《大学物理》线上线下混合式“金课”的研究与实践

孙建敏 康缈 李新营

摘  要：践行“两性一度”“金课”标准，贯彻立德树人和“以学生为中心”的教学理念，打造和建设各类课程“金课”已经成为全国高校课程改革的热点问题。本文以《大学物理》中“静电场的高斯定理”为例，研究和实践了贯穿课前、课中和课后等环节的线上线下混合式教学模式，建立了量化、数据驱动的学习过程和学习结果评价体系。通过实施的具体举措，切实提高了教学质量，让更多的理工科学生和教师受益，并为其他课程的“金课”建设提供参考。

关键词：大学物理  线上线下教学  金课  高斯定理

中图分类号：G642.0                        文献标识码：A文章编号：1674-098X（2021）05（b）-0212-04

Research and Practice of College Physics Based on the the Online and Offline Mixing "Golden Course"

—— Take "Gauss Theorem of Electrostatic Field" as an Example

SUN Jianmin  KANG Miao  LI Xinying

（School of Physics and Electronics， Henan University， Kaifeng， Henan Province， 475004 China）

Abstract：It has become a hot issue in the curriculum reform of colleges and universities in China to practice the standard of "Two Properties and one degree" and "Golden Course"， implement the teaching concept of "Lide Shuren" and "Student centered"， and build and construct all kinds of "Golden Course". Taking "Gauss Theorem of Electrostatic Field" in college physics as an example， this paper studies and practices the online and offline hybrid teaching mode that runs through the links of pre class， in class and after class， and establishes a quantitative， data-driven learning process and learning result evaluation system. Through the implementation of specific measures， we can effectively improve the quality of teaching， benefit more science and engineering students and teachers， and provide reference for the construction of "Golden Course" of other courses.

Key Words： College Physics; Online and offline teaching; Golden Course; Gauss Theorem

2018年8月，教育部印发了《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》（教高函[2018]8号文）[1]提出：“各高校要全面梳理各门课程的教学内容，淘汰‘水课、打造‘金课”。2018年11月，教育部高等教育司司长吴岩在第十一届“中国大学教学论坛”作了题为“建设中国金课”的报告，报告强调[2]建设中国“金课”，让高校的“金专、金课、金师”随处可见，让“水专、水课、水师”无处安身。淘汰“水课”、打造“金课”正式写入教育部的文件。“两性一度”，即“高阶性”“创新性”和“挑战度”是“金课”建设的三大根本标准，线下、线上、线上线下混合式、虚拟仿真和社会实践是建设五大“金课”的目标。打造“金课”要合理运用現代信息技术手段，积极开展线上线下混合式教学。如果我们打造一大批国家“金课”和地方“金课”，让“金课”异彩纷呈、多种多样，我们就可以说有了提高人才培养质量的杀手锏，有了实现学生更好发展的金钥匙，从而让3个“一去不复返”变成现实。

1  研究的意义

《大学物理》课程是高等学校所有理工科专业学生必修的一门重要的公共基础课程。它所讲授的基本理论、基本规律、基本方法、科学思想等是当代大学生必须具备的基本科学素养，对激发学生探索和创新精神、培养其逻辑思维能力、提升其整体科学素养、形成科学，价值观起着其它课程无法替代的作用[3]。

目前全国各高校围绕打造和建设各类课程“金课”的目标展开[4-5]。因此，如何真正意义上把河南大学的《大学物理》课程打造成有深度、有难度、有挑战度异彩纷呈的“金课”，使其成为河南大学乃至河南省的一块金砖，成为我们积极探索、改革研究的内容。基于此，本文开展了立德树人和“两性一度”理念下打造《大学物理》“金课”的研究与实践工作。

2  研究与实践

2.1 本校《大学物理》课程简介

河南大学《大学物理》课程多年来一直面向河南大学理工科及医学众多专业开设，一贯重视教学改革和质量工程的建设工作，目前该课程已经在智慧树网站上线，课程网址为http：//hike-course-homepage.zhihuishu.com/home/courseDesc？courseId=10296537，已经获批河南省2019年线下一流本科课程、河南省2020年省级精品在线开放课程以及2020年河南大学线上线下混合式本科课程。

