“电磁场与电磁波”课程的混合教学模式研究

汤红卫，仲崇山，薛 惠

（中国农业大学 信息与电气工程学院，北京100083）

0 引言

美国哥伦比亚大学乔伊斯和韦尔最早将教学模式界定为：试图系统地探讨教育目的、教学策略、课程设计和教材，以及社会和心理理论之间的相互影响的、以设法考察一系列可以使教师行为模式化的各种可供选择的模型，是在一定教学思想或教学理论指导下建立起来的较为稳定的教学活动结构框架和活动程序。其中，教学活动结构框架突出了教学模式从宏观上把握教学活动整体及各要素之间内部的关系和功能；活动程序则突出了教学模式的有序性和可操作性［1～3］。

基于不同着重点，教学模式分类不同［2～5］：从概念特征看，有教学的过程模式、结构模式和方法模式；从主要理论依据看，有教学的哲学、心理学、管理学和社会学模式；从逻辑起点看，有从理论到实践模式和从实践到理论模式；从应用范围看，有一般教学模式与学科教学模式；从主要实施手段看，有面授教学模式、远程教学（在线教学、在线学习）模式、面授+网络辅助的教学模式，以及混合教学模式。

近年来，混合教学模式受到教育学术界高度关注，界定为：在混合教育思想、学习理论和教学理论指导下，在混合教学环境中，教学系统要素在时间上动态展开形成的较为稳定的教学活动安排［6～9］。

1 课程存在问题及解决方案

1.1 存在问题

“电磁场与电磁波”课程，是电子信息工程专业和通信工程专业一门必修的专业基础课程，这门课程具有理论性强、概念抽象、逻辑性严密、数学工具应用多、涉及应用领域广泛等特点。仅40学时，涉及9章内容［10］。如何在有限的学时内带给学生生动有趣的课堂内容和课堂形式是本文作者自2002年担任本课程教学以来一直不断探求的目标。

虽然取得长足进步但仍存在如下问题：课程与“大学物理”课程联系密切，部分内容比如静电场的高斯通量定律，“大学物理”课程中学习过它的积分形式，本课程中又引入它的微分形式，类似情况很多。会降低学生对本课程的好奇心，影响学生的学习兴趣，况且鉴于知识的连贯性和整体性，又不宜只讲述其微分形式，从它的积分形式讲起既重复又浪费，有待进一步解决这一矛盾。

“电磁场与电磁波”课程一直以来采用传统的面授方式，教学中虽然也使用了网络技术，如使用网络教学平台发布课件，仅此而已，实质上还是传统课程。近几年增加了学生综合实践环节，即Presentation环节，但是课堂形式仍是传统面授形式，缺乏讨论互动，难免枯燥、不够生动，也难以调动学生的学习兴趣。

1.2 解决方案

1）线上线下与课堂面授及Presentation结合

“电磁场与电磁波”课程共9章内容。其中，第1章为矢量分析，第2章至第7章每一章里都有部分内容与“大学物理”课程相对应的基础知识关联。将这部分基础知识内容录制成微视频转移到线上，利用多种媒体形式如ppt、微视频讲解（“微课”）等呈现，并结合在线测试、问答以及Presentation环节，使课堂形式丰富多样化，从而带动学生的兴趣。

2）教学课件的高度凝练与美观

无论是线上教学还是传统面授，教学课件的高度凝练与美观能够让学生直击重点，吸引学生的好奇心与注意力，使学生能够专心听课的必备条件之一。

3）教学内容的精心设计

鉴于“电磁场与电磁波”课程有些基础知识在“大学物理”已初步学习过，每节课按如下三种情形授课：一是每节课按50分钟全部面授，其间穿插有个别思考和提问，共16学时；二是每节课按40分钟面授，下课前利用雨课堂进行10分钟随堂测试和讲解，共20学时；三是每节课内容梳理成若干知识点，录播制成20～30分钟的教学视频，供学生自学，共4学时。

4）随堂测试的精心设计

随堂测试的精心设计能够跟学生很好地互动，充分调动学生的注意力和学习兴趣。是线上教学不可或缺的教学环节，也是传统面授教学环节的重要补充。

2 “电磁场与电磁波”课程的混合教学模式实施模型

格里菲斯大学（Griffith University）在充分开展混合教学时间的基础上，提出了混合教学五阶段模型（Bath，Bourke，2010）。清华大学在该模型的基础上，针对我国国情和多数院校现有的课程教学模式，提出了“混合课程的教学实施模型”，其实施过程分为前期分析、规划、设计、实施、支持与保障、评估与优化六个环节，如图1所示［11］。

图1 混合课程教学的实施模型

前期分析：对课程基本情况进行前期分析，以确定本课程是否适合开展混合式教学。包括：课程现状分析、现存主要问题分析以及教学环境分析，在此基础上设立混合课程及教学的主要目标。

混合课程及其教学的规划：确立规划原则、规划内容，以及选择混合教学模式等。

混合课程及其教学的设计：包括确立设计原则、设计流程、教学资源的分解与混合设计，以及混合教学活动的分解与混合设计、线上线下的内容分配等［12～14］。

混合课程及其教学的实施：包括实施的原则、实施的步骤以及实施的策略等。

支持与保障：主要包括教学准备保障、学校基础设施保障以及教学规章制度等。

3 “电磁场与电磁波”课程混合教学设计

3.1 教学计划的进一步调整和完善

课程教学内容与学时的调整也是本核心课程建设的重要内容之一，教学团队在之前的多轮教学经验和教学改革基础上［15，16］，并结合本课程教材［10］及参考教材［17，18］，对教学计划进一步作了调整和完善。详见表1。

