基于雨课堂的“电磁场与电磁波”教学改革实践研究＊

蔡 洋，曹玉凡，张宝玲，吴 涛，焦义文，杨文革

（航天工程大学电子与光学工程系，北京101416）

“电磁场与电磁波”是电子信息与电气工程相关专业的专业核心基础课，为后续“微波技术与天线”“卫星通信”“雷达原理”等专业课程的学习提供必不可少的理论基础，因此，该课程的教学在电子信息和电气工程专业的教学体系中起到承上启下的作用[1-2]。此外，通信、雷达、遥感、测控等重要军事领域都需要用到电磁理论，所以该课程的学习对电子信息类专业人才的培养至关重要。

“电磁场与电磁波”课程内容涵盖电磁波的产生、辐射、传播等方面，从库仑定律、安培定律和法拉第电磁感应定律三大经验实验定律出发，研究场（电场、磁场）与源（电荷、电流）之间的本质关系，理论核心是麦克斯韦方程组，需要以高等数学和大学物理中的相应内容为基础，包括多元函数微积分、振动与波等。

同时，电磁理论中涉及到的现象和数学物理分析过程无法直接感知，设计复杂的公式推导和坐标变换，需要学生具备强大的抽象思维和空间想象能力。此外长期以来该课程在各大院校多沿用传统授课方式，即教师通过PPT进行授课、辅助采用板书等形式，与当前“00后”年轻群体的学习习惯和学习方式不相适应。基于此，一方面课程本身的特点导致本门课程是高校中受欢迎度最低、最难学难教的课程之一，另一方面，传统授课模式无法有效调动学生的参与热情，进一步导致课程的教学效率非常低。如何有效提高授课的针对性和学生的参与度是建设电磁精品课程之路上亟待解决的问题，国内相关院校针对这一问题也进行了诸多探索[3-4]。

近年来，由清华大学在线教育办公室组织研发、文理工一线教师全程参与的教学工具“雨课堂”因其灵活的授课方式、全方位的教学数据分析以及年轻化的互动模式等特点在各类型的教学活动中被广泛推广。“雨课堂”在保留传统PPT授课模式的前提下，能够高效地利用微信、互联网等平台优势，受到授课教师的青睐，同时也极大地提高了学生参与课堂的积极性[5-6]。同时基于雨课堂能够便利开展混合式教学、线上教学等教学方式，确保了在当前疫情偶发的情况下顺利开展课程教学。

本文以“电磁场与电磁波”课程为例，围绕课程教学中的重难点问题，探讨了采用传统教学模式与“雨课堂”教学模式在授课过程中的差异，然后总结了“雨课堂”在课程教学中的有利因素、需要完善的问题以及教学反思，希望以此为基础，促进课程教学质量的提高。

1 雨课堂教学实施过程分析

1.1 基于雨课堂的教学过程设计

以航天工程大学2019级相关专业采用雨课堂授课为例，从课前准备、课中授课和课后拓展3个阶段进行教学设计，并与传统授课方式进行了对比，基于“雨课堂”的教学过程设计如图1所示。

图1 基于“雨课堂”的教学过程设计

1.2 基于雨课堂的教学特点

1.2.1 教学过程更加精细

在传统的教学过程中，课前预习环节往往是教师发布预习任务、学生自主学习的模式，这种方式使得教师对于预习效果往往无法有效把握，学生预习的紧迫感和必要性也大大降低，导致课中的教学实施没有相应的延展性，无法达到预期的教学准备状态，因此会导致课上教学任务量大，设计的教学计划和教学环节往往受到影响，学生的理解效果和接受新知识的效率大打折扣。而采用雨课堂的授课模式，可以将每个教学过程进行量化，如图2所示，教师在布置相应的预习任务后，可实时了解学生的预习进度和预习时间，学生也因此会产生必须要预习的紧迫感和危机意识，教师可以对全班预习情况的进展能够全面了解，一方面可以督促未预习的同学及时完成学习内容，另一方面学生也可以通过雨课堂反馈预习过程中的疑虑和问题，通过这种预习模式能够使师生共同完成课前准备工作，这些准备工作将为课程中的教学实施提供开展的依据和素材，同时也加强了师生之间的了解和联系。