2.2 教学研究与实践——以“静电场的高斯定理”为例

本文以程守洙、江之永主编的《普通物理学》（第七版）7-3“静电场的高斯定理”[6]为例具体阐述如何开展线上线下混合式“金课”的教学研究与实践。

2.2.1 教学内容和学情分析

真空中静电场中的高斯定理反映了静电场有源的基本性质，提供了简捷求解电场强度的方法，一直都是《大学物理》教学的重要内容。根据教育部理工科非物理类专业大学物理课程教学基本要求[3]，该教学内容为A类核心内容。但是，由于该定理是大学阶段新讲授的内容，高中没有相应的基础，再加上要求学生能熟练运用深奥抽象性较强的积分和矢量等高等数学知识，因此，该定理一直是《大学物理》教学中公认的一个难点[7-8]。

2.2.2 教学目标体现“金课”的高阶性

“金课”的高阶性就是知识能力素质的有机融合，是要培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维，因此要达到“金课”的要求，教学目标要体现高阶性。本次教学设计按照布鲁姆的教学目标分类法，将课堂教学目标按照知识传授、能力建设、情感（态度）养成3个层次来划分，更注重学生的自学能力、综合素质以及多维评价等要求的设计。知识传授这一层所涉及的是课程的事实性知识和概念性知识，以学生线上学习和自学为中心。能力建设和情感（态度）层面以线下课堂教学和线上课后拓展学习为中心，偏重鼓励学生参与教学和积极交流、互动。本节课程的教学目标具体如下。

知识和技能层面：（1）理解定理的推导过程，掌握从特殊到一般以及归纳总结等科学的研究方法;（2）深入理解和熟练掌握该定理的数学表达式和丰富的物理内涵;（3）掌握定理求解电场强度的适用条件，熟练应用该定理解决常见高对称性电荷分布（球对称、轴对称、面对称等）的电场问题;（4）通过对比和类比的研究方法了解和理解电磁学中库仑定律和高斯定理两大基本定理的区别和联系。

情感态度与价值观：（1）通过定理的推导过程，培养学生独立获取知识的能力以及科学的学习方法，提高学生的科学素质、科学思维方法、科学研究能力以及创新能力;（2）在“硬”理论课中积极探索开展 “物理思政”工作，例如通过求解电场强度方法和定理使用条件的对比，彰显课程立德树人的根本任务，增强爱国主义观念，建立辩证唯物主义世界观。

2.2.3 教学活动体现“金课”的创新性

创新性是指课程内容要反映前沿性和时代性，教学模式体现先进性和互动性，学习结果具有个性化和探究性。本节课程的教学活动以立德树人和“新三中心”为新型的教学理念，充分发挥网络教学优势和利用现代化的信息技术，采用线上线下混合式拓展教学，注重激发学生学习的兴趣和潜能，增强学生的创新能力和实践能力。

本节线上线下混合式拓展教学的教学过程由3个部分组成：课前教师布置任务和学生预习学习;课中师生互动内化深度学习;课后学生拓展延伸学习和教师总结、反思和改进。

课前：主要是线上学习。教师布置任务和学生预习学习：教师制作《静电场的高斯定理》线上微课[9]，课程网址为https：//study-esources.zhihuishu.com/？courseId=10296537。设计教学任务清单包括观看微课，复习电场强度通量的定义、方向的规定、静电场电场线的基本性质以及预习静电场的高斯定理等。上传教学任务清单的教学资源并在线答疑、课前测试;学生观看教学视频，学习其他教学资源。自主学习、完成教学任务清单以及反馈学习内容、提出问题。

课中：主要是师生互动内化深度的线下学习。教师创作教学情境，布置学习任务包括真空中高斯定理的推导过程、高斯定理的数学表达式以及丰富的物理内涵（包括主要物理量、主要的对应关系以及所代表的物理意义）、利用静电场的高斯定理求解对称性电场的电场强度。教师通过雨课堂设置考查高斯定理丰富物理内涵以及适用条件的客观题目，包括选择题、简单的填空题，通过测评结果有针对性地解惑、讲解，起到画龙点睛和深化主题讨论的引导和指导作用;学生通过讨论分析高斯定理求解电场强度的适用条件，进行合作探究，对复杂抽象的定律有更深入的理解，从而建立清晰的物理图像和深刻理解物理模型。学生总结高斯定理求解电场强度的一般步骤，主动参与和经历具体题目的求解过程（注重讨论分析教材第273页的例题7-8“求电荷均匀分布的球面和球体所激发的电场强度”），并对计算结果归纳演绎，最终总结收获。

