基于MOOC的“电磁场与电磁波”混合式教学模式研究

刘雯景 王 骥 徐国保

(广东海洋大学 电子与信息工程学院， 湛江 524088)

“电磁场与电磁波”是通信、光电、电子类等专业的重要基础理论课，是理工科专业课程的桥梁，与很多重要基础课程(如“高等数学”“大学物理”)有交叉，又是现代高科技技术(如微波技术与天线、遥感遥测)的理论基础[1]。其主要内容包括矢量分析、静态电磁场、时变电磁波、电磁波的传输和电磁波的辐射等。本课程使学生掌握电磁场的有关定理、定律、麦克斯韦方程等的物理意义及数学表达式。使学生熟悉一些重要的电磁场问题和数学模型的建立过程以及分析方法。培养学生正确的思维方法和分析问题的能力，使学生学会用“场”的观点去观察、分析和计算一些简单、典型的“场”的问题。

该课程理论性强，公式推导繁多，概念极为抽象，是一门历来公认的教师难教、学生难学的偏理论的课程[2]。因此，如何提高“电磁场与电磁波”课程的教学质量、改善教学效果一直是任教该课的教师们致力研究的热门问题。随着近年来与互联网技术相适应的各种课程建设平台的兴起与逐步完善，大家都在摸索打破传统的课堂教学“PPT+板书”方式，转向借助相关平台的在线课程资源开展混合式教学，如学银在线(超星)、学堂在线、智慧树、中国大学MOOC、好大学在线、Blackboard等[3-4]。

1 现状分析

1.1 以教为主的填鸭式教学方式

“电磁场与电磁波”课程传统的教学方式主要是教师在课堂上向学生传授知识，通过“PPT+板书”讲解知识内容、推导公式和定理、分析例题等来让学生了解和掌握大纲上要求的知识点。这种填鸭式的教学方式让学生处于被动接受的状态，教师教什么学生就学什么，长期以往，学生缺乏独立思考和自主学习的能力，也不利于学生创新意识的培养。鉴于“电磁场与电磁波”这门课程本身就具备极强的理论性，物理概念抽象，公式推导繁多，这种以教师教学为中心的填鸭式教学方式效果往往不是很理想，学生普遍反应课堂教学枯燥，较难跟上教师教学进度，课后还要花大量时间和精力自学，到最后大部分学生只是死记硬背了一些概念以及公式定理去应付考试。

1.2 总结性评价的单一考核方式

“电磁场与电磁波”课程传统的考核方式一般是平时成绩加上期末成绩，其中平时成绩主要包括出勤率，课堂表现和作业成绩，期末成绩主要通过闭卷考试来考核学生对知识的掌握和应用。这种考核方式太过单一，仅仅考核学生对知识点的掌握程度，忽略了对学生学习过程和学习能力的评价，无法调动学生参与该课程的积极性和主动性，也不利于引导学生培养独立思考的能力和自主创新的意识。

针对该课程以教师教学为中心的填鸭式教学方式和总结性评价的单一考核方式，再结合日渐成熟的网络教学平台，本文提出了该课程线上线下混合教学的新思路：线上教学基于MOOC平台，以学生为主体，把学习的主动权交给学生，培养其独立思考和自主学习的能力；线下教学以教师为主导，从该课程教学的目的和学生的线上学习成果出发，主要采用引导式教学、研究性教学和反思性教学，引导和巩固学生所学。与此同时，该课程也引入线上和线下综合考核的方式，利用线上资源提高对学习过程考核的成绩占比，并加入知识应用能力考核模块。

2 混合式教学模式的方案设计

2.1 线上线下混合式教学内容的设计

为了增加学生对该课程的参与度，提高学生学习这门课程的主动性和积极性，我们将该课程内容的教学分解为3个模块：基础教学模块、答疑与测验模块以及拓展学习模块。每个模块都采用线上线下混合教学的方式开展，如图1所示。

