電磁學(xué)開放式精品示范課堂的創(chuàng)新探索與實踐

彭勇宜　何軍　陳羽　孫克輝

摘 要：為響應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代的號召和要求，在電磁學(xué)教學(xué)中開展開放式精品示范課堂的創(chuàng)新探索與實踐。文章設(shè)計了以“開放交互”為教學(xué)理念核心的教學(xué)模式；探索了課前、課堂中、課后教學(xué)環(huán)節(jié)中的開放式精品示范課堂的教學(xué)組織形式；研究了與之相適應(yīng)的，可進一步提高教學(xué)效果的系列教學(xué)方法；提出了開放式精品示范課堂教學(xué)模式在處理教學(xué)重點、難點的有效解決辦法；設(shè)計了科學(xué)合理的開放式精品示范課堂的考核評價方案。教學(xué)實踐和反饋表明，開放式精品示范課堂教學(xué)模式是值得推廣和應(yīng)用的教學(xué)模式，是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代高校教學(xué)模式的創(chuàng)新之舉。

關(guān)鍵詞：電磁學(xué)；開放式精品示范課堂；教學(xué)理念；教學(xué)模式

中圖分類號：G434 文獻標志碼： A 文章編號：1673-8454（2018）12-0056-03

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代的到來，涌現(xiàn)出各種新的教學(xué)方法與教學(xué)模式，例如MOOC、SPOC、翻轉(zhuǎn)課堂、混合式學(xué)習(xí)等，[1-5]也出現(xiàn)了許多新的教學(xué)資源平臺，例如iCourse、Coursera、edX、果殼網(wǎng)、雨課堂、網(wǎng)易公開課等。但是MOOC、SPOC、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式都是“舶來品”，必須結(jié)合我國學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)傳統(tǒng)、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)課程做出“本土化”的改造與革新，才可真正發(fā)揮其在教學(xué)中的作用。同時在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下，單一的教學(xué)方法和某一教學(xué)資源平臺已不能滿足和適應(yīng)現(xiàn)代學(xué)習(xí)者的需求。為實現(xiàn)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，實現(xiàn)各種教學(xué)方法與教學(xué)模式的優(yōu)勢互補、博采眾長，充分利用各種優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，基于上述情況，電磁學(xué)教學(xué)團隊設(shè)計了“開放式精品示范課堂”教學(xué)模式，并將其付諸實踐，在實踐中繼續(xù)探索和完善，為先進教學(xué)理念和教學(xué)模式的“本土化”創(chuàng)新設(shè)計與研究提供了理論和實踐參考。

一、開放式精品示范課堂教學(xué)理念

教學(xué)理念是教學(xué)模式的核心，必須與時俱進，我們主動迎接“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代的挑戰(zhàn)，將“開放與交互”作為“開放式精品示范課堂”教學(xué)理念中的核心，如圖1所示。

“開放”是指教學(xué)資源、教學(xué)時間、教學(xué)空間、教學(xué)組織形式和考核評價方式的開放，另外“開放”是為了更好地開展師生、生生之間的“交互”。在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代，教學(xué)資源不再局限于選用的教材，充分利用MOOC、Coursera、iCourse、edX等豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，博采眾長，學(xué)生可以利用它們進行課前學(xué)習(xí)。教室也不再是進行教學(xué)的唯一空間，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)進行線上學(xué)習(xí)，師生、生生也可以通過電腦、手機進行交互學(xué)習(xí)。教學(xué)時間也不局限于課堂教學(xué)時間，課下時間也是交互學(xué)習(xí)時間，可以隨時完成學(xué)習(xí)任務(wù)或提出學(xué)習(xí)問題、進行討論等。課堂教學(xué)組織形式不再是 “以教師為中心”，不再是傳統(tǒng)的“滿堂灌”，轉(zhuǎn)而是在“教師主導(dǎo)”下的“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，考核評價方式的開放是指采用多元化的過程性評價，不再是以期末筆試為主的終結(jié)性評價。

