线上线下融合的电磁学BOPPPS教学改革研究

摘"要：开展线上线下融合的电磁学BOPPPS教学改革实践，结合电磁学课程特色，从引入、学习目标、先测、参与式学习、后测和总结六个小单元重构电磁学教学体系，实施教学改革方案，同时研究形成增值性、过程性、综合性评价相结合的课程考核方案，并评估电磁学BOPPPS教学改革效果，切实提高电磁学教学质量。关键词：BOPPPS；电磁学；教学改革0"引言党的二十大报告提出：“教育是国之大计、党之大计。……深化教育领域综合改革，加强教材建设和管理，完善学校管理和教育评价体系，健全学校家庭社会育人机制。”2023年7月，在国务院新闻办公室召开的“加快建设教育强国，办好人民满意的教育”发布会上，教育部副部长吴岩表示：“要为解决关键核心技术问题提供高水平的人才支撑，我们要提高拔尖创新人才培养解决复杂问题的实战能力。”1"电磁学教学现状与改革探索1.1"电磁学教学现状电磁学属于物理学专业基础课，在专业培养目标中占有重要的基础地位。如何改革电磁学课程教学存在的问题，提升教学效率和质量，使之适应当今社会需求的变化和现代科学技术的飞速发展，已成为高校教师研究和探讨的重要课题。当前电磁学教学存在的问题有：1）传统的以教为主的教学模式知识内化效率较低；2）教学内容较为陈旧，缺乏前沿性和时代性；3）对学生的考核方式较为单一，大部分还是以平时考核和期末考试为主。1.2"电磁学教学改革探索国内外众多学者对电磁学的教学改革进行了大量的探索和实践，主要有以下几个方面。1.2.1"教学内容的改革李琳[1]提出对电气工程与电子信息类专业的教学改革建议：针对目前大多数学校在大学物理课程之后开设的重复内容较多的电磁场课程，减少与电磁学内容的重复，简化纯粹静态场内容，并突出对准静态电场、磁场概念的讲解，以提高学生理解和解决实际工程问题的能力。李慧等[2]研究了梯度式虚拟仿真在电磁场教学改革中的应用，并提出基于研究型、项目式学习的考核体系，通过这一体系实现考核的公平、公正，并且有明确的依据。在虚拟仿真专题的支持下，他们同时改革了电磁场理论授课和实验部分，形成一体化的教学模式，旨在培养适应现代工业需求的电磁场类人才。BUNTINGCF等[3]开发了名为VECTOR的电磁学课程，以解决在传统的基于讲座的电磁学课程教学中学生缺乏学习和参与主动性的问题。评估表明，学生在VECTOR电磁学课程中的学习方式和内容产生重大变化。1.2.2"线上线下教学改革陈苗根等[4]以霍尔效应为例进行教学设计，采用全翻转线上线下混合式教学，通过设计完整的教学方案和课后教学反思，从而引导学生更好地学习电磁学课程。从实践结果来看，学生的学习成绩和教师的教学水平都得到提高。富笑男等[5]将线上线下混合式教学融入电磁学课程思政中。闫昕等[6]开展了疫情防控期间电磁场理论线上教学实践研究，分析线上线下课堂教学特点和存在的问题，提出线上教学质量提升对策，并应用于线上电磁场理论，取得一定的教学效果。1.2.3"考核方式改革目前，大部分高校电磁学考核采取平时考核加期末考试、以期末笔试为主的方式。这种考核方式容易导致学生平时对电磁学课程的学习懈怠，形成临时抱佛脚、死记硬背的倾向，缺乏对学生综合能力的考核，尤其是缺乏对解决复杂问题能力的考核。李道勇等[7]研究了基于过程化考核的电磁学课程教学模式改革，利用雨课堂等信息化技术结合线上资源，采用翻转课堂等混合式教学方法，提高过程化考核的权重，对于激发学生的学习主动性和创新型人才的培养具有重要的推动作用。马春林等[8]改变了电磁学课程考核方案，总成绩由10%出勤及课后作业、10%课堂小组讨论、20%阶段测试和60%期末考试成绩组成，有利于引导学生积极主动地参与电磁学课堂，活跃课堂气氛，激发学生学习电磁学的兴趣，改善教学效果。综上，国内外众多学者的研究提供了有益的经验和启发[1-10]。然而，已有研究亦有提升空间：1）课堂互动、讨论不足，学生课堂参与度有待提升；2）较多关注学生会不会做题，给学生的挑战度不足，培养学生创新能力也不够；3）考核方式欠缺对学生的高阶思维与解决复杂问题能力、问题意识和创新能力的评价。2"线上线下融合的电磁学BOPPPS教学改革本文探索开展线上线下融合的电磁学BOPPPS教学改革，从引入（Bridge-in）、学习目标（Objec-tive）、前测（Pre-assessment）、参与式学习（Par-ticipatoryLearning）、后测（Post-assessment）和总结（SummaryandClosing）六个模块重构电磁学教学体系，实施线上线下融合的BOPPPS教学改革方案，同时研究形成增值性、过程性、综合性评价相结合的课程考核方案，并评估BOPPPS教学改革效果，切实提高电磁学教学质量。