開設新生力學研討課的實踐與體會

丁祖榮

摘要：本文以力學研討課為例，分析了新生研討課是培育創(chuàng)新型人才的新型課程?？偨Y(jié)了它的特點：教授主持，自由選課；形式多樣注重研討；師生互動，鼓勵質(zhì)疑；考核寬松，培育興趣等。并提出了有待改進之處。

關鍵詞：力學；教學改革；研究型教學；創(chuàng)新教育

一、國內(nèi)外背景

隨著改革開放的不斷深入，創(chuàng)新教育和素質(zhì)教育在我國高校已成為基本理念，但在本科教學中仍普遍存在“知識傳授有余，創(chuàng)新探索不足”的現(xiàn)象。特別是研究型大學仍缺少與之相匹配的研究型教學。研究型教學的根本特征應該是，培養(yǎng)學生積極探索的素質(zhì)。不僅掌握基礎知識，知曉現(xiàn)代知識，還應該具有探索未知領域的興趣、善于探索的本領。新生研討課是符合這一要求的新型課程。

古希臘的亞里士多德時期和中國的孔子時期曾經(jīng)有過老師與學生討論課的雛形，現(xiàn)代意義上的新生研討課起源于20世紀50年代的美國。首先由哈佛大學創(chuàng)建，后來被其他著名大學采用。至20世紀80年代，作為一項提升教育質(zhì)量、培養(yǎng)更富競爭力人才的教學改革措施，許多美國大學都將新生研討課作為一、二年級的必修課或選修課列入教學計劃。其基本特征是：(1)主要面向一年級新生，也有面向二年級的，同一班學生來自不同專業(yè)和學院；(2)強調(diào)交互式教學方法，教師講課與學生討論交互使用；(3)大多是少學時的，算一個學分；(4)大多限定小班規(guī)模，每班8～12人；(5)考試成績只分通過與不通過兩種。

國內(nèi)由清華大學率先開設新生研討課(2003年)，而后迅速在其他高校推廣。當前開設新生研討課已成為大學研究型教學改革的重要舉措之一。雖然已摸索總結(jié)出一些經(jīng)驗，但總體上仍屬于初創(chuàng)和探索階段。

二、新生力學研討課

從2007年起，我們開設了“動物運動和生長的力學奧秘”新生力學研討課。本文根據(jù)教學實踐，結(jié)合上海交大的情況，總結(jié)幾點體會，與同仁們分享。

1．教授主持自由選課

主持新生研討課的教師不同于一般課程的主講教師，從功能上應冠于“導師”稱謂更為確切。上海交通大學規(guī)定新生研討課必須由教授，最好是熱愛本科教學、學術造詣較高的教授開設。這是因為新生沒有任何大學課程基礎，缺乏專業(yè)知識。這需要教師能高屋建瓴、深入淺出地把課題的背景、現(xiàn)狀及發(fā)展前景介紹給學生；能準確地歸納出具有代表性的、反映課題實質(zhì)內(nèi)容的問題，引導學生討論。

新生研討課的題目全憑教師根據(jù)自己的“拿手好戲”和興趣自由選擇，學校特別鼓勵交叉學科選題。教師提煉出與國計民生關系密切、公眾普遍關注的主題，可能涉及多種領域。既有經(jīng)典內(nèi)容，也追蹤前沿方向。有的已有答案但仍需突破，有的可能尚無答案需要探索。

新生研討課提供了新生與導師接觸、交流的機會。學生能聆聽導師對學習、做學問、做人的忠告，親身感受他們?yōu)槿藶閷W的風范。從導師那里潛移默化地學到書本上學不到的東西，可能讓他們終生受益。同時也讓新生們認識到，科學家、導師也是普通人，只要他們確立目標、堅持不懈，將來自己也能步其后塵。

新生選課沒有先決條件，也沒有專業(yè)限制，完全根據(jù)興趣。有的新生在中學里就對某個專業(yè)感興趣，而現(xiàn)在就讀的不是這個專業(yè)。他就可以通過選擇新生研討課了解當前專業(yè)的情況，培養(yǎng)興趣；也可以選擇與自己喜歡的專業(yè)有關的課程，喚起潛在的興趣，在一年后重新選專業(yè)。

上海交通大學在2007-2008學年第一學期共設置40門新生研討課，其中理工科占一半，人文和生命科學各占1／4。課時為18～36學時，學生人數(shù)限定在15～30人，可容納新生逾千人?！皠游镞\動和生長的力學奧秘”是唯一一門力學課程。選課人數(shù)30人，分別來自船舶、機械、電子、醫(yī)學、管理、傳媒等10多個學院。除了船舶和醫(yī)學院的學生可能涉及專業(yè)需要外，大多數(shù)學生為興趣使然。

