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文档简介

《电磁场与电磁波》混合式教学设计案例“五位一体”能力导向的线上线下混合式教学设计——以《电磁场与电磁波》课程为例《电磁场与电磁波》是面向电子类、电子信息类专业本科二年级的必修基础课,其教学内容抽象、涉及的数学运算复杂,大部分学生对其望而生畏。为了克服这些问题,课程组采用线上线下混合教学模式,系统优化课前、课中及课后的教学设计,将线上资源有机融入到线下课堂,教学中充分发挥教师主导学生主体作用,增强实践意识,借助引入引出策略,形成“五位一体”能力导向的教学特色,有效解决了教学痛点,并拓展了课堂内涵,实现了知识的传承和专业核心素养和关键能力的提升。一、课程概况《电磁场与电磁波》课程是电子类、电子信息类专业的一门重要的、必需的专业基础课,课程内容是从“场”的角度,描述静态(电、磁)场和时变场的空间分布、变化规律及其数学模型求解。授课对象是本科二年级的学生,3个学分,计划学时为48学时。课程组于2020年完成了《电磁场与电磁波》慕课建设,并投放到学银在线慕课平台,2021年投放到中国慕课大学平台,该慕课是混合式教学的线上资源部分,随着教学迭代更新,线上资源新增有习题库、试卷库和问卷库。2022年3月开展第四轮线上线下混合式教学。电磁场是一种特殊且抽象的物质,它不是由分子、原子组成,虽然看不见、摸不着,但它也有质量和能量。研究电磁场的方法(场论)将涉及大量的、复杂的数学公式计算和推导算,不仅让学生感觉课程学习难度大,还抓不住学习重点,因而怵学。反馈到课堂教学上,《电磁场与电磁波》课程教学亟需解决的问题有:(1)课程内容抽象,难度高,亟需习题训练和巩固,但学时有限;(2)学生习惯于教师的知识灌输,缺乏主动学习意识;(3)师生互动少,无法满足发现教学、引导教学的需要,更无法激发学生深层次的思考;(4)课堂容纳度有限,缺乏发散性、挑战性和创新性的内容与引导。二、课程教学特色为了有效解决上述问题,借助于MOOC平台(爱课程、学银在线)和雨课堂,采用线上线下混合式教学模式,聚焦学生自主学习,将教学活动拓展至课前、课中及课后三个阶段,逐步凝练出了“五位一体”能力导向的课程特色及教学改革创新点。图1“五位一体”能力导向的课程特色课前教师发布预习任务,学生观看教学视频,并完成习题。这是学生对电磁理论学习的首次内化。教师依据预习结果(习题前测的分析)制定课堂教学策略,设计教学互动环节及内容,学生则在整个教学过程中成为重要的组成部分,感受知识的第二次内化过程。在教学过程中,教师将通过虚拟仿真将抽象的电磁知识图像化,引导学生由学转为做,训练其动手实践能力。另外,围绕课程知识点,把课外科技前沿引入到课上进行展示,拓展学生专业视野和素养;同时,引导学生发现具有争议的知识点,并展开对其电磁问题深度论证、科学见解、甚至是课堂展示。这一“引入引出”创新举措进一步提升了学生自主探索和创新能力,有力培养了学生的科学思维,也体现了课程的两性一度。五项教学策略,贯彻整个线上线下教学过程,并从五个方位一起发力,破解教学痛点,不仅助力学生准确掌握电磁理论知识,还助力他们的关键能力与核心素养的培养与提升。三、课程教学设计案例教学过程以“波的极化”为例,详细阐述本课程如何设定混合式课前、课中及课后的教学策略,明确学生学习、教师教学任务,将线上资源有机融合到线下课堂教学中,实现教学目标,解决教学痛点问题。(一)教材分析与学情分析“波的极化”是教材《电磁场与电磁波》中的第六章第三节,时长是1个学时。第六章是讨论均匀平面波的传播规律与特点。在前两节中,已经分析了电磁波的振幅、频率、相位、波速等信息参量,这些参量描述的电磁波的特性与大家熟悉的机械波的特性很相似,学生是比较容易理解和掌握的。而极化描述电磁波的矢量特性,这是电磁波所特有的一个信息参量,于学生而言,完全陌生,但它又是一个很重要的概念,在雷达、移动通信中具有重大的应用价值。授课对象是大学二年级的电子科学与技术专业的学生,他们已经完成了大学物理的学习,能够理解波函数的表达式,并能依据表达式分析波的特性参量,如振幅、波长、相位等信息,构建波函数的图像,或者从波的图像中获取波的特性参量。但是学生无法从电磁波的图像或者数学表达式中获取“极化”这一信息参量,他们对于电磁波的极化特性完全没有概念。(二)教学目标与重难点教学目标:掌握电磁波的极化定义及其三种极化方式;能够判别三种极化方式,并能应用MATLAB依据极化方式再现极化波的空间形貌;引入极化在天线、雷达、生活中应用,拓展学生专业素养和眼界,激发学习热情。