孫建敏 康緲 李新營

摘? 要：踐行“兩性一度”“金課”標(biāo)準(zhǔn)，貫徹立德樹人和“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，打造和建設(shè)各類課程“金課”已經(jīng)成為全國高校課程改革的熱點問題。本文以《大學(xué)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(huán)節(jié)的線上線下混合式教學(xué)模式，建立了量化、數(shù)據(jù)驅(qū)動的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果評價體系。通過實施的具體舉措，切實提高了教學(xué)質(zhì)量，讓更多的理工科學(xué)生和教師受益，并為其他課程的“金課”建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理? 線上線下教學(xué)? 金課? 高斯定理

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(fā)了《關(guān)于狠抓新時代全國高等學(xué)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(xué)內(nèi)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(xué)教學(xué)論壇”作了題為“建設(shè)中國金課”的報告，報告強調(diào)[2]建設(shè)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?！皟尚砸欢取?，即“高階性”“創(chuàng)新性”和“挑戰(zhàn)度”是“金課”建設(shè)的三大根本標(biāo)準(zhǔn)，線下、線上、線上線下混合式、虛擬仿真和社會實踐是建設(shè)五大“金課”的目標(biāo)。打造“金課”要合理運用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，積極開展線上線下混合式教學(xué)。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(yǎng)質(zhì)量的殺手锏，有了實現(xiàn)學(xué)生更好發(fā)展的金鑰匙，從而讓3個“一去不復(fù)返”變成現(xiàn)實。

1? 研究的意義

《大學(xué)物理》課程是高等學(xué)校所有理工科專業(yè)學(xué)生必修的一門重要的公共基礎(chǔ)課程。它所講授的基本理論、基本規(guī)律、基本方法、科學(xué)思想等是當(dāng)代大學(xué)生必須具備的基本科學(xué)素養(yǎng)，對激發(fā)學(xué)生探索和創(chuàng)新精神、培養(yǎng)其邏輯思維能力、提升其整體科學(xué)素養(yǎng)、形成科學(xué)，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(shè)各類課程“金課”的目標(biāo)展開[4-5]。因此，如何真正意義上把河南大學(xué)的《大學(xué)物理》課程打造成有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度異彩紛呈的“金課”，使其成為河南大學(xué)乃至河南省的一塊金磚，成為我們積極探索、改革研究的內(nèi)容?；诖?，本文開展了立德樹人和“兩性一度”理念下打造《大學(xué)物理》“金課”的研究與實踐工作。

2? 研究與實踐

2.1 本?！洞髮W(xué)物理》課程簡介

河南大學(xué)《大學(xué)物理》課程多年來一直面向河南大學(xué)理工科及醫(yī)學(xué)眾多專業(yè)開設(shè)，一貫重視教學(xué)改革和質(zhì)量工程的建設(shè)工作，目前該課程已經(jīng)在智慧樹網(wǎng)站上線，課程網(wǎng)址為http：//hike-course-homepage.zhihuishu.com/home/courseDesc？courseId=10296537，已經(jīng)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(xué)線上線下混合式本科課程。

2.2 教學(xué)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(xué)》（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(xué)研究與實踐。

2.2.1 教學(xué)內(nèi)容和學(xué)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(zhì)，提供了簡捷求解電場強度的方法，一直都是《大學(xué)物理》教學(xué)的重要內(nèi)容。根據(jù)教育部理工科非物理類專業(yè)大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求[3]，該教學(xué)內(nèi)容為A類核心內(nèi)容。但是，由于該定理是大學(xué)階段新講授的內(nèi)容，高中沒有相應(yīng)的基礎(chǔ)，再加上要求學(xué)生能熟練運用深奧抽象性較強的積分和矢量等高等數(shù)學(xué)知識，因此，該定理一直是《大學(xué)物理》教學(xué)中公認(rèn)的一個難點[7-8]。

