泛雅網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)輔助下的電磁場(chǎng)理論教學(xué)方法研究

趙煦+周龍+陳為真+牟懌

摘要：學(xué)生認(rèn)為電磁場(chǎng)難學(xué)的一個(gè)重要原因是電磁場(chǎng)的表達(dá)式是關(guān)于空間和時(shí)間的矢量函數(shù)，其概念抽象、不易想象，針對(duì)這一問(wèn)題，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生在泛雅網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上觀看物理實(shí)驗(yàn)視頻，幫助學(xué)生通過(guò)物理現(xiàn)象來(lái)理解數(shù)學(xué)物理方程，達(dá)到學(xué)生深入理解電磁場(chǎng)理論的目的。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，證明了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：泛雅平臺(tái)；電磁場(chǎng)；教學(xué)研究

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）19-0178-02

一、教學(xué)現(xiàn)狀

電磁場(chǎng)理論教學(xué)中有兩個(gè)突出的難點(diǎn)，第一，包含時(shí)間參量和空間坐標(biāo)的矢量函數(shù)方程讓學(xué)生感到難以理解，對(duì)其中的方程變換技巧更是不知所措，學(xué)生不易從純理論的角度來(lái)認(rèn)識(shí)電磁場(chǎng)，因而限制了學(xué)生深入學(xué)習(xí)的興趣；第二，電磁場(chǎng)不易從感官上直接體驗(yàn)它的存在形式，對(duì)它的研究通常是通過(guò)觀察物理現(xiàn)象并進(jìn)行數(shù)學(xué)演繹來(lái)深入認(rèn)識(shí)的，對(duì)于學(xué)生沒(méi)有接觸過(guò)的物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)，在理解上就會(huì)存在問(wèn)題，那么對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)物理方程的理解就會(huì)更加困難，因而從純實(shí)驗(yàn)的角度來(lái)推演電磁場(chǎng)的理論也是存在局限性的。要解決這兩個(gè)問(wèn)題，一方面需要增加學(xué)時(shí)[1]，加強(qiáng)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，另一方面，對(duì)涉及電磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生去一一觀摩和嘗試[2]，增加對(duì)電磁場(chǎng)的直觀認(rèn)識(shí)，但這就對(duì)教學(xué)的學(xué)時(shí)數(shù)和學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件提出了很高的要求，這在大多數(shù)高校都是不易實(shí)現(xiàn)的[3]。要解決的核心問(wèn)題依然是如何在有限的教學(xué)時(shí)限內(nèi)[4]，將電磁場(chǎng)中直觀的物理實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)所對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)物理方程的各種演繹變換聯(lián)系起來(lái)[5]，幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容。

二、教研目的

對(duì)于只有48個(gè)學(xué)時(shí)的電磁場(chǎng)原理這門課，僅僅講述其中的理論部分，教學(xué)時(shí)間就非常緊湊，還需要在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行取舍[6]；對(duì)于像庫(kù)倫力實(shí)驗(yàn)、萊頓瓶實(shí)驗(yàn)、安培力實(shí)驗(yàn)等，無(wú)論從學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件還是從安全性角度，都難以安排在學(xué)校的課程計(jì)劃中。為解決理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教具的對(duì)接問(wèn)題，改善教學(xué)效果，武漢輕工大學(xué)有針對(duì)性地將泛雅網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)引入到課程教學(xué)中，特別是依托其“視頻”功能，將國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)視頻進(jìn)行集中云存儲(chǔ)，督促學(xué)生按照教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行觀看學(xué)習(xí)，并將課堂的PPT和課后的作業(yè)與視頻的播放過(guò)程結(jié)合起來(lái)，幫助學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)和課后作業(yè)，讓物理實(shí)驗(yàn)和電磁理論模型對(duì)照起來(lái)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效果。

三、“視頻”功能的輔助教學(xué)

教師在課前布置預(yù)習(xí)任務(wù)后，學(xué)生在課前的兩天時(shí)間內(nèi)可以擇機(jī)觀看指定的視頻內(nèi)容，視頻內(nèi)容是針對(duì)下一節(jié)理論教學(xué)課上所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，時(shí)間通常不超過(guò)30分鐘。

