基于MOOC的“電磁場(chǎng)與電磁波”混合式教學(xué)模式研究

劉雯景 王 驥 徐國(guó)保

(廣東海洋大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院， 湛江 524088)

“電磁場(chǎng)與電磁波”是通信、光電、電子類(lèi)等專(zhuān)業(yè)的重要基礎(chǔ)理論課，是理工科專(zhuān)業(yè)課程的橋梁，與很多重要基礎(chǔ)課程(如“高等數(shù)學(xué)”“大學(xué)物理”)有交叉，又是現(xiàn)代高科技技術(shù)(如微波技術(shù)與天線、遙感遙測(cè))的理論基礎(chǔ)[1]。其主要內(nèi)容包括矢量分析、靜態(tài)電磁場(chǎng)、時(shí)變電磁波、電磁波的傳輸和電磁波的輻射等。本課程使學(xué)生掌握電磁場(chǎng)的有關(guān)定理、定律、麥克斯韋方程等的物理意義及數(shù)學(xué)表達(dá)式。使學(xué)生熟悉一些重要的電磁場(chǎng)問(wèn)題和數(shù)學(xué)模型的建立過(guò)程以及分析方法。培養(yǎng)學(xué)生正確的思維方法和分析問(wèn)題的能力，使學(xué)生學(xué)會(huì)用“場(chǎng)”的觀點(diǎn)去觀察、分析和計(jì)算一些簡(jiǎn)單、典型的“場(chǎng)”的問(wèn)題。

該課程理論性強(qiáng)，公式推導(dǎo)繁多，概念極為抽象，是一門(mén)歷來(lái)公認(rèn)的教師難教、學(xué)生難學(xué)的偏理論的課程[2]。因此，如何提高“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的教學(xué)質(zhì)量、改善教學(xué)效果一直是任教該課的教師們致力研究的熱門(mén)問(wèn)題。隨著近年來(lái)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相適應(yīng)的各種課程建設(shè)平臺(tái)的興起與逐步完善，大家都在摸索打破傳統(tǒng)的課堂教學(xué)“PPT+板書(shū)”方式，轉(zhuǎn)向借助相關(guān)平臺(tái)的在線課程資源開(kāi)展混合式教學(xué)，如學(xué)銀在線(超星)、學(xué)堂在線、智慧樹(shù)、中國(guó)大學(xué)MOOC、好大學(xué)在線、Blackboard等[3-4]。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 以教為主的填鴨式教學(xué)方式

“電磁場(chǎng)與電磁波”課程傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要是教師在課堂上向?qū)W生傳授知識(shí)，通過(guò)“PPT+板書(shū)”講解知識(shí)內(nèi)容、推導(dǎo)公式和定理、分析例題等來(lái)讓學(xué)生了解和掌握大綱上要求的知識(shí)點(diǎn)。這種填鴨式的教學(xué)方式讓學(xué)生處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，教師教什么學(xué)生就學(xué)什么，長(zhǎng)期以往，學(xué)生缺乏獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)的能力，也不利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。鑒于“電磁場(chǎng)與電磁波”這門(mén)課程本身就具備極強(qiáng)的理論性，物理概念抽象，公式推導(dǎo)繁多，這種以教師教學(xué)為中心的填鴨式教學(xué)方式效果往往不是很理想，學(xué)生普遍反應(yīng)課堂教學(xué)枯燥，較難跟上教師教學(xué)進(jìn)度，課后還要花大量時(shí)間和精力自學(xué)，到最后大部分學(xué)生只是死記硬背了一些概念以及公式定理去應(yīng)付考試。

1.2 總結(jié)性評(píng)價(jià)的單一考核方式

“電磁場(chǎng)與電磁波”課程傳統(tǒng)的考核方式一般是平時(shí)成績(jī)加上期末成績(jī)，其中平時(shí)成績(jī)主要包括出勤率，課堂表現(xiàn)和作業(yè)成績(jī)，期末成績(jī)主要通過(guò)閉卷考試來(lái)考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和應(yīng)用。這種考核方式太過(guò)單一，僅僅考核學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，忽略了對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)能力的評(píng)價(jià)，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生參與該課程的積極性和主動(dòng)性，也不利于引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)獨(dú)立思考的能力和自主創(chuàng)新的意識(shí)。

