和探索，闡述了電磁學(xué)在線課程教學(xué)實(shí)踐，分析了混合式教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并且提出了教學(xué)模式未來的改革方向和具體措施。

關(guān)鍵詞：在線課程;翻轉(zhuǎn)課堂;大學(xué)物理;電磁學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）50-0161-02

《大學(xué)物理》是面向全校理工科專業(yè)本科生開設(shè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課，是學(xué)生本科階段非常重要的一門通識(shí)基礎(chǔ)課程。工科院校大學(xué)物理課程通常要面對(duì)十幾個(gè)學(xué)院幾十個(gè)不同專業(yè)的學(xué)生，任課教師需要針對(duì)不同專業(yè)對(duì)大學(xué)物理課程的不同需求增減相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。與此同時(shí)，高校教學(xué)改革又將大學(xué)物理課程的學(xué)時(shí)不斷壓縮，導(dǎo)致教學(xué)現(xiàn)狀是內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少、進(jìn)度快。這種教學(xué)現(xiàn)狀對(duì)工科院校大學(xué)物理課程的任課教師則提出了更高的要求，如何在少課時(shí)的情況下，講授大學(xué)物理全部的教學(xué)內(nèi)容，這是我們當(dāng)下亟待解決的問題。大學(xué)物理課程必須打破傳統(tǒng)的以教師為課堂主體的教學(xué)模式，適應(yīng)新形勢(shì)的大學(xué)物理教學(xué)模式勢(shì)在必行[1-5]。

《大學(xué)物理》是面向全校理工科專業(yè)本科生開設(shè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課。精簡(jiǎn)學(xué)時(shí)、引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)是目前高等學(xué)校教育教學(xué)改革的大勢(shì)所趨。在新一輪培養(yǎng)方案中，大學(xué)物理課的總學(xué)時(shí)已被精簡(jiǎn)為96學(xué)時(shí)。根據(jù)新一輪的培養(yǎng)方案，本課程分為兩個(gè)學(xué)期進(jìn)行教學(xué)，每個(gè)學(xué)期的學(xué)時(shí)數(shù)為48。其中《大學(xué)物理1》安排在春季學(xué)期，內(nèi)容包括力學(xué)和電磁學(xué)，授課對(duì)象為大一學(xué)生;《大學(xué)物理2》在秋季學(xué)期開設(shè)，內(nèi)容包括熱學(xué)、振動(dòng)、波動(dòng)、光學(xué)與量子物理，授課對(duì)象為大二學(xué)生。在教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生普遍反映講課速度過快、基礎(chǔ)知識(shí)掌握得不扎實(shí)、習(xí)題課太少等情況。

針對(duì)大學(xué)物理教學(xué)存在的實(shí)際問題，并且通過調(diào)研和討論[5-10]，我們認(rèn)為可以通過開設(shè)在線課程緩解學(xué)時(shí)緊張的現(xiàn)狀。大學(xué)物理（1）中的電磁學(xué)是整個(gè)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在線課程實(shí)踐的第一階段我們選擇了電磁學(xué)進(jìn)行課程錄制。電磁學(xué)的教學(xué)目標(biāo)包括使學(xué)生掌握電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及電磁感應(yīng)的基本概念和規(guī)律，理解處理電磁學(xué)問題的基本思想和方法，并能熟練運(yùn)用電磁學(xué)基本規(guī)律解決實(shí)際問題。具體的教學(xué)內(nèi)容包括靜電場(chǎng)、電勢(shì)、靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體及電介質(zhì)、磁場(chǎng)和它的源、磁力、磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)、電磁感應(yīng)以及麥克斯韋方程組合電磁輻射。

在線課程教學(xué)內(nèi)容主要是根據(jù)電磁學(xué)的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，講授電磁學(xué)中的基本概念和基本規(guī)律。學(xué)生可以在上課之前自主學(xué)習(xí)在線課程中講解的基本知識(shí)點(diǎn)。以此為基礎(chǔ)，教師在課堂上著重講解與基本概念和規(guī)律相關(guān)的實(shí)際運(yùn)用，并且與學(xué)生展開討論式的互動(dòng)，形成翻轉(zhuǎn)課堂。將傳統(tǒng)的教師“一言堂”的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)化為以教師與學(xué)生之間或者學(xué)生與學(xué)生之間互動(dòng)的模式。

初始階段課程受眾主要為本校大一學(xué)生，開展混合式教學(xué)。為配合這種混合式教學(xué)模式，在線課程中的教學(xué)視頻部分將從靜電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及電磁感應(yīng)的基本現(xiàn)象出發(fā)，引入場(chǎng)強(qiáng)、電勢(shì)、高斯定理、場(chǎng)強(qiáng)環(huán)路定理、導(dǎo)體的靜電平衡、電介質(zhì)的極化、電位移、靜電場(chǎng)的能量、畢奧薩伐爾定律、安培環(huán)路定理、安培力、磁矩、磁介質(zhì)的磁化、磁場(chǎng)強(qiáng)度、法拉第電磁感應(yīng)定律、磁場(chǎng)的能量、電磁輻射等基本概念和規(guī)律，在此基礎(chǔ)上通過例題使學(xué)生初步掌握概念規(guī)律的應(yīng)用。這種“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象—概念規(guī)律—實(shí)際應(yīng)用”的設(shè)計(jì)思路可以使學(xué)生奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，為課堂翻轉(zhuǎn)提供必要的條件。在線課程中除了教學(xué)視頻外，還上傳了相應(yīng)的電子課件，以方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)。為確保學(xué)生真正參與到在線課程中，設(shè)計(jì)了交作業(yè)和單元測(cè)試的教學(xué)環(huán)節(jié)。作業(yè)環(huán)節(jié)采用教師評(píng)價(jià)與學(xué)生互評(píng)相結(jié)合的模式，激發(fā)學(xué)生參與的興趣。作業(yè)與單元測(cè)驗(yàn)都將作為平時(shí)成績(jī)的一部分，最終以一定的權(quán)重計(jì)入總評(píng)成績(jī)。