二、開放式精品示范課堂教學(xué)設(shè)計與實施

1.教學(xué)組織形式

為了最大限度提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，進一步解放思想與時俱進，我們在教學(xué)組織形式方面進行創(chuàng)新，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容靈活運用不同的教學(xué)組織形式達到教學(xué)的最優(yōu)化，提高教學(xué)效能。設(shè)計的電磁學(xué)開放式精品示范課堂教學(xué)組織形式如圖2所示。

在圖2的教學(xué)組織形式中，教師只起主導(dǎo)作用，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新靈感。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，應(yīng)留給學(xué)生更多的時間自主學(xué)習(xí)、思考、內(nèi)化知識，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題的能力、創(chuàng)新能力和團結(jié)協(xié)作能力。課前教師把學(xué)習(xí)內(nèi)容、知識點變成相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)和問題，提供相應(yīng)的教學(xué)資源和信息給學(xué)生，學(xué)生進行課前學(xué)習(xí)，并完成相關(guān)檢測，發(fā)現(xiàn)問題。課堂中主要采用交互式教學(xué)形式，針對問題進行交流討論、互助學(xué)習(xí)。課堂上教師講解精煉，主要是深化教學(xué)內(nèi)容；有時由學(xué)生就某個知識點進行講解，師生、生生相互討論交流，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性；有時采用提問方式，教師針對教學(xué)內(nèi)容提出問題，由學(xué)生開展討論，最后師生共同總結(jié)、評價。課堂上鼓勵學(xué)生大膽質(zhì)疑、發(fā)現(xiàn)問題，互助解決問題，開啟學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新思維。課后學(xué)生對知識點進行復(fù)習(xí)，再作提升與拓展訓(xùn)練，完善知識結(jié)構(gòu)，教師進行輔導(dǎo)和教學(xué)反思。

2.教學(xué)方法

在電磁學(xué)教學(xué)過程中，需根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標靈活交叉運用各種教學(xué)方法，如講授法、發(fā)現(xiàn)法、演示與觀察法、啟發(fā)式、探究法、類比法、討論法、專題學(xué)習(xí)法等進行教學(xué)，使之優(yōu)勢互補，高效實現(xiàn)教學(xué)目標。

例如在學(xué)習(xí)靜電場求解時，采用討論法、啟發(fā)式和探究法進行教學(xué)，由簡單到復(fù)雜，循序漸進，按照點線面體、離散連續(xù)、真空介質(zhì)、孤立聯(lián)系（相互作用）、靜止運動（變化）、理論應(yīng)用（實驗）的思路，[6]逐步引導(dǎo)學(xué)生自主探索如何應(yīng)用微元法、疊加法和高斯定理法求解復(fù)雜帶電物體或系統(tǒng)產(chǎn)生的電場。在學(xué)習(xí)穩(wěn)恒磁場時，引導(dǎo)學(xué)生采用類比法，將“點”的概念換成電流元，理解畢奧-薩伐爾定律在穩(wěn)恒磁場中的地位類似于點電荷或電荷元場強表達式在靜電場中的地位，采用與靜電場中類似的學(xué)習(xí)思路，由學(xué)生逐步探究復(fù)雜通電物體或系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場。在學(xué)習(xí)高斯定理時，采用講授法、討論法，通過分析推理、歸納，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生從特殊到一般，從簡單到復(fù)雜，一步步進行探究，最后“發(fā)現(xiàn)”、“總結(jié)”出高斯定理的一般表達式，深入理解、正確運用高斯定理求解場強。另外在學(xué)習(xí)霍爾效應(yīng)時，采用演示與觀察法、討論法得到霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的機理與規(guī)律，采用啟發(fā)式、探究式對霍爾效應(yīng)的應(yīng)用進行拓展學(xué)習(xí)和討論，揭示一些工程檢測裝置的奧妙，學(xué)生自己動手設(shè)計并制作應(yīng)用霍爾效應(yīng)的裝置，充分調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新潛能。采用類比法學(xué)習(xí)穩(wěn)恒磁場和靜電場的性質(zhì)與規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生寫出它們的通量（散度）和環(huán)流（旋度）的表達式，總結(jié)出麥克斯韋方程組。采用類比法學(xué)習(xí)磁介質(zhì)在外磁場發(fā)生磁化與電介質(zhì)在外電場中發(fā)生極化的規(guī)律、介質(zhì)中場的求解方法等。

