疫情背景下电磁场课程线上教学改革实践

王 鹏 曹芸茜 范 懿 马愈昭 牛勇钢

(中国民航大学 电子信息与自动化学院， 天津 300300)

“电磁场与电磁波”是我校电子信息与自动化学院通信工程专业一门重要的核心专业基础课程，该课程在基于电磁波的诸如广播、电视、雷达、卫星通信技术等领域均具有重要的理论指导作用[1-2]。在新冠肺炎疫情背景下，为贯彻落实教育部关于“停课不停教、停课不停学”的要求，高校教师需积极探索基于教育教学信息化的线上课程建设新方式，以满足疫情条件下的教学新需求[3-4]。为此，我们结合“电磁场与电磁波”课程特点，对该课程传统教学方案在教学新方式实施过程中出现的如下新问题展开研讨[5-6]：

(1)“教学资源”方面：平台、网络、学习设备等资源，在使用人数较多时会出现无法及时提供、运行不稳定的情况，加之网络教学资源中知识点的详略程度与我校大纲安排不同，导致单纯学习网络资源无法达到理想的教学效果。需要在教学方案中针对如何高效可靠使用网络教学资源进行新的设计。

(2)“教学过程”方面：学生基础知识及学习能力的差异，导致不同学生在相同时间内对相同教学内容的理解程度是不同的。学生在学习过程中要求学习资源可反复使用，课上听不明白之处可以此后反复学习，逐步加深对疑难问题的理解。需要在教学方案中对教学过程可回放的需求进行合理设计。

(3)“过程监控”方面：由于课程概念抽象、推导繁琐、公式复杂，学生听一遍很难完全掌握，需要学生循序渐进，反复思考，深入理解。传统教学在过程监控中常采用随堂测验的方案，基于本门课程的特点，该方案会增加学生的恐惧心理，不利于学生安心学习。需要在教学方案中对教学过程监控环节进行优化设计。

(4)“作业布置及检查”方面：由于课程难度很大，学生独立完成作业比较困难。为了提高学生学习效率及完成作业的主动性，需要在教学方案中对作业布置及检查环节进行有效设计。

基于上述分析，根据线上教学的新需求以及课程自身特点，需要结合具体问题对传统教学方案进行重新设计。

1 教学方案设计

1.1 方案选择

基于线上教学的新需求，课程教师在教学方案选择前，对学生学习的主用学习设备、网络类型、网络速度、安装网络学习软件等方面要进行调查研究，为方案选择提供数据支撑，调查在111名学生中间进行。

学生学习的主用学习设备的调查如图1所示。调查数据表明，有20.72%的学生没有电脑使用，加之平板及手机在散热性能方面比电脑差，在这样的条件下，学生在运行需要比较花费资源的学习软件时，会遇到一定困难。

图1 学习的主用学习设备调查结果图

学生学习的主用学习设备购买情况调查结果如图2所示。调查数据表明，有6.3%的学生为线上学习购置了学习设备，其中有将近50%的学生购置的是二手旧设备。同时，还有1.8%的学生无能力购置学习设备。以上调查结果表明，部分学生通过购买方式获得学习设备的难度较大。为保障学生的学习质量，要求课程教师在教学方案设计过程中最大限度降低对学习设备的要求。

图2 学习的主用学习设备购买情况调查结果图

学生线上学习网络类型调查结果如图3所示。调查数据表明，有13.52%的学生网络流量有限额，超出限额要缴纳流量费用。为保障学生在确保学习质量的情况下尽可能减少流量费用，要求课程教师在教学资源设计过程中最大限度降低流量消耗。

图3 线上学习网络类型调查结果图

学生线上学习网络速度调查结果如图4所示。调查数据表明，有将近60%的学生在采用视频直播学习过程中存在不同程度的网络卡顿及掉线现象，有7.2%的学生出现卡顿及掉线现象比较频繁，严重影响到学生学习的流畅度及完整度。为保障学生的学习质量，要求课程教师在教学方案设计过程中尽量降低网络拥堵对学生学习效果的影响。

