理工科基础课程线上对分课堂教学模式研究
——以《电磁场与微波技术》为例

陈海云

（浙江师范大学 物理与电子信息工程学院，浙江 金华）

一 线上对分教学设计

对分课堂是复旦大学心理学系张学新教授于2014 年提出的基于认知心理学的原创教学模式，极具可操作性。“对分”的名称源于形式上将课堂时间一分为二，一半用于教师讲授，一半留给学生以讨论的形式进行交互式学习，同时也暗含了师生权责对分的理念。由于对分课堂流程分为讲授（Presentation）、内化（Assimilation）和讨论（Discussion）三个过程，因此也称为PAD课堂[1-2]。对分课堂强调教师对于知识内容体系的精讲以及学生在内化吸收后带着问题的高质量讨论。其中复习和作业环节对学生的内化和吸收起到至关重要的作用，是讲授与讨论之间的衔接环节，也直接决定学生讨论的质量和效果。对分课堂的基本模式是隔堂对分，即一次课的前半时间讨论上次课的问题，后半时间教师讲授新课内容，课后的复习和作业是学生的内化环节。对分理念在传统的完全讲授式课堂和翻转课堂之间找到了一个理想的平衡点，综合了传统课堂和翻转课堂的优势，是一种全新的教学模式。从课堂教学的内涵来讲，对分课堂模式包含了教师讲授、独学/内化/反思、同伴讨论（互相答疑）和教师答疑等环节和元素，体现了真正科学的四元教学理念。对分课堂从2014年提出至今，已经被越来越多的一线教师认可，并被成功应用于多学科的教学实践，取得到显著的教学改革成效[3-8]。

大学物理、电路分析基础、电磁场与微波技术等课程是很多理工科专业的基础课程，这些课程物理基础性强，与数学关系密切，教学内容又必须与实际应用相联系，为后续应用性课程的学习和实践提供理论基础。以《电磁场与微波技术》[9]为例，课程的理论体系较强，包含了电磁场基本定律、静态场、时变场、电磁波和电磁辐射等内容，概念和定律抽象，现象和规律的分析对高等数学有很强的依赖性，公式定理的推导相对繁杂，因而需要从多方面进行教学改革的探索，以在相对较少的学时条件下保证课程的教学效果。2020年突如其来的疫情给全国各个领域带来了巨大的冲击，教育教学首当其冲，如何实现线上教学的课堂效率，无疑是一个巨大的挑战。对分课堂的教学模式和理念为这些基础课程的有效线上教学提供了一种新的范式，笔者以《电磁场与微波技术》为例阐述基于对分理念的线上教学设计，为理工科基础课程线上教学的改革提供新的思路和模式。

二 线上对分教学设计

（一） 课堂时间的分配比例

对分课堂的基本理念是将课堂时间对半分，教师讲授和学生讨论时间各占一半，但这一时间的分配并不是机械固定的，可以根据课程教学实际进行适当的调整，以达到最佳的教学效果。《电磁场与微波技术》是理论性很强的一门专业基础课程，基础知识内容较多，且有一定难度，在对分倡导的精讲前提下仍需要相当一部分的讲授时间，才能保证课程教学内容框架的完整及对重点内容的充分阐释。因此，在每周一次三节课的课时中，讲授和讨论的时间比例基本确定为2：1。采用隔堂对分的模式，第一节课时间用于小组讨论和师生互动，第二、三节课用于视频讲授新课内容。教学实践表明，就电磁场这门课而言，2：1的时间分配是基本合理的，既能保证讨论环节的充分展开，又不至于影响课程内容讲授的整体进度。

（二） 精讲内容的教学设计

在传统讲授式课堂中，每周三节课全部用于教师讲授，教学内容相对较多，对知识点和例题的讲解很详细，教师的目标是把内容讲全、讲细、讲透。这是一种“满堂灌”的教学模式，教师占据绝对的主导地位，而学生只是被动地接受，教学效果十分有限。对分的核心理念之一是教师讲授环节的“精讲”，教师的讲授时间缩减为原先的2/3，而整体内容框架体系并不能减少，教学进度与传统课堂基本一致。这就需要对讲授部分内容作很大的调整和精炼，重点着眼于对基础知识点和基本解题方法的讲授，紧扣物理概念、规律和方法三个关键词，突出知识点体系的框架结构，一些细节展开部分内容及与实际工程应用的关联性内容在讲授过程中点到为止，提示学生课后结合总结题和练习题作业进行复习补充，这也是对独学内化环节的一种引导。讲授内容的调整和精炼需要对自己原有的教学方案进行二次设计，并对原有的授课PPT进行大幅度的删减，体现精讲的理念，突出知识体系和重点。

在线教学中，新课内容精讲采用录播方式进行，以微课的形式，将每个知识点制作成一个十到十五分钟的视频，网络教学平台中的课程首页如图1所示。一次课的视频时间总长大约为70～80分钟，充分考虑精讲的内涵和时间要求，同时兼顾知识点的完整性。采用录播而不是直播的形式主要基于以下几点：1）对分理念要求讲授重点体现教师对知识体系的精讲，并不提倡太多互动；2）录播教学的微课视频可以做得更精细，通过不断的打磨达到精讲要求；3）录播视频可以重复观看学习，弥补线上教学的不足。同时，在二次教学设计时必须考虑视频教学的特点。电磁场是一种空间的分布，必须要有空间立体的形象才能充分理解。线下教学中，可以借助于板书和手势等辅助讲解，但在视频教学中必须借助于多种媒体手段表现抽象的概念和定律，引导学生自我构建空间形象，从而更好地理解知识点。

