摘 要 充分考慮一流課程應(yīng)具備的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的特點(diǎn)與要求，作者以北京航空航天大學(xué)（北航）電磁學(xué)課程建設(shè)為例，經(jīng)過(guò)近四年在應(yīng)用物理專(zhuān)業(yè)強(qiáng)基計(jì)劃、物理學(xué)專(zhuān)業(yè)拔尖計(jì)劃學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐中，提出并實(shí)施了問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的類(lèi)比法、互動(dòng)型、研究性的教學(xué)模式，使電磁學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力得到持續(xù)提升。

關(guān)鍵詞 電磁學(xué);教學(xué)模式;問(wèn)題驅(qū)動(dòng);類(lèi)比法;互動(dòng)型;研究性

通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，隨著科技進(jìn)步尤其是第四次工業(yè)革命的展開(kāi)，發(fā)達(dá)國(guó)家都在積極推進(jìn)高等教育管理的改革創(chuàng)新：（1）美國(guó)高校的本科教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生個(gè)性發(fā)展，著重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與能力。因此，課程種類(lèi)設(shè)置廣泛，為學(xué)生提供多種選擇;課堂采用研討方式，讓本科生提早了解科研，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)造力;考核方式多種多樣，注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。（2）德國(guó)十分注重建立人才篩選機(jī)制，學(xué)生在經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)階段學(xué)習(xí)后需要經(jīng)過(guò)數(shù)次分流才能進(jìn)入高校學(xué)習(xí)，因此學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)。在我國(guó)，隨著高等教育事業(yè)的迅速發(fā)展，本科生教育無(wú)論在規(guī)模和層次還是在數(shù)量和質(zhì)量上，都有了前所未有的發(fā)展和提高，培養(yǎng)出眾多基礎(chǔ)扎實(shí)、成績(jī)突出、科研創(chuàng)新能力強(qiáng)的優(yōu)秀人才;但目前仍存在過(guò)于注重專(zhuān)業(yè)教育，忽略學(xué)生個(gè)性發(fā)展與品質(zhì)培養(yǎng)等問(wèn)題，限制了學(xué)生視野的拓展和基礎(chǔ)能力的發(fā)展，束縛了學(xué)生思維的開(kāi)拓和創(chuàng)新能力的形成。

創(chuàng)新人才的培養(yǎng)離不開(kāi)高等教育，高等教育中的課堂是人才培養(yǎng)的主陣地。如何在課堂教學(xué)中既讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論和基本方法，又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)且激發(fā)學(xué)生科研潛力是高等教育工作者和高校課程建設(shè)的教師需要深入思考的問(wèn)題。

電磁學(xué)是研究電、磁、二者的相互作用及其規(guī)律和應(yīng)用的物理學(xué)分支學(xué)科。其研究的內(nèi)容與我們的生活息息相關(guān)，可以說(shuō)電磁現(xiàn)象無(wú)處不在，電磁現(xiàn)象的研究也為我們生活帶來(lái)了方便、快捷。學(xué)習(xí)、研究電磁學(xué)無(wú)論是對(duì)培養(yǎng)將來(lái)相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，還是提升學(xué)生綜合素養(yǎng)、創(chuàng)新能力都顯得非常必要。同時(shí)，全球已進(jìn)入或即將進(jìn)入智能時(shí)代，對(duì)芯片的需求更呈遞增趨勢(shì)，芯片的研制更離不開(kāi)電磁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和高層次電磁人才。大學(xué)作為為國(guó)家各行各業(yè)輸送高層次人才的重要基地，理當(dāng)為芯片研究?jī)?chǔ)備科技后備力量，課程的開(kāi)設(shè)也應(yīng)該適于培養(yǎng)所需的為國(guó)家、為社會(huì)服務(wù)的人才，以推動(dòng)國(guó)家和全世界的建設(shè)和發(fā)展。

北航電磁學(xué)課程團(tuán)隊(duì)，根據(jù)“教育部關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見(jiàn)”[1]和“教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)” [2]結(jié)合物理學(xué)院本科培養(yǎng)方案改革的要求，通過(guò)綜合調(diào)研、充分考慮應(yīng)用物理專(zhuān)業(yè)強(qiáng)基計(jì)劃、物理學(xué)專(zhuān)業(yè)拔尖計(jì)劃學(xué)生的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)近四年的教學(xué)實(shí)踐，提出并實(shí)施了問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的類(lèi)比法、互動(dòng)型、研究性的電磁學(xué)教學(xué)模式的改革與探索，持續(xù)提升了課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合素質(zhì)，有效地支撐了北航拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

