疫情背景下電磁場課程線上教學改革實踐

王 鵬 曹蕓茜 范 懿 馬愈昭 牛勇鋼

(中國民航大學 電子信息與自動化學院， 天津 300300)

“電磁場與電磁波”是我校電子信息與自動化學院通信工程專業一門重要的核心專業基礎課程，該課程在基于電磁波的諸如廣播、電視、雷達、衛星通信技術等領域均具有重要的理論指導作用[1-2]。在新冠肺炎疫情背景下，為貫徹落實教育部關于“停課不停教、停課不停學”的要求，高校教師需積極探索基于教育教學信息化的線上課程建設新方式，以滿足疫情條件下的教學新需求[3-4]。為此，我們結合“電磁場與電磁波”課程特點，對該課程傳統教學方案在教學新方式實施過程中出現的如下新問題展開研討[5-6]：

(1)“教學資源”方面：平臺、網絡、學習設備等資源，在使用人數較多時會出現無法及時提供、運行不穩定的情況，加之網絡教學資源中知識點的詳略程度與我校大綱安排不同，導致單純學習網絡資源無法達到理想的教學效果。需要在教學方案中針對如何高效可靠使用網絡教學資源進行新的設計。

(2)“教學過程”方面：學生基礎知識及學習能力的差異，導致不同學生在相同時間內對相同教學內容的理解程度是不同的。學生在學習過程中要求學習資源可反復使用，課上聽不明白之處可以此后反復學習，逐步加深對疑難問題的理解。需要在教學方案中對教學過程可回放的需求進行合理設計。

(3)“過程監控”方面：由于課程概念抽象、推導繁瑣、公式復雜，學生聽一遍很難完全掌握，需要學生循序漸進，反復思考，深入理解。傳統教學在過程監控中常采用隨堂測驗的方案，基于本門課程的特點，該方案會增加學生的恐懼心理，不利于學生安心學習。需要在教學方案中對教學過程監控環節進行優化設計。

(4)“作業布置及檢查”方面：由于課程難度很大，學生獨立完成作業比較困難。為了提高學生學習效率及完成作業的主動性，需要在教學方案中對作業布置及檢查環節進行有效設計。

基于上述分析，根據線上教學的新需求以及課程自身特點，需要結合具體問題對傳統教學方案進行重新設計。

1 教學方案設計

1.1 方案選擇

基于線上教學的新需求，課程教師在教學方案選擇前，對學生學習的主用學習設備、網絡類型、網絡速度、安裝網絡學習軟件等方面要進行調查研究，為方案選擇提供數據支撐，調查在111名學生中間進行。

學生學習的主用學習設備的調查如圖1所示。調查數據表明，有20.72%的學生沒有電腦使用，加之平板及手機在散熱性能方面比電腦差，在這樣的條件下，學生在運行需要比較花費資源的學習軟件時，會遇到一定困難。

圖1 學習的主用學習設備調查結果圖

學生學習的主用學習設備購買情況調查結果如圖2所示。調查數據表明，有6.3%的學生為線上學習購置了學習設備，其中有將近50%的學生購置的是二手舊設備。同時，還有1.8%的學生無能力購置學習設備。以上調查結果表明，部分學生通過購買方式獲得學習設備的難度較大。為保障學生的學習質量，要求課程教師在教學方案設計過程中最大限度降低對學習設備的要求。

圖2 學習的主用學習設備購買情況調查結果圖

學生線上學習網絡類型調查結果如圖3所示。調查數據表明，有13.52%的學生網絡流量有限額，超出限額要繳納流量費用。為保障學生在確保學習質量的情況下盡可能減少流量費用，要求課程教師在教學資源設計過程中最大限度降低流量消耗。

圖3 線上學習網絡類型調查結果圖

學生線上學習網絡速度調查結果如圖4所示。調查數據表明，有將近60%的學生在采用視頻直播學習過程中存在不同程度的網絡卡頓及掉線現象，有7.2%的學生出現卡頓及掉線現象比較頻繁，嚴重影響到學生學習的流暢度及完整度。為保障學生的學習質量，要求課程教師在教學方案設計過程中盡量降低網絡擁堵對學生學習效果的影響。

