高平 舒鵬麗 孫燕芬 吳雙娥

摘 ?要：面對電動力學(xué)課程知識抽象不易理解，公式推導(dǎo)冗長枯燥，學(xué)生厭學(xué)情緒嚴重，考試掛科率居高不下等現(xiàn)象，文章開展“以學(xué)生為主體”教學(xué)理念的探究式教學(xué)，從課前教學(xué)設(shè)計、課堂教學(xué)引導(dǎo)、課后教學(xué)評價三方面入手，旨在提升學(xué)生課程學(xué)習(xí)的積極性和參與度，挖掘課程思政的教學(xué)元素，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：電動力學(xué)；以學(xué)生為主體；探究式教學(xué)；課程思政

中圖分類號：G642 ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1673-7164（2024）11-0086-04

電動力學(xué)是高校物理學(xué)專業(yè)的一門重要的核心課程，課程內(nèi)容覆蓋面大，實用性強，與實際生產(chǎn)生活結(jié)合緊密。通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)全面系統(tǒng)地掌握電磁基礎(chǔ)理論和規(guī)律，課程中物理方法及物理思想的理解對提升學(xué)生個人素質(zhì)大有裨益。然而，在實際教學(xué)中，存在學(xué)生抱怨課程知識抽象不易理解，公式推導(dǎo)冗長繁瑣，內(nèi)容枯燥脫離實際等問題，諸多問題的產(chǎn)生導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低下，遲到、早退現(xiàn)象突出，考試掛科率居高不下。對于教師來講，傳統(tǒng)單一的講授式教學(xué)模式也讓教師感到辛苦和無奈。因此，課程的教學(xué)改革迫在眉睫，亟須探索新的教學(xué)模式和教學(xué)方法。

在教育部大力提倡高等學(xué)校課程教學(xué)改革的大背景及全面推進課程思政的新形勢下，電動力學(xué)課程也加入教學(xué)改革隊伍。教學(xué)改革宗旨秉承OBE教育教學(xué)理念，堅持“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的思想，［1］圍繞學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出進行設(shè)計，更加注重學(xué)生學(xué)了什么而非教師教了什么；除了要求學(xué)生對專業(yè)知識的掌握以外，還應(yīng)關(guān)注學(xué)生在能力素質(zhì)方面的培養(yǎng)，通過適時恰當(dāng)?shù)匾胝n程思政元素，幫助學(xué)生樹立正確的人生觀和價值觀，實現(xiàn)立德樹人的根本教育任務(wù)。通過此次課程教學(xué)改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、學(xué)習(xí)興趣得到了提高，取得了初步的成效。

一、立足學(xué)生學(xué)情，注重課前教學(xué)設(shè)計

講授一門課程，從課前教學(xué)設(shè)計、課堂教學(xué)引導(dǎo)到課后教學(xué)評價，環(huán)環(huán)相扣，自成系統(tǒng)，其中，課前的精心設(shè)計是上好一門課的關(guān)鍵。學(xué)生是課堂學(xué)習(xí)的主體，只有充分了解學(xué)生，方能預(yù)設(shè)出適合學(xué)生的教學(xué)設(shè)計。

（一）采用顛倒式教學(xué)法，凸顯學(xué)生主體作用

顛倒式教學(xué)法是在摒棄了常規(guī)的教師先教，學(xué)生后學(xué)的基礎(chǔ)上，采用學(xué)生先學(xué)，教師后教的教學(xué)方法。［2］呂梁學(xué)院物理學(xué)專業(yè)的電動力學(xué)課程安排在大三的上學(xué)期，鑒于學(xué)生已經(jīng)先修了電磁學(xué)、數(shù)學(xué)物理方法等課程，因此，在電動力學(xué)課程中學(xué)生需學(xué)習(xí)有一定基礎(chǔ)的內(nèi)容章節(jié)時采用提前布置作業(yè)，課堂上通過學(xué)生講解的方式進行教學(xué)。具體來講，在前一節(jié)課結(jié)束前，將下節(jié)課需要提前預(yù)習(xí)的內(nèi)容以問題的形式告知學(xué)生，學(xué)生課后分組預(yù)習(xí)查找資料，上課時隨機邀請學(xué)生登臺分享見解。［3］例如在“分離變量法求解拉普拉斯方程”一節(jié)中，學(xué)生通過查閱資料理解什么是分離變量法，運用的條件是什么，運算過程中需要注意哪些問題，這在一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生運用數(shù)學(xué)方法分析問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生團結(jié)協(xié)作的精神，最后，再由教師做出必要補充。值得注意的是，由于課程特點及學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，適合自學(xué)的內(nèi)容較為局限，通常選取學(xué)生較為熟悉的電磁場的基本規(guī)律作為講解內(nèi)容，而對于電磁波的傳播輻射等較難理解的部分，仍以教師課堂講授為主。

