开放式问题讨论在大班教学中的尝试——以“电磁场与微波技术”课

开放式问题讨论在大班教学中的尝试——以“电磁场与微波技术”课程为例骆无穷，唐红艳（电子科技大学电子科学与工程学院，四川成都611731）近年来，高校不断加强创新创业教育，对提高高等教育质量、促进学生全面发展、推动毕业生创业就业、服务经济社会发展发挥了重要作用而学生的创新能力的培养离不开学生对客观世界的科学认识，以及自身有足够强大的“内驱力”去推动和发掘学生不断探索和学习，以及不断创新的能力［1-3］对客观世界的认识，特别是以工程思维去认识世界，需要学生在不断挑战新课题的过程中去总结和形成在课堂教学环节的设计上，学生的内驱力可以通过对某一个新课题展开探索研究后获得的成就感来推动“开放式教学法”的概念最早由日本学者能田伸彦提出，并得到了国际教育界的广泛认可学者张汉昌和赵茜在《开放式课堂教学法研究》一书中将“开放式教学”的定义阐述为在教学体系中，对教学理论、观念、内容，教与学的地位，教学方法的运用和研究，教学评价体系等环节的开放［4］o开放式教学改变了传统的封闭式学习的模式，从学习的方式方法、学习成果的检验等方面以开放的姿态推动学生的自主学习，从而进一步倡导终身学习模式随着知识爆炸时代的来临，新知识、新观点层出不穷，终身学习习惯的养成让学生不仅在学习生涯中学习，也在职业生涯中不断学习，使他们终身受益［5-7］学生在对所选题目进行探索时，不断地学习和思考，这将有效培养学生独立思考和主动学习的习惯开放式教学不是目的，而是手段通过开放式教学，引导学生不要局限于课本知识，要积极、主动地在广袤的知识海洋中有针对性地寻找自己需要的知识，这才是学习的目的学生在主动学习的过程中根据教学环节的设计，不断进行“迁移式”的深度学习，从而培养学生的自主学习能力，提升知识发掘和在知识构架中自我丰富的能力基于以上目的，在开放式教学过程中，各个教学环节必须紧密配合首先是知识点的教学传统的课堂教学以知识点为核心进行讲解和铺陈，类似于知识的“撒播”，学生被动接受知识并进行自我消化开放式学习则以某个课题为引导，使学生通过自主学习掌握知识点其次是教学模式传统的课堂教学模式一般以教师讲授为主，学生是听众和“记录员”开放式教学以学生讲授和讨论为主，教师只是话题的引导者，这体现了教和学地位的开放性最后是教学评价体系的问题传统的教学方法以平时作业和考试作为教学评价的主要依据，这一点极大地保证了公平性开放式教学在作业和考试的基础上增加了讨论环节，即学生在针对某个课题的论述、提问和讨论过程中的表现被纳入评价体系电磁场专业的学生有一个比较典型的学习习惯，他们在讨论问题的时候总是试图去寻求唯一并且确定的解大学学习和高中学习的区别之一就是高中鼓励学生对同一个问题采用不同的方法，最终获得唯一的精确解释，而大学的工程类学科则鼓励学生对同一个问题讨论出不同的解决方案，并且尽量让这些方案从不同角度和方向接近最优解高中学习强调知识的确定性，大学则强调解决方案的开放性“电磁场与微波技术”是一门理论性非常强的课程，课程中关于电磁场的原理及基本特性等知识点基本上属于电磁学的基础理论，再加上很多数学推导，学生在学习过程中难免会觉得枯燥乏味，而学生在学习系统性的知识之前，通常会努力把该知识构架到自己已经学过的知识结构体系中，并力求弄明白该知识点在工程中的具体应用场景，这恰好是基础类知识的难点如何将基本的电磁理论和我们日常生活中的具体应用结合起来，是电磁场理论讲授过程中值得思考的问题同时，由于“电磁场与微波技术”课程是大班开课，每个班历年的上课人数为90120人，因此导致很多在小班教学中行之〜有效的教学手段和教学环节难以在大班教学中达到预期目标，或者徒具其形而毫无实效在有限的教学课时中力争每位学生都能有效地参与到某项教学活动中是一项非常艰巨的挑战对学生来说，如果教师只是在课堂上举例说明电磁场基础理论和某个新型应用之间的联系，那么学生很难获得实际体验，也不能产生“这个知识原来是通过这样的转变应用到这个问题里去的”或者“原来这个装置关键的理论是这样的，但是外围的搭建是如何考虑的呢”的体验，更无法进一步提出类似“这个问题通过某种方法并没有从根本上解决问题，并且有很大的突破空间”的问题为了提升学生的学习热情和自主性，我们提出了“菜单式”学习的方式第一个环节是“菜单式”学习方式通过对比“电磁场与微波技术”课程中的知识点与日常生活、工程应用，以及目前的科学研究方向，我们提出了一张包含十三个题目的“菜单”，鼓励学生通过小组选题的方式“认领”一个比较感兴趣的题目进行调研分析，然后就所选的题目向其他同学进行“科普”学生自行进行资料搜索，可以激发其学习兴趣此步骤旨在培养学生主动查询资料的能力第二个环节是PPT制作及课堂演示学生通过自主性学习，将查询到的资料以图文的形式制作成PPT,并在课堂上做报告和演示小组内部分工由组长负责，一般有两种分工形式一是分成资料搜集、PPT制作和课堂演示报告三个部分，由组员自行选择任务；二是将一个题目拆分成不同的小题目，由组员自行领取针对