“电磁学”课程小班互动教学模式的探索与实践

金 伟，刘 彤，丁长春，付 佳

（西华大学 理学院，四川 成都 610039）

“电磁学”是物理学相关专业学生最重要的基础必修课程之一。课程主要研究电、磁和电磁的相互作用现象及其规律，是电动力学、电路分析、固体物理等后续课程的基础。相关知识广泛应用于工、农、医等领域，也是“四新”课程建设中新工科与新医科的重要知识组成部分［1］。因此，该课程的基础理论对于学生今后从事教学、科研以及工程技术等领域的工作十分重要。

一、“电磁学”课程传统教学存在的问题以及小班教学的必要性

与其他基础课程一样，“电磁学”课程教学中面临理论枯燥与知识抽象的问题。“电磁学”课程涉及很多物理概念和公式推导，若只采用传统的讲授模式，学生在课堂上容易无法集中精力，在学习过程中也容易出现学习兴趣不够的情况。尤其是对于理论基础相对薄弱的学生而言，这些枯燥的概念和公式会让他们觉得该课程的学习门槛很高，出现畏难情绪或自卑心理，最终导致学习效果不好。此外，传统教学中没有很好地将课程知识与实际应用相联系，时代前沿性的涉及略显不足，难以启发学生解决什么问题和怎样解决问题的科学思维。现有课程资源的匮乏和教学内容的单一，极易给学生造成理解困难和创新实践能力不足的问题。这些都在无形中给学生提升了学习难度，降低了学习兴趣。

随着高校扩招，班级人数逐年增长，教育资源日渐紧张。一些高校采用大班制教学来缓解师资压力，降低教育成本，但授课过程缺乏师生互动，很容易出现“教师主动输出，学生被动输入”的课堂氛围。基于传统大班制教学存在的一些问题，近年很多研究都在积极探索新的教学改革措施。张帆等［2］对比研究了传统大班制和探究式小班教学模式对大学生整体学习效果的影响，结果表明探究式小班教学模式的教学效果更加明显，也更利于提升学生的学习效果。涂军波等［3］基于小班教学的优势，结合基础课程的特点，实施小班互动教学，丰富原有的教学资源及教学设计模式，实践结果表明小班互动模式有利于提升学生的自主学习能力和科学思维方式。毕岚等［4］将小班制模式融入大学物理课堂，教学过程突出师生、生生之间的互动交流，很好地体现了以人为本的教学理念。张丽等［5］对电子材料课程进行探究式小班教学，分别从教学理念、教学方法、教学内容及考核机制等方面进行改革和实践，发现小班模式可以充分调动学生的学习积极性，更有利于学生创新思维及主观能动性的培养。目前，小班化互动式教学也是世界一流大学普遍采用的一种教学模式［6］，可以突出以学生为中心的教学理念，进一步加深师生之间的交流，便于师生进行及时的反馈互动。

“电磁学”是西华大学理学院应用物理学专业的专业基础课程，面向大一下学期的本科生，学生的专业基础分布方差较大，同时知识迁移能力有所欠缺。如果教学内容过于简单，进度较慢，会让有基础的学生感到无聊；如果讲解内容过于抽象，进度快，则会让部分学生感到吃力。采用传统的大班教学模式，教学方法较为单一，教学过程缺少师生互动，难以实现学生的个性化发展。在深化“四新”建设的教育背景下，考虑本校应用物理学专业学生的基本情况，“电磁学”课程从2021年开始采用小班互动教学模式，探究适应新学情的“四素”+“三维”教学目标［7］，以学生为主体，进一步提升学生的动手能力、创新能力和团队协作能力。

二、“电磁学”课程小班互动教学的探索与实践

（一）落实以学生为中心的教学理念

在“四新”课程与“强基计划”联合背景条件下，实施诸多创新举措的前提是始终坚持“以学生为中心”［8］。在教学中需要转变“教师主动输出，学生被动输入”的教学模式，让教师从主导者变为引导者，学生从被动接受转为自主探究，提升学生的学习兴趣。“电磁学”课程在教学过程中，采用小班互动教学模式，其中包括学生主讲、小组互动讨论、翻转式教学、专题研讨、学生自主课外实验等方式，落实以学生为主体的教学理念。通过分析和解决电磁学的基本问题，培养学生严密的逻辑思维。通过翻转教学和学生主讲模式，进一步加深学生对所学知识的理解，培养学生自主学习能力以及多媒体制作能力，提升学生的个人表达能力。通过专题研讨，鼓励学生根据个人兴趣选择课题，查阅电磁相关的前沿文献，拓展学生跨学科的科研探究能力，展开对复杂问题的深入探索，初步具备学术创新意识。通过小组课外趣味实验，理论联系实际，激发学生的学习兴趣，培养学生小组分工合作意识，提升团队协作能力。

（二）重构“电磁学”课程的教学内容

为了解决传统“电磁学”课程教学过程中存在的难点和不足，将教材中所有的知识点进行解构，然后针对实际学情进行重新组合。根据我校应用物理学专业的学情设计基本任务和高阶要求，目的是阶段性提高学生的学习能力和效果。基本任务以推导和理解知识点为主，而高阶要求以知识点的应用为目的。如图1所示，“电磁学”课程的内容主要包括高斯定理、安培环路定理、麦克斯韦方程组等内容，以“电”“磁”与“电磁感应”三部分为“枝”进行梳理整合，在教学过程中引导学生归纳总结课程的思维导图，让学生对课程内容有更加清晰的了解，达到学生的低阶知识要求。同时考虑到高阶性、创新性和挑战度，力图培养学生具备解决复杂问题能力、科研探究能力、实验探究能力和团队协作能力等。例如，在讲解霍尔效应部分内容时，为了培养学生的高阶能力目标，从经典霍尔效应的物理机理出发，扩充到科学前沿的量子反常霍尔效应；讲述我国科学家薛其坤团队发现量子反常霍尔效应的过程，激发学生的创新精神和民族自豪感。同时，将学生自主课外实验和最新的学术研究引入课堂，培养学生的科学思维能力、应用转化能力和高阶思维能力，进一步激发学生的学习兴趣。