教学重点:极化的定义及其物理表征;三种极化分类方式及其之间的关系。教学难点:区分左旋圆极化与右旋圆极化;理解极化是反映波的矢量特性,是电磁波的重要信息参量。(三)教学策略发改思考:⅛⅛⅛化龄⅛-⅛τ后冬鼠A⅛⅛孩叶工轴起用e课前自主学习.完 谡堂悟甫解痛.互动 引入拓展实现第三以内比与高陈里雄. 诿启黑考域花一次盗爆内也 完成她二次期识内" 能力、潦识的引导与培养 为下次巡隹笛图2“波的极化”混合式教学设计线上线下混合教学设计包含有课前、课中和课后三个阶段:课前教师要发布预习任务,并根据学生预习情况(前测),来制定课堂(课中)教学策略,课后教师结合课中学生学习表现,或发布巩固习题、或拓展类学习任务,整个设计既要完成知识点的传授,更注重对学生能力的培养。“教师为主导,学生为主体”是混合式教学中最突出的特点,教师有目的的引导,学生有具体的内容环节参与,教师依据学生的学习反馈,优化教学设计,最终师生共同完成了教学活动。在实现混合式教学,除了需要有线上学习资源,还需要有支持师生互动的信息化工具,本课程在教学过程中使用的工具是雨课堂和学习通。师生互动将贯穿整个教学流程。(四)教学组织及过程1.课前——预习任务:主讲教师通过学习通在开课前向学生发布预习任务:学习视频7.1波的极化,并完成随堂练习(波的极化——前测)弓月百日淙程而工诬告^J⅞I⅛2021-05-2415:15自储t周三第二节涅,曲曲宝缸装T曜实录课程的录⅛L请大家多泼前癖嫄工1波的漫密自行学习之后,β⅛一下再画圉郅蝇&^l熊的投叱一⅛^∣?.通过W重姓习.喳河日三是三筝厘了极化的赵匕⅛⅛⅛Z⅛≠⅛≡?就金吐可期M1J⅛开始用三课田录”开启,E苦位王硅U当⅛法⅛和配自.⅛⅛⅛r.⅛oQO图3课前预习通告叶必是电屈波的极化?正确答案;口从曲线根化R.椭囱粮北G.圆极化口线极化日二3Z.6%再次发放巳答:68宜看未答)人电相板子的定向排列E.电场强度矢量C电场强度矢星的变化D,场矢量末端变化筑迹60.3¾再次发放亘若未答〉正怵率;89.7%⅛SIM≠令上午TKo7随堂练习无事M千守极化的分类已皆朋生对.61正荫若案:BCD上午TT07随堂练习32.5%393%无SIM卡营 上午11:口了 ■< 丽堂练习 再次发放一见沿着正工方向传播的电磁波,其中电场强度为EK-Emcos(wt-kz),它的极化方式是己等6B 查看未答》正樨普案;BB:Et>3‰自.圆板化I IlA15.2¾B线极化41Λ 60.3%C.椭圆极化16Λ 23.5¾图4课堂练习前测部分截图.课前——预习反馈:学生学习反馈:①知道极化定义,但对定义关键特征把握不准;②知道极化分类,可判别简单极化方式,一旦极化方式复杂,束手无策;③对极化表征波的矢量特征,没有具体认识。反馈教师教学:课堂教学:定义(“再”讲)→分类与判别(习题强化)→虚仿(抽象变具体)→极化拓展(矢量特性案例化)。.课中——解决重难点:课堂教学过程:略.课后——深度思考:主讲教师课后通过学习通发布课后思考任务——调研极化的分解与合成在天线设计上的应用。这一思考,一方面引导学生思考极化这一特征参量,在无线通讯上的应用;另一方面,极化知识点之后涉及波的入射与反射,这一问更旨在引导学生提前思考波的极化特征随着入射、反射,会有哪些变化?四、混合式教学设计反思依据电磁场与电磁波课程实践教学经验,课程组对混合式教学模式,积累了以下几点粗浅的认知:.双主——教师为主导,学生为主体线上线下混合模式的教学突破了“以教师为中心、以教室为中心,以教材为中心”,学生成为教学活动的组成部分,学生不再是单纯的知识接收者,而是参与知识获取、理解、甚至应用的过程,注重学生主动学习、思考等高阶能力的培养。.反馈——混合教学设计的基础学生的课前预习任务,其结果需反馈。之于主讲教师,预习反馈在一定程度上暴露了学生独立自学的问题,这些问题是之后的课堂教学设计基础,如何设置课堂内容,如何组织、使用何种教学方法和策略,来有效破解学生难点,实现知识传授与能力培养;之于学生,在课堂上教学过程中,感受到了教师对其疑惑点、混淆点的有针对性的讲解,回应了学生的学习需求,更能激发学生的学习热情。.闭环——线上线下资源的有机融合线上教学内容线下不能重复,与线下教学内容要形成闭环体系。线上内容需要线下反馈,反馈形式应不同与线上,采用不同的教学策略或方法,使

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