為避免學(xué)生不完整地觀看物理實(shí)驗(yàn)視頻和觀看視頻后不能及時(shí)做出學(xué)習(xí)反饋，泛雅平臺(tái)有針對(duì)性地提供了以下幾個(gè)功能。

1.防拖拽和防窗口切換功能。前者防止學(xué)生通過(guò)跳躍觀看的方法縮短學(xué)習(xí)時(shí)間，保證重要實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的無(wú)遺漏展示；后者遇到視頻播放網(wǎng)頁(yè)被切換的情況，自動(dòng)停止視頻播放，督促學(xué)生切實(shí)看完視頻內(nèi)容。

2.視頻剪輯功能。教師可以對(duì)實(shí)驗(yàn)視頻進(jìn)行有針對(duì)性的剪輯，將視頻中的最主要部分截取出來(lái)，突出觀看重點(diǎn)，控制播放時(shí)間，提高播放效率。對(duì)于轉(zhuǎn)瞬即逝的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，比如萊頓瓶放電，則通過(guò)剪輯，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程放大并緩速播放，確保學(xué)生能夠看得清楚。

3.視頻時(shí)間節(jié)點(diǎn)插入功能。在視頻播放的時(shí)間軸上，插入和某一段視頻內(nèi)容相關(guān)的數(shù)學(xué)物理方程表達(dá)式（插入的內(nèi)容在形式上是課堂PPT的節(jié)選，PPT上包含了相關(guān)方程的演繹過(guò)程以及方程所對(duì)應(yīng)的幾何模型），提示學(xué)生在觀看實(shí)驗(yàn)視頻的同時(shí)，能夠?qū)?shí)驗(yàn)現(xiàn)象和矢量方程聯(lián)系起來(lái)綜合考慮；有助于學(xué)生在理解課程內(nèi)容時(shí)，把抽象的電磁場(chǎng)具象化，使他們能夠較為容易地建立起電磁場(chǎng)的概念，并跟隨視頻和時(shí)間軸節(jié)點(diǎn)上的PPT內(nèi)容，來(lái)逐步深入學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)理論。

4.插入作業(yè)和思考題。在視頻觀看結(jié)束后，提供關(guān)于課前預(yù)習(xí)思考題或者課后作業(yè)的文本鏈接，讓學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上及時(shí)完成視頻教學(xué)的文字反饋。學(xué)生可以以觀后感的形式，表述理解模糊的知識(shí)點(diǎn)，授課教師則可以根據(jù)學(xué)生們的建議，適度調(diào)整理論教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)，從而在有限的課堂時(shí)間內(nèi)，可以有針對(duì)性地答疑解惑；又或者，根據(jù)在線課后作業(yè)的反饋情況，授課教師可以及時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握狀況，從而使接下來(lái)的授課內(nèi)容能更加有針對(duì)性，也更加符合學(xué)生的實(shí)際。

依托泛雅網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，通過(guò)以上四點(diǎn)的工作，一方面拓寬了學(xué)生對(duì)各種物理現(xiàn)象、物理實(shí)驗(yàn)的知識(shí)面，對(duì)電磁理論的認(rèn)識(shí)逐步具象化，能夠?qū)?shí)驗(yàn)現(xiàn)象和矢量函數(shù)表達(dá)式進(jìn)行總體認(rèn)識(shí)；另一方面，和傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè)反饋形式相比，縮短了教學(xué)反饋周期，使教師能夠更快、更準(zhǔn)確地了解學(xué)生的需求和知識(shí)掌握現(xiàn)狀，并有更加充裕的時(shí)間進(jìn)行有針對(duì)性地課程內(nèi)容調(diào)整，從而更好地幫助學(xué)生掌握電磁場(chǎng)理論。

四、教學(xué)效果評(píng)價(jià)