（二）注重問題導(dǎo)向式教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)

“以學(xué)生為主體”的教學(xué)理念中，教師不再是單純的知識傳授者，更注重加強對學(xué)生的引導(dǎo)，幫助學(xué)生理清思路，如何更快地自主學(xué)習(xí)，有效學(xué)習(xí)，對此，問題導(dǎo)向法是一種適合的教學(xué)方法。［4］例如在“電磁波在導(dǎo)體中的傳播”一節(jié)中，教師首先和學(xué)生共同推出導(dǎo)體中的電磁波解，然后引出問題，讓學(xué)生思考該解具有什么特點，電矢量和磁矢量的振幅有何關(guān)系，相位有何關(guān)系，在良導(dǎo)體中如何傳播，在不良導(dǎo)體中又如何傳播等，系列問題可以提綱的形式列于黑板上，讓學(xué)生帶著問題去找答案。本環(huán)節(jié)還可安排小組討論，比如5分鐘的時間快速討論，找1—2位學(xué)生做交流分享。在此過程中，著重引導(dǎo)學(xué)生對知識點的串聯(lián)、架構(gòu)及學(xué)會分析問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和團結(jié)協(xié)作能力。

（三）采用滲透式方法進行輔助教學(xué)

常規(guī)的教學(xué)方法，大多按照循規(guī)蹈矩，按部就班的程序進行，旨在讓學(xué)生循序漸進地獲取知識，促使學(xué)生掌握的知識更系統(tǒng)、更完整，但也容易導(dǎo)致學(xué)生的認知被束縛被局限，創(chuàng)新思維不足。滲透式方法是指教師首先提出某個物理概念，［5］學(xué)生可能前期知識積累存在欠缺，但通過課前查閱資料文獻，課中科普視頻等形式，知識的點滴滲透在不經(jīng)意間獲得。［6］例如，在講介質(zhì)的電磁性質(zhì)時，課前將學(xué)生進行分組并安排任務(wù)，學(xué)生在課中分享超導(dǎo)材料的實際工程應(yīng)用，之后教師進行原理的分析以加深認識，如圖1所示為學(xué)生的展示分享PPT。再例如，每次上課前五分鐘，安排一個“課前知識小風(fēng)暴”的環(huán)節(jié)，學(xué)生選擇與本章節(jié)知識點相似的話題與同學(xué)交流，可以是自己的疑惑，可以是某個概念或某個實驗現(xiàn)象等，通過知識的交叉碰撞，拓寬學(xué)生的視野，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、增加信息量，給課堂注入活力

（一）利用Matlab輔助教學(xué)，實現(xiàn)科研教學(xué)結(jié)合

優(yōu)質(zhì)的課堂不應(yīng)是教師的“一言堂”，應(yīng)充分發(fā)揮信息技術(shù)的龐大功能，實現(xiàn)課堂的可聽、可看、可操作性和可觀賞性。Matlab是一款具有強大的數(shù)據(jù)計算功能和圖形模擬功能的工程軟件，對學(xué)生基礎(chǔ)要求不高，并且學(xué)生在此之前已修過這門課程，更易上手操作演練，因此，將Matlab引入課堂教學(xué)，利用Matlab的計算及繪圖功能進行仿真模擬具有可行性。例如在講矢量分析部分時，用Matlab仿真模擬電磁場的空間分布特征，包括對電場、磁場分布曲線的描繪；利用Matlab仿真模擬電磁場的梯度、散度、旋度（簡稱“三度”）運算，通過圖形仿真來幫助學(xué)生更直觀形象的認識電磁場的基本特性及場的“三度”所蘊含的物理含義，引導(dǎo)學(xué)生以矢量場論的思維方式看待電磁場問題。如圖2所示的電偶極子在空間的電場分布，可以看出，穿過包圍正電荷的任一閉合曲面的電通量大于零，即有電場線從該閉合面內(nèi)發(fā)出，這表明，正電荷是發(fā)出電場線的源；同理，穿過包圍負電荷的任一閉合曲面的電通量小于零，即有電場線穿入該閉合面，表明負電荷是終止電場線的匯，即靜電場是有源場。這種通過現(xiàn)場演示模擬圖形的方法，不僅激發(fā)了學(xué)生的探索求知欲，對于學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)也具有極大的幫助。