这两种分工形式，学生进行PPT报告演示时，有的小组选择一位组员从头讲到尾，有的小组是所有组员分别讲述自己负责的部分此步骤旨在培养学生当众表达的能力,以及与之相关的思维逻辑性和完备性第三个环节是答疑及讨论因为题目涉及目前生活和科研的方方面面，对相关题目感兴趣的学生可以在现场对有所了解的题目进行深入讨论，此时教师可以引导学生对与电磁场相关的知识点进行讨论，着重讨论这些知识点是如何巧妙地应用到相关领域去的、知识点的原型是什么、在该技术中是用什么手段将其应用其中并产生效果的，以此保证讨论的重点不会跑偏由于课堂时间有限，教师应尽量抛出可以进行深度挖掘的问题引导学生思考，并得出初步结论这部分属于答疑部分接下来根据答疑的情况，教师可以提出更深层次的问题，并引导学生在课后进入网上讨论环节，一般在班级QQ群里进行，助教根据学生的讨论情况进行打分，其评分和教学环节如图1所示图1开放式讨论流程图从教学效果和小组分工的角度来讲，以3人为一组最佳，但是本课程的上课人数有100人，并且课时有限，因此在分组的时候以56位学生为一组，这样就出现了小组中〜的部分学生不作为的现象所以，课程下一步的改进方向在于如何激励小组中的每位学生参与课题讨论和探索课堂发言的积极程度及后续的QQ群在线讨论都体现了学生对某些议题的兴趣问题一无线充电技术简介学生详细介绍了无线充电技术的不同形式和技术原理,并对比讨论了不同类型的无线充电技术的相关应用，引发了学生的热烈讨论学生从手机无线充电、新能源汽车的无线充电等方面入手，结合本课程的相关知识，对各种技术进行充分理解和讨论，并对如何克服无线充电中的能耗问题和有效传输距离问题进行了深入讨论目前，该问题在工程界的热度非常高，并且是远距离非接触式无线充电技术中亟待解决的瓶颈问题之一问题二左手结构材料及其应用这是一个比较新的领域，并且和本课程的基础知识结合紧密学生需要自行查找资料，理解左手结构材料的特性，在演讲中要详细讲述左手结构材料的特性在某个方面的应用学生还详细查询了20世纪左手结构材料初步发展时的相关理论，展开了几个左手结构材料的经典结构讲解，并讨论其特性，这些都体现了学生主动探索知识、理解并学习知识的能力在后续的报告和提问环节，如果学生被问到并未详细了解过的知识点，就可以在学习新知识的过程中进行解决盲点知识的问题问题三雷达简介学生通过查阅资料，在小组内讨论学习，在报告中对雷达的工作原理和应用进行了非常详尽的叙述虽然有些地方学生理解得不到位，但是在其他学生的提问过程中又进行了一次讨论和学习，使学生对自身的学习效果进行了反思和纠错，学生在课后小结中提出“把知识讲给别人听是提高学习效率和理解深度的好方法”通过实践性的学习，该组学生的收获是学习技能得到了提升其他的如“单极子天线的工作原理”“微带天线及其工作原理”“避雷针简介”“石墨烯的电磁性能”等题目也受到了学生的欢迎开放式问题本身对学生的学习习惯和方法有非常大的促进作用对一个特定问题进行讲解的报告形式和讨论环节则会从“新四会”的角度培养学生的能力学生通过检索和组织文字图片材料到形成完整的PPT报告，然后对PPT进行文字材料和口头语言材料的准备，极大地增强了学生读、说、写的能力培养在课后反馈中，有的学生表示自己查到的资料远远比自己表达出来的多，但是有些知识点无法有效地表达出来；有的学生表示自己在口头材料组织过程中缺乏一些关键知识点的准备,导致其在提问环节被其他学生抓住了漏洞；有的学生在准备PPT材料时想得过于简单，导致材料准备不充分；等等以上反馈体现了学生在准备和组织材料的过程中的一些反思，非常具有实践价值随后的提问和讨论环节体现了对学生听和说能力的强化不管是线下还是线上，激烈的讨论总会碰撞出思想的火花，学生在提问、反驳、思考和认同中不断强化自身“电磁场与微波技术”课程在教学过程中引入开放式课题报告和讨论模式，并结合有效的评价机制，极大地激发了学生对课本之外的知识的探索和自主学习热情同时，由于课题本身紧密结合了与电磁场理论相关的知识点，问题讨论的核心通常是围绕一个或几个本课程的知识点展开，有利于学生自主深入发掘基本电磁场理论与实际生活中的科学工程应用的联系，进而理解基本的物理理论在生活或工程应用中的体现，并在适当的时机激发学生的创业热情同时，由于题目的开放性，不同层次的学生可以在其中获得属于自己的成就感，这是因为自我能力或知识面的提升而获得的成就，并不是通过和其他学生对比获得的成就感开放式问题的各个评价环节体现了对学生新工科能力的培养，以及对正确的世界观和人生观的强化在引入开放式问题的具体尝试中，出现了一些亟待解决的问题，主要是由于大班人数较多，分组情况不是特别理想，导致小组内部分工不合理，个别学生有不作为和懈怠的情况为此，进一步改进的方案会严格限制学生的分组人数，以3人为一组进行课题探讨，可以较好地保证每个学生都能得到锻炼同时，引入更多和本课程内容相关的科学前沿的探索性题目，以及和日常生活相关的工程应用型题目，激发学生的选题兴趣，争取让每个小组都能找到自己感兴趣并愿意为之努力探索的题目。