曾永志 游雙華

(福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院 福建 福州 350108)

應(yīng)用目標達成度對電動力學(xué)進行教學(xué)質(zhì)量評價*

曾永志 游雙華

(福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院 福建 福州 350108)

應(yīng)用目標達成度對電動力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量進行定量分析，找出教學(xué)中存在的問題，調(diào)整課程體系內(nèi)容，期待找到有效提高課程教學(xué)質(zhì)量的方法.

目標達成度 教學(xué)質(zhì)量評價 電動力學(xué)

高校中所有本科專業(yè)的培養(yǎng)方案都是由一些課程來實現(xiàn)的，而每一門課程目標的實現(xiàn)是依賴于關(guān)鍵的知識點來完成.目前，大多高校都缺少對關(guān)鍵知識點的目標達成度進行定量評價的有效手段.由于現(xiàn)在高校的考試一般采用紙質(zhì)試卷，而且評卷也基本采用傳統(tǒng)的方法，用手工評卷，只是最終向教務(wù)處提交一個總分作為學(xué)生的學(xué)業(yè)成績.正是由于缺少試卷數(shù)據(jù)采集以及對試卷信息化的管理，使得任課教師對學(xué)生在關(guān)鍵知識點的掌握情況，僅能留下定性的印象，無法進行定量的教學(xué)質(zhì)量評價.雖然目前可以看到一些這方面的研究文獻[1]，但是，其數(shù)據(jù)是通過手工計算得到的.

隨著互聯(lián)網(wǎng)以及計算機技術(shù)的不斷進步，實現(xiàn)考試的數(shù)據(jù)采集以及信息化的管理變成越來越簡單了，把現(xiàn)代化的技術(shù)手段應(yīng)用到考試的管理上，不僅可以大規(guī)模提高管理機構(gòu)自身的工作效率，而且可以通過目標達成度對課程進行定量的評價.我們將適用于高考的網(wǎng)上閱卷系統(tǒng)進行修改，成為適合于高校進行課程評價的系統(tǒng).下面將2016年筆者授課的電動力學(xué)課程的數(shù)據(jù)，設(shè)計成目標達成度分析表格，期待通過目標達成度完成對課程的評價，并以此為導(dǎo)向調(diào)整課程體系，以達到培養(yǎng)方案的要求.

1 電動力學(xué)目標達成度分析

1.1 課程體系分析

為了進一步進行課程體系分析，我們將電動力學(xué)的課程體系分解為9個關(guān)鍵知識點，如表1所示.這9個知識點可以進一步歸結(jié)為4個部分：(1)電磁場的基本性質(zhì)以及靜場的計算(對應(yīng)表1中序號1～5)；(2)電磁波的傳播以及輻射(對應(yīng)表1中序號6和7)；(3)電磁波與物質(zhì)的相互作用(對應(yīng)表1中序號8)；(4)狹義相對論(對應(yīng)表1中序號9).表1中對應(yīng)題目的數(shù)字表示：圓點前的數(shù)字表示大題，圓點后的數(shù)字表示小題，比如3.4表示第三大題的第四小題.如果同一道題目考查了多個知識點，將會根據(jù)該題目中各知識的考查權(quán)重進行分值分配.