表1 教学计划的调整和完善（40学时）

由表1可知，2016年第1章矢量分析由4学时改为1学时，教学内容的安排也有较大的改变和调整。这是因为第1章矢量分析虽然是“电磁场与电磁波”课程内容的重要基础，但也是“高等数学”课程里学过的内容，本课程中不宜作详细讲述授，只对一些常用且重要的知识点如梯度、散度与旋度等略作深入，并同时将它们与电场E、磁场H结合起来，如讲解梯度时，可以引入电位的梯度负值就是电场强度（即E=-Δφ），枯燥的数学公式就附有有了具象的内容。延用至今；第2章静电场，其部分内容在大学物理课程中学习过，简单作删减由8学时改调整为5学时；增加了Presentation环节6学时，该环节设置了近20个选题内容，包括均匀传输线、磁悬浮列车、电磁波的极化以及潜艇通信和多普勒雷达测速等。2018年又将Presentation环节分散引入教学过程中，并将集中Presentation环节调整为2学时。在2020年的又一轮教学过程中，考虑到培养学生工程实践能力，将与实际工程有着紧密联系的一些概念，如电介质击穿场强、电容（器）等，相应地引入若干工程案例进行计算和分析，又将第2章静电场调整为7学时，并配合随堂测试和在线测试环节，类似举措都一一列举，虽然学时非常有限，却能够在保证课程内容完整性、丰富性，以及教学形式多维、立体和多样性方面取得有突破性改进。

3.2 学习单元的划分和导学案设计

在进行导学案设计之前，应先进行学习单元的划分和拆分。

1）学习单元划分和拆分

将课程按章节内容进行单元划分和拆分，每一章划为一个单元，共9章划为9个单元，再加上集中Presentation环节共10个单元。1到9单元每一个单元根据教学计划和单元内容又划分为若干子单元，如表2所示。

表2 学习单元划分与拆分

2）导学案的设计

导学案以“学”为出发点，主要从“学”的角度设计学习内容和教学活动。它包括课程导学案、单元导学案和子单元导学案。

——课程导学案设计

本课程导学案的设计立足于课程教学大纲和教学计划，在认真研究教材、参考书及课程内容的基础上，挖掘课程的核心知识和重点知识，图2为所设计的课程导学案，以引导学生明确本课程的全貌、学习目标、重点知识，以及学习方法和考核方式等，成为学生学习的路线图。

图2 课程导学案

——单元导学案和子单元导学案的设计

本课程按照每章划分单元，第1章矢量分析为单元1、第2章静电场为单元2，以此类推。单元导学案和子单元导学案的设计思想和理念同前述课程导学案，图3为单元2的导学案中的一部分，图4为某一子单元的导学案中的一部分。学生通过单元导学案和子单元导学案能够明确该单元及子单元的教学要求和重点知识。结合课堂讲授、随堂测试、在线测试等，学生容易形成课程知识的脉络。

图3 单元导学案

图4 子单元导学案

3.3 混合教学目标与教学资源的设计

教学总体目标的设计如下：

知识与技能目标：使学生在“大学物理”和“高等数学”的基础上，掌握电磁场与电磁波的基本规律和基本计算、分析方法；过程与方法目标：逐步培养学生针对电磁场与电磁波相关工程实际案例，能够运用“电磁场与电磁波”课程所学知识，建立计算分析模型，实现对电磁场与电磁波相关工程实际案例的计算和分析；情感/态度/价值观目标：注重学生个性发展、创造精神、人格陶冶等方面的培养。

除上述课程总体目标之外，还应确定各子单元教学目标，为实现这些教学目标，设计相应的教学资源，参见表3。

表3 混合教学目标和教学资源设计

3.4 混合教学活动设计

为实现课程总体教学目标和各子单元教学目标，设计了相应的教学活动，如表4所示。为了规避线上教学学生懒散、不集中注意力听课而教师又无从监管等弊端，设置了随堂测试，图5示出了随堂测试中关于接地电阻的测试题，该测试题非常灵活，学生只有全神贯注地认真听课，理解和领会了接地电阻的概念及相关计算，才能够做出正确的选择。实践教学表明，通过设置灵活多样的随堂测试题，促使每个同学认真听课并积极参与测试，收效显著。

图5 随堂测试题目设计

表4 混合教学活动设计

3.5 混合学习评价维度设计

在混合教学平台上实现综合考核，有效的评价维度应包括以下几个方面（参见图6）：各考核维度的权重比例因课程性质不同，有不同的设定。电网络理论课程各个考核维度的权重比例设定为：在线测试与课后作业20%，在线学习行为12%，Presentation占8%，期末考试60%。

图6 混合学习的评价维度设计

4 结语

本文针对“电磁场与电磁波”课程目前存在问题，提出将混合教学模式引入到课程中，取得如下突出成效：

混合教学模式中课程导学案明确给出了课程的教学目标、基本要求等，单元和子单元导学案明确给出了每个单元和子单元的教学目标，牵引学生步入课程学习轨道。将大学物理课中学习过的知识转移到线上，以ppt、微视频讲解（“微课”）等形式呈现，再结合线上练习（在线测试）和问答，以及课程微信群，使课程多维立体、内容丰富、课堂形式多样化，学生学习兴趣明显提高。

合理组织和设计线上线下与课堂面授内容，并辅以适当的“微课”、线上线下练习、问答和课堂讨论话题等，并结合Presentation及多方面的考核评价维度，使电磁场与电磁波课程彻底摆脱以往一言堂式的刻板教学方式，提升了课程教学质量。