圖4 線上學習網絡速度調查結果圖

學生在網絡學習軟件安裝和使用感受的調查結果如圖5所示。調查數據表明，有40.54%的學生認為安裝各類軟件比較費事，有37.84%的學生認為此需花費較多精力熟悉各類軟件使用方法，有32.43%的學生認為視頻直播課程的回放文件占用硬盤空間較大，有23.42%的學生認為學習設備性能差導致在視頻直播學習過程中不是很流暢穩定。為保障學生的學習質量，要求課程教師在教學方案設計過程中盡量優化教學方案，降低對學生學習效果的影響。

圖5 多種類型網絡學習軟件使用感受調查結果圖

基于上述調研結果，對教學方案選擇較為慎重，教學方案選擇框圖如圖6所示。

圖6 教學方案選擇框圖

起初，課程組共有三種備選方案：

方案一：課程教師需依托在線教學平臺進行授課，課程組確定了“依托慕課平臺在線學習，授課教師輔助答疑”的教學方案。該方案可使學生學習到優秀教學資源，但該方案存在如下缺點：①慕課視頻的教學內容與我校課程大綱結合不緊密，未按我校課程大綱進行設計；②慕課平臺在使用初期界面響應不穩定，某些情況無法正常操作；③學習過程易受網絡速度及設備性能限制，影響學習流暢度及完整度。

方案二：課程教師需參與授課過程，為了避免直播授課中的網絡擁堵問題，確定了“授課教師錄制學習資料發布給學生”的教學方案。該方案具備如下優點：①教學內容貼合大綱要求；②避免直播帶來的不可控風險；③學習內容可穩定回放。但是該方案存在如下缺點：①學生在學習教學資料過程中缺少與教師的互動，不易于全程集中注意力；②教師錄制教學資料需花費大量時間及精力。

方案三：考慮到部分課程教師在教學任務很重的情況下無法堅持錄制全部課程學習資料，確定了“授課教師在線直播”的教學方案。該方案具備如下優點：①教學內容貼合大綱要求；②無需錄制學習資料；③易與學生互動交流。但是該方案存在如下缺點：①存在直播不可控的風險；②學習過程易受網絡速度及設備性能限制，影響學習流暢度及完整度。

由于“電磁場與電磁波”是一門教學難度很高的課程，在教學方案選擇上應盡可能將快速穩定且學生熟悉的軟件用于教學平臺，在保障學習的流暢度及完整度的基礎上，使學生不要把注意力分散在各種平臺的下載、注冊、熟悉、使用等方面，而是確保學生在學習過程中把更多注意力放在學習知識本身上。

課程在充分權衡上述三個方案優缺點的基礎上，最后確定了如下教學方案：“慕課視頻用于學生課前錯峰預習，授課教師錄制全部課程音頻教學資料，基于微信平臺‘文字+音頻’的直播方式”進行教學。該方案在實施過程中，可借鑒優秀的教學資源，貼合教學大綱，降低直播風險，增進學生互動交流，選用微信平臺快速穩定，音頻資料節省流量費用，授課內容可回放，降低網絡及設備要求，保障所有學生學習效果。

1.2 方案實施

基于方案選擇分析，對選定方案實施過程進行設計，教學方案實施框圖如圖7所示。

圖7 教學方案實施框圖

1)課前教學過程

課程教師根據教學大綱內容將教學時間安排發布給學生，由于本門課程較為抽象，理解起來比較困難，學生需在學習前，回憶課程涉及的已學基礎理論知識；根據教學安排在課前粗略觀看慕課視頻，大致了解教學內容。這些措施為即將學習內容建立初步印象，為深入學習奠定基礎。

2)課中教學過程

課程教師基于微信平臺建立課程授課群與課程交流群。上課當天，課程教師在授課群里發布本次課程需完成的教學內容、作業題目、教學課件、針對教學課件錄制的講解錄音、動畫視頻，開展線上“文字+音頻”的直播教學；課程交流群則完成師生在課上課下的交流。

該方案在教學實施過程中無需安裝其他教學軟件，節省流量費用，授課內容可回放，降低網絡及設備要求，保障所有學生的最終學習效果。

課程教師結合本次課程重要知識點精講配套作業，為了讓學生更好地掌握作業內容涉及到的知識點，授課教師將作業講解內容制作成課件，梳理清楚解題思路及方法，同時作業講解內容也錄制于音頻文件，方便學生反復學習。該方法可加深學生對課程知識點的理解，促進作業高效完成，便于及時彌補知識漏洞。