通過這些教學(xué)方法在電磁學(xué)中的靈活運用，充分激發(fā)了學(xué)生的求知欲、創(chuàng)新欲，提高了他們的自主學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了他們的科學(xué)核心素養(yǎng)，實現(xiàn)了開放式精品示范課堂的教學(xué)目的。

3.重點、難點及解決辦法

為了開放式精品示范課堂的高質(zhì)量實施，準確把握教學(xué)的重點和難點是非常必要的。電磁學(xué)的核心內(nèi)容是麥克斯韋方程組，研究的是電場和磁場這兩個矢量場，涉及它們的產(chǎn)生、描述與定義、性質(zhì)及規(guī)律、對導(dǎo)體或介質(zhì)的影響、電場與磁場的相互影響和聯(lián)系。所以應(yīng)該牢牢抓住以下電磁學(xué)的教學(xué)重點：①點電荷、電流元、電偶極子、磁偶極子等基本物理模型，以便開展電場和磁場的求解；②電場強度、電勢、電通量、電極化強度、磁感應(yīng)強度、磁通量、磁化強度等基本物理量的定義與求解；③高斯定理、安培環(huán)路定理、庫侖定律、畢奧-薩伐爾定律、電磁感應(yīng)等定理和定律的理解和應(yīng)用；④微元法、疊加法、等效法、近似法等電磁學(xué)解題方法的運用；⑤麥克斯韋方程組及其意義。

通過多年的教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)學(xué)生不易掌握和理解的典型教學(xué)難點主要有：①靜電平衡導(dǎo)體表面附近處的場強與該處電荷面密度的關(guān)系，無限大帶電平面產(chǎn)生的場強與電荷面密度的關(guān)系，這兩者的區(qū)別和聯(lián)系；②帶電體電荷分布非均勻時電場的計算；③導(dǎo)體與電介質(zhì)同時出現(xiàn)時電勢差的計算；④動生電動勢、感生電動勢的計算；⑤分子電流觀點和磁荷觀點求磁場的等效性。

對于重點內(nèi)容和難點，我們在教學(xué)中特別關(guān)注，學(xué)生一旦暴露出理解和應(yīng)用上的缺陷，應(yīng)及時分析原因，采取不同方法幫助其消除和突破。原因在于學(xué)生對物理概念、定理和定律理解錯誤或不透徹引起，或是因為學(xué)生運用數(shù)學(xué)工具、計算方法在解決物理實際問題上的錯誤或障礙所引起，有時是由于他們對電場和磁場的概念和表達式的理解混淆所致。教師或?qū)W習(xí)小組針對不同原因，由易到難、由簡單到復(fù)雜、由特殊到一般、由已知到未知、舉一反三，逐個加強或擊破。