图2 学生预习情况统计报告

1.2.2 教学目标更加精准

在传统的教学过程中，教师一般通过上课提问的方式了解学生的掌握程度和当前的授课进度，比如公式的推导、知识点的运用，首先通常情况下提问的时候往往面临被提问者思考、其他同学不参与讨论的状况，同时有限的授课时间导致提问的学生数量非常少，因此教师无法根据回答情况分析和掌握当前的授课情况，长此以往教学之间的鸿沟会不断加剧，最终导致学生关闭主动学习的窗口；其次在电磁场与电磁波这种容易公式繁多复杂、概念抽象的课程中，这种传统的提问方式存在着相当大的片面性，提问的问题往往会处于难度的两个极端，无法有效反馈当前的授课内容和授课进度，最后随着当前社会环境的影响和改变，学生群体自尊心普遍较强、不愿意主动表达的特点导致他们无法真实的表露内容的困惑。但是通过雨课堂的授课方式，一方面学生可以在遇到疑问或者困惑的地方在不同的PPT上直接“匿名”表达当前的学习困惑，教师可以根据反馈人数的多少选择上课集中讲解或者下课单独答疑，另一方面学生可以通过喜闻乐见的弹幕、留言等实时的方式来表达想法，这些方式与他们平时课余生活中的休闲方式非常类似，能够有效打消他们学习的紧张感和压力。总之，教师可以根据当前的“大数据”统计结果，针对当前集中的问题，调整授课进度和教学重点，也可以根据学生的个别疑问进行单独答疑，真正实现以教师为主导、以学生为主体的高效教育理念。课堂实时情况统计如图3所示。

图3 课堂实时情况统计

1.2.3 教学反馈更加精确

习题练习是强化课程重点、理解课程难点的重要手段，这一手段在电磁课程尤为重要，通过典型例题的强化练习能够使学生对于概念的理解和运用更加深入，也能够进一步查找不足和遗漏的地方。但是在传统的教学过程中，教师一般通过课堂随机提问、课后作业、阶段测验等方式进行实施，这些方式存在着数据比较片面、统计任务繁重、结果反映延迟等问题，使教师无法精确掌握教学效果的好坏。与之相比，通过雨课堂的授课方式，如图4所示，在课上所有学生能够实时地针对某一问题做出全部的反馈，一方面能够使教师根据实时统计结果全方位掌握和分析当前知识点的讲授情况，便于调整上课进度以达到良好的授课效果，同时能够使学生进行有效的横向对比和自我剖析，比如可以直观地看到当前的学习状态在整个班级中的分布情况，检视自己遇到的问题是个性问题还是共性问题，剖析上一阶段的学习是否真正掌握，此外这种实时作答也能够有效地激发学生的学习主动性，从而调整学习的方法和提高学习的主动性。通过雨课堂可以开展阶段测验并能够立即给出学生的测验成绩，从而有效地减轻了教师的统计和批改任务，直接根据雨课堂中的统计结果来对教学过程进行反思和改进。

图4 课堂测验成绩分析

2 总结反思

目前“电磁场与电磁波”课程已经过三轮次的教学实践，前两轮次采用的是传统的授课模式，而新一轮采用了雨课堂的授课模式，经过教学实践、调查问卷和成绩反馈表明，对于教、学双方来说，雨课堂授课均是一种广受欢迎的高效教学模式，如图5所示。经过调查统计发现，大多数学生认可这种教学模式，对雨课堂这种互动性强、信息化程度高的方式比较接受和喜爱，同时在这种模式下能够提高学习的主动性和积极性，参与课程讨论和提问的积极性明显增加。同时，在这种教学模式下，教师实施教学的精准性和有效性也得到了显著提高，能够将普遍问题与个例问题有效区分，为教师有针对性地开展重难点知识讲解提供了依据。尽管如此，雨课堂授课方式对于“电磁场与电磁波”课程仍然是一种比较新颖的教学方式，存在着一些需要不断改进的问题。

图5 学生问卷调查分析

教学资源的针对性。基于雨课堂的教学过程需要丰富的教学资源，主要包括在线MOOC资源。当前在各大平台上有丰富的“电磁场与电磁波”MOOC视频，但是这些视频资源往往具有一定的学校特色，直接搬用会导致课上课下学习内容不一致、学生比较困惑。借助于2020年在线上教学中课程组积累的教学视频，可以在一定程度上满足当前的雨课堂教学需要。后续为了进一步提升学生的学习热情，需要进一步制作更为全面、严谨、精美的MOOC资源。

教学效果的连续性。基于雨课堂的教学过程需要学生经常使用手机、电脑平板等进行教学的互动等，一方面会调动学生参与的积极性，另一方面手机、电脑平板等中其他的互联网资源会不断吸引着学生的注意力，特别是在“电磁场与电磁波”课程中，复杂的公式推导、重要的概念介绍需要学生必须保持高度的精神集中，手机、电脑平板等设备无形中会对学生产生吸引和干扰，导致有些同学中途就脱离了教师的思路和授课过程，因此需要在教学过程中进行有效的设计，避免学生长时间的使用手机、电脑平板等。

3 总结

本文研究了基于雨课堂的教学模式在“电磁场与电磁波”课程教学中的应用实践，分析了雨课堂在教学实施过程中的主要特点，包括教学过程更加精细、教学目标更加精准、教学反馈更佳精确等。同时总结了雨课堂在课程教学中仍存在的问题，包括如何实现教学资源的针对性和教学效果的连续性。总之，基于雨课堂的教学模式为传统的“电磁场与电磁波”课程教学注入了新的活力，为有效打牢学生的学习根基和突破本门课程的教学难点提供了一定的手段和方法。