應用目標達成度對電動力學進行教學質量評價*

曾永志 游雙華

(福州大學物理與信息工程學院 福建 福州 350108)

應用目標達成度對電動力學進行教學質量評價*

曾永志 游雙華

(福州大學物理與信息工程學院 福建 福州 350108)

應用目標達成度對電動力學課程的教學質量進行定量分析，找出教學中存在的問題，調整課程體系內容，期待找到有效提高課程教學質量的方法.

目標達成度 教學質量評價 電動力學

高校中所有本科專業的培養方案都是由一些課程來實現的，而每一門課程目標的實現是依賴于關鍵的知識點來完成.目前，大多高校都缺少對關鍵知識點的目標達成度進行定量評價的有效手段.由于現在高校的考試一般采用紙質試卷，而且評卷也基本采用傳統的方法，用手工評卷，只是最終向教務處提交一個總分作為學生的學業成績.正是由于缺少試卷數據采集以及對試卷信息化的管理，使得任課教師對學生在關鍵知識點的掌握情況，僅能留下定性的印象，無法進行定量的教學質量評價.雖然目前可以看到一些這方面的研究文獻[1]，但是，其數據是通過手工計算得到的.

隨著互聯網以及計算機技術的不斷進步，實現考試的數據采集以及信息化的管理變成越來越簡單了，把現代化的技術手段應用到考試的管理上，不僅可以大規模提高管理機構自身的工作效率，而且可以通過目標達成度對課程進行定量的評價.我們將適用于高考的網上閱卷系統進行修改，成為適合于高校進行課程評價的系統.下面將2016年筆者授課的電動力學課程的數據，設計成目標達成度分析表格，期待通過目標達成度完成對課程的評價，并以此為導向調整課程體系，以達到培養方案的要求.

1 電動力學目標達成度分析

1.1 課程體系分析

為了進一步進行課程體系分析，我們將電動力學的課程體系分解為9個關鍵知識點，如表1所示.這9個知識點可以進一步歸結為4個部分：(1)電磁場的基本性質以及靜場的計算(對應表1中序號1～5)；(2)電磁波的傳播以及輻射(對應表1中序號6和7)；(3)電磁波與物質的相互作用(對應表1中序號8)；(4)狹義相對論(對應表1中序號9).表1中對應題目的數字表示：圓點前的數字表示大題，圓點后的數字表示小題，比如3.4表示第三大題的第四小題.如果同一道題目考查了多個知識點，將會根據該題目中各知識的考查權重進行分值分配.

表1 課程體系分析表

續表

1.2 按照知識點目標達成度分析

表2是按照課程關鍵知識點進行目標達成度分析表，從表中可以看出，第一個部分“電磁場的基本性質以及靜場的計算”目標達成度比較高，但是有一些例外，比如“電磁場的能量與動量”達成度僅有55.00%，仔細究其原因，是由于2.6題，是關于計算一個靜電場的電磁動量，必須采用張量進行計算，可見學生復雜的數學計算并沒有完全掌握.而其他的3個部分：電磁波的傳播以及輻射、電磁波與物質的相互作用、狹義相對論，目標達成度相對比較低，最高的“電磁波的傳播”也僅有63.13%的達成度.這些情況說明了，第一部分的主要內容是將電磁場概念用微積分、矢量分析等數學工具表達出來，在一定邊界條件下，求解穩定場的定解問題，這些內容中有一部分在電磁學已經有所涉及，而且對數學的運算能力也要求較低，我們可以發現學生對這部分有較好的掌握.第二部分“電磁波的傳播以及輻射”，需要計算麥克斯韋方程組在準靜態的情況，電磁波在真空、波導管中的傳播，以及推遲勢輻射等問題，碰到了復雜的數學運算和矢量的推導，學生感到相當困難.第三部分“電磁波與物質的相互作用”，與目前物理學前沿聯系較為緊密，特別是有關超導材料部分，其難點是理解復數形式的電導率、介電常數，以及在各種頻率極限下這些常數的變化，學生感到無所適從，達成度僅有43.75%.這些內容涉及到較深的物理思想和各種相互作用機理，是實現學生創新思維培養的最佳內容.第四部分“狹義相對論”，要求在對物理思想有一定理解的情況下，能夠應用四維諧變量求解物理問題，這些問題同樣面臨著復雜的數學運算，需要有一定的訓練才能逐漸掌握，目標達成度也比較低(61.57%).

表2 按關鍵知識點目標達成度分析表

1.3 按照題型目標達成度分析

表3是根據題型進行的目標達成度分析表，本次考試中，有5道選擇題一共20分，有30分填空題，5道計算題一共50分.