图4 线上学习网络速度调查结果图

学生在网络学习软件安装和使用感受的调查结果如图5所示。调查数据表明，有40.54%的学生认为安装各类软件比较费事，有37.84%的学生认为此需花费较多精力熟悉各类软件使用方法，有32.43%的学生认为视频直播课程的回放文件占用硬盘空间较大，有23.42%的学生认为学习设备性能差导致在视频直播学习过程中不是很流畅稳定。为保障学生的学习质量，要求课程教师在教学方案设计过程中尽量优化教学方案，降低对学生学习效果的影响。

图5 多种类型网络学习软件使用感受调查结果图

基于上述调研结果，对教学方案选择较为慎重，教学方案选择框图如图6所示。

图6 教学方案选择框图

起初，课程组共有三种备选方案：

方案一：课程教师需依托在线教学平台进行授课，课程组确定了“依托慕课平台在线学习，授课教师辅助答疑”的教学方案。该方案可使学生学习到优秀教学资源，但该方案存在如下缺点：①慕课视频的教学内容与我校课程大纲结合不紧密，未按我校课程大纲进行设计；②慕课平台在使用初期界面响应不稳定，某些情况无法正常操作；③学习过程易受网络速度及设备性能限制，影响学习流畅度及完整度。

方案二：课程教师需参与授课过程，为了避免直播授课中的网络拥堵问题，确定了“授课教师录制学习资料发布给学生”的教学方案。该方案具备如下优点：①教学内容贴合大纲要求；②避免直播带来的不可控风险；③学习内容可稳定回放。但是该方案存在如下缺点：①学生在学习教学资料过程中缺少与教师的互动，不易于全程集中注意力；②教师录制教学资料需花费大量时间及精力。

方案三：考虑到部分课程教师在教学任务很重的情况下无法坚持录制全部课程学习资料，确定了“授课教师在线直播”的教学方案。该方案具备如下优点：①教学内容贴合大纲要求；②无需录制学习资料；③易与学生互动交流。但是该方案存在如下缺点：①存在直播不可控的风险；②学习过程易受网络速度及设备性能限制，影响学习流畅度及完整度。

由于“电磁场与电磁波”是一门教学难度很高的课程，在教学方案选择上应尽可能将快速稳定且学生熟悉的软件用于教学平台，在保障学习的流畅度及完整度的基础上，使学生不要把注意力分散在各种平台的下载、注册、熟悉、使用等方面，而是确保学生在学习过程中把更多注意力放在学习知识本身上。

课程在充分权衡上述三个方案优缺点的基础上，最后确定了如下教学方案：“慕课视频用于学生课前错峰预习，授课教师录制全部课程音频教学资料，基于微信平台‘文字+音频’的直播方式”进行教学。该方案在实施过程中，可借鉴优秀的教学资源，贴合教学大纲，降低直播风险，增进学生互动交流，选用微信平台快速稳定，音频资料节省流量费用，授课内容可回放，降低网络及设备要求，保障所有学生学习效果。

1.2 方案实施

基于方案选择分析，对选定方案实施过程进行设计，教学方案实施框图如图7所示。

图7 教学方案实施框图

1)课前教学过程

课程教师根据教学大纲内容将教学时间安排发布给学生，由于本门课程较为抽象，理解起来比较困难，学生需在学习前，回忆课程涉及的已学基础理论知识；根据教学安排在课前粗略观看慕课视频，大致了解教学内容。这些措施为即将学习内容建立初步印象，为深入学习奠定基础。

2)课中教学过程

课程教师基于微信平台建立课程授课群与课程交流群。上课当天，课程教师在授课群里发布本次课程需完成的教学内容、作业题目、教学课件、针对教学课件录制的讲解录音、动画视频，开展线上“文字+音频”的直播教学；课程交流群则完成师生在课上课下的交流。

该方案在教学实施过程中无需安装其他教学软件，节省流量费用，授课内容可回放，降低网络及设备要求，保障所有学生的最终学习效果。

课程教师结合本次课程重要知识点精讲配套作业，为了让学生更好地掌握作业内容涉及到的知识点，授课教师将作业讲解内容制作成课件，梳理清楚解题思路及方法，同时作业讲解内容也录制于音频文件，方便学生反复学习。该方法可加深学生对课程知识点的理解，促进作业高效完成，便于及时弥补知识漏洞。