4.考核評價方案

實行過程性評價考核，考核內(nèi)容強調(diào)過程性、多樣性與科學(xué)性。我們設(shè)計了如圖3所示的電磁學(xué)課程考核評價方案，從四個方面評價考核。學(xué)生平時的學(xué)習(xí)情況，占總評成績的50%，改變了以期末筆試為主，“70%期末筆試+30%的平時成績”的考核方式，加大了平時考核比例，做到評價更全面、更科學(xué)、更合理，包括平時學(xué)生課前預(yù)習(xí)、文獻查找和閱讀、課堂交流討論、課后作業(yè)、課程論文或小制作等考核方式。由2至3名學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，讓學(xué)習(xí)小組查閱資料、集體備課，每人均有至少一次機會上臺講解一個小知識點，參與到課堂教學(xué)討論等活動中來，其中包括一些物理背景知識的介紹、重點難點的理解和運用、知識點的拓展與創(chuàng)新。讓他們發(fā)揮團隊的力量進行研究性協(xié)作學(xué)習(xí)、教案撰寫、課件制作、知識點講解與學(xué)術(shù)觀點表達等各項教學(xué)任務(wù)，教師做出總結(jié)，并且要求學(xué)生自評、互評。這種過程性考核方式實現(xiàn)了教與學(xué)過程的全程監(jiān)測，改變了學(xué)生被動學(xué)習(xí)、輕視平時主動學(xué)習(xí)的不良習(xí)慣，有效地實現(xiàn)了課堂的交流與互動，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。同時教師能及時了解到學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時調(diào)整和改進教學(xué)方法，提高教學(xué)效果。

三、開放式精品示范課堂教學(xué)效果與反饋

電磁學(xué)教學(xué)連續(xù)三屆采用上述開放式精品示范課堂教學(xué)模式，取得了如下教學(xué)效果：①極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)電磁學(xué)的興趣，提高了他們自主學(xué)習(xí)、探索和創(chuàng)新的積極性，學(xué)生平時學(xué)習(xí)時間的投入大大增加了，出現(xiàn)了你追我趕的學(xué)習(xí)狀態(tài)。②課堂討論氣氛活躍，參與度高，學(xué)習(xí)小組之間及成員之間相互監(jiān)督、競爭和評價，促使每位學(xué)生都不會松懈，加強了學(xué)生之間的凝聚力和團結(jié)協(xié)作精神。③鍛煉和提高了學(xué)生的文獻查找能力、邏輯分析能力、課程論文寫作能力、口頭表達能力、動手創(chuàng)新制作能力、理論與實踐相結(jié)合的能力，其學(xué)習(xí)與交流能力、科學(xué)技術(shù)素養(yǎng)得到了全面提高。④所采用的課程考核評價方式徹底改變了部分學(xué)生認為平時不必用功，考前靠短時記憶、背公式也不會影響總評成績的想法；也消除了過去以期末筆試成績?yōu)橹鞯脑u價導(dǎo)致部分學(xué)生擔心期末筆試失誤患上的考前焦慮癥。⑤促使學(xué)生主動利用碎片化時間進行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)方法輻射到其它課程，全面提高了學(xué)生學(xué)業(yè)成績，學(xué)生和教師的成就感都明顯加強，師生積極性在教與學(xué)中形成良性循環(huán)。

教學(xué)過程中和課程結(jié)束后，利用Mycos教學(xué)質(zhì)量管理平臺在2015級、2016級和2017級學(xué)生中對41項電磁學(xué)教學(xué)問題進行了匿名調(diào)查。其中對該門課程的教學(xué)效果“非常滿意”的為94%，“滿意”的為6%，認為課程考核方式“非常合理”的為85%，“合理”是15%。可見上述“開放式精品示范課堂”教學(xué)模式得到大部分學(xué)生的認同和喜愛。

四、結(jié)束語

開放式精品示范課堂教學(xué)模式是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代的產(chǎn)物，是高校教學(xué)模式的創(chuàng)新之舉，得到了學(xué)生、專家與同行的認可，值得推廣和應(yīng)用。但也存在一些有待繼續(xù)探索的問題，特別是在人數(shù)較多班級實施開放式教學(xué)模式時，教師和學(xué)生如何在課前、課堂中、課后高效地開展交流、互動并做出合理、科學(xué)的評價是需要認真思考的課題。本文只是作為電磁學(xué)開放式精品示范課堂教學(xué)模式創(chuàng)新改革的初步嘗試，以后還需與時俱進，在理論和實踐上進行更全面、更系統(tǒng)深入的研究。

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（編輯：李曉萍）