图1 教学内容设计

1)基础教学模块

基础教学模块主要是指对“电磁场与电磁波”课程知识体系的学习和讲解，主要包括矢量分析、宏观电磁场理论基础、静态电磁场、时变电磁场、电磁波的传输以及电磁波的辐射这几个课程内容单元，每个课程内容单元又可以分解为多个知识点。教师根据课程大纲为每一个课程内容单元分配好学时，并将每个课程内容单元相对应的视频、课件、参考资料等教学资源按时按序上传至MOOC平台。

在线下的教学中，教师采用引导式教学方法，从实际应用出发，引出每一课程内容单元的知识，并向学生初步讲解该课程内容单元的知识点框架体系，让学生对要学习的内容有一个大致的认识和了解，明白该知识点内容的主线。然后，教师按照大纲要求给出每个知识点的学习要求，并设置问题，让学生带着目的和疑问进入每一课程单元的线上自主学习。

例如，针对“介质中的Maxwell方程组”这一知识点，首先，教师在线下为学生讲述该知识点的框架体系，让学生初步了解电磁场和介质相互作用会导致介质出现极化和磁化现象。和自由电荷一样，极化电荷也能产生发散的电场；和传导电流以及位移电流一样，极化电流、磁化电流也能激发涡旋的磁场。这样再利用高斯定理、磁通连续性定理、法拉第电磁感应定理以及安培环路定理便导出了介质中的Maxwell方程组。其次，教师向学生提出如下的学习要求：①理解介质的极化和磁化现象；②理解介质中的Maxwell方程组各式对应的实验定律，以及方程组中各项的物理意义；③能利用Maxwell方程组分析和计算一些简单、典型的场的问题。最后，教师又向学生提出如下的疑问：①位移电流是真实存在的吗？和传导电流相比有什么异同？②极化电流是真实存在的吗？和极化强度有什么关系？③磁化电流是真实存在的吗？和磁化强度有什么关系？④从Maxwell方程组出发，可以看出时变电磁场运动具有怎样的特点？⑤Maxwell方程组有几个矢量方程是独立的？学生通过上述问题明白线下教学的目的。

在该模块中，学生线上自主学习主要包括在MOOC平台上学习视频和课件。教师通过MOOC平台后台管理功能查看学生的视频观看个数、视频观看次数以及视频观看时长。待学生完成该课程单元内容的线上自主学习后，教师再回归课堂线上教学，梳理该课程内容单元的知识点，并主要讲解和剖析重点、难点知识。

综上，基础教学模块包括教师导出知识框架体系、提出学习要求和问题，学生带着目的和疑问进行线上自主学习，教师再通过线下梳理知识点、讲解重难点。通过这一阶段的学习，学生对该知识点有一个初步的掌握，即可进入作业、测验与答疑模块。

2)作业、测验与答疑模块

作业、测验与答疑模块主要是为了考查学生对知识点的掌握程度，教师根据学生的学习效果及时地总结问题，巩固学习。作业和测验由教师在MOOC平台上的教学单元内容上发布，学生提交答案后教师前往MOOC平台进行批阅。答疑主要在MOOC平台上的讨论区板块进行，在该板块中的教师答疑区，学生可发表关于作业、测试、课件内容里希望能够得到教师回答的疑问。最终，教师根据学生的作业、测验完成情况，并结合学生在答疑中存在的疑问，归纳总结，在线下将学生在该课程单元内容中反映出的知识点薄弱环节进行重点讲解，达到巩固学习的目的。

3)拓展学习模块

拓展学习模块主要是引导学生将理论知识与实际应用结合起来，培养学生运用所学知识分析和解决问题的能力，提高学生对电磁场和电磁波相关理论知识的理解深度，激发学生对该课程的学习兴趣。

该教学模块分为课程讨论和课程专题研讨二个部分，其中课程讨论部分主要在MOOC平台的讨论区板块上进行，在该板块的课堂交流区，教师和学生可以讨论视频和课件中作为教学内容延伸的讨论；在综合讨论区，学生可发表任何与该课程相关的想与大家分享的经验及想法。另外，在MOOC中的学习页面板块设置课程专题研讨，分析电磁场与电磁波在电子信息领域中的相关应用，教师发布专题题目，或者是指定研讨范围，学生自主查阅资料，撰写课程报告线上提交。线上提交的课程报告设置为互评训练，每个学生的报告随机分配给其他5位学生批阅，这样一方面避免了评价主体的单一性，另一方面更重要的通过互评课程报告让学生开拓视野。最终，教师在线下总结学生的课程讨论内容和课程专题研讨内容，鼓励学生将所学知识与实际应用相结合，训练学生运用所学知识分析和解决问题的能力。