（二）采用線上線下相結(jié)合的方式教學(xué)，實現(xiàn)資源共享

在新時代背景下，充分利用網(wǎng)絡(luò)及多媒體資源，將線上教學(xué)貫穿于課前、課中、課后，能有效發(fā)揮“線上”與“線下”教學(xué)的優(yōu)勢互補作用。［7］以運用超星學(xué)習(xí)通平臺為例，將國家精品課程資源上傳至學(xué)習(xí)通，讓學(xué)生課前觀看預(yù)習(xí)，課堂中選取優(yōu)質(zhì)的視頻資源進行集體觀看，并讓學(xué)生參與討論。例如在講“相對論的時空理論”前，讓學(xué)生用一個關(guān)鍵詞概括自己對狹義相對論的理解，并運用超星學(xué)習(xí)通投影于大屏幕，展示學(xué)生的認知力和想象力，促進同學(xué)間相互交流，也使課堂增添了樂趣和活力。再如對涉及概念、公式較多的章節(jié)，利用隨堂練習(xí)功能編輯測試題，讓學(xué)生現(xiàn)場作答或搶答，并隨機抽查學(xué)生談?wù)劯髯缘目捶?，教師再解答疑惑，查漏補缺，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。課后，針對本節(jié)課布置的思考題，學(xué)生可在討論區(qū)展開討論，全天候無間斷地保持學(xué)習(xí)及有效互動。

（三）融入課程思政，實現(xiàn)全方位育人

課程思政作為一種教育教學(xué)理念，承載著培養(yǎng)學(xué)生世界觀、人生觀的作用，在潤物細無聲中給學(xué)生以精神指引。［8］自然貼切的思政元素需要教師精心挖掘和提煉，為了思政而思政的教學(xué)方式難以實現(xiàn)教育任務(wù)。因此，針對提煉課程內(nèi)容中蘊含的人文元素實施課程思政至關(guān)重要。例如在講波導(dǎo)這節(jié)內(nèi)容時，首先向?qū)W生明確波導(dǎo)是用以傳輸電磁能量的中空金屬管，金屬波導(dǎo)問題實則是電磁場的邊值問題，［9］只需求解一定頻率下電磁波所滿足的亥姆霍茲方程的解。求解的過程中，由于波導(dǎo)的幾何尺寸充當(dāng)邊界條件，因此決定了波解具有不同形式，即對應(yīng)于波不同的傳播模式。人的一生亦如求一個方程的定解，他的出生及成長經(jīng)歷等是其自身應(yīng)服從的規(guī)律，而外部環(huán)境，如努力、機遇等則是決定其成功與否的重要影響因素。通過類似的比喻，不僅加深了學(xué)生對內(nèi)容的理解，也讓學(xué)生意識到不虛度年華，堅持努力奮斗的重要性。通過電磁波的傳播引申到我國的5G及北斗導(dǎo)航系統(tǒng)所處的領(lǐng)先地位及面臨的巨大挑戰(zhàn)，以此來激勵學(xué)生要樹立遠大的目標(biāo)和理想，為我國的科技進步貢獻自己的力量。

再比如對以太物質(zhì)的認知上，歷史上很長一段時間都被“以太說”統(tǒng)治，認為它無處不在甚至是真空。然而，邁克爾遜-莫雷實驗中并沒有測出地球相對以太介質(zhì)的速度，即否定了以太的存在。即本以尋找以太為目標(biāo)的實驗反而成了驗證愛因斯坦相對論的直接證據(jù)，于是，才有了后來愛因斯坦狹義相對論及洛倫茲變換的誕生?？梢?，任何真理的建立需要大膽的設(shè)想以及不斷的實驗驗證，偉大的成就除了天才的想法外，更多地依賴于科學(xué)家們嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度及頑強的拼搏精神，這都值得借鑒與學(xué)習(xí)。