2．形式多樣注重研討

傳統(tǒng)課堂只有一種教學模式：老師埋頭講，學生埋頭記。目的是讓學生記住書本上的知識。教學內(nèi)容是固定的，教師按照書本內(nèi)容講。課堂上幾乎沒有討論。老師提問是為了考查學生是否注意力集中，是否聽懂講課內(nèi)容。學生不習慣當場提問。

新生研討課可以有多種教學模式，但都離不開師生之間、學生之間的研討形式。目的是讓學生學會獨立思考、自主學習。由于沒有固定教材，教師需要根據(jù)課程的特點設計新的教法。人文類研討課可以完全以學生為中心開展研討，教師只是起引導作用；自然科學類，特別是涉及前沿學科的生命科學、理工科課程采用教師與學生共同研討的方式居多。一般需要教師先介紹背景知識和基本內(nèi)容，然后歸納幾個問題讓學生研討。不論哪種模式，由教師提問題一讓學生查資料一在課堂上開展交流研討的方式是共同的。

新生研討課讓學生學習對一個主題如何提問題，如何進行研究，如何作結(jié)論。以“動物運動和生長的力學奧秘”為例。先讓學生將動物(鳥類和魚類)的運動速度和效率與人類的交通工具作比較，調(diào)研的結(jié)果是在空氣中人類的飛機在速度和高度上早就超越了鳥類，但水中的船舶卻落后于魚類，特別在效率上更是遠遠落后。由此提出了第一個問題：物體在流體中運動時的阻力是如何形成的?通過查資料和討論，從未學過流體力學的各專業(yè)學生了解了流體力學中關于力的最基本概念和原理。接下去的問題是魚類為什么在水中游得快?這個問題引起學生的濃厚興趣，討論的內(nèi)容更加豐富多彩。學生從不同的角度分析不同種類的魚(包括水中其他動物)的身體結(jié)構(gòu)、外形特征、推動方式及減阻措施，并運用流體力學的原理尋找游得快的原因。最后提出第三個問題：如何借鑒動物運動的原理設計高效率的船舶。學生們用掌握的流體力學基礎知識，參考鳥類、魚類的運動特點，展開豐富的想象力，對改進現(xiàn)有的船舶結(jié)構(gòu)和推進方式、設計全新概念的新型船舶提出了各種各樣的方案。有的方案引經(jīng)據(jù)典，論證比較嚴密：有的方案缺乏足夠依據(jù)但想法大膽；有的方案則富有創(chuàng)意。各種方案在課堂上進行交流，教師與學生一起點評，展開熱烈討論。

學生在研討課上學習如何收集資料、表達自己的觀點、評論別人的方案、歸納總結(jié)等科研工作中的各個環(huán)節(jié)。通過這一經(jīng)歷不僅學習了科學研究的思維方式和操作過程，而且學習了團隊相互合作、平等討論的精神，認識拓寬思路的重要性、學科交叉的必要性。平時不敢發(fā)言的學生還鍛煉了上臺講話的膽量。

3．師生互動鼓勵質(zhì)疑

普遍認為“中國的學生不敢主動提問，更不敢向教師質(zhì)疑”。這可能與中國的學生從小所受的教育模式和所處的環(huán)境的長期影響有關。新生研討課應創(chuàng)造一種開放、融洽的課堂氣氛、鼓勵學生大膽提問和質(zhì)疑。入學依始，給新生營造一個全新的學習模式，對他們盡快適應研究型大學環(huán)境大有裨益。

新生研討課的教師應保護學生提問的積極性。教師在第一堂課上就闡明課程的性質(zhì)不是授課，而是研討，可以提出各種設想，可以對別人提出異議。要提倡學生發(fā)表自己的見解，哪怕是錯誤的見解。教師應不斷啟發(fā)學生提問，

哪怕提的問題很幼稚也積極鼓勵，不簡單否定。

新生研討課的主題應能吸引學生提問。“動物運動和生長的力學奧秘”的下半部分是研討應力與生長關系新命題。已發(fā)現(xiàn)了許多應力引起生長的證據(jù)，如鍛煉使肌肉發(fā)達，長期臥床使肌肉萎縮等。還有更多證據(jù)需要發(fā)掘，適合學生去尋找。該主題包含的內(nèi)容及其豐富，某些現(xiàn)象還不能解釋，對己發(fā)現(xiàn)的規(guī)律也有待進一步驗證。例如通過X光透視和力學數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)人股骨中松質(zhì)骨是沿主應力方向排列的，這預示骨細胞順著應力大的方向生長；動脈管壁受到血壓作用而膨脹，主應力沿圓周方向，但管壁的內(nèi)皮細胞卻沿著軸向拉長，有學生對這兩個看似矛盾的結(jié)論提出質(zhì)疑，說明細胞生長與應力的關系還有待進一步探索。