图1 电磁学教材解构重组示意

（三）优化“电磁学”课程的教学设计

针对不同基础的学生和学习特点，运用多种教学方法，尤其是信息化的教学模式与策略，如引导学生学会用软件绘制思维导图，不仅可以更好地突出教学重点，还能帮助学生厘清整体思路。同时设计出基于理论知识的虚实结合的实验任务，将抽象的问题具体化，便于学生对抽象概念的理解，进一步提高学生的理论学习效果和实践创新能力。在小班互动模式下，学生是课堂的主体，教师则主要是作为引导者参与其中。以涡电流为例，课程开始设计了虚拟仿真实验——电磁感应，引导学生通过扫码进入虚拟仿真实验平台，教师简单介绍虚拟实验如何操作，提醒学生注意观察小灯泡发亮情况。学生则在实验过程中操作，观察并分析实验过程，分组协作讨论。教师采用问答方式引导学生分析灯泡发亮的原因，引出感应电场与感应电流。同时联系生活实际，设计问题，如电磁炉加热问题。借助线下课堂实验，演示无电源的闭合回路中，灯泡如何发亮。学生结合电磁感应的基础，思考电磁炉加热的原理。在物理模型上化繁为简，引导学生分析电磁感应与电磁炉加热的关系。通过涡电流引出法国物理学家傅科，引导学生主动了解傅科在科学领域所做的贡献，向学生弘扬科学精神，一方面可以扩展学生的课外知识，另一方面能激发学生的学习兴趣。最后根据学生的学情设计出基本任务和高阶要求，阶段性提高学生的学习能力和效果。

教学过程中，仿真实验平台和线下实验的结合有助于提高学生理论和实践相结合的动手能力。首先，利用课后作业和随堂测试来加强学生对知识点的查漏补缺和巩固；其次，结合翻转课堂和科研引导等多种手段加强学生的学习效果；最后，针对电磁学知识应用广泛的特点，将虚实结合带进课堂，可以有效地实现学生的个性化培养。

（四）改变“电磁学”课程的评价模式

运用现代信息教学平台，除了采用传统的“师评生”模式，还增加了“师评师”“生评生”“生评师”的多主体评价模式。教师方面，采用“师评师”和“生评师”多主体评价方式，有利于教师及时掌握教学效果，避免教师视角存在的“单向沟通”或是“无效讲授”，可以帮助教师获得各方面的及时反馈，尤其是和学生之间保持有效互动，在学与教的过程中构建师生共同体，实现“教师”和“学生”的双向奔赴，促进教学过程顺利实施。学生方面，通过“生评生”和“生评师”的评价体系，有助于学生与教师之间、学生与学生之间的沟通联系，也能让学生更加全面深入地了解自己，及时调整学习过程中存在的问题，增加师生及生生之间的友谊。

此外，传统的教学考核方式一般分为两部分：平时成绩和期末考试。其中期末考试占比很大，平时成绩则仅由考勤和作业组成，学生的学习目的和重点容易变成“通过期末考试”。因此，“电磁学”课程在小班授课时对学生的考核方式做了一定的改变，如图2所示，考核主要分为过程性考核（占50%）和终极考核（占50%），重视学生的学习过程。过程性考核将平时成绩分为课堂整体表现、翻转课堂、课外探索以及小组作业四个部分。课堂整体表现由学生平时的课堂活跃程度和单元测评两部分构成，占比10%。其中课外探索部分先由教师给出前沿课题，学生分组查阅相关资料，归纳分析后汇报调查结果，这样可以进一步提升学生的团队协作能力。同时，在教学过程中设置一些趣味实验，有虚拟仿真实验也有线下操作实验，虚实结合便于学生理解和掌握电磁学中涉及的一些抽象概念，提高学生的动手能力。期末考试在题型和内容上做了改变，使得题型更加丰富多样，除了考查学生对电磁学基础知识的理解记忆，还涉及生活应用以及考研真题，提升学生应用转化能力以及高阶思维能力。

图2 “电磁学”课程考核机制示意

通过小班互动授课模式，学生的主观能动性得到提升。课程后续跟踪数据显示，学生能在活跃的课堂气氛中获得浓厚的学习兴趣。首先，学生对课程的认可度等有所提高，学习态度更加积极，能促进知识目标的达成。其次，学生通过学习“电磁学”课程，通过专题研究、虚实结合实验等环节启发了思维，培养了解决问题的科学方法，激发了学术创新意识，增强了小组分工合作意识，有助于实现能力目标的要求。此外，学生求真务实的态度和自豪感受到激发，勇于承担当代大学生的责任和使命，强化了情感目标。

“电磁学”作为理科尤其是物理学专业的必修课程，也是工科（如电工学、数字电路）与医科（如磁共振）不可缺少的基础，因此对“电磁学”课程进行教学改革和探索具有重要的意义。本文在传统电磁学教材的基础上，针对学生基本学情，将所有知识点进行解构和重组，设计出基本任务和高阶要求。过程中采用小班互动的教学模式，把抽象的电磁学问题形象化，理论联系实际，加深学生对知识的理解。同时，在讲授过程中反映科学前沿，促进学生课外知识的扩展。强调以学生为中心，给学生营造一个自主、合作和探究式的学习环境，使教师善教、学生乐学，提高学生的主观能动性与自主学习能力，激发学生的学习兴趣，有助于学生从低阶知识要求到高阶能力的培养。