針對(duì)該課程以教師教學(xué)為中心的填鴨式教學(xué)方式和總結(jié)性評(píng)價(jià)的單一考核方式，再結(jié)合日漸成熟的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，本文提出了該課程線上線下混合教學(xué)的新思路：線上教學(xué)基于MOOC平臺(tái)，以學(xué)生為主體，把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，培養(yǎng)其獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)的能力；線下教學(xué)以教師為主導(dǎo)，從該課程教學(xué)的目的和學(xué)生的線上學(xué)習(xí)成果出發(fā)，主要采用引導(dǎo)式教學(xué)、研究性教學(xué)和反思性教學(xué)，引導(dǎo)和鞏固學(xué)生所學(xué)。與此同時(shí)，該課程也引入線上和線下綜合考核的方式，利用線上資源提高對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程考核的成績(jī)占比，并加入知識(shí)應(yīng)用能力考核模塊。

2 混合式教學(xué)模式的方案設(shè)計(jì)

2.1 線上線下混合式教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

為了增加學(xué)生對(duì)該課程的參與度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)這門(mén)課程的主動(dòng)性和積極性，我們將該課程內(nèi)容的教學(xué)分解為3個(gè)模塊：基礎(chǔ)教學(xué)模塊、答疑與測(cè)驗(yàn)?zāi)K以及拓展學(xué)習(xí)模塊。每個(gè)模塊都采用線上線下混合教學(xué)的方式開(kāi)展，如圖1所示。

圖1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

1)基礎(chǔ)教學(xué)模塊

基礎(chǔ)教學(xué)模塊主要是指對(duì)“電磁場(chǎng)與電磁波”課程知識(shí)體系的學(xué)習(xí)和講解，主要包括矢量分析、宏觀電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)、靜態(tài)電磁場(chǎng)、時(shí)變電磁場(chǎng)、電磁波的傳輸以及電磁波的輻射這幾個(gè)課程內(nèi)容單元，每個(gè)課程內(nèi)容單元又可以分解為多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。教師根據(jù)課程大綱為每一個(gè)課程內(nèi)容單元分配好學(xué)時(shí)，并將每個(gè)課程內(nèi)容單元相對(duì)應(yīng)的視頻、課件、參考資料等教學(xué)資源按時(shí)按序上傳至MOOC平臺(tái)。

在線下的教學(xué)中，教師采用引導(dǎo)式教學(xué)方法，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，引出每一課程內(nèi)容單元的知識(shí)，并向?qū)W生初步講解該課程內(nèi)容單元的知識(shí)點(diǎn)框架體系，讓學(xué)生對(duì)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有一個(gè)大致的認(rèn)識(shí)和了解，明白該知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的主線。然后，教師按照大綱要求給出每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)要求，并設(shè)置問(wèn)題，讓學(xué)生帶著目的和疑問(wèn)進(jìn)入每一課程單元的線上自主學(xué)習(xí)。

例如，針對(duì)“介質(zhì)中的Maxwell方程組”這一知識(shí)點(diǎn)，首先，教師在線下為學(xué)生講述該知識(shí)點(diǎn)的框架體系，讓學(xué)生初步了解電磁場(chǎng)和介質(zhì)相互作用會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)出現(xiàn)極化和磁化現(xiàn)象。和自由電荷一樣，極化電荷也能產(chǎn)生發(fā)散的電場(chǎng)；和傳導(dǎo)電流以及位移電流一樣，極化電流、磁化電流也能激發(fā)渦旋的磁場(chǎng)。這樣再利用高斯定理、磁通連續(xù)性定理、法拉第電磁感應(yīng)定理以及安培環(huán)路定理便導(dǎo)出了介質(zhì)中的Maxwell方程組。其次，教師向?qū)W生提出如下的學(xué)習(xí)要求：①理解介質(zhì)的極化和磁化現(xiàn)象；②理解介質(zhì)中的Maxwell方程組各式對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)定律，以及方程組中各項(xiàng)的物理意義；③能利用Maxwell方程組分析和計(jì)算一些簡(jiǎn)單、典型的場(chǎng)的問(wèn)題。最后，教師又向?qū)W生提出如下的疑問(wèn)：①位移電流是真實(shí)存在的嗎？和傳導(dǎo)電流相比有什么異同？②極化電流是真實(shí)存在的嗎？和極化強(qiáng)度有什么關(guān)系？③磁化電流是真實(shí)存在的嗎？和磁化強(qiáng)度有什么關(guān)系？④從Maxwell方程組出發(fā)，可以看出時(shí)變電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)具有怎樣的特點(diǎn)？⑤Maxwell方程組有幾個(gè)矢量方程是獨(dú)立的？學(xué)生通過(guò)上述問(wèn)題明白線下教學(xué)的目的。

在該模塊中，學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)主要包括在MOOC平臺(tái)上學(xué)習(xí)視頻和課件。教師通過(guò)MOOC平臺(tái)后臺(tái)管理功能查看學(xué)生的視頻觀看個(gè)數(shù)、視頻觀看次數(shù)以及視頻觀看時(shí)長(zhǎng)。待學(xué)生完成該課程單元內(nèi)容的線上自主學(xué)習(xí)后，教師再回歸課堂線上教學(xué)，梳理該課程內(nèi)容單元的知識(shí)點(diǎn)，并主要講解和剖析重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)。