2.2.2 教學(xué)目標(biāo)體現(xiàn)“金課”的高階性

“金課”的高階性就是知識能力素質(zhì)的有機融合，是要培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維，因此要達(dá)到“金課”的要求，教學(xué)目標(biāo)要體現(xiàn)高階性。本次教學(xué)設(shè)計按照布魯姆的教學(xué)目標(biāo)分類法，將課堂教學(xué)目標(biāo)按照知識傳授、能力建設(shè)、情感（態(tài)度）養(yǎng)成3個層次來劃分，更注重學(xué)生的自學(xué)能力、綜合素質(zhì)以及多維評價等要求的設(shè)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(xué)生線上學(xué)習(xí)和自學(xué)為中心。能力建設(shè)和情感（態(tài)度）層面以線下課堂教學(xué)和線上課后拓展學(xué)習(xí)為中心，偏重鼓勵學(xué)生參與教學(xué)和積極交流、互動。本節(jié)課程的教學(xué)目標(biāo)具體如下。

知識和技能層面：（1）理解定理的推導(dǎo)過程，掌握從特殊到一般以及歸納總結(jié)等科學(xué)的研究方法;（2）深入理解和熟練掌握該定理的數(shù)學(xué)表達(dá)式和豐富的物理內(nèi)涵;（3）掌握定理求解電場強度的適用條件，熟練應(yīng)用該定理解決常見高對稱性電荷分布（球?qū)ΨQ、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(xué)中庫侖定律和高斯定理兩大基本定理的區(qū)別和聯(lián)系。

情感態(tài)度與價值觀：（1）通過定理的推導(dǎo)過程，培養(yǎng)學(xué)生獨立獲取知識的能力以及科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)思維方法、科學(xué)研究能力以及創(chuàng)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(wù)，增強愛國主義觀念，建立辯證唯物主義世界觀。

2.2.3 教學(xué)活動體現(xiàn)“金課”的創(chuàng)新性

創(chuàng)新性是指課程內(nèi)容要反映前沿性和時代性，教學(xué)模式體現(xiàn)先進(jìn)性和互動性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有個性化和探究性。本節(jié)課程的教學(xué)活動以立德樹人和“新三中心”為新型的教學(xué)理念，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)優(yōu)勢和利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)，采用線上線下混合式拓展教學(xué)，注重激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和潛能，增強學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力。

本節(jié)線上線下混合式拓展教學(xué)的教學(xué)過程由3個部分組成：課前教師布置任務(wù)和學(xué)生預(yù)習(xí)學(xué)習(xí);課中師生互動內(nèi)化深度學(xué)習(xí);課后學(xué)生拓展延伸學(xué)習(xí)和教師總結(jié)、反思和改進(jìn)。

課前：主要是線上學(xué)習(xí)。教師布置任務(wù)和學(xué)生預(yù)習(xí)學(xué)習(xí)：教師制作《靜電場的高斯定理》線上微課[9]，課程網(wǎng)址為https：//study-esources.zhihuishu.com/？courseId=10296537。設(shè)計教學(xué)任務(wù)清單包括觀看微課，復(fù)習(xí)電場強度通量的定義、方向的規(guī)定、靜電場電場線的基本性質(zhì)以及預(yù)習(xí)靜電場的高斯定理等。上傳教學(xué)任務(wù)清單的教學(xué)資源并在線答疑、課前測試;學(xué)生觀看教學(xué)視頻，學(xué)習(xí)其他教學(xué)資源。自主學(xué)習(xí)、完成教學(xué)任務(wù)清單以及反饋學(xué)習(xí)內(nèi)容、提出問題。

課中：主要是師生互動內(nèi)化深度的線下學(xué)習(xí)。教師創(chuàng)作教學(xué)情境，布置學(xué)習(xí)任務(wù)包括真空中高斯定理的推導(dǎo)過程、高斯定理的數(shù)學(xué)表達(dá)式以及豐富的物理內(nèi)涵（包括主要物理量、主要的對應(yīng)關(guān)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(shè)置考查高斯定理豐富物理內(nèi)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(jié)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(dǎo)和指導(dǎo)作用;學(xué)生通過討論分析高斯定理求解電場強度的適用條件，進(jìn)行合作探究，對復(fù)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(xué)生總結(jié)高斯定理求解電場強度的一般步驟，主動參與和經(jīng)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(fā)的電場強度”），并對計算結(jié)果歸納演繹，最終總結(jié)收獲。