2.1"开展线上线下融合的电磁学BOPPPS教学改革的意义1）有利于增强学生学习电磁学的内生动力，提升学生的课堂参与度和解决复杂问题的能力。开展线上线下融合的电磁学BOPPPS教学改革，引入模块可使学生快速掌握电磁学相关的背景知识、基本概念和前沿热点知识，提升学生学习兴趣；在参与式学习模块中，增加互动和小组讨论环节，提升学生的课堂参与度；在课后增加学生动手操作的拓展训练，提升学生解决复杂问题的能力。2）通过创建和更新教学资源库，将与电磁学相关的前沿性的、最新的教学资源分享给学生，有助于解决电磁学教学内容陈旧、缺乏前沿性和时代性的问题。3）通过线上线下融合的教学方式，教师可以利用软件平台统计成绩、发布作业等，提升教学效率，增强信息化素养。4）创建和更新教学资源库，如预习视频资源库、课前测试题库、随堂练习题库、小组讨论题库和课后拓展训练题库等，有助于提升电磁学课程资料的保障度和支撑课程目标的达成。5）有助于引领和带动物理学专业建设，提升专业内涵。线上线下融合的BOPPPS教学模式下形成的电磁学教学改革实践调查分析报告、教学大纲与教案、多维度考核评价方案、教学效果评估报告有助于带动和引领物理学专业建设。2.2"线上线下融合的电磁学BOPPPS教学改革方案电磁学是电工学、电子学、等离子体物理、磁流体力学、光的电磁理论等的基础，包括静电场、恒磁场、电磁感应、电磁介质、电路、麦克斯韦电磁场理论、电磁波等内容。电磁学属于物理学专业基础课，是所有理工科课程的基础，为后续课程的学习奠定基础，在专业培养目标中占有重要的基础地位。2.2.1"电磁学的课程特点1）理论性。电磁学包含大量的抽象概念和数学表述，如电场、磁场、电磁波等，需要学生具备较强的理论基础和数学能力，特别是通过麦克斯韦方程组来表述，要求学生掌握复杂数学工具，如矢量微积分、偏微分方程等，以深刻理解电磁场的性质、传播与相互作用机制。2）概念的抽象性。电磁学概念如电场、磁场、电磁波、电势、电通量、磁通量、高斯定理、安培环路定理等，很抽象，学生难以掌握，需要借助图形表示、物理模型构建及实验演示，将这些概念具象化，帮助学生建立起直观感受，促进理论知识的内化吸收。3）实验验证的重要性。电磁学是一门实验科学，历史上许多重要发现均源自精确的实验观测，如法拉第的电磁感应、赫兹的电磁波实验等。课程中包含丰富的实验内容，旨在通过动手操作，验证理论预测，培养学生实验设计、数据分析和科学探究的能力。4）应用广泛性。电磁学原理被广泛应用于电子技术、通信工程、材料科学、生物医学、天文学等多个领域，课程内容不仅涵盖基础理论，还常常引入这些领域的实际案例，强调理论知识与实际问题解决能力的结合，提升学习的实用价值。2.2.2"线上线下融合的电磁学BOPPPS教学改革方案1）课前准备。通过线上平台，如学习通平台或雨课堂，教师可以上传视频、图书、文献、PPT等相关学习资料，让学生在线学习，并对下节课进行预习。这样的安排可以让学生提前接触新知识，加深对课程内容的理解；同时提供便捷的方式让学生将预习遇到的问题及时反馈给教师，以便教师在课堂上有针对性地解答学生的疑惑。此外，课程相关的视频和图片资料可以融入一些思政元素，起到润物无声的育人作用。通过故事、案例等形式，学生可以更加深入地了解科学家的奋斗历程与科学事业对国家和民族的重要意义，激发学生的报国情怀和爱国热情，增强思政教育效果。这样的设计不仅能够丰富课程内容，更能够培养学生的家国情怀和社会责任感。2）课中实施BOPPPS教学模式。①在引入模块，可以利用线上平台让学生观看图片、视频等相关学习资料，以引入新的课程内容。学生可以在线上平台上自主学习，并在课堂上针对所学内容展开适当的讲解和讨论。教师可以在线上平台上发布与课程相关的视频资料，如实验演示、科学现象解析等，让学生在课前就能够观看并对所学内容有初步了解。同时，通过图片资料展示科学家的工作场景、实验过程和相关成果，让学生在课前就能够对课程主题有一个直观的认识。在线下课堂，教师可以根据学生在线上学习的情况，进行适当的讲解和引导，帮助学生进一步理解课程内容，澄清疑惑，引发讨论。②在学习目标模块，教师可以在线下课堂环境中引入本节课的知识、能力和素养目标。