2.2 线上线下混合式考核方法的设计

针对线上和线下混合式教学内容的设计，我们采用了线上线下混合式的考核评定方式。学习过程的考核除了包括传统的出勤率、课堂表现、作业和测验外，还加入了线上学习情况以及讨论区的活跃度考核，目的是充分调动学生参与该课程的积极性和主动性。此外，为了培养学生理论联系实际，运用所学知识分析和解决问题的能力，我们加入了知识应用能力考核模块，通过线上提交的课程专题研究报告来评定成绩。期末闭卷考试主要通过选择题，问答题和计算题来考查学生对电磁场与电磁波基本知识的理解和应用。最终，该课程总的考核模块分为三个：学习过程考核、知识应用能力考核以及基础知识考核，分别占总成绩的30%，20%以及50%。考核评价体系如表1所示。

3 教学效果评价

为了评价“电磁场与电磁波”课程采用线上线下混合式教学模式的教学效果，我们在课程结束后

表1 考核评价体系 %

以网上调查问卷的形式对学生进行了调研。问卷调研的内容主要包括：

(1)您认为线上线下混合式教学方式相比传统课堂教学是否更能调动您学习该课程的主动性和积极性？

(2)您认为在教师的引导下线上自主学习，线下课堂主要讲解和剖析重、难点知识，更能节省您投入该课程的学习时间，提高学习效率？

(3)引入课程专题研讨和报告互评机制，是否能提升您理论联系实际，应用理论知识分析和解决问题的能力？

(4)您对混合模式中的线上教学和考核方式有什么建议和意见？

(5)您对混合模式中的线下教学和考核方式有什么建议和意见？

针对调研内容，100%的学生能接受和适应线上线下混合式教学方式，并认为相比传统课堂教学更能调动其学习该课程的主动性和积极性。94%的学生认为线上线下混合式的教学方法学生可灵活应用的时间更多，课下学习目的更强，更能节省该课程总的学习时间，提高学习效率。90%的学生认为通过课程专题报告研究和互评报告，能拓宽其知识面，提升其理论联系实际、应用理论知识分析和解决问题的能力，并能增加学习该课程的兴趣。13%的学生要求老师针对不同的课程内容单元，调整线上和线下所分配的教学时间，对于较为简单的涉及到高数和物理方面知识以及一些概念性的知识，线上无需再讲解；对于一些抽象难懂的知识，教师应增加线上教学时间。15%的学生建议增加线上关于例题分析的讲解，帮助学生加强知识点的理解和应用。总之，“电磁场与电磁波”混合式教学模式能提升学生学习该课程的积极性、主动性和学习兴趣；线上(课下)学生为主体，学习时间更为充分、灵活，并且学习目的强，更能提升学习效率；线下(课上)教师起引导及帮助学习巩固学习的作用，授课更具有针对性，能提升课堂教学效果。

4 结语

针对“电磁场与电磁波”课程难教难学的现状，结合互联网上各种教学平台的兴起和完善，本文提出了一种基于MOOC的线上线下混合式教学模式，线上教学以学生为主体，学生带着疑问和目的进行学习，旨在培养其独立思考和自主学习的能力；线下教学以教师为主导，从该课程教学的目的和学生的线上学习成果出发，引导和巩固学生所学。针对线上和线下混合式教学内容的设计，我们采用了线上线下混合式的考核评定方式。加入线上学习情况以及讨论区的活跃度的考核，提高对学习过程考核的成绩占比；加入知识应用能力考核模块，并利用MOOC平台进行学习互评报告，避免了考核主体的单一性，并拓宽学生的视野。教学实践证明，该教学方法能增加学生对该课程的主动参与度，激发学生的学习兴趣，教与学的效率都显著改善。