課程教師針對點名完成后，有些學生可能沒及時進入學習狀態的情況，對點名后環節進行了新設計：在課程授課群里隨機點名20名左右同學，被點名的學生將此時電腦或手機屏幕截圖發送到課程交流群，該方案可在點名后，及時了解學生的學習狀態，督促學生在上課時間安排好學習進度。在發現個別學生不在學習狀態后，加大對該名學生后續點名的頻率，更好地督促學習積極性較差的學生安心學習，加強學習的“過程監控”。

在課中及課后學習過程中，學生有任何問題都可以在交流群進行提問，課程教師采用“文字+話音+截圖”的方式進行答疑。該方案可使有類似問題但不好意思提問的同學也能夠從他人提問中及時了解相關內容，解決學生的共性問題。

3)課后教學過程

課程教師課后將當天的教學資料發送到課程郵箱，便于學生在微信文件被清理的情況下，也可在課程郵箱進行下載，同時也方便學生在不能及時上課的情況下也能夠全部找到教學內容，穩定獲取課程學習資料。

課程作業內容均為主觀題，無法采用現有方法對作業結果進行自動化統計，為此采用學生將作業拍照并上傳到課程郵箱的方式提交作業。該方案無需安裝其他學習軟件，便于作業保存備份，下載速度較快且無需付費提速。

4)考核教學過程

在檢查學生學習效果方面，由于線上教學的特殊環境，原有的部分考核方式需做調整。課程期末考試采用線下考核的方式，最終成績綜合考慮學生的平時表現(出勤、作業、狀態)、大作業、實驗及期末成績，教學改革前后考核方式比較如表1所示，該方案可綜合考慮知識、能力、素質三個層面。在教學效果持續改進方面，課程采用問卷星平臺，基于匿名問卷方式分析教學效果。該方案可促進持續改進教學方案及方法，不斷提升教學質量。

表1 教學方案改革前后考核方式比較表

2 教學效果

通過調查問卷結果表明，本學期的教學改革取得了不錯的教學效果。學生學習收獲調查結果如圖8所示。有88.29%的學生可從課程中了解一些電磁學的基本理論，有78.36%的學生可從課程中了解一些理論的物理意義，有64.86%的學生可從課程中了解一些理論的一般推導方法，有59.46%的學生可從課程中了解一些理論的實際應用，有47.75%的學生通過學習培養了發現問題、分析問題、解決問題的意識。

圖8 學生學習收獲調查結果圖

至于學生對教學方案改革的看法，在教學方案設計方面，有68.47%的學生認為該教學方案可借鑒優秀的教學資源，有61.26%的學生認為該教學方案便于回放授課內容，有60.36%的學生認為該教學方案可降低直播風險，有51.35%的學生認為該教學方案便于講授內容貼合教學大綱，有45.95%的學生認為該教學方案可降低網絡及設備要求，保障所有學生學習效果，有39.64%的學生認為該教學方案選用微信平臺快速穩定，有36.94%的學生認為該教學方案中采用音頻資料學習方式可節省流量費用，有36.04%的學生認為該教學方案可增進師生間的互動交流。教學方案改革效果調查結果如圖9所示。

圖9 教學方案改革效果調查結果圖

3 結語

教師以學生為中心，結合線上教學的新需求及“電磁場與電磁波”課程特點，對教學方案進行有針對性的設計，解決傳統教學方案在教學實施過程中不適用的問題。在教學方案改革方面，課程教師在充分研究三個備選方案優缺點的基礎上，以快速、穩定、便捷為基本原則，以保障全部學生的學習效果為根本目標，制定了“慕課視頻用于學生課前錯峰預習、授課教師錄制全部課程音頻教學資料、基于微信平臺‘文字+音頻’直播教學”的教學方案，綜合使用了慕課、微信、郵箱、問卷星等常用平臺，對教學方案中課前、課中、課后及考核環節進行重新設計，既滿足了線上教學的新需求，又保障了教學活動的高效有序開展。問卷結果表明：本學期的教學改革對于提升學生學習效果、激發教學活力的效果顯著；同時在教學過程中也有學生提出一些寶貴的意見及建議，課程組將在后續的工作中不斷改進，繼續提高教學水平及教學效果。