《大學物理》線上線下混合式“金課”的研究與實踐

孫建敏 康緲 李新營

摘? 要：踐行“兩性一度”“金課”標準，貫徹立德樹人和“以學生為中心”的教學理念，打造和建設各類課程“金課”已經成為全國高校課程改革的熱點問題。本文以《大學物理》中“靜電場的高斯定理”為例，研究和實踐了貫穿課前、課中和課后等環節的線上線下混合式教學模式，建立了量化、數據驅動的學習過程和學習結果評價體系。通過實施的具體舉措，切實提高了教學質量，讓更多的理工科學生和教師受益，并為其他課程的“金課”建設提供參考。

關鍵詞：大學物理? 線上線下教學? 金課? 高斯定理

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2021）05（b）-0212-04

Research and Practice of College Physics Based on the the Online and Offline Mixing "Golden Course"

—— Take "Gauss Theorem of Electrostatic Field" as an Example

SUN Jianmin? KANG Miao? LI Xinying

（School of Physics and Electronics， Henan University， Kaifeng， Henan Province， 475004 China）

Abstract：It has become a hot issue in the curriculum reform of colleges and universities in China to practice the standard of "Two Properties and one degree" and "Golden Course"， implement the teaching concept of "Lide Shuren" and "Student centered"， and build and construct all kinds of "Golden Course". Taking "Gauss Theorem of Electrostatic Field" in college physics as an example， this paper studies and practices the online and offline hybrid teaching mode that runs through the links of pre class， in class and after class， and establishes a quantitative， data-driven learning process and learning result evaluation system. Through the implementation of specific measures， we can effectively improve the quality of teaching， benefit more science and engineering students and teachers， and provide reference for the construction of "Golden Course" of other courses.

Key Words： College Physics; Online and offline teaching; Golden Course; Gauss Theorem

2018年8月，教育部印發了《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》（教高函[2018]8號文）[1]提出：“各高校要全面梳理各門課程的教學內容，淘汰‘水課、打造‘金課”。2018年11月，教育部高等教育司司長吳巖在第十一屆“中國大學教學論壇”作了題為“建設中國金課”的報告，報告強調[2]建設中國“金課”，讓高校的“金專、金課、金師”隨處可見，讓“水專、水課、水師”無處安身。淘汰“水課”、打造“金課”正式寫入教育部的文件。“兩性一度”，即“高階性”“創新性”和“挑戰度”是“金課”建設的三大根本標準，線下、線上、線上線下混合式、虛擬仿真和社會實踐是建設五大“金課”的目標。打造“金課”要合理運用現代信息技術手段，積極開展線上線下混合式教學。如果我們打造一大批國家“金課”和地方“金課”，讓“金課”異彩紛呈、多種多樣，我們就可以說有了提高人才培養質量的殺手锏，有了實現學生更好發展的金鑰匙，從而讓3個“一去不復返”變成現實。

1? 研究的意義

《大學物理》課程是高等學校所有理工科專業學生必修的一門重要的公共基礎課程。它所講授的基本理論、基本規律、基本方法、科學思想等是當代大學生必須具備的基本科學素養，對激發學生探索和創新精神、培養其邏輯思維能力、提升其整體科學素養、形成科學，價值觀起著其它課程無法替代的作用[3]。

目前全國各高校圍繞打造和建設各類課程“金課”的目標展開[4-5]。因此，如何真正意義上把河南大學的《大學物理》課程打造成有深度、有難度、有挑戰度異彩紛呈的“金課”，使其成為河南大學乃至河南省的一塊金磚，成為我們積極探索、改革研究的內容。基于此，本文開展了立德樹人和“兩性一度”理念下打造《大學物理》“金課”的研究與實踐工作。

2? 研究與實踐

2.1 本校《大學物理》課程簡介

河南大學《大學物理》課程多年來一直面向河南大學理工科及醫學眾多專業開設，一貫重視教學改革和質量工程的建設工作，目前該課程已經在智慧樹網站上線，課程網址為http：//hike-course-homepage.zhihuishu.com/home/courseDesc？courseId=10296537，已經獲批河南省2019年線下一流本科課程、河南省2020年省級精品在線開放課程以及2020年河南大學線上線下混合式本科課程。