1 課程建設(shè)總體設(shè)計(jì)

北航物理學(xué)院物理專(zhuān)業(yè)電磁學(xué)課程設(shè)置在大一第二學(xué)期，總課時(shí)80，內(nèi)容包括靜電場(chǎng) 恒定電流場(chǎng)、恒磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)、電磁介質(zhì)、電路（重在暫態(tài)電路和交流電）、麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，共六章內(nèi)容。相比同類(lèi)院校電磁學(xué)課程，課時(shí)相對(duì)充足，授課對(duì)象為應(yīng)用物理專(zhuān)業(yè)強(qiáng)基計(jì)劃和物理學(xué)專(zhuān)業(yè)拔尖計(jì)劃學(xué)生，基礎(chǔ)較好，所以授課教師有時(shí)間和空間展開(kāi)個(gè)性特色化的教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)教與學(xué)的高質(zhì)量發(fā)展。課程建設(shè)注重了基礎(chǔ)知識(shí)的掌握、強(qiáng)化了課程內(nèi)容的實(shí)際應(yīng)用，以解決問(wèn)題為導(dǎo)向、拓展相關(guān)領(lǐng)域前沿研究，有效提升了學(xué)生對(duì)電磁現(xiàn)象的整體思維，促進(jìn)了學(xué)生解決實(shí)際電磁問(wèn)題能力的提高。

（1） 主要采用“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)—經(jīng)典內(nèi)容講解—生活物理問(wèn)題或前沿物理問(wèn)題”的教學(xué)范式（見(jiàn)圖1），通過(guò)類(lèi)比、互動(dòng)和研究，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和深度探究，對(duì)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了探索。

（2） 充分利用課堂翻轉(zhuǎn)、雨課堂等方式，將部分中學(xué)中作為重點(diǎn)講授的內(nèi)容調(diào)整為復(fù)習(xí)—研討模式;圍繞有效提升學(xué)生整體思維、以解決實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向這一關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)重基礎(chǔ)、強(qiáng)應(yīng)用、求拓新提升課程育人功能，開(kāi)展電磁學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、前沿拓展、專(zhuān)業(yè)應(yīng)用三個(gè)模塊的綜合交叉教學(xué)改革（見(jiàn)圖2）。

通過(guò)上述兩個(gè)方面的持續(xù)實(shí)踐、迭代，形成了有特色的教學(xué)風(fēng)格，促進(jìn)了學(xué)生“知識(shí)、能力、素質(zhì)”的協(xié)調(diào)發(fā)展和創(chuàng)新實(shí)踐能力的提高，滿(mǎn)足了一流課程兩性一度的要求。

2 基于問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的類(lèi)比法、互動(dòng)型、研究性教學(xué)

高等教育著力培養(yǎng)知識(shí)面寬、應(yīng)變能力強(qiáng)、具備科研能力和創(chuàng)新意識(shí)的優(yōu)秀人才。筆者認(rèn)為電磁學(xué)課程，（1）在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)該除了強(qiáng)調(diào)經(jīng)典內(nèi)容的基礎(chǔ)地位外，還應(yīng)該向信息技術(shù)等領(lǐng)域延伸，讓課程與實(shí)際生活結(jié)合更為緊密，要與時(shí)代發(fā)展一致，穿插一些本學(xué)科的前沿動(dòng)態(tài);（2）在教學(xué)方法上應(yīng)該讓學(xué)生有機(jī)會(huì)表達(dá)自己的觀點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生以論文形式就某個(gè)問(wèn)題深入探究，計(jì)入平時(shí)考核中;（3）課外討論要利用信息化手段延長(zhǎng)課程學(xué)習(xí)和討論的時(shí)間?；诖巳c(diǎn)結(jié)合課程建設(shè)整體設(shè)計(jì)思路，筆者提出電磁學(xué)課程問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的類(lèi)比法、互動(dòng)型、研究性的教學(xué)模式。