綜上，基礎(chǔ)教學(xué)模塊包括教師導(dǎo)出知識(shí)框架體系、提出學(xué)習(xí)要求和問(wèn)題，學(xué)生帶著目的和疑問(wèn)進(jìn)行線上自主學(xué)習(xí)，教師再通過(guò)線下梳理知識(shí)點(diǎn)、講解重難點(diǎn)。通過(guò)這一階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)有一個(gè)初步的掌握，即可進(jìn)入作業(yè)、測(cè)驗(yàn)與答疑模塊。

2)作業(yè)、測(cè)驗(yàn)與答疑模塊

作業(yè)、測(cè)驗(yàn)與答疑模塊主要是為了考查學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及時(shí)地總結(jié)問(wèn)題，鞏固學(xué)習(xí)。作業(yè)和測(cè)驗(yàn)由教師在MOOC平臺(tái)上的教學(xué)單元內(nèi)容上發(fā)布，學(xué)生提交答案后教師前往MOOC平臺(tái)進(jìn)行批閱。答疑主要在MOOC平臺(tái)上的討論區(qū)板塊進(jìn)行，在該板塊中的教師答疑區(qū)，學(xué)生可發(fā)表關(guān)于作業(yè)、測(cè)試、課件內(nèi)容里希望能夠得到教師回答的疑問(wèn)。最終，教師根據(jù)學(xué)生的作業(yè)、測(cè)驗(yàn)完成情況，并結(jié)合學(xué)生在答疑中存在的疑問(wèn)，歸納總結(jié)，在線下將學(xué)生在該課程單元內(nèi)容中反映出的知識(shí)點(diǎn)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)講解，達(dá)到鞏固學(xué)習(xí)的目的。

3)拓展學(xué)習(xí)模塊

拓展學(xué)習(xí)模塊主要是引導(dǎo)學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)和電磁波相關(guān)理論知識(shí)的理解深度，激發(fā)學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣。

該教學(xué)模塊分為課程討論和課程專(zhuān)題研討二個(gè)部分，其中課程討論部分主要在MOOC平臺(tái)的討論區(qū)板塊上進(jìn)行，在該板塊的課堂交流區(qū)，教師和學(xué)生可以討論視頻和課件中作為教學(xué)內(nèi)容延伸的討論；在綜合討論區(qū)，學(xué)生可發(fā)表任何與該課程相關(guān)的想與大家分享的經(jīng)驗(yàn)及想法。另外，在MOOC中的學(xué)習(xí)頁(yè)面板塊設(shè)置課程專(zhuān)題研討，分析電磁場(chǎng)與電磁波在電子信息領(lǐng)域中的相關(guān)應(yīng)用，教師發(fā)布專(zhuān)題題目，或者是指定研討范圍，學(xué)生自主查閱資料，撰寫(xiě)課程報(bào)告線上提交。線上提交的課程報(bào)告設(shè)置為互評(píng)訓(xùn)練，每個(gè)學(xué)生的報(bào)告隨機(jī)分配給其他5位學(xué)生批閱，這樣一方面避免了評(píng)價(jià)主體的單一性，另一方面更重要的通過(guò)互評(píng)課程報(bào)告讓學(xué)生開(kāi)拓視野。最終，教師在線下總結(jié)學(xué)生的課程討論內(nèi)容和課程專(zhuān)題研討內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力。

2.2 線上線下混合式考核方法的設(shè)計(jì)

針對(duì)線上和線下混合式教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，我們采用了線上線下混合式的考核評(píng)定方式。學(xué)習(xí)過(guò)程的考核除了包括傳統(tǒng)的出勤率、課堂表現(xiàn)、作業(yè)和測(cè)驗(yàn)外，還加入了線上學(xué)習(xí)情況以及討論區(qū)的活躍度考核，目的是充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與該課程的積極性和主動(dòng)性。此外，為了培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力，我們加入了知識(shí)應(yīng)用能力考核模塊，通過(guò)線上提交的課程專(zhuān)題研究報(bào)告來(lái)評(píng)定成績(jī)。期末閉卷考試主要通過(guò)選擇題，問(wèn)答題和計(jì)算題來(lái)考查學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)與電磁波基本知識(shí)的理解和應(yīng)用。最終，該課程總的考核模塊分為三個(gè)：學(xué)習(xí)過(guò)程考核、知識(shí)應(yīng)用能力考核以及基礎(chǔ)知識(shí)考核，分別占總成績(jī)的30%，20%以及50%?？己嗽u(píng)價(jià)體系如表1所示。