2.2 教學研究與實踐——以“靜電場的高斯定理”為例

本文以程守洙、江之永主編的《普通物理學》（第七版）7-3“靜電場的高斯定理”[6]為例具體闡述如何開展線上線下混合式“金課”的教學研究與實踐。

2.2.1 教學內容和學情分析

真空中靜電場中的高斯定理反映了靜電場有源的基本性質，提供了簡捷求解電場強度的方法，一直都是《大學物理》教學的重要內容。根據教育部理工科非物理類專業大學物理課程教學基本要求[3]，該教學內容為A類核心內容。但是，由于該定理是大學階段新講授的內容，高中沒有相應的基礎，再加上要求學生能熟練運用深奧抽象性較強的積分和矢量等高等數學知識，因此，該定理一直是《大學物理》教學中公認的一個難點[7-8]。

2.2.2 教學目標體現“金課”的高階性

“金課”的高階性就是知識能力素質的有機融合，是要培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維，因此要達到“金課”的要求，教學目標要體現高階性。本次教學設計按照布魯姆的教學目標分類法，將課堂教學目標按照知識傳授、能力建設、情感（態度）養成3個層次來劃分，更注重學生的自學能力、綜合素質以及多維評價等要求的設計。知識傳授這一層所涉及的是課程的事實性知識和概念性知識，以學生線上學習和自學為中心。能力建設和情感（態度）層面以線下課堂教學和線上課后拓展學習為中心，偏重鼓勵學生參與教學和積極交流、互動。本節課程的教學目標具體如下。

知識和技能層面：（1）理解定理的推導過程，掌握從特殊到一般以及歸納總結等科學的研究方法;（2）深入理解和熟練掌握該定理的數學表達式和豐富的物理內涵;（3）掌握定理求解電場強度的適用條件，熟練應用該定理解決常見高對稱性電荷分布（球對稱、軸對稱、面對稱等）的電場問題;（4）通過對比和類比的研究方法了解和理解電磁學中庫侖定律和高斯定理兩大基本定理的區別和聯系。

情感態度與價值觀：（1）通過定理的推導過程，培養學生獨立獲取知識的能力以及科學的學習方法，提高學生的科學素質、科學思維方法、科學研究能力以及創新能力;（2）在“硬”理論課中積極探索開展 “物理思政”工作，例如通過求解電場強度方法和定理使用條件的對比，彰顯課程立德樹人的根本任務，增強愛國主義觀念，建立辯證唯物主義世界觀。

2.2.3 教學活動體現“金課”的創新性

創新性是指課程內容要反映前沿性和時代性，教學模式體現先進性和互動性，學習結果具有個性化和探究性。本節課程的教學活動以立德樹人和“新三中心”為新型的教學理念，充分發揮網絡教學優勢和利用現代化的信息技術，采用線上線下混合式拓展教學，注重激發學生學習的興趣和潛能，增強學生的創新能力和實踐能力。

本節線上線下混合式拓展教學的教學過程由3個部分組成：課前教師布置任務和學生預習學習;課中師生互動內化深度學習;課后學生拓展延伸學習和教師總結、反思和改進。

課前：主要是線上學習。教師布置任務和學生預習學習：教師制作《靜電場的高斯定理》線上微課[9]，課程網址為https：//study-esources.zhihuishu.com/？courseId=10296537。設計教學任務清單包括觀看微課，復習電場強度通量的定義、方向的規定、靜電場電場線的基本性質以及預習靜電場的高斯定理等。上傳教學任務清單的教學資源并在線答疑、課前測試;學生觀看教學視頻，學習其他教學資源。自主學習、完成教學任務清單以及反饋學習內容、提出問題。

課中：主要是師生互動內化深度的線下學習。教師創作教學情境，布置學習任務包括真空中高斯定理的推導過程、高斯定理的數學表達式以及豐富的物理內涵（包括主要物理量、主要的對應關系以及所代表的物理意義）、利用靜電場的高斯定理求解對稱性電場的電場強度。教師通過雨課堂設置考查高斯定理豐富物理內涵以及適用條件的客觀題目，包括選擇題、簡單的填空題，通過測評結果有針對性地解惑、講解，起到畫龍點睛和深化主題討論的引導和指導作用;學生通過討論分析高斯定理求解電場強度的適用條件，進行合作探究，對復雜抽象的定律有更深入的理解，從而建立清晰的物理圖像和深刻理解物理模型。學生總結高斯定理求解電場強度的一般步驟，主動參與和經歷具體題目的求解過程（注重討論分析教材第273頁的例題7-8“求電荷均勻分布的球面和球體所激發的電場強度”），并對計算結果歸納演繹，最終總結收獲。

