王 筠,李建明,胡 森

(1 湖北第二師范學院 物理與機電工程學院， 武漢 430205；2 湖北第二師范學院 光電材料與元器件研究所，武漢 430205)

1 引言

電磁場與電磁波課程主要內(nèi)容包括：場論基礎(chǔ)、電磁實驗定律和場量基本方程、靜態(tài)場、動態(tài)場、電磁波的傳播、電磁波的傳輸和電磁波的輻射等。本課程學習過程需要在大學物理基礎(chǔ)上進一步深入分析電磁場性質(zhì)，在分析過程中，必須綜合運用微分、積分和矢量計算及坐標變換的知識，這就要求學生能夠?qū)?shù)學和自然科學的基本知識、模型及典型方法應用到不同場的分析中，建立不同場的特定條件下的抽象的數(shù)學模型，然后對場進行分析求解。通過本課程學習，使學生從會計算提升到能根據(jù)實際要求進行合理近似計算、從掌握數(shù)學建模方法提升到能根據(jù)實際問題建模的能力層次，因而本課程目標的達成有助于培養(yǎng)學生解決實際復雜工程問題的能力，它也是光電信息科學與工程本科專業(yè)學生學習工程光學、信息光學(傅里葉光學)及激光原理和光電子技術(shù)等后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，在學科建設(shè)中發(fā)揮著承上啟下的作用，是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程涉及的基礎(chǔ)知識廣、理論系統(tǒng)性強、數(shù)學推導繁瑣和計算難、概念多且抽象，是一門難度系數(shù)較大的課程，同時由于面臨大幅減少的課堂授課時間，教與學的矛盾十分突顯；尤其目前學生普遍數(shù)學基礎(chǔ)較薄弱，教師難教、學生難學的矛盾更加突出。為了解決教學中出現(xiàn)的問題，教育部出臺的《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育 全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》中提出大學教育教學要主動適應信息技術(shù)與認知科學帶來的變化，要更加重視以學生為中心的本科教育。本課程組在近幾年開展了一系列線上建課、線下課堂改革等課程教學改革。

2 線上線下混合式教學改革

隨著網(wǎng)絡信息技術(shù)加速發(fā)展和應用，教育與新技術(shù)的結(jié)合越來越緊密，在線學習成為一種新型學習方式。盡管在線學習能夠給予學生 “私人訂制”般的學習體驗，但對于電磁場與電磁波課程這個學生心目中的“難課”，無論是從“教”還是從“學”的角度看，完全拋開線下課堂教學是不可行的，原因在于本課程涉及的許多概念抽象難懂，單憑學生一己之力非常困難，而凸顯物理本質(zhì)的探索環(huán)節(jié)離不開實體課堂上的師生互動。因此，貫徹以學生為中心的教學思路，采用線上線下混合式教學，重討論、重總結(jié)，促進學生專業(yè)核心素養(yǎng)的養(yǎng)成是本課程教學目的。

2.1 線上學習分析

本課程于2019年2月在超星學習通上建課，線上有各章節(jié)的課件PPT、每一大節(jié)課后作業(yè)題、各單元測試試卷、期中考試試卷、各章節(jié)的在線問答題、試題庫及參考書籍的PDF文檔等。線上學習方便學生利用碎片時間高效學習、允許反復觀看直到理解為止，同時還可以利用在線測試題檢驗理解程度，推動教師從講授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W習的管理者，有利于培養(yǎng)學生學習的主動性和自控力。2021年3月-6月，是一個光電信息科學與工程本科班開課時間段，由于學時限制，采用了線上線下混合式教學改革，即每一大節(jié)線下課堂授課的課后作業(yè)及各個單元測驗、期中考試均是在線進行，學生在規(guī)定時間內(nèi)在線提交課后作業(yè)、各個單元測驗答卷及期中考試答卷，在線作業(yè)和各種測驗使得學生可以自主利用碎片空閑時間完成，更能凸顯以學生為中心的教與學，但是也存在一些疑難問題，即不能完全真實反映學生學習成效，下面分別從學生在線學習章節(jié)、在線提交作業(yè)和在線單元測驗考試等幾方面具體分析。

2.1.1 在線課程章節(jié)學習。利用在線學習方式，學生可以很方便利用任何空閑時間隨時隨地開展課前預習，圖1是學生一個月內(nèi)在線學習課程章節(jié)的次數(shù)統(tǒng)計圖，表面看還是比較正常，但是在查看學生學習所用時間，就有點失望，如圖2所示學習進度統(tǒng)計圖，從圖中得知學生在線學習所用時間少得可憐，不足25分鐘。

圖1 學生在線學習情況統(tǒng)計截圖

圖2 一個月內(nèi)學習進度統(tǒng)計圖

2.1.2 在線提交的課后作業(yè)。由于學習通平臺上在線編輯公式不方便又費時，所以，學生是通過拍照上傳紙質(zhì)版作業(yè)方式在線提交的，圖3是一學期的作業(yè)成績統(tǒng)計表截圖，從統(tǒng)計表中可知平均成績達到了96.08的高分，但是，查看作業(yè)相似度卻大失所望，見圖4所示，學生1和學生2作業(yè)相似度100%。