图1 网络教学平台中的课程首页

（三） 作业的布置和评分

在传统课堂的教学中，课后的作业往往只是布置几道教材中的习题，教师通过批阅学生作业了解学生对教学内容的掌握程度。事实上，这种作业形式能够反映的学生学习情况的信息量是非常少的，且发现问题后也只是教师对学生的单向辅助答疑。在对分课堂中，作业是促进学生课后复习和独立内化的重要途径，也是衔接讲授和讨论的重要环节。对分理念要求的是结构化的作业布置，除了作为个人作业的课后习题以外，还布置小组作业，以小组合作形式完成，而“亮考帮”作业更是对分课堂的重要特色之一，要求学生对课堂学习进行总结，分为“亮闪闪”“考考你”和“帮帮我”三个部分，学生在系统中分项输入，教师可以分类管理下载，学生依据亮考帮作业情况开展隔堂讨论，有备而来。并特别强调，要求每个学生对每次课的教学内容以思维导图的形式总结知识点的脉络体系，并在一章内容结束后整理本章内容的思维导图，如图2所示，可以有效促进学生有效梳理和掌握知识点。每次课前，通过“对分易”平台的“微信消息”模块向学生发送教学任务目标文件，说明教学目标的同时详细布置本次课的作业，同时通过“对分易”系统的“作业”模块进行发布和评阅，如图3所示。

图2 学生作业中的思维导图

图3 对分易系统中的作业管理

作业的评分采取教师评分和学生互评两种方式，个人完成的课后习题常规作业要求学生进行互评，每人至少评阅3份同伴的作业，发布作业的同时给出基本的评分等级标准，作业递交时间截止后开启学生互评。从实践结果来看，学生作业互评是一种很有效的方式，学生对待互评态度认真，不仅给出了分数，还指出了同伴作业中的具体问题，并给出了评语。作业互评过程也是学生再次认识自己问题的过程，在评阅同伴作业的同时可以帮助自己把问题理解得更深入。

（四） 分组讨论与师生互动

学生按4人一组，在“对分易”系统中由“随机分组”模块产生，并按学生的学情进行手动调整。每组指定组长一名，每个小组建立QQ讨论群，并邀请教师加入。每次课第一节课的前25分钟为小组讨论时间，每组轮流指定一人为本次讨论的主持人。学生根据亮考帮作业中的问题展开充分讨论，重点关注于物理概念的理解和习题的求解方法，通过QQ文字互动和语音通话功能进行讨论，如图4所示。事实证明，学生小组讨论的热情和讨论问题的深入程度超过了自己的估计，学生在独学内化环节列出的大部分问题在小组讨论中都能够得到解决，因为学生个人的很多问题也许只是受学习和理解的角度限制，在小组讨论中同伴的侧面提示往往就能达到解决问题的效果。学生的问题是通过讲授学习、课后复习及独立作业后提出的，据此而进行的讨论无疑是高质量的、有效率的。小组讨论结束后，小组的本次负责人在对分易系统的讨论区作简单的汇报，教师只需对小组讨论中存在的高层次共性问题进行简单的解答即可，而不像在传统课堂模式中需要对学生进行一一答疑，因为大部分低层次问题已经在小组讨论环节通过同伴学习方式解决了，这也充分体现了对分课堂的本质意义。而且，学生在讨论中提出的有些问题是教师在备课过程中没有考虑到的，而从学生角度提出的问题解决思路往往又能给教师以新的启示，因此，小组讨论和师生互动实际上也成为一种促进教师自我提高的动力因素，这也真正契合了自己长期以来的教学理念：用心交流，教学相长。

图4 通过QQ群进行在线小组讨论

三 结语

对分课堂是源自中国本土的新型教学范式，真正体现了师生在课堂中的权责对等，是一种高效的教学模式。高校理工科基础课程内容基础性和体系性较强，融入对分课堂的教学理念可以在很大程度上提高教学效果。根据《电磁场与微波技术》课程的特点和对分理念的要求，笔者对课程的教学方案进行了系统的二次设计，采用精讲录播、结构化作业和在线讨论等环节实践了线上对分课堂教学。在尝试和适应线上教学的同时进行对分课堂模式的改革探索无疑是一种挑战，但同时也提供了一个反思和提高自己的好机会。从面向学生的问卷调查和教学反馈结果来看，线上对分的教学实践得到了学生的高度认可。光电181班的杨晓华同学：“电磁场与电磁波这门课程利用网络（对分易，学习通）的独特性，使教学内容变得高质量，高要求，层次分明。高质量：学生可以通过各种方式进行学习，如对分易里面的课程资源，通过观看录播视频，通过导入到学习通的课程学习等；高要求：每一次上完课需要同学做相应的知识总结，有小组讨论等等，可以帮助同学们很好的回顾知识点；层次分明：上完一节课、一章，做相关的整理，同时在上课前一天会发布学习内容。总之，我对于电磁场与电磁波这门课的教学方法是非常满意的。”《电磁场与微波技术》课程的在线对分教学实践取得了很好的成效，理工科基础课程具有一些共性的特点，本文的成果也有望为理工科其他课程的在线教学提供一种借鉴和参考。