三、重視課后教學(xué)評價，實現(xiàn)全過程監(jiān)控

課程教學(xué)改革中，教學(xué)評價具有激勵和調(diào)節(jié)的重要作用，其中，學(xué)生學(xué)習(xí)過程評價最直接的方式就是考核。在“以學(xué)生為主體”教學(xué)理念的探究式教學(xué)中，更加關(guān)注對學(xué)生整個學(xué)習(xí)過程的考核，［10］主要包括課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、隨堂測驗、課程總結(jié)等方面，個別項目從線上和線下兩個維度協(xié)同考核，［11-12］既保證了成績的相對公平，也滿足了學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求。

（一）考核方式

1. 課堂表現(xiàn)

本課程更加關(guān)注課堂教學(xué)中學(xué)生與教師、學(xué)生與學(xué)生間的互動。例如小組討論中，代表發(fā)言者可獲得最高分值，積極參與討論者次高，普通組員一般分值。課堂中教師會通過線上及線下方式隨機提問，根據(jù)學(xué)生的回答情況酌情加減分。另外，還可引入課堂競爭機制，即凡是答對問題者在課堂表現(xiàn)成績中均有相應(yīng)加分，答錯不扣分，或者采取連續(xù)多節(jié)課都提問一位學(xué)生回答問題。久而久之，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性得到了增強，原本沉悶的課堂也變得活躍起來，師生交流互動的次數(shù)增多，教學(xué)效果也得到了提升。

2. 課后作業(yè)

作業(yè)環(huán)節(jié)包括線上發(fā)布的隨機作業(yè)和定期的線下作業(yè)。線上作業(yè)主觀題通常采用生生互評方式，學(xué)生在點評他人作業(yè)的過程中，開闊思路，汲取別人的優(yōu)秀經(jīng)驗，彌補自身不足。線下重點考查學(xué)生能否獨立完成作業(yè)，采取上交作業(yè)前學(xué)生先自己評閱的方法。即倘若作業(yè)是學(xué)生在沒有參考資料的前提下自己獨立完成的，學(xué)生自評為A；若借助參考資料或是他人作業(yè)完成，自評為B；若完全抄襲別人的成果，自評為C。而后由教師統(tǒng)一批閱，根據(jù)作業(yè)情況給出綜合成績。通過自評，可以判斷學(xué)生對該部分內(nèi)容的掌握情況，短期激勵其更好完成作業(yè)還可以培養(yǎng)學(xué)生實事求是的品格。但該方式考核效果并不太理想，后期學(xué)生易產(chǎn)生倦怠，持續(xù)激勵作用不明顯，并不適用于作業(yè)考核全過程。

3. 隨堂測驗

通過線上開卷考試完成隨堂測驗，考試時間為45分鐘。其中客觀題大多為平時練習(xí)的章節(jié)測驗題，主觀題為開放型題，例如通過已有的學(xué)習(xí)，寫出本課程中掌握最好的一部分或者哪部分掌握最差等。通過測驗，能更有效地反饋學(xué)生學(xué)習(xí)的整體效果，為后續(xù)階段的教學(xué)提供一定的參考。

4. 課程總結(jié)

在每章內(nèi)容結(jié)束時，要求學(xué)生用最少的字數(shù)對本章重點內(nèi)容做思維導(dǎo)圖式總結(jié)。通過章節(jié)總結(jié)，使學(xué)生更好地理解知識脈絡(luò)，理清課程框架體系，提高概括總結(jié)能力。最后，教師對優(yōu)秀的具有代表性樣本進行展示傳閱，促進學(xué)生之間的相互學(xué)習(xí)和進步。

（二）成績評定

本課程最后成績由期末卷面成績（70%）與平時成績（30%）構(gòu)成。其中，平時成績以百分制計算，課堂表現(xiàn)占比40%，課后作業(yè)30%，隨堂測驗20%，課程總結(jié)10%。需要說明的是，以上各環(huán)節(jié)考核并非每次上課都用到，而是根據(jù)具體的學(xué)習(xí)內(nèi)容和目標(biāo)選擇適合的考核項目。