2.1 以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的課程內(nèi)容講授

依托多媒體、雨課堂等平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)內(nèi)容的引出，如課程內(nèi)容每章每節(jié)的講授中都先提出問(wèn)題，利用問(wèn)題引出所講內(nèi)容，繼而回到問(wèn)題中。案例（見(jiàn)圖3）：靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體。前面講述了靜電場(chǎng)的性質(zhì)，空間中除了產(chǎn)生靜電場(chǎng)的帶電體，別無(wú)他物。顯然，這樣的電場(chǎng)盡管性質(zhì)搞清楚了，但實(shí)際上是沒(méi)有多大意義的。因?yàn)橹挥写嬖谄渌镔|(zhì)的時(shí)空或場(chǎng)，才有豐富的物理現(xiàn)象，才值得更進(jìn)一步研究。于是問(wèn)題就出來(lái)了，可以提出：如果把物質(zhì)（比如：導(dǎo)體）放入靜電場(chǎng)，導(dǎo)體將發(fā)生什么變化？ 靜電場(chǎng)又如何受導(dǎo)體的影響呢？這樣自然就把課程內(nèi)容引出來(lái)了。再如這部分內(nèi)容講完后，學(xué)生清楚了解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)后，問(wèn)題又來(lái)了，那么借助導(dǎo)體在靜電場(chǎng)的性質(zhì)，有何實(shí)際應(yīng)用呢？ 這樣就引出了下個(gè)知識(shí)點(diǎn)———靜電屏蔽。這是課堂知識(shí)內(nèi)容的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，課后靜電屏蔽的具體實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)研讀有關(guān)書(shū)籍和文獻(xiàn)，討論如何做到高質(zhì)量的靜電屏蔽？ 電場(chǎng)可以有屏蔽，和電場(chǎng)有相同平方反比定律的萬(wàn)有引力場(chǎng)是否也能做到屏蔽呢？ 如果不是導(dǎo)體，而是其他的電介質(zhì)，又該如何研究呢？ 如此從課堂—課中—課后，都用問(wèn)題激發(fā)學(xué)生，這樣除了高效完成課程內(nèi)容的講授外，也培養(yǎng)了學(xué)生提出問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

2.2 以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的類(lèi)比方法學(xué)習(xí)

電磁學(xué)內(nèi)容包括電和磁兩部分，在研究對(duì)象上有很強(qiáng)的相似性，在研究方法上更有類(lèi)比性，教學(xué)活動(dòng)中要善于抓住兩者現(xiàn)象、規(guī)律、研究方法、實(shí)際應(yīng)用等方面的相似性，充分利用類(lèi)比法，無(wú)論是課堂知識(shí)的講授中還是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力都會(huì)起到事半功倍的效果。內(nèi)容的講授上，比如庫(kù)侖定律與安培定律，二者研究的都是非接觸物體之間定量的相互作用規(guī)律，都是大量猜想、實(shí)驗(yàn)、理性思維的結(jié)果。不同的是庫(kù)侖定律研究的對(duì)象是電荷，現(xiàn)實(shí)中存在，而安培定律研究的是兩個(gè)電流元之間的相互作用，電流元本身是不存在的。但兩個(gè)定律從數(shù)學(xué)形式上非常相似，都是平方反比律，前者是有心力，后者是非有心力。兩者完全可以對(duì)比學(xué)習(xí)，增強(qiáng)對(duì)規(guī)律的認(rèn)識(shí)。講授中要善于發(fā)問(wèn)，從庫(kù)侖定律的提出、研究對(duì)象、結(jié)果、適用范圍等，引出安培定律要解決的問(wèn)題，如何解決？ 等等。再如直流電路、暫態(tài)電路和交流電路三者的對(duì)比學(xué)習(xí)，授課中抓住三者的相似地方，都可以用基爾霍夫第一、第二定律進(jìn)行求解，同時(shí)，強(qiáng)化三者的特色與不同。教學(xué)中，要始終樹(shù)立用已有的知識(shí)去類(lèi)比學(xué)習(xí)未涉及的內(nèi)容的理念。同時(shí)可以讓學(xué)生去總結(jié)歸納體會(huì)類(lèi)比在電磁學(xué)學(xué)習(xí)中的強(qiáng)大用處。