课程教师针对点名完成后，有些学生可能没及时进入学习状态的情况，对点名后环节进行了新设计：在课程授课群里随机点名20名左右同学，被点名的学生将此时电脑或手机屏幕截图发送到课程交流群，该方案可在点名后，及时了解学生的学习状态，督促学生在上课时间安排好学习进度。在发现个别学生不在学习状态后，加大对该名学生后续点名的频率，更好地督促学习积极性较差的学生安心学习，加强学习的“过程监控”。

在课中及课后学习过程中，学生有任何问题都可以在交流群进行提问，课程教师采用“文字+话音+截图”的方式进行答疑。该方案可使有类似问题但不好意思提问的同学也能够从他人提问中及时了解相关内容，解决学生的共性问题。

3)课后教学过程

课程教师课后将当天的教学资料发送到课程邮箱，便于学生在微信文件被清理的情况下，也可在课程邮箱进行下载，同时也方便学生在不能及时上课的情况下也能够全部找到教学内容，稳定获取课程学习资料。

课程作业内容均为主观题，无法采用现有方法对作业结果进行自动化统计，为此采用学生将作业拍照并上传到课程邮箱的方式提交作业。该方案无需安装其他学习软件，便于作业保存备份，下载速度较快且无需付费提速。

4)考核教学过程

在检查学生学习效果方面，由于线上教学的特殊环境，原有的部分考核方式需做调整。课程期末考试采用线下考核的方式，最终成绩综合考虑学生的平时表现(出勤、作业、状态)、大作业、实验及期末成绩，教学改革前后考核方式比较如表1所示，该方案可综合考虑知识、能力、素质三个层面。在教学效果持续改进方面，课程采用问卷星平台，基于匿名问卷方式分析教学效果。该方案可促进持续改进教学方案及方法，不断提升教学质量。

表1 教学方案改革前后考核方式比较表

2 教学效果

通过调查问卷结果表明，本学期的教学改革取得了不错的教学效果。学生学习收获调查结果如图8所示。有88.29%的学生可从课程中了解一些电磁学的基本理论，有78.36%的学生可从课程中了解一些理论的物理意义，有64.86%的学生可从课程中了解一些理论的一般推导方法，有59.46%的学生可从课程中了解一些理论的实际应用，有47.75%的学生通过学习培养了发现问题、分析问题、解决问题的意识。

图8 学生学习收获调查结果图

至于学生对教学方案改革的看法，在教学方案设计方面，有68.47%的学生认为该教学方案可借鉴优秀的教学资源，有61.26%的学生认为该教学方案便于回放授课内容，有60.36%的学生认为该教学方案可降低直播风险，有51.35%的学生认为该教学方案便于讲授内容贴合教学大纲，有45.95%的学生认为该教学方案可降低网络及设备要求，保障所有学生学习效果，有39.64%的学生认为该教学方案选用微信平台快速稳定，有36.94%的学生认为该教学方案中采用音频资料学习方式可节省流量费用，有36.04%的学生认为该教学方案可增进师生间的互动交流。教学方案改革效果调查结果如图9所示。

图9 教学方案改革效果调查结果图

3 结语

教师以学生为中心，结合线上教学的新需求及“电磁场与电磁波”课程特点，对教学方案进行有针对性的设计，解决传统教学方案在教学实施过程中不适用的问题。在教学方案改革方面，课程教师在充分研究三个备选方案优缺点的基础上，以快速、稳定、便捷为基本原则，以保障全部学生的学习效果为根本目标，制定了“慕课视频用于学生课前错峰预习、授课教师录制全部课程音频教学资料、基于微信平台‘文字+音频’直播教学”的教学方案，综合使用了慕课、微信、邮箱、问卷星等常用平台，对教学方案中课前、课中、课后及考核环节进行重新设计，既满足了线上教学的新需求，又保障了教学活动的高效有序开展。问卷结果表明：本学期的教学改革对于提升学生学习效果、激发教学活力的效果显著；同时在教学过程中也有学生提出一些宝贵的意见及建议，课程组将在后续的工作中不断改进，继续提高教学水平及教学效果。