新生研討課的研討方式應有利于學生提問。最有效的方式是提出一個尚未驗證的命題，讓學生從各個方向去驗證和說明。學生根據(jù)自己的興趣和能查到的資料去尋找答案，大家提出的問題五花八門，不相雷同。這不僅有利于相互質(zhì)疑，也促使相同興趣的學生開展合作和討論。例如在借鑒動物運動特點設計新型船舶時，有的注重改進船舶形狀，有的注重改進表面阻力：有的提出利用水面空氣效應，有的提出利用風帆效應；有的研究噴水推進，有的研究磁流體推進。同學們相互質(zhì)疑，使研討熱烈而有趣。

提出問題是發(fā)現(xiàn)真理的第一步。牛頓從觀察蘋果落地的現(xiàn)象提出為什么只向下掉的問題，最終發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，德國科學家魏格納從觀察世界地圖中提出為什么大洋兩岸的海岸線形狀相似問題，最終建立地球板塊構(gòu)造學說。同學在新生研討課上提出的種種問題可能引起教師新的思考，可能給其他同學帶來啟發(fā)，也可能成為自己今后一生探索的課題。許多同學反映從新生研討課中獲得了靈感。

4．考核寬松培育興趣

新生研討課不進行期末考試，不搞“一考定成績”。采取考查方式，以通過和不通過為考查結(jié)果(有的教師增加一擋優(yōu)秀)。考核方式由任課教師確定，可以靈活多樣，如口頭報告、小論文、用PPT演講、小組研究報告等。最終成績可由出勤情況、平時提問情況及期末報告等組成，通過者可獲得相應學分。

由于新生研討課沒有枯燥繁瑣的公式推導，強調(diào)交流與討論，因此氛圍較為輕松，但不偏離主題。教師講解基礎和背景知識，介紹進展和前景，素材以圖片、動畫和實驗錄像為主，有條件的可組織參觀、觀摩、實地調(diào)查等實踐活動，培育學生興趣。如在我們的課程中為配合新型船的設計可組織學生參觀船模陳列室，配合研究魚的運動特性可參觀水族館等，使學生對研討主題的感受更加直觀、生動。

在新生研討課中，除了老師與學生互動外，教師應注意引導和組織學生之間的交流和協(xié)作。以靈活、多樣的方式鼓勵學生組織小組。以小組的形式收集資料、閱讀、討論、交流、寫作，培養(yǎng)分工協(xié)作的意識和團隊精神。這種協(xié)作方式和團隊精神是當今科研工作取得重大成果的必要因素，尤其是對交叉學科。

大部分學生沒有當眾上臺演講的經(jīng)驗，也沒有制作PPT的經(jīng)歷。新生研討課提供學生不止一次上臺演講的機會。許多學生從設計主題、制定大綱，收集資料、做PPT到登臺演課，經(jīng)歷了第一次科研實踐。很有成就感，從別人演講中得到啟發(fā)和借鑒，很有收獲感。總之通過研討課提高了學生對專業(yè)學習和作科研的興趣與自信心。

三、待改進方面

新生研討課體現(xiàn)了一種以探索和研究為基礎的，以師生互動、自主學習為方式的研究型教學理念，為學生創(chuàng)造了與名師對話的機會，架設了學生與教師溝通的橋梁，培養(yǎng)了學生互助協(xié)作和團隊精神，提高了學生的綜合素質(zhì)。力學新生研討課使不同專業(yè)的學生提高了力學素養(yǎng)，窺視到從工程到生命領域中無處不在的力學奧秘，感受力學的無窮魅力。這不僅加強了新生對不久將學習理論力學、材料力學、流體力學等課程的親和力，而且為他們今后在各自的研究領域中主動運用力學元素、開展與力學的交叉研究打下基礎。

當然也存在一些問題有待改進，如學生對新生研討課的反饋意見中有：(1)30人一班人太多，使討論和發(fā)表意見的機會相應減少，應以10～15人最佳。(2)研討還不夠充分。原因有新生對研討的主題知識有限，資料缺乏；有的學生還沒有發(fā)言的習慣。需要教師在選題上下些功夫，多鼓勵引導學生發(fā)言。(3)參觀、實踐機會較少，主要與實踐場地和經(jīng)費缺乏有關。(4)時間上有時與公共課(如外語、政治課)沖突，需要學校統(tǒng)籌解決等。

參考文獻：

[1]朱克勤，任仲泉，關于美國幾所著名高校的流體力學新生研討課[J]，力學與實踐，2005，27(1)：78～80。

責任編輯：文和平