工科大学物理在线开放课程探索与实践

高禄 袁志丹 宋汉全 赵达宇

摘要：大学物理课程是理工科大学生的必修课程，对于培养学生的思维能力和科学素养具有重要的作用。针对教学内容多、学时少、进度快的实际教学问题，对大学物理课程中电磁学部分进行了在线开放课程实践和探索，阐述了电磁学在线课程教学实践，分析了混合式教学的优点和缺点，并且提出了教学模式未来的改革方向和具体措施。

关键词：在线课程;翻转课堂;大学物理;电磁学

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）50-0161-02

《大学物理》是面向全校理工科专业本科生开设的一门学科基础课，是学生本科阶段非常重要的一门通识基础课程。工科院校大学物理课程通常要面对十几个学院几十个不同专业的学生，任课教师需要针对不同专业对大学物理课程的不同需求增减相关的教学内容。与此同时，高校教学改革又将大学物理课程的学时不断压缩，导致教学现状是内容多、学时少、进度快。这种教学现状对工科院校大学物理课程的任课教师则提出了更高的要求，如何在少课时的情况下，讲授大学物理全部的教学内容，这是我们当下亟待解决的问题。大学物理课程必须打破传统的以教师为课堂主体的教学模式，适应新形势的大学物理教学模式势在必行[1-5]。

《大学物理》是面向全校理工科专业本科生开设的一门学科基础课。精简学时、引导学生自主学习是目前高等学校教育教学改革的大势所趋。在新一轮培养方案中，大学物理课的总学时已被精简为96学时。根据新一轮的培养方案，本课程分为两个学期进行教学，每个学期的学时数为48。其中《大学物理1》安排在春季学期，内容包括力学和电磁学，授课对象为大一学生;《大学物理2》在秋季学期开设，内容包括热学、振动、波动、光学与量子物理，授课对象为大二学生。在教学实践中，学生普遍反映讲课速度过快、基础知识掌握得不扎实、习题课太少等情况。

针对大学物理教学存在的实际问题，并且通过调研和讨论[5-10]，我们认为可以通过开设在线课程缓解学时紧张的现状。大学物理（1）中的电磁学是整个课程的重点和难点，在线课程实践的第一阶段我们选择了电磁学进行课程录制。电磁学的教学目标包括使学生掌握电场、磁场以及电磁感应的基本概念和规律，理解处理电磁学问题的基本思想和方法，并能熟练运用电磁学基本规律解决实际问题。具体的教学内容包括静电场、电势、静电场中的导体及电介质、磁场和它的源、磁力、磁场中的磁介质、电磁感应以及麦克斯韦方程组合电磁辐射。

在线课程教学内容主要是根据电磁学的教学目标和教学内容，讲授电磁学中的基本概念和基本规律。学生可以在上课之前自主学习在线课程中讲解的基本知识点。以此为基础，教师在课堂上着重讲解与基本概念和规律相关的实际运用，并且与学生展开讨论式的互动，形成翻转课堂。将传统的教师“一言堂”的教学模式，转化为以教师与学生之间或者学生与学生之间互动的模式。

初始阶段课程受众主要为本校大一学生，开展混合式教学。为配合这种混合式教学模式，在线课程中的教学视频部分将从静电场、磁场以及电磁感应的基本现象出发，引入场强、电势、高斯定理、场强环路定理、导体的静电平衡、电介质的极化、电位移、静电场的能量、毕奥萨伐尔定律、安培环路定理、安培力、磁矩、磁介质的磁化、磁场强度、法拉第电磁感应定律、磁场的能量、电磁辐射等基本概念和规律，在此基础上通过例题使学生初步掌握概念规律的应用。这种“实验现象—概念规律—实际应用”的设计思路可以使学生奠定扎实的理论基础，为课堂翻转提供必要的条件。在线课程中除了教学视频外，还上传了相应的电子课件，以方便学生自主学习。为确保学生真正参与到在线课程中，设计了交作业和单元测试的教学环节。作业环节采用教师评价与学生互评相结合的模式，激发学生参与的兴趣。作业与单元测验都将作为平时成绩的一部分，最终以一定的权重计入总评成绩。

经过一个学期的教学实践，课堂教学效果显著提升。授课教师以在线学习为基础，首先讲解学生在理解概念规律时的困惑或盲点;然后列举典型例题，由浅入深、循序渐进，使学生能灵活运用物理规律解决实际的电磁学问题。这样的教学形式可以弥补课堂教学学时不足所带来的弊端，深受广大学生的好评。同时，我们在课程考核中也加大了线上课程的考核比重，进一步改革考试模式。目前采取的考试方案为：学期总成绩=作业成绩×20%+单元测验成绩×20%+期末成绩×60%。其中，作业包括线上作业和课堂（线下）作业;单元测试只在线上进行;期末考试在线下进行。这一考核方式可以提高学生平时学习的积极性，促使学生把学习精力放在平时，而不是考试来临前“临时抱佛脚”。在线课程的教学实践表明，这种线上和线下混合式教学模式可以提高学生的学习兴趣，提高学习效率。未来计划将本课程推广至公共的MOOC平台，如中国大学慕课网站，使校外有需求的学生或相关人员通过在线学习模式获得相应的学分。

然而，尽管线上教学有诸多优点，但是在实际的教学过程中还是存在一些有待改进的问题，具体如下：（1）通过问卷调查，有相当比例的学生更喜欢或者习惯传统的课堂教学形式，认为这种混合式的教学容易走神，或者对于缺乏自我约束力的学生这种教学形式很难起到预期的效果。（2）视频学习缺乏生动感，很枯燥，没有课堂上的教师真人讲解吸引人。（3）线上的学习不能及时和教师沟通，可能在听的过程中有问题，但是由于没有及时提问沟通，后面可能就忘了这个问题。

我们下一个阶段的大学物理力学、热学、光学等教学内容的在线课程建设将根据目前存在的问题，完善教学方法和教学形式，初步设想的在线课程完善计划如下：（1）进一步完善线上课程的教学设计，增设3D或者4D的动画以及VR技术，以直观的影像动画展示物理规律，吸引学生的注意力，提高学生在线学习的兴趣。（2）线上课程学习平台增设提问窗口，学生在线学习过程中可以随时在互动窗口提出问题。助教教师在每周课程结束以后，按时在线解答学生的疑问，或者直接与学生连线沟通。（3）课堂教学中，任课教师根据学生提出的问题，总结具有共性的疑问，集中做解答和讲解。

未来高等学校的教学转型必然是将教学重心由教师转向学生，教学形式也将由传统的教师讲解转向师生互动。我校大学物理电磁学在线开放课程的教学实践，实现了真正意义上的翻转课堂，学生通过在線学习将基本概念、规律在课前进行学习，课堂上任课教师就可以根据学生的学习反馈情况采取疑难解答、分组讨论或者辩论等灵活多样的教学形式。在线学习这一适应新形势的教学形式使大学物理课堂学时紧张的问题得到了缓解，并培养了学生的自学能力，激发了学生的学习兴趣，提高了教学效率，为高等学校理工科大学物理课程的教学改革提供了新的思路。

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