表1 課程體系分析表

續(xù)表

1.2 按照知識點目標達成度分析

表2是按照課程關(guān)鍵知識點進行目標達成度分析表，從表中可以看出，第一個部分“電磁場的基本性質(zhì)以及靜場的計算”目標達成度比較高，但是有一些例外，比如“電磁場的能量與動量”達成度僅有55.00%，仔細究其原因，是由于2.6題，是關(guān)于計算一個靜電場的電磁動量，必須采用張量進行計算，可見學(xué)生復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算并沒有完全掌握.而其他的3個部分：電磁波的傳播以及輻射、電磁波與物質(zhì)的相互作用、狹義相對論，目標達成度相對比較低，最高的“電磁波的傳播”也僅有63.13%的達成度.這些情況說明了，第一部分的主要內(nèi)容是將電磁場概念用微積分、矢量分析等數(shù)學(xué)工具表達出來，在一定邊界條件下，求解穩(wěn)定場的定解問題，這些內(nèi)容中有一部分在電磁學(xué)已經(jīng)有所涉及，而且對數(shù)學(xué)的運算能力也要求較低，我們可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生對這部分有較好的掌握.第二部分“電磁波的傳播以及輻射”，需要計算麥克斯韋方程組在準靜態(tài)的情況，電磁波在真空、波導(dǎo)管中的傳播，以及推遲勢輻射等問題，碰到了復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算和矢量的推導(dǎo)，學(xué)生感到相當困難.第三部分“電磁波與物質(zhì)的相互作用”，與目前物理學(xué)前沿聯(lián)系較為緊密，特別是有關(guān)超導(dǎo)材料部分，其難點是理解復(fù)數(shù)形式的電導(dǎo)率、介電常數(shù)，以及在各種頻率極限下這些常數(shù)的變化，學(xué)生感到無所適從，達成度僅有43.75%.這些內(nèi)容涉及到較深的物理思想和各種相互作用機理，是實現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)的最佳內(nèi)容.第四部分“狹義相對論”，要求在對物理思想有一定理解的情況下，能夠應(yīng)用四維諧變量求解物理問題，這些問題同樣面臨著復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，需要有一定的訓(xùn)練才能逐漸掌握，目標達成度也比較低(61.57%).

表2 按關(guān)鍵知識點目標達成度分析表

1.3 按照題型目標達成度分析

表3是根據(jù)題型進行的目標達成度分析表，本次考試中，有5道選擇題一共20分，有30分填空題，5道計算題一共50分.

根據(jù)題型的不同特點，設(shè)計了不同的達成度級別，選擇題單一得分題目劃分為正確和錯誤兩種級別，計算題劃分為5個得分率依次提高的達成度級別[2].從表3可以發(fā)現(xiàn)，選擇題、填空題的達成度明顯高于計算題.對計算題部分仔細研究發(fā)現(xiàn)，有部分學(xué)生知道該題目所涉及的知識點，并能列出一些計算公式，但是不能完成復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，計算過程大量出錯，說明學(xué)生的數(shù)學(xué)運算能力需要進一步提高.

表3 按題型目標達成度分析表

2 電動力學(xué)知識結(jié)構(gòu)改革

“電動力學(xué)”是“四大力學(xué)”之一，是物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)和依托物理學(xué)的各類工科專業(yè)本科生的重要基礎(chǔ)課程，是在普通物理課程電磁學(xué)、光學(xué)的基礎(chǔ)上，對電磁現(xiàn)象進行深入研究和分析，對電磁實驗規(guī)律進行歸納和提高，從而揭示電磁場的本質(zhì)運動規(guī)律. 其對于后續(xù)物理課程的學(xué)習(xí)以及從事相關(guān)科學(xué)研究都具有基礎(chǔ)性的重要意義，同時對于學(xué)習(xí)其他相關(guān)專業(yè)(如通信技術(shù)、電力系統(tǒng)、電子技術(shù)、激光技術(shù)、光學(xué)工程等)的課程也有重要影響.

目前，幾乎所有的學(xué)校都在減少學(xué)時數(shù)，所以每一門課程的學(xué)時數(shù)就變成越來越有限了.這就要求我們對課程的知識體系進行部分改革，使之適應(yīng)現(xiàn)代大學(xué)教育的發(fā)展.我們重新審視一下電動力學(xué)各個部分的關(guān)系，經(jīng)過多年的實踐，在目標達成度定量分析的基礎(chǔ)上，我們準備對電動力學(xué)課程體系做出3種調(diào)整：引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，削減部分內(nèi)容，新增部分內(nèi)容.