課后：主要是學(xué)生拓展延伸學(xué)習(xí)和教師總結(jié)、反思和改進(jìn)的線上學(xué)習(xí)。教師布置習(xí)題作業(yè)，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(fā)的電場強度”作拓展性討論分析（以第277頁的復(fù)習(xí)思考題7-3-3為基礎(chǔ)），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(chǎn)生電場的本質(zhì)區(qū)別。教師布置拓展性任務(wù)，完成教材第277頁的復(fù)習(xí)思考題7-3-4并進(jìn)行深入討論和分析，以便回顧復(fù)習(xí)7-1節(jié)“庫侖定律”，并深刻領(lǐng)會庫侖定律是電磁學(xué)的理論基礎(chǔ)。教師設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)性答案考試題目“高斯定理和庫侖定律的區(qū)別和聯(lián)系以及靜電場電場強度的求解研究”，引導(dǎo)學(xué)生知識遷移。教師在線答疑并評價反饋、總結(jié)反思、實時調(diào)整;學(xué)生獨立完成以上作業(yè)，及時上傳，交流互動，并進(jìn)行成果展示，總結(jié)收獲。

2.2.4 評價體系體現(xiàn)“金課”的“挑戰(zhàn)度”

教學(xué)評價是教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，建設(shè)量化、數(shù)據(jù)驅(qū)動的公平、公正、透明的課程評價體系，不僅調(diào)節(jié)、控制著教學(xué)過程，而且激勵著學(xué)生的學(xué)習(xí)?！敖鹫n”相對于傳統(tǒng)教學(xué)，對學(xué)生的考核要求提高了，考核有一定的挑戰(zhàn)度，不但重視學(xué)習(xí)結(jié)果考核，更要重視學(xué)習(xí)過程的考核，以全面考核學(xué)生的綜合素質(zhì)。

針對以上教學(xué)設(shè)計的三層目標(biāo)，線上線下混合式“金課”的教學(xué)評價體系具體評分細(xì)則如圖1所示。

本節(jié)具體的考核要求及題目設(shè)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(nèi)涵的考核，主要考查該定理中主要的物理量、對應(yīng)關(guān)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(dá)式中，右端是閉合曲面內(nèi)電荷量的代數(shù)和，而左端的電場強度卻是空間所有電荷所激發(fā)的總的電場強度”以及第277頁的復(fù)習(xí)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(nèi)一定沒有凈電荷？反過來，如果高斯面內(nèi)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(yīng)用高斯定理解決常見高對稱性電荷分布（球?qū)ΨQ、軸對稱、面對稱等）的電場問題，采用線下作業(yè)題的布置“例題7-10認(rèn)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(jié)果、做最后的極限討論）再上傳?！币部刹捎镁€下課堂分組討論的形式討論教材第277頁的復(fù)習(xí)思考題7-3-3和7-3-4，要求小組成員協(xié)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(jié)深化討論主題，以培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)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(biāo)準(zhǔn)答案考試，注重考查學(xué)生分析和解決問題的能力，破除“高分低能”積弊。通常給學(xué)生開放的答案，遵循循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)過程。這部分考核可以在智慧樹線上課程進(jìn)行，參考題目“高斯定理和庫侖定律的區(qū)別與聯(lián)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(jìn)行展出，并評選出優(yōu)秀論文。

3? 結(jié)語

遵循“兩性一度”的“金課”標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)“新三中心”的創(chuàng)新課堂教學(xué)理念，根據(jù)布魯姆的教學(xué)目標(biāo)分類原則，設(shè)計了貫穿課前、課中和課后等環(huán)節(jié)的線上線下混合式教學(xué)模式。通過一系列行之有效的研究與實踐，使《大學(xué)物理》課程成為河南大學(xué)的一塊“金磚”，突顯公共基礎(chǔ)平臺課為河南大學(xué)培養(yǎng)“鐵塔牌”一流本科人才的獨特作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 教育部.關(guān)于狠抓新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議精神落實的通知》[z].2018.

[2] 吳巖.建設(shè)中國“金課”[J].中國大學(xué)教學(xué)，2018（12）：? ? ?4-9.

[3] 教育部高等學(xué)校物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會等.理工科大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求[M].北京：高等教育出版社，2011.

[4] 杜錦麗，申繼偉.《大學(xué)物理》混合式“金課”的探索與實踐[J].高教學(xué)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(xué)物理“金課”建設(shè)探索與實踐[J].高教學(xué)刊，2020（9）：? ? 68-71.

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

[7] 衛(wèi)麗娜.“電場高斯定理”的教學(xué)設(shè)計[J].物理通報，2015（8）：21-23.

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

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