课后：主要是学生拓展延伸学习和教师总结、反思和改进的线上学习。教师布置习题作业，对教材第275页的例题7-9“求均匀带电的无限长圆柱体所激发的电场强度”作拓展性讨论分析（以第277页的复习思考题7-3-3为基础），深刻理解利用高斯定理求解电场强度的条件以及有限和无限带电体产生电场的本质区别。教师布置拓展性任务，完成教材第277页的复习思考题7-3-4并进行深入讨论和分析，以便回顾复习7-1节“库仑定律”，并深刻领会库仑定律是电磁学的理论基础。教师设计非标准性答案考试题目“高斯定理和库仑定律的区别和联系以及静电场电场强度的求解研究”，引导学生知识迁移。教师在线答疑并评价反馈、总结反思、实时调整;學生独立完成以上作业，及时上传，交流互动，并进行成果展示，总结收获。

2.2.4 评价体系体现“金课”的“挑战度”

教學评价是教学过程中的一个重要环节，建设量化、数据驱动的公平、公正、透明的课程评价体系，不仅调节、控制着教学过程，而且激励着学生的学习。“金课”相对于传统教学，对学生的考核要求提高了，考核有一定的挑战度，不但重视学习结果考核，更要重视学习过程的考核，以全面考核学生的综合素质。

针对以上教学设计的三层目标，线上线下混合式“金课”的教学评价体系具体评分细则如图1所示。

本节具体的考核要求及题目设计如下。

知识层面的考核：考核的题目主要是客观题，例如选择题（单选与多选）、判断题以及简单的填空。对高斯定理丰富内涵的考核，主要考查该定理中主要的物理量、对应关系及物理意义，例如教材第273页的说明（4）“在高斯定理的表达式中，右端是闭合曲面内电荷量的代数和，而左端的电场强度却是空间所有电荷所激发的总的电场强度”以及第277页的复习思考题7-3-1“如果在高斯面上的电场强度 处处为零，能否肯定此高斯面内一定没有净电荷？反过来，如果高斯面内没有净电荷，能否肯定面上所有各点的电场强度 都等于零？”，这部分考核可以通过线下雨课堂客观题目推送直接测试与考核。

技能层面的考核：考核的题目主要是主观题，考查熟练应用高斯定理解决常见高对称性电荷分布（球对称、轴对称、面对称等）的电场问题，采用线下作业题的布置“例题7-10认真看一遍，例题7-8 和7-9自己独立手写一遍（包括简短文字说明和计算结果、做最后的极限讨论）再上传。”也可采用线下课堂分组讨论的形式讨论教材第277页的复习思考题7-3-3和7-3-4，要求小组成员协同采用互动研究式讨论完成该讨论，并由小组组长归纳概括讨论主题，最后教师总结深化讨论主题，以培养团队协作能力、辩证能力以及共同解决实际问题的能力。情感和价值观层面：探索非标准答案考试，注重考查学生分析和解决问题的能力，破除“高分低能”积弊。通常给学生开放的答案，遵循循序渐进的学习过程。这部分考核可以在智慧树线上课程进行，参考题目“高斯定理和库仑定律的区别与联系、静电场中电场强度求解方法的研究”，最终以论文的形式进行展出，并评选出优秀论文。

3  结语

遵循“两性一度”的“金课”标准，体现“新三中心”的创新课堂教学理念，根据布鲁姆的教学目标分类原则，设计了贯穿课前、课中和课后等环节的线上线下混合式教学模式。通过一系列行之有效的研究与实践，使《大学物理》课程成为河南大学的一块“金砖”，突显公共基础平台课为河南大学培养“铁塔牌”一流本科人才的独特作用。

参考文献

[1] 教育部.关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》[z].2018.

[2] 吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：     4-9.

[3] 教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会等.理工科大学物理课程教学基本要求[M].北京：高等教育出版社，2011.

[4] 杜锦丽，申继伟.《大学物理》混合式“金课”的探索与实践[J].高教学刊，2019（26）：97-99，102.

[5] 孙秋华，赵言诚，姜海丽，等.立德树人理念下大学物理“金课”建设探索与实践[J].高教学刊，2020（9）：    68-71.

[6] 程守洙，江之永.普通物理学[M].7版.北京：高等教育出版社，2019.

[7] 卫丽娜.“电场高斯定理”的教学设计[J].物理通报，2015（8）：21-23.

[8] 彭婷，吴维宁，蔡亚璇.电磁学高斯定理学习状况的研究[J].教育教学论坛，2020，26（26）：334-335.

[9]Gardiner，L.F.Redesigninghighereducation，Producingdramaticgainsinstudentlearning.Eircdigest[J].AchievementGains，1994，23（2）：46-50.