根據題型的不同特點，設計了不同的達成度級別，選擇題單一得分題目劃分為正確和錯誤兩種級別，計算題劃分為5個得分率依次提高的達成度級別[2].從表3可以發現，選擇題、填空題的達成度明顯高于計算題.對計算題部分仔細研究發現，有部分學生知道該題目所涉及的知識點，并能列出一些計算公式，但是不能完成復雜的數學運算，計算過程大量出錯，說明學生的數學運算能力需要進一步提高.

表3 按題型目標達成度分析表

2 電動力學知識結構改革

“電動力學”是“四大力學”之一，是物理學、應用物理學專業和依托物理學的各類工科專業本科生的重要基礎課程，是在普通物理課程電磁學、光學的基礎上，對電磁現象進行深入研究和分析，對電磁實驗規律進行歸納和提高，從而揭示電磁場的本質運動規律. 其對于后續物理課程的學習以及從事相關科學研究都具有基礎性的重要意義，同時對于學習其他相關專業(如通信技術、電力系統、電子技術、激光技術、光學工程等)的課程也有重要影響.

目前，幾乎所有的學校都在減少學時數，所以每一門課程的學時數就變成越來越有限了.這就要求我們對課程的知識體系進行部分改革，使之適應現代大學教育的發展.我們重新審視一下電動力學各個部分的關系，經過多年的實踐，在目標達成度定量分析的基礎上，我們準備對電動力學課程體系做出3種調整：引導學生自學，削減部分內容，新增部分內容.

雖然這樣的調整似乎使得授課內容沒有具備完整性，但是也給學生留下思考的空間，在激發學生學習積極性的同時，使他們全方位受到訓練.

2.1 自學部分

與電磁學有重疊或數學運算相對比較簡單的部分，可以通過引導學生進行自學：

(1)電磁介質極化和磁化；

(2)鏡像法；

(3)磁標勢；

(4)電磁波在波導中的傳播；

(5)諧振腔等部分內容.

2.2 削減部分

數學復雜，物理味道不足的部分：

(1)用電流管道替代電流密度推導靜磁場部分；

(2)用格林函數計算靜電場的邊值問題；

(3)電四極子輻射；

(4)電磁波的衍射；

(5)電磁場的拉格朗日形式；

(6)運動電荷的輻射等.

2.3 新增部分

根據物理前沿的情況，將部分內容融入到電動力學課程體系中，這也是傳統課程體系中最缺少的部分.

(1)光力：通過電磁場的動量引入，在靜電場、靜磁場部分介紹；

(2)負折射：通過電磁場在界面中的傳播中引入，在Snell定理中介紹；

(3)阻抗概念：在Fresnel定理中介紹，使得Fresnel定理具有電、磁統一的形式；

(4)建立金屬介質、色散介質介電常數的統一模型，在電磁波與物質的相互作用中介紹；

(5)各向異性介質：通過金屬中增加靜磁場，引入各向異性介電常數.

對這些前沿問題的授課必須采用靈活多變的方式，系統講解其中的一部分(如負折射、阻抗、介電常數一般形式)，引導學生閱讀前沿科研文章，將這些問題降低到本科生可以理解的水平.

總之，內容盡量不要太多，而選取的內容都盡量講解透徹.

3 結束語

通過目標達成度的反饋作用，讓任課教師獲得針對課程各個環節的定量反饋信息，使得教師能夠客觀準確地把握學生的情況，并清楚地看到自己的優勢和不足，使得課程體系得到不斷完善.因此，目標達成度可以作為任課教師常態化課程質量自我評價的指標，能夠較好反映課堂教學、學生學習狀況和授課方面的基本情況和不足.

如果采用計算機技術自動獲得這些數據，將會減少大量的工作量，幫助任課教師不斷挖掘教學中存在的問題并及時進行更正，保證教育目標與人才培養目標的實現.

1 熊振海，薛斌.目標達成度在《物理化學》課程教學質量評價中的應用.中國科教創新導報，2014(10)：43～45

2 薛斌，周冬香，熊振海.采用課程目標達成度開展基礎化學教學評價的嘗試.科技創新導報，2014(11)：113～114

The Evaluation on Teaching Quality of Electrodynamics Using Target Reached Degrees

Zeng Yongzhi You Shuanghua

(College of Physics and Information Engineering, Fuzhou University, Fuzhou, Fujian 350108)

Application target reached degrees on the electrodynamics course teaching quality quantitative analysis, find out problems in the teaching, adjust the curriculum content, looking forward to find a way to improve the teaching quality.

target reached degrees; teaching quality evaluation；electrodynamics

*“MOOC背景下電動力學教學方法模式探索”項目資助，項目編號：0360-52001026

曾永志(1964- )，男，博士，副教授，研究方向為凝聚態計算.

2016-07-28)