电磁学开放式精品示范课堂的创新探索与实践*

彭勇宜，何 军，陈 羽，孙克辉

（中南大学 物理与电子学院，湖南 长沙 410083）

随着“互联网+教育”时代的到来，涌现出各种新的教学方法与教学模式，例如MOOC、SPOC、翻转课堂、混合式学习等，[1-5]也出现了许多新的教学资源平台，例如iCourse、Coursera、edX、果壳网、雨课堂、网易公开课等。但是MOOC、SPOC、翻转课堂等教学模式都是“舶来品”，必须结合我国学习者的学习传统、学习环境、学习课程做出“本土化”的改造与革新，才可真正发挥其在教学中的作用。同时在“互联网+教育”背景下，单一的教学方法和某一教学资源平台已不能满足和适应现代学习者的需求。为实现信息技术与教育教学的深度融合，实现各种教学方法与教学模式的优势互补、博采众长，充分利用各种优质教学资源，基于上述情况，电磁学教学团队设计了“开放式精品示范课堂”教学模式，并将其付诸实践，在实践中继续探索和完善，为先进教学理念和教学模式的“本土化”创新设计与研究提供了理论和实践参考。

一、开放式精品示范课堂教学理念

教学理念是教学模式的核心，必须与时俱进，我们主动迎接“互联网+教育”时代的挑战，将“开放与交互”作为“开放式精品示范课堂”教学理念中的核心，如图1所示。

“开放”是指教学资源、教学时间、教学空间、教学组织形式和考核评价方式的开放，另外“开放”是为了更好地开展师生、生生之间的“交互”。在“互联网+教育”时代，教学资源不再局限于选用的教材，充分利用MOOC、Coursera、iCourse、edX等丰富的网络教学资源，博采众长，学生可以利用它们进行课前学习。教室也不再是进行教学的唯一空间，学生可以通过网络进行线上学习，师生、生生也可以通过电脑、手机进行交互学习。教学时间也不局限于课堂教学时间，课下时间也是交互学习时间，可以随时完成学习任务或提出学习问题、进行讨论等。课堂教学组织形式不再是“以教师为中心”，不再是传统的“满堂灌”，转而是在“教师主导”下的“以学生为中心”的教学模式，考核评价方式的开放是指采用多元化的过程性评价，不再是以期末笔试为主的终结性评价。

图1 开放式精品示范课堂的教学理念

二、开放式精品示范课堂教学设计与实施

1.教学组织形式

为了最大限度提高教学效率和教学质量，进一步解放思想与时俱进，我们在教学组织形式方面进行创新，根据教学内容灵活运用不同的教学组织形式达到教学的最优化，提高教学效能。设计的电磁学开放式精品示范课堂教学组织形式如图2所示。

图2 电磁学开放式精品示范课堂教学组织形式

在图2的教学组织形式中，教师只起主导作用，充分调动学生学习的主动性，激发学生的创新灵感。学生是学习的主体，应留给学生更多的时间自主学习、思考、内化知识，培养学生独立思考问题的能力、创新能力和团结协作能力。课前教师把学习内容、知识点变成相关学习任务和问题，提供相应的教学资源和信息给学生，学生进行课前学习，并完成相关检测，发现问题。课堂中主要采用交互式教学形式，针对问题进行交流讨论、互助学习。课堂上教师讲解精炼，主要是深化教学内容；有时由学生就某个知识点进行讲解，师生、生生相互讨论交流，充分调动学生的主观能动性；有时采用提问方式，教师针对教学内容提出问题，由学生开展讨论，最后师生共同总结、评价。课堂上鼓励学生大胆质疑、发现问题，互助解决问题，开启学生的批判性思维和创新思维。课后学生对知识点进行复习，再作提升与拓展训练，完善知识结构，教师进行辅导和教学反思。

2.教学方法

在电磁学教学过程中，需根据教学内容和教学目标灵活交叉运用各种教学方法，如讲授法、发现法、演示与观察法、启发式、探究法、类比法、讨论法、专题学习法等进行教学，使之优势互补，高效实现教学目标。

例如在学习静电场求解时，采用讨论法、启发式和探究法进行教学，由简单到复杂，循序渐进，按照点线面体、离散连续、真空介质、孤立联系（相互作用）、静止运动（变化）、理论应用（实验）的思路，[6]逐步引导学生自主探索如何应用微元法、叠加法和高斯定理法求解复杂带电物体或系统产生的电场。在学习稳恒磁场时，引导学生采用类比法，将“点”的概念换成电流元，理解毕奥-萨伐尔定律在稳恒磁场中的地位类似于点电荷或电荷元场强表达式在静电场中的地位，采用与静电场中类似的学习思路，由学生逐步探究复杂通电物体或系统产生的磁场。在学习高斯定理时，采用讲授法、讨论法，通过分析推理、归纳，启发引导学生从特殊到一般，从简单到复杂，一步步进行探究，最后“发现”、“总结”出高斯定理的一般表达式，深入理解、正确运用高斯定理求解场强。另外在学习霍尔效应时，采用演示与观察法、讨论法得到霍尔效应产生的机理与规律，采用启发式、探究式对霍尔效应的应用进行拓展学习和讨论，揭示一些工程检测装置的奥妙，学生自己动手设计并制作应用霍尔效应的装置，充分调动学生的创新意识和创新潜能。采用类比法学习稳恒磁场和静电场的性质与规律，引导学生写出它们的通量（散度）和环流（旋度）的表达式，总结出麦克斯韦方程组。采用类比法学习磁介质在外磁场发生磁化与电介质在外电场中发生极化的规律、介质中场的求解方法等。