在電氣專業(yè)的電磁場(chǎng)原理教學(xué)中，單獨(dú)抽出了一部分學(xué)生進(jìn)行了視頻輔助教學(xué)的嘗試，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，有視頻輔助的學(xué)生學(xué)習(xí)的畏難情緒明顯降低，平時(shí)作業(yè)的質(zhì)量明顯提高，上課回答問(wèn)題的邏輯性明顯增強(qiáng)，期末考試高分學(xué)生增加，低分學(xué)生很少，總體成績(jī)趨于正態(tài)分布，且人均成績(jī)較高。而常規(guī)教學(xué)下的學(xué)生成績(jī)則分布不均衡，呈現(xiàn)高分和低分兩極分化的情況，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也相對(duì)較低。此外，學(xué)生在教務(wù)系統(tǒng)中進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)反饋時(shí)，有視頻輔助的學(xué)生都肯定了該方法對(duì)他們學(xué)習(xí)的促進(jìn)作用，認(rèn)為通過(guò)該方法可以更快、更好地建立電磁理論概念，對(duì)課堂理論學(xué)習(xí)有非常好的補(bǔ)充作用。總體而言，通過(guò)學(xué)生的教學(xué)評(píng)價(jià)，該方法的教學(xué)效果評(píng)價(jià)是積極的。

五、結(jié)語(yǔ)

泛雅網(wǎng)路平臺(tái)的“視頻”功能，以相對(duì)低的成本，有效地解決了因?yàn)檎n時(shí)有限、課堂實(shí)驗(yàn)條件有限導(dǎo)致的電磁場(chǎng)理論教學(xué)過(guò)于抽象的問(wèn)題。使學(xué)生能夠通過(guò)視頻展示的物理現(xiàn)象、物理實(shí)驗(yàn)聯(lián)想到電磁場(chǎng)矢量方程，架起實(shí)踐和理論之間的橋梁，使電磁理論模型在學(xué)生心目中不再抽象，而是具體的、可以逐步去鉆研的。由于實(shí)驗(yàn)的視頻容易理解，因而更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，從而為課程理論教學(xué)的順利展開(kāi)和深入探討提供了一條有效的教學(xué)路徑。從對(duì)學(xué)生的教學(xué)效果反饋來(lái)看，本文的方法是積極和有效的，該方法是對(duì)電磁場(chǎng)理論教學(xué)的一個(gè)有益補(bǔ)充。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹洪龍，郭輝萍.基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的“電磁場(chǎng)與電磁波”教改[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，33（8）：191-193.

[2]胡江.美國(guó)MIT“電與磁”公開(kāi)課的啟示[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34（6）：110-111.

[3]彭麟，姜興.中美高校電磁場(chǎng)教學(xué)比較研究[J].中國(guó)電力教育，2014，（17）：73-74.

[4]傅文珍.少學(xué)時(shí)情況下“工程電磁場(chǎng)”教學(xué)體系改革[J].中國(guó)電力教育，2013，（23）：66-67.

[5]趙煦，周龍.電磁場(chǎng)理論教學(xué)中的課程評(píng)價(jià)方式研究[J].教育教學(xué)論壇，2017，（7）：222-223.

[6]范東偉，李慧奇.工程電磁場(chǎng)課程內(nèi)容調(diào)整建議及教改實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2015，13（6）：190-191.

A Study on Teaching Methods of Electromagnetic Field Theory Assisted by Fanya Network Platform

ZHAO Xu，ZHOU Long，CHEN Wei-zhen，MOU Yi

（ School of Electrical and Electronic Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan，Hubei 430048，China）

Abstract：one important reason that electromagnetic field is considered by students to be difficult is，these formulations of electromagnetic are about vector function of space and time. And electromagnetic field theory is conceptually abstract and hard to suppose. Involving this problem，to guide students to watch video about physical experiments and then to aid students to understand mathematical physics equation by physical phenomenon on Fanya network platform. Through teaching practice of watching video before and after class，the effectiveness of this method is confirmed that students make progress on understanding the theory of electromagnetic.

Key words：fanya platform；electromagnetic field；teaching study