經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，課堂教學(xué)效果顯著提升。授課教師以在線學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，首先講解學(xué)生在理解概念規(guī)律時(shí)的困惑或盲點(diǎn);然后列舉典型例題，由淺入深、循序漸進(jìn)，使學(xué)生能靈活運(yùn)用物理規(guī)律解決實(shí)際的電磁學(xué)問題。這樣的教學(xué)形式可以彌補(bǔ)課堂教學(xué)學(xué)時(shí)不足所帶來的弊端，深受廣大學(xué)生的好評(píng)。同時(shí)，我們?cè)谡n程考核中也加大了線上課程的考核比重，進(jìn)一步改革考試模式。目前采取的考試方案為：學(xué)期總成績(jī)=作業(yè)成績(jī)×20%+單元測(cè)驗(yàn)成績(jī)×20%+期末成績(jī)×60%。其中，作業(yè)包括線上作業(yè)和課堂（線下）作業(yè);單元測(cè)試只在線上進(jìn)行;期末考試在線下進(jìn)行。這一考核方式可以提高學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的積極性，促使學(xué)生把學(xué)習(xí)精力放在平時(shí)，而不是考試來臨前“臨時(shí)抱佛腳”。在線課程的教學(xué)實(shí)踐表明，這種線上和線下混合式教學(xué)模式可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。未來計(jì)劃將本課程推廣至公共的MOOC平臺(tái)，如中國大學(xué)慕課網(wǎng)站，使校外有需求的學(xué)生或相關(guān)人員通過在線學(xué)習(xí)模式獲得相應(yīng)的學(xué)分。

然而，盡管線上教學(xué)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際的教學(xué)過程中還是存在一些有待改進(jìn)的問題，具體如下：（1）通過問卷調(diào)查，有相當(dāng)比例的學(xué)生更喜歡或者習(xí)慣傳統(tǒng)的課堂教學(xué)形式，認(rèn)為這種混合式的教學(xué)容易走神，或者對(duì)于缺乏自我約束力的學(xué)生這種教學(xué)形式很難起到預(yù)期的效果。（2）視頻學(xué)習(xí)缺乏生動(dòng)感，很枯燥，沒有課堂上的教師真人講解吸引人。（3）線上的學(xué)習(xí)不能及時(shí)和教師溝通，可能在聽的過程中有問題，但是由于沒有及時(shí)提問溝通，后面可能就忘了這個(gè)問題。

我們下一個(gè)階段的大學(xué)物理力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等教學(xué)內(nèi)容的在線課程建設(shè)將根據(jù)目前存在的問題，完善教學(xué)方法和教學(xué)形式，初步設(shè)想的在線課程完善計(jì)劃如下：（1）進(jìn)一步完善線上課程的教學(xué)設(shè)計(jì)，增設(shè)3D或者4D的動(dòng)畫以及VR技術(shù)，以直觀的影像動(dòng)畫展示物理規(guī)律，吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生在線學(xué)習(xí)的興趣。（2）線上課程學(xué)習(xí)平臺(tái)增設(shè)提問窗口，學(xué)生在線學(xué)習(xí)過程中可以隨時(shí)在互動(dòng)窗口提出問題。助教教師在每周課程結(jié)束以后，按時(shí)在線解答學(xué)生的疑問，或者直接與學(xué)生連線溝通。（3）課堂教學(xué)中，任課教師根據(jù)學(xué)生提出的問題，總結(jié)具有共性的疑問，集中做解答和講解。

未來高等學(xué)校的教學(xué)轉(zhuǎn)型必然是將教學(xué)重心由教師轉(zhuǎn)向?qū)W生，教學(xué)形式也將由傳統(tǒng)的教師講解轉(zhuǎn)向師生互動(dòng)。我校大學(xué)物理電磁學(xué)在線開放課程的教學(xué)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生通過在線學(xué)習(xí)將基本概念、規(guī)律在課前進(jìn)行學(xué)習(xí)，課堂上任課教師就可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋情況采取疑難解答、分組討論或者辯論等靈活多樣的教學(xué)形式。在線學(xué)習(xí)這一適應(yīng)新形勢(shì)的教學(xué)形式使大學(xué)物理課堂學(xué)時(shí)緊張的問題得到了緩解，并培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效率，為高等學(xué)校理工科大學(xué)物理課程的教學(xué)改革提供了新的思路。

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