3 教學(xué)效果評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)“電磁場(chǎng)與電磁波”課程采用線上線下混合式教學(xué)模式的教學(xué)效果，我們?cè)谡n程結(jié)束后

表1 考核評(píng)價(jià)體系 %

以網(wǎng)上調(diào)查問(wèn)卷的形式對(duì)學(xué)生進(jìn)行了調(diào)研。問(wèn)卷調(diào)研的內(nèi)容主要包括：

(1)您認(rèn)為線上線下混合式教學(xué)方式相比傳統(tǒng)課堂教學(xué)是否更能調(diào)動(dòng)您學(xué)習(xí)該課程的主動(dòng)性和積極性？

(2)您認(rèn)為在教師的引導(dǎo)下線上自主學(xué)習(xí)，線下課堂主要講解和剖析重、難點(diǎn)知識(shí)，更能節(jié)省您投入該課程的學(xué)習(xí)時(shí)間，提高學(xué)習(xí)效率？

(3)引入課程專(zhuān)題研討和報(bào)告互評(píng)機(jī)制，是否能提升您理論聯(lián)系實(shí)際，應(yīng)用理論知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力？

(4)您對(duì)混合模式中的線上教學(xué)和考核方式有什么建議和意見(jiàn)？

(5)您對(duì)混合模式中的線下教學(xué)和考核方式有什么建議和意見(jiàn)？

針對(duì)調(diào)研內(nèi)容，100%的學(xué)生能接受和適應(yīng)線上線下混合式教學(xué)方式，并認(rèn)為相比傳統(tǒng)課堂教學(xué)更能調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)該課程的主動(dòng)性和積極性。94%的學(xué)生認(rèn)為線上線下混合式的教學(xué)方法學(xué)生可靈活應(yīng)用的時(shí)間更多，課下學(xué)習(xí)目的更強(qiáng)，更能節(jié)省該課程總的學(xué)習(xí)時(shí)間，提高學(xué)習(xí)效率。90%的學(xué)生認(rèn)為通過(guò)課程專(zhuān)題報(bào)告研究和互評(píng)報(bào)告，能拓寬其知識(shí)面，提升其理論聯(lián)系實(shí)際、應(yīng)用理論知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力，并能增加學(xué)習(xí)該課程的興趣。13%的學(xué)生要求老師針對(duì)不同的課程內(nèi)容單元，調(diào)整線上和線下所分配的教學(xué)時(shí)間，對(duì)于較為簡(jiǎn)單的涉及到高數(shù)和物理方面知識(shí)以及一些概念性的知識(shí)，線上無(wú)需再講解；對(duì)于一些抽象難懂的知識(shí)，教師應(yīng)增加線上教學(xué)時(shí)間。15%的學(xué)生建議增加線上關(guān)于例題分析的講解，幫助學(xué)生加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用。總之，“電磁場(chǎng)與電磁波”混合式教學(xué)模式能提升學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的積極性、主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣；線上(課下)學(xué)生為主體，學(xué)習(xí)時(shí)間更為充分、靈活，并且學(xué)習(xí)目的強(qiáng)，更能提升學(xué)習(xí)效率；線下(課上)教師起引導(dǎo)及幫助學(xué)習(xí)鞏固學(xué)習(xí)的作用，授課更具有針對(duì)性，能提升課堂教學(xué)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)“電磁場(chǎng)與電磁波”課程難教難學(xué)的現(xiàn)狀，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)上各種教學(xué)平臺(tái)的興起和完善，本文提出了一種基于MOOC的線上線下混合式教學(xué)模式，線上教學(xué)以學(xué)生為主體，學(xué)生帶著疑問(wèn)和目的進(jìn)行學(xué)習(xí)，旨在培養(yǎng)其獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)的能力；線下教學(xué)以教師為主導(dǎo)，從該課程教學(xué)的目的和學(xué)生的線上學(xué)習(xí)成果出發(fā)，引導(dǎo)和鞏固學(xué)生所學(xué)。針對(duì)線上和線下混合式教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，我們采用了線上線下混合式的考核評(píng)定方式。加入線上學(xué)習(xí)情況以及討論區(qū)的活躍度的考核，提高對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程考核的成績(jī)占比；加入知識(shí)應(yīng)用能力考核模塊，并利用MOOC平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)互評(píng)報(bào)告，避免了考核主體的單一性，并拓寬學(xué)生的視野。教學(xué)實(shí)踐證明，該教學(xué)方法能增加學(xué)生對(duì)該課程的主動(dòng)參與度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教與學(xué)的效率都顯著改善。