圖3 光電信息科學與工程本科班一學期全班作業(yè)成績統(tǒng)計圖

圖4 一次作業(yè)相似度部分統(tǒng)計圖

2.1.3 在線單元測驗考試。在線完成單元測驗考試，與平時在線作業(yè)相類似，只不過考試時間限制在120分鐘，超過規(guī)定時間系統(tǒng)自動關(guān)閉，在線提交的各個單元測驗考試和期中考試成績統(tǒng)計如圖5所示，圖中統(tǒng)計全班考試成績平均分是77.54，出現(xiàn)20分的最低分，這個最低分必須引起重視，需要及時和該學生聯(lián)系，單獨談話，了解情況。再來看某一個單元測驗考試卷面分析截圖，如圖6所示，卷面成績呈正態(tài)分布，比較正常，學習情況較好。

圖5 光電信息科學與工程本科班一學期各單元和期中考試成績統(tǒng)計圖

圖6 一個單元測驗考試成績分析截圖

對學生學習成效的考評必須客觀真實，學生在線學習成績顯然不能完全真實反映其學習成效，必須與線下課堂學習和線下期末考試綜合評定才能得出確定的結(jié)果。

2.2 線下課堂教學和討論

針對每一次課后作業(yè)，及時解答學生在作業(yè)中出現(xiàn)的疑難問題是非常重要的環(huán)節(jié)，由于課時有限，師生只能采取課外空閑時間通過集體討論課來解決這些疑難問題，這就是線下集體討論課的重要性。針對單元測驗考試，通過翻轉(zhuǎn)課堂方式，學生以自愿組成學習小組并選出各組代表，走上講臺，在全班同學面前講解解題思路，推導求解過程并對結(jié)果展開討論。在單元復習時，引導學生采用思維導圖法對所學知識體系進行梳理，這樣做十分有利于學生從繁復的推演計算中抽離出來，對所學知識體系進行歸納總結(jié)，有利于學生對所學知識的把握和鞏固，達到融會貫通的目標。

通過一個學期的學習，學生的學習效果能較真實的體現(xiàn)在期末考試中，如圖7是期末考試卷面成績分析圖。圖中最低分6分，最高分91分，平均分52.7分。這與之前分析的在線學習成績相差太多，說明在線學習情況好壞并不能完全反映學生實際掌握知識情況，另外本學期由于疫情防控影響，學生在校學習時間很緊張，尤其在接近期末復習階段，學生根本找不出更多時間討論疑難問題，只能匆忙上陣迎接期末考試，所以，卷面成績很不好。圖8是本課程目標達成度分析表截圖，從圖8中分析數(shù)據(jù)可知，課程目標1、課程目標3和課程目標5達成度較高，這表明學生對基礎(chǔ)部分的掌握情況較好。課程目標2和課程目標4的達成度不理想，課程目標2和課程目標4所涉及的是綜合運用電磁場基本原理和基本方法開展一些理論計算，只有少數(shù)學生掌握了基本計算與分析，而有近五分之一學生幾乎不會，分析其原因可能存在如下幾點：(1)本學期平時作業(yè)采取的是學生在規(guī)定時間內(nèi)在線提交作業(yè)(學習通平臺)，導致部分學生出現(xiàn)抄襲，平時沒有掌握，所以，期末考試出現(xiàn)完全不會做；(2)單元測驗也是在學習通平臺進行，所以，教師對學生關(guān)于所學知識的掌握情況不是全面清楚；(3)本學期教學周數(shù)因為疫情防控縮短了，學生根本沒有時間復習鞏固所學知識。針對課程目標2和課程目標4的達成度不理想，進行教學上的改進，主要是：(1)平時作業(yè)不能采取在線提交作業(yè)；(2)單元測驗可以在學習通平臺進行，但是應該抽取空余時間補上習題課，及時解決學生學習中的疑難問題；(3)加強與學生的溝通，及時了解學生學習中遇到的困難。

圖7 一份期末考試卷面成績分析圖

圖8 課程目標達成度分析表截圖

學習是一個過程，對學習的評價必須是對學習過程的總體評價，不能一味只看期末考試。大學本科教育教學都要圍繞學生畢業(yè)能力達成這一核心任務展開。所以，課程考核方式方法的改革迫在眉睫。

2.3 課程考核方式改革

為了體現(xiàn)學生在學習過程中的努力付出，也為了激發(fā)學生平時學習積極性和主動性，本課程考核分為平時成績占比20%，單元測驗考試和期中考試各占比20%，期末考試占比40%，其中平時成績包括平時考勤、課后作業(yè)。這樣總評之后圖7期末考試情況很不好的這個班只有2名學生需要補考。

3 總結(jié)

貫徹以學生為中心的教學思路，采用線上線下混合式教學，重討論重總結(jié)促進學生專業(yè)核心素養(yǎng)的養(yǎng)成是本課程教學目的。 但是，要讓線上學習和線下課堂教學真正有機結(jié)合，實現(xiàn)本專業(yè)學生畢業(yè)能力達成這一核心任務并不能一蹴而就，需要潛心研究細致摸索和大膽創(chuàng)新。通過一個學期的探索，有收獲也有失敗，收獲在于學生在線預習可以隨時隨地進行，失敗之處是在線提交作業(yè)和單元測驗考試，抄襲現(xiàn)象嚴重，導致平時單元測驗考試成績很好，而期末考試卷面成績不理想的奇怪現(xiàn)象。因此，在后面的課程改革中，去掉在線提交作業(yè)，改為線下完成作業(yè)，線上單元測驗考試可以適當增加題量，尤其分析計算題，可以有效避免學生之間的抄襲。堅持線下經(jīng)常性的討論課和翻轉(zhuǎn)課堂，堅持引導學生用思維導圖法梳理所學知識，堅持課程考核重在學習過程考核，堅持選擇與工程實際結(jié)合緊密的習題作為課后作業(yè)題。