課后：主要是學生拓展延伸學習和教師總結、反思和改進的線上學習。教師布置習題作業，對教材第275頁的例題7-9“求均勻帶電的無限長圓柱體所激發的電場強度”作拓展性討論分析（以第277頁的復習思考題7-3-3為基礎），深刻理解利用高斯定理求解電場強度的條件以及有限和無限帶電體產生電場的本質區別。教師布置拓展性任務，完成教材第277頁的復習思考題7-3-4并進行深入討論和分析，以便回顧復習7-1節“庫侖定律”，并深刻領會庫侖定律是電磁學的理論基礎。教師設計非標準性答案考試題目“高斯定理和庫侖定律的區別和聯系以及靜電場電場強度的求解研究”，引導學生知識遷移。教師在線答疑并評價反饋、總結反思、實時調整;學生獨立完成以上作業，及時上傳，交流互動，并進行成果展示，總結收獲。

2.2.4 評價體系體現“金課”的“挑戰度”

教學評價是教學過程中的一個重要環節，建設量化、數據驅動的公平、公正、透明的課程評價體系，不僅調節、控制著教學過程，而且激勵著學生的學習。“金課”相對于傳統教學，對學生的考核要求提高了，考核有一定的挑戰度，不但重視學習結果考核，更要重視學習過程的考核，以全面考核學生的綜合素質。

針對以上教學設計的三層目標，線上線下混合式“金課”的教學評價體系具體評分細則如圖1所示。

本節具體的考核要求及題目設計如下。

知識層面的考核：考核的題目主要是客觀題，例如選擇題（單選與多選）、判斷題以及簡單的填空。對高斯定理豐富內涵的考核，主要考查該定理中主要的物理量、對應關系及物理意義，例如教材第273頁的說明（4）“在高斯定理的表達式中，右端是閉合曲面內電荷量的代數和，而左端的電場強度卻是空間所有電荷所激發的總的電場強度”以及第277頁的復習思考題7-3-1“如果在高斯面上的電場強度 處處為零，能否肯定此高斯面內一定沒有凈電荷？反過來，如果高斯面內沒有凈電荷，能否肯定面上所有各點的電場強度 都等于零？”，這部分考核可以通過線下雨課堂客觀題目推送直接測試與考核。

技能層面的考核：考核的題目主要是主觀題，考查熟練應用高斯定理解決常見高對稱性電荷分布（球對稱、軸對稱、面對稱等）的電場問題，采用線下作業題的布置“例題7-10認真看一遍，例題7-8 和7-9自己獨立手寫一遍（包括簡短文字說明和計算結果、做最后的極限討論）再上傳。”也可采用線下課堂分組討論的形式討論教材第277頁的復習思考題7-3-3和7-3-4，要求小組成員協同采用互動研究式討論完成該討論，并由小組組長歸納概括討論主題，最后教師總結深化討論主題，以培養團隊協作能力、辯證能力以及共同解決實際問題的能力。情感和價值觀層面：探索非標準答案考試，注重考查學生分析和解決問題的能力，破除“高分低能”積弊。通常給學生開放的答案，遵循循序漸進的學習過程。這部分考核可以在智慧樹線上課程進行，參考題目“高斯定理和庫侖定律的區別與聯系、靜電場中電場強度求解方法的研究”，最終以論文的形式進行展出，并評選出優秀論文。

3? 結語

遵循“兩性一度”的“金課”標準，體現“新三中心”的創新課堂教學理念，根據布魯姆的教學目標分類原則，設計了貫穿課前、課中和課后等環節的線上線下混合式教學模式。通過一系列行之有效的研究與實踐，使《大學物理》課程成為河南大學的一塊“金磚”，突顯公共基礎平臺課為河南大學培養“鐵塔牌”一流本科人才的獨特作用。

參考文獻

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[4] 杜錦麗，申繼偉.《大學物理》混合式“金課”的探索與實踐[J].高教學刊，2019（26）：97-99，102.

[5] 孫秋華，趙言誠，姜海麗，等.立德樹人理念下大學物理“金課”建設探索與實踐[J].高教學刊，2020（9）：? ? 68-71.

[6] 程守洙，江之永.普通物理學[M].7版.北京：高等教育出版社，2019.

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[8] 彭婷，吳維寧，蔡亞璇.電磁學高斯定理學習狀況的研究[J].教育教學論壇，2020，26（26）：334-335.

[9]Gardiner，L.F.Redesigninghighereducation，Producingdramaticgainsinstudentlearning.Eircdigest[J].AchievementGains，1994，23（2）：46-50.