通过线下的引入，教师可以向学生介绍本节课的学习目标和重点，明确课程的教学重点和学习要求。同时，教师还可以说明这些目标与学生未来的学习、工作、生活等方面的关联，激发学生的学习动力和学习兴趣，让学生明确学习的目的和意义。③在前测模块，教师可以利用线上平台发布小测试和讨论题，让学生在课前完成。学生完成测试后，系统可以立即生成成绩和反馈，帮助他们了解自己的预习效果以及对前期知识的掌握程度。通过线上平台发布小测试，教师可以针对课程的重点和难点设置相关题目，考查学生对前期知识的掌握情况和对新知识的预习效果。同时，讨论题的设置可以激发学生的思考和讨论，帮助他们在课前就对相关话题展开思考和交流。学生在完成测试和讨论题后，可以立即获得成绩和详细的答题反馈，了解自己的学习情况，及时调整学习方法和重点。教师也可以根据学生的表现调整课堂教学内容和方法，更好地满足学生的学习需求。这样的设计不仅可以帮助学生检验自己的学习效果，还能激发他们对课程内容的兴趣，提高学习积极性和主动性。同时，教师也能更全面地了解学生的学习情况，有针对性地开展后续教学。④在参与式学习模块，可以让学生在线下进行分组讨论和情景模拟等活动，以提升他们在课堂上的参与度。分组讨论可以让学生在小组内进行深入交流和思想碰撞，促进彼此之间的学习和理解。同时，通过情景模拟，学生可以扮演特定角色，模拟真实场景，加深对知识的理解和应用。完成分组讨论和情景模拟后，学生可以利用线上平台进行分组互评，即每个小组可以对其他小组的表现进行评价和反馈。这样的设计可以促进学生之间的相互学习和交流，帮助他们更好地理解和接受不同观点，提高团队合作能力和批判性思维。教师可以在线下课堂上对学生的分组讨论与情景模拟进行指导和辅导，同时在线上平台上设置相应的评价机制，让学生能够及时了解其他小组的观点和评价，促进他们对自身表现的反思和改进。⑤在后测模块，教师可以在现场进行提问，以检验学生对本节课知识的掌握情况。通过提问，教师可以了解学生对课程内容的理解程度，及时纠正学生的错误认识，帮助他们巩固知识点。同时，在线上环节，学生可以完成平台上的相关习题，通过练习巩固所学知识，并对学习成效进行评估。⑥在总结模块，教师可以通过PPT、概念地图或案例分析等形式，对本节课的重点和难点知识进行梳理与总结，帮助学生厘清知识脉络，加深对课程内容的理解。同时，可以就学生在学习过程中遇到的问题展开答疑，帮助学生澄清疑惑，巩固所学知识。这样的设计可以帮助学生在课堂结束前对所学知识进行巩固和总结，同时为教师提供评估学生学习成效的机会。通过现场提问和线上习题的设置，教师可以全面了解学生的学习情况，有针对性地开展后续的教学活动。同时，教师的总结和答疑环节也能够帮助学生对所学知识形成清晰的概念，加深理解。3）课后拓展训练。拓展训练可以包括一些开放性问题、案例分析、综合性实践项目等，帮助学生运用课堂所学知识解决实际问题，培养他们的创新思维和问题解决能力。学生通过完成课后拓展训练，不仅可以提高解决复杂问题的能力，还可以锻炼遇到困难时不放弃的意志品质，培养不屈不挠的精神。而对于教师来说，完成作业批改并对学生的学情进行分析总结，可以帮助他们更好地了解学生的学习情况和问题所在，进一步改进教学方法和调整教学进度。通过及时纠正学生的错误并给予有针对性的建议，教师可以帮助学生更好地掌握知识，增强学习效果。同时，对学生作业的分析也可以为教师提供反馈，帮助他们改进教学设计和教学策略，以更好地满足学生的学习需求。2.2.3"研究形成增值性、过程性、综合性评价相结合的课程考核方案从知识（课前测试）、能力（课中互动）、素质（课后拓展）三方面综合评定学生理论知识水平与实践能力、高阶思维与解决复杂问题能力、问题意识与创新能力。1）课前测试可以检验学生对理论知识的掌握程度，而课后拓展则可以通过各种实践性的任务或项目来考查学生的实践能力，如案例分析、实验报告等。2）课中互动可以包括开放性问题讨论、思维导图设计、案例分析等活动，通过学生在课堂上的表现评估其高阶思维能力和解决问题能力。3）课后拓展训练可以设计一些创新性的任务或项目，鼓励学生提出问题并寻找创新的解决方案，同时可以通过小组讨论、实践项目等方式考查学生的问题意识和创新能力。另外，建立课程学习个人档案，重在突出学生的进步和努力，而非仅仅比较基础和背景，这有利于激发学生的学习动力和积极性。同时，设计课程思政考核方案，如小组讨论或互动，以及评价学生面对困难不放弃的精神