工科专业课混合式教学模式探索*——以“光电信息物理基础”为例

朱月红 郑一博 王 远 杨清莲(河北地质大学光电技术研究所 河北 石家庄 050031；河北省光电信息与地球探测技术重点实验室 河北 石家庄 050031)

光电信息物理基础是光电信息科学与工程专业(简称光电专业)的一门专业基础课，教材采用电子工业出版社的《光电信息物理基础》，由中国计量学院沈为民等老师编写.该教材是普通高等教育“十二五”规划教材，涵盖电磁理论、量子力学、固体物理、半导体物理、固体光学等主要内容.这些内容是光电信息技术发展的重要理论基础，对于光电专业的学生来说，全面掌握这门课具有很重要的意义.然而由于这门课程涉及的理论知识较多，同时需要扎实的先修课高等数学和物理基础，导致学生整体对这门课学习兴趣不高，积极性不够，教学效果不太理想.国内多所高校采用该教材作为光电专业的教材，任课教师及其团队对该课程教学进行积极探索与研究，并提出一些改进方法[1～4]，这些改进的方法都各具特色.

本文结合该专业学生特点，提出以“板书+多媒体，线上+线下，教师授课+学生上讲台”相结合的混合式教学模式，以此来改善教学效果，提升整体教学质量.该教学模式成果可以推广到学校其他工科专业的专业课教学中，促进学校工科专业整体教学水平的提高.

1 课程特点及存在问题

1.1 课程特点

该课程具有以下特点：

(1)多学科交叉.该课程涵盖电磁理论、量子力学、固体物理3部分.这3部分的其中任一部分都可以单独设课.电磁理论主要介绍电磁波的基本规律和基本方程、电磁波的波动性、电磁波辐射与传播等问题.量子理论主要介绍量子理论的实验基础、波函数与薛定谔方程、光的吸收和发射等问题.固体物理主要介绍晶体结构与晶体结合、晶格振动、能带理论基础、固体的导电性、半导体发光等.这就要求任课教师在授课时需要掌握这3部分内容以及它们之间的联系.

(2)知识涵盖面广.作为光电专业主要研究对象的光与电，其产生机理、传输特性、与物质的相互作用等问题都呈现在该课程中.该课程将光电知识从宏观到微观，从产生到传输，以及两者相互转换都进行了阐述.

(3)理论性强.该课程所涵盖的3大部分内容，都是原理性和基础性知识，是从光与电的本质上进行阐述，解释电磁波基本规律和光与电的产生及传播，以及与物质的相互作用.

(4)课时少.培养方案规定该课课时为48课时.该课的任一部分作为单独一门课，48课时基本可以满足.3部分内容放到48课时里面讲授，显得时间比较紧张.

1.2 课程教学存在问题

该课程在教学过程中面临的问题，主要有以下几点：

(1)学生学习兴趣不高.该课程先修课是高等数学、大学物理，如果这两门先修课基础比较薄弱，学习这门课就容易产生畏惧感，影响学习兴趣.

(2)课程认识不明确.该课程作为一门专业基础课，其理论性很强.大多数学生感觉课程内容和实际联系较少，产生该课程无用或用处不大等想法.

(3)课程考核方式单一.该课程的成绩构成为平时成绩+期末成绩，其中平时成绩占总成绩30%，期末成绩占总成绩70%.平时成绩由考勤、课堂回答等构成.期末成绩采用闭卷考核方式，满分100分，60分及格.该课程的3部分内容，分别从宏观和微观角度讨论问题，既相互联系又有本质区别.教学过程中，经常出现学生掌握后面知识的同时，忘记前面知识内容，导致期末考试不理想.

2 混合式教学模式

互联网技术与计算机技术的快速发展，带动教学模式的改变，多媒体教学逐渐进入课堂.2019年底新型冠状病毒肺炎的出现，打破了人们以往生活、工作、学习的方式和习惯.2020年2月，因防控新冠肺炎疫情需要，教育部提出利用网络平台，“停课不停学”，进一步推进了多媒体教学与在线教学.

2.1 板书+多媒体教学模式混合

板书作为传统教学的主要模式，具有直观、简洁、逻辑清晰等优点，在理论性比较强的课程中，具有比较大的优势.光电信息物理基础是面向光电专业二年级学生开设的专业基础课，48学时，3学分.该课程集成了电磁理论、量子力学、固体物理3部分内容，涉及多个定理、定律和方程，其中包含大量的数学计算与推导.讲授这些内容时更适合板书形式，以便学生更好地理解和掌握.

相比传统板书，多媒体融合了语言文字、声音、动画、视频等大量信息，能更生动形象地展示内容，学生更易接受.在授课过程中，将相关技术应用、科学家轶事和生平等内容以视频方式播放，学生可以更明确所学内容的由来及应用.在实际授课过程中，将多媒体穿插于板书中，既可以让学生得到放松，也调动了学习兴趣.

2.2 线上与线下教学模式混合

线下授课是相对线上授课而言，是师生在同一个教室中面对面的上课，可以有语言、眼神、肢体语言等交流，也是传统的教学方式.线下授课主要是以教师为主导，管理课堂秩序，讲授相关知识.学生作为学习的主体，在课堂上师生可以互动、交流，同时教师可以通过学生的眼神、表情来了解学生对所讲知识的掌握情况，同时也能将教育情感贯穿于课堂之中，增进师生情感.

线上授课则是利用互联网技术，通过网络平台如钉钉、腾讯会议、Zoom、雨课堂等进行授课.教师通过这些网络平台授课并布置相关学习内容及作业，学生通过网络平台学习相关内容并提交作业.相比线下授课，线上授课使学生学习地点不受限制，学习更便捷.根据防控新冠肺炎疫情需要，在授课过程中线上授课随时准备着.在线下授课时，也会时不时插入线上学习任务，让学生更好地理解相关内容.

2.3 教师授课+学生上讲台教学模式混合

传统教学过程中，大多数情况都是教师讲课，学生听课模式.教师作为知识传授的主动实施者，学生作为知识的被动接收者.如何改善授课效果，调动学生的学习积极性，成了大多数教师较为关注的一个问题.

学生上讲台，在此是指教师提前给学生布置任务，学生针对布置的知识点进行梳理，并做成课件，在课堂上进行讲解，必要时附以板书解释.学生针对某一个知识点进行梳理，是一个自我学习的过程，在一定程度上能够调动学习的积极性，同时锻炼学生的语言组织能力和克服上讲台的心理恐惧.教学过程中，适当安排学生上讲台，给学生展示自己的机会，同时上讲台的学生，对台下学生起到积极的带动作用.该学生会从自己的角度和知识层面去理解问题，分析问题，最后解决问题.通过多名学生讲解，一个知识点可以有多方位、多角度、多层次的理解，直接调动了学生学习的兴趣，带动了学生学习的积极性.

3 结论

工科专业课相对其他课程具有理论性强、知识面广等特点，又涉及高等数学、大学物理等先修课，导致先修课基础弱的学生在学习该课时比较吃力，表现出没兴趣、没动力，影响整体学习效果.为了提高本校工科专业课教学质量，借助互联网+技术，提出以“板书+多媒体，线上+线下，教师授课+学生上讲台”相结合的混合式教学模式，既有传统教学的板书教学，又有视频、动画等多媒体教学，既有教师授课的过程，又有学生讲解的过程，让学生既有压力，又有动力，同时提高学生的学习兴趣和积极性，促进教学效果，进而提高教学质量.该混合式教学模式可以适用于工科专业其他专业课的教学，提高整体教学质量.