事實(shí)上，除了課程內(nèi)容中的類(lèi)比外，利用電和磁之間的關(guān)系以及和物質(zhì)的相互作用，也可以進(jìn)行類(lèi)比法展開(kāi)課程思政（見(jiàn)圖4）。比如，抓住知識(shí)主線(xiàn)：真空電（磁）→電磁相互作用→電磁感應(yīng)→電磁波，再到探討介質(zhì)中的情形。類(lèi)比到思政育人主線(xiàn)：獨(dú)立個(gè)體→相處交往→友誼愛(ài)情→美好生活，再到不同背景環(huán)境中人與人之間的交往。

2.3 以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的互動(dòng)模式教學(xué)教學(xué)

不止課堂，輔以實(shí)踐教學(xué)、成果交流的方式，拓展課堂的時(shí)間和空間，構(gòu)建教師教、學(xué)生學(xué)和創(chuàng)新實(shí)踐三者融合迫在眉睫。近四年教學(xué)實(shí)踐中，課程組從問(wèn)題出發(fā)，以切主題、重互動(dòng)和展成果為導(dǎo)向，籌劃構(gòu)建了教學(xué)研互動(dòng)模式（見(jiàn)圖5）。比如：課堂教學(xué)中互動(dòng)，重要公式的推導(dǎo)、相似現(xiàn)象的類(lèi)比、每個(gè)模塊結(jié)束后的小結(jié)等;實(shí)踐教學(xué)中互動(dòng)，充分利用學(xué)校演示實(shí)驗(yàn)器材資源，向?qū)W生形象展示電磁現(xiàn)象，鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手操作，互相交流;成果展示中互動(dòng)，通過(guò)大作業(yè)、遴選相關(guān)的大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競(jìng)賽題目鍛煉學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的運(yùn)用，采用作品交流、論文等展示成果，使師生更好交流互動(dòng)。

2.4 以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的研究潛力培養(yǎng)

課堂知識(shí)不是學(xué)得越多越好，而是要注重對(duì)知識(shí)的運(yùn)用和駕馭能力，電磁學(xué)現(xiàn)象在生活中無(wú)處不在。掌握課堂知識(shí)后，如何用課堂知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的必要考慮。課程團(tuán)隊(duì)精心醞釀、提煉生活中的相關(guān)電磁現(xiàn)象和大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競(jìng)賽有關(guān)題目，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)完相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)后，嘗試一定程度的解決。比如在課堂教學(xué)中穿插基礎(chǔ)知識(shí)關(guān)聯(lián)度很強(qiáng)的大作業(yè)：平方反比律、電屏蔽、電勢(shì)零點(diǎn)的選取、磁屏蔽等，也有偏電磁應(yīng)用的加速器、電動(dòng)機(jī)、電流計(jì)等，還有科學(xué)前沿的憶阻器等，輔以大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競(jìng)賽相關(guān)電磁學(xué)的題目，如磁力小火車(chē)等，課程相關(guān)內(nèi)容講完后，布置給學(xué)生從原理、思想、科學(xué)方法等方面進(jìn)行準(zhǔn)備和課堂展示。這些教學(xué)活動(dòng)既強(qiáng)化了基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，增加學(xué)生對(duì)內(nèi)容的興趣，又強(qiáng)化了課堂知識(shí)的運(yùn)用，綜合能力得到提升（見(jiàn)圖6）。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以筆者在北航對(duì)應(yīng)用物理專(zhuān)業(yè)強(qiáng)基學(xué)生和物理學(xué)專(zhuān)業(yè)拔尖學(xué)生講授電磁學(xué)課程為例，主要強(qiáng)調(diào)了以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的課程內(nèi)容講授和以嘗試解決的開(kāi)放問(wèn)題訓(xùn)練，輔以類(lèi)比、互動(dòng)和研究的教學(xué)模式（見(jiàn)圖7）。這種模式注重了學(xué)生物理思維的浸潤(rùn)和引導(dǎo)，充分發(fā)現(xiàn)和挖掘具有創(chuàng)新研究潛質(zhì)的學(xué)生，除了課堂基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)外，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)、解決實(shí)際問(wèn)題等訓(xùn)練，推薦參加大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競(jìng)賽、北航馮如杯等，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。課程建設(shè)符合兩性一度的一流課程要求，相信此種模式會(huì)對(duì)其他相關(guān)類(lèi)課程有一定的參考。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 教育部. 教育部關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才

培養(yǎng)質(zhì)量的意見(jiàn)[Z].教高〔2019〕6號(hào)，2019-10-08.

[2] 教育部. 教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)[Z].教

高〔2019〕8號(hào)，2019-10-30.