雖然這樣的調(diào)整似乎使得授課內(nèi)容沒有具備完整性，但是也給學(xué)生留下思考的空間，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的同時，使他們?nèi)轿皇艿接?xùn)練.

2.1 自學(xué)部分

與電磁學(xué)有重疊或數(shù)學(xué)運算相對比較簡單的部分，可以通過引導(dǎo)學(xué)生進行自學(xué)：

(1)電磁介質(zhì)極化和磁化；

(2)鏡像法；

(3)磁標勢；

(4)電磁波在波導(dǎo)中的傳播；

(5)諧振腔等部分內(nèi)容.

2.2 削減部分

數(shù)學(xué)復(fù)雜，物理味道不足的部分：

(1)用電流管道替代電流密度推導(dǎo)靜磁場部分；

(2)用格林函數(shù)計算靜電場的邊值問題；

(3)電四極子輻射；

(4)電磁波的衍射；

(5)電磁場的拉格朗日形式；

(6)運動電荷的輻射等.

2.3 新增部分

根據(jù)物理前沿的情況，將部分內(nèi)容融入到電動力學(xué)課程體系中，這也是傳統(tǒng)課程體系中最缺少的部分.

(1)光力：通過電磁場的動量引入，在靜電場、靜磁場部分介紹；

(2)負折射：通過電磁場在界面中的傳播中引入，在Snell定理中介紹；

(3)阻抗概念：在Fresnel定理中介紹，使得Fresnel定理具有電、磁統(tǒng)一的形式；

(4)建立金屬介質(zhì)、色散介質(zhì)介電常數(shù)的統(tǒng)一模型，在電磁波與物質(zhì)的相互作用中介紹；

(5)各向異性介質(zhì)：通過金屬中增加靜磁場，引入各向異性介電常數(shù).

對這些前沿問題的授課必須采用靈活多變的方式，系統(tǒng)講解其中的一部分(如負折射、阻抗、介電常數(shù)一般形式)，引導(dǎo)學(xué)生閱讀前沿科研文章，將這些問題降低到本科生可以理解的水平.

總之，內(nèi)容盡量不要太多，而選取的內(nèi)容都盡量講解透徹.

3 結(jié)束語

通過目標達成度的反饋作用，讓任課教師獲得針對課程各個環(huán)節(jié)的定量反饋信息，使得教師能夠客觀準確地把握學(xué)生的情況，并清楚地看到自己的優(yōu)勢和不足，使得課程體系得到不斷完善.因此，目標達成度可以作為任課教師常態(tài)化課程質(zhì)量自我評價的指標，能夠較好反映課堂教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)狀況和授課方面的基本情況和不足.

如果采用計算機技術(shù)自動獲得這些數(shù)據(jù)，將會減少大量的工作量，幫助任課教師不斷挖掘教學(xué)中存在的問題并及時進行更正，保證教育目標與人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn).

1 熊振海，薛斌.目標達成度在《物理化學(xué)》課程教學(xué)質(zhì)量評價中的應(yīng)用.中國科教創(chuàng)新導(dǎo)報，2014(10)：43～45

2 薛斌，周冬香，熊振海.采用課程目標達成度開展基礎(chǔ)化學(xué)教學(xué)評價的嘗試.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014(11)：113～114

The Evaluation on Teaching Quality of Electrodynamics Using Target Reached Degrees

Zeng Yongzhi You Shuanghua

(College of Physics and Information Engineering, Fuzhou University, Fuzhou, Fujian 350108)

Application target reached degrees on the electrodynamics course teaching quality quantitative analysis, find out problems in the teaching, adjust the curriculum content, looking forward to find a way to improve the teaching quality.

target reached degrees; teaching quality evaluation；electrodynamics

*“MOOC背景下電動力學(xué)教學(xué)方法模式探索”項目資助，項目編號：0360-52001026

曾永志(1964- )，男，博士，副教授，研究方向為凝聚態(tài)計算.

2016-07-28)