四、結(jié)語

根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果匯總，近兩年來通過對本校電動力學(xué)的教學(xué)改革，大部分學(xué)生認為新的教學(xué)模式更利于他們獲取知識，能更多地參與到課程學(xué)習(xí)中，甚至有學(xué)生感慨正是通過本門課程的學(xué)習(xí)讓其對物理專業(yè)產(chǎn)生了濃厚興趣。但這種“以學(xué)生為主體”教學(xué)理念的探究式教學(xué)仍存在很多問題，例如課程內(nèi)容在深度及廣度方面延展不夠需進一步拓展，教師的工作量加大等仍須在進一步的實踐教學(xué)中加以探索優(yōu)化。

參考文獻：

［1］ 蔡根旺，張臘梅，張合斌. 雙主教學(xué)模式下電動力學(xué)課程教學(xué)改革研究［J］. 高等函授學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，22（06）：23-25.

［2］ 萬勇，云茂金，劉眉潔，等. 基于問題導(dǎo)向的《電動力學(xué)》教學(xué)改革和優(yōu)化［J］. 山東師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，32（04）：132-136.

［3］ 胡錦蓮，孫文斌. 關(guān)于電動力學(xué)課程教學(xué)方法的探討［J］. 安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010，27（04）：112-113.

［4］ 張子珍. 電動力學(xué)教學(xué)改革之探討與實踐［J］. 山西大同大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2021，37（05）：15-17+70.

［5］ 馬?？疲瑥堄⑻?，翟學(xué)軍，等. 電動力學(xué)課程教學(xué)體系的改革與完善［J］. 西安郵電學(xué)院學(xué)報，2011，16（S2）：68-70+129.

［6］ 熊萬杰，陸建隆. 對“電動力學(xué)”課程改革的探索［J］. 高等理科教育，2003（06）：72-75.

［7］ 蔣練軍. 基于“雨課堂”的《電動力學(xué)》“金課”打造實證研究［J］. 教育現(xiàn)代化，2019，6（37）：50-53.

［8］ 王振林. “電動力學(xué)”課程思政建設(shè)的思考［J］. 大學(xué)物理，2021，40（06）：53-56+61.

［9］ 曹斌照，范明明，馬寧. 光電類專業(yè)“電動力學(xué)”課程思政探究［J］. 電氣電子教學(xué)學(xué)報，2022，44（03）：95-99.

［10］ 邢琳，賀慶，張牛，等. 基于探究式教學(xué)的電動力學(xué)課程教學(xué)改革實踐［J］. 科教導(dǎo)刊，2021（29）：138-140.

［11］ 姜貴文，郭俊萍，劉保華，等. “新工科”背景下大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀及改革措施［J］. 上饒師范學(xué)院學(xué)報，2020，40（06）：20-23.

［12］ 王青，郭應(yīng)壽. 《費曼物理學(xué)Ⅱ》和《電動力學(xué)》混合式線上教學(xué)實踐［J］. 物理與工程，2020，30（03）：3-10.

（薦稿人：劉艷娥，呂梁學(xué)院副教授）

（責(zé)任編輯：黃文波）

基金項目：2021年山西省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項目“Matlab在電學(xué)類課程教學(xué)中的應(yīng)用研究 ”（項目編號：J2021719）；2021年山西省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項目“微控制器類課程的建設(shè)與改革——以《單片機原理及應(yīng)用》課程為例 ”（項目編號：J2021718）。

作者簡介：高平（1985—），女，碩士，呂梁學(xué)院物理系講師，研究方向為電磁學(xué)、電動力學(xué)的教學(xué)與研究工作；舒鵬麗（1985—），女，博士在讀，呂梁學(xué)院物理系講師，研究方向為量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)的教學(xué)與研究工作；孫燕芬（1985—），女，碩士，呂梁學(xué)院物理系講師，研究方向為電磁學(xué)、電動力學(xué)的教學(xué)與研究工作；吳雙娥（1986—），女，碩士，呂梁學(xué)院物理系講師，研究方向為電磁場與電磁波、微機原理及應(yīng)用等的教學(xué)與研究工作。