通过这些教学方法在电磁学中的灵活运用，充分激发了学生的求知欲、创新欲，提高了他们的自主学习兴趣和创新能力，培养了他们的科学核心素养，实现了开放式精品示范课堂的教学目的。

3.重点、难点及解决办法

为了开放式精品示范课堂的高质量实施，准确把握教学的重点和难点是非常必要的。电磁学的核心内容是麦克斯韦方程组，研究的是电场和磁场这两个矢量场，涉及它们的产生、描述与定义、性质及规律、对导体或介质的影响、电场与磁场的相互影响和联系。所以应该牢牢抓住以下电磁学的教学重点：①点电荷、电流元、电偶极子、磁偶极子等基本物理模型，以便开展电场和磁场的求解；②电场强度、电势、电通量、电极化强度、磁感应强度、磁通量、磁化强度等基本物理量的定义与求解；③高斯定理、安培环路定理、库仑定律、毕奥-萨伐尔定律、电磁感应等定理和定律的理解和应用；④微元法、叠加法、等效法、近似法等电磁学解题方法的运用；⑤麦克斯韦方程组及其意义。

通过多年的教学实践，发现学生不易掌握和理解的典型教学难点主要有：①静电平衡导体表面附近处的场强与该处电荷面密度的关系，无限大带电平面产生的场强与电荷面密度的关系，这两者的区别和联系；②带电体电荷分布非均匀时电场的计算；③导体与电介质同时出现时电势差的计算；④动生电动势、感生电动势的计算；⑤分子电流观点和磁荷观点求磁场的等效性。

图3 电磁学课程考核评价方案

对于重点内容和难点，我们在教学中特别关注，学生一旦暴露出理解和应用上的缺陷，应及时分析原因，采取不同方法帮助其消除和突破。原因在于学生对物理概念、定理和定律理解错误或不透彻引起，或是因为学生运用数学工具、计算方法在解决物理实际问题上的错误或障碍所引起，有时是由于他们对电场和磁场的概念和表达式的理解混淆所致。教师或学习小组针对不同原因，由易到难、由简单到复杂、由特殊到一般、由已知到未知、举一反三，逐个加强或击破。

4.考核评价方案

实行过程性评价考核，考核内容强调过程性、多样性与科学性。我们设计了如图3所示的电磁学课程考核评价方案，从四个方面评价考核。学生平时的学习情况，占总评成绩的50%，改变了以期末笔试为主，“70%期末笔试+30%的平时成绩”的考核方式，加大了平时考核比例，做到评价更全面、更科学、更合理，包括平时学生课前预习、文献查找和阅读、课堂交流讨论、课后作业、课程论文或小制作等考核方式。由2至3名学生组成学习小组，让学习小组查阅资料、集体备课，每人均有至少一次机会上台讲解一个小知识点，参与到课堂教学讨论等活动中来，其中包括一些物理背景知识的介绍、重点难点的理解和运用、知识点的拓展与创新。让他们发挥团队的力量进行研究性协作学习、教案撰写、课件制作、知识点讲解与学术观点表达等各项教学任务，教师做出总结，并且要求学生自评、互评。这种过程性考核方式实现了教与学过程的全程监测，改变了学生被动学习、轻视平时主动学习的不良习惯，有效地实现了课堂的交流与互动，提高了学生自主学习的能力。同时教师能及时了解到学生的学习情况，及时调整和改进教学方法，提高教学效果。

三、开放式精品示范课堂教学效果与反馈

电磁学教学连续三届采用上述开放式精品示范课堂教学模式，取得了如下教学效果：①极大地激发了学生学习电磁学的兴趣，提高了他们自主学习、探索和创新的积极性，学生平时学习时间的投入大大增加了，出现了你追我赶的学习状态。②课堂讨论气氛活跃，参与度高，学习小组之间及成员之间相互监督、竞争和评价，促使每位学生都不会松懈，加强了学生之间的凝聚力和团结协作精神。③锻炼和提高了学生的文献查找能力、逻辑分析能力、课程论文写作能力、口头表达能力、动手创新制作能力、理论与实践相结合的能力，其学习与交流能力、科学技术素养得到了全面提高。④所采用的课程考核评价方式彻底改变了部分学生认为平时不必用功，考前靠短时记忆、背公式也不会影响总评成绩的想法；也消除了过去以期末笔试成绩为主的评价导致部分学生担心期末笔试失误患上的考前焦虑症。⑤促使学生主动利用碎片化时间进行学习，学习状态和学习方法辐射到其它课程，全面提高了学生学业成绩，学生和教师的成就感都明显加强，师生积极性在教与学中形成良性循环。

教学过程中和课程结束后，利用Mycos教学质量管理平台在2015级、2016级和2017级学生中对41项电磁学教学问题进行了匿名调查。其中对该门课程的教学效果“非常满意”的为94%，“满意”的为6%，认为课程考核方式“非常合理”的为85%，“合理”是15%。可见上述“开放式精品示范课堂”教学模式得到大部分学生的认同和喜爱。

四、结束语

开放式精品示范课堂教学模式是“互联网+教育”时代的产物，是高校教学模式的创新之举，得到了学生、专家与同行的认可，值得推广和应用。但也存在一些有待继续探索的问题，特别是在人数较多班级实施开放式教学模式时，教师和学生如何在课前、课堂中、课后高效地开展交流、互动并做出合理、科学的评价是需要认真思考的课题。本文只是作为电磁学开放式精品示范课堂教学模式创新改革的初步尝试，以后还需与时俱进，在理论和实践上进行更全面、更系统深入的研究。