淺談雙一流建設背景下大學物理課程教育教學的改革*
——參加馬文蔚《物理學》第七版修訂研討會有感

樊濟宇 馬海霞

(南京航空航天大學物理學院 江蘇 南京 210016)

2015 年 10 月國務院印發(fā)《統(tǒng)籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》，明確了“雙一流”建設的建設思路、建設任務和總體要求[1]．“雙一流”建設是黨中央、國務院作出的具有重大戰(zhàn)略性的決策，是目前中國高等教育領域層次最高的國家戰(zhàn)略．“雙一流”建設為我國高等教育全面改革指明了方向．建設“雙一流”是中國高等教育領域繼“211工程”“985工程”之后的又一國家戰(zhàn)略．大學物理課程是綜合性大學和理工科院校展開通識教育的基礎課程．大學物理作為理工科人才培養(yǎng)的核心課程，已經進入一個全新的發(fā)展階段，豐富的內涵，涉及多個領域和層面，因此大學物理課程在教學內容和教學方法上必須與時俱進，深入開展課程創(chuàng)新設計與教學方法改革．應東南大學周雨青教授的邀請，前不久我們參加了在無錫舉行的馬文蔚《物理學》系列教材第七版修訂研討會．這次研討會的參會代表來自全國各地，最遠的是西藏大學，絕大多數代表們的學校都是使用這本教材，但是也有一部分高校包括復旦大學、華南師范大學、山東大學、南京航空航天大學等，雖然沒有使用這本教材，但都派出負責大學物理教學工作的教師來參加這次研討會．討論會分上下午進行，上午是專家報告，下午是集體討論．通過這次參會以及和代表們的交流，我們深刻體會到馬老師的教材在全國高校使用的普及性和影響力，以及學生對這部教材的認可度；同時更為重要的是通過聽取各位代表的發(fā)言，對大學物理教學的理解，對目前教學中的困境和新形勢下如何把大學物理教學改革深入發(fā)展，都深有感觸，大學物理教學即將進入一個全新的轉型期[2]．

教學，特別是對大學生的教學，除了把專業(yè)基礎知識傳授給學生外，另外一個更為重要的目的就是通過教學過程的訓練使學生掌握科學的思維方法，培養(yǎng)他們獨立分析和獨立處理問題的能力．目前自上而下，幾乎全國所有高校都投入到雙一流建設，其宗旨就是培養(yǎng)出適應新時代要求的創(chuàng)新型研究型人才．在這一點上，大學物理作為一門理工專業(yè)的基礎課程，同時課程本身具有高度邏輯性和科學嚴密性，對培養(yǎng)大學生這方面能力就顯得尤為重要．然而隨著時代的進步和科技手段的發(fā)展，如何在新形勢下更好地提高教學效果，大學物理教學如何改進，怎么樣能夠更好地發(fā)揮其作用，就成為我們需要深入思考的問題．目前，處于我國科學、人才和創(chuàng)新交匯點的“雙一流”建設高校，不僅在基礎科學研究方面具有其他高校和機構所不具備的條件和能力，也有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ?/p>

1 學情分析

如果說高校是我國基礎科學研究的生力軍，那么，“雙一流”建設高校便是主力軍．依托研究型高校開展基礎科學研究，是發(fā)達國家的通行做法，也是成功經驗．建設世界一流大學和一流學科是建設高等教育強國和實現人力資源強國戰(zhàn)略的必然選擇和重要舉措．把握好“雙一流”建設的歷史機遇、建設和發(fā)展大學物理課程的思想前提之一就是正視大學物理課程的基礎性地位和客觀不足．

1.1 大學物理教學的基礎性地位

物理學是研究物質的基本結構、相互作用、最常見的運動形式和相互轉化規(guī)律的學科．物理學的基礎理論滲透到自然科學的各個領域，應用于生產技術的各個部門，是自然科學和工程技術的基礎．大學物理課程以經典物理、近代物理和物理學在科學技術中的初步應用為內容，是理工科院校學生的一門重要必修基礎課，在人才培養(yǎng)方案中處于核心地位．這些物理基礎知識是科學素質的重要組成部分，也是科學工作者和工程技術人員必須具備的素質．在高等院校中開設大學物理課的目的，一方面為使學生較系統(tǒng)地掌握物質運動的基本規(guī)律，為學習專業(yè)課及今后工作打好必要的物理基礎；另一方面通過本課程的學習，可培養(yǎng)學生科學思維能力和掌握科學方法，培養(yǎng)適應現代社會發(fā)展、滿足國家建設需要、富有創(chuàng)新精神與合作意識的高級精英人才等，都具有其他課程不能替代的重要作用[3]．

1.2 大學物理教學過程中呈現的問題

(1)課程定位導向不明確

基礎課相當于運動員的體能訓練，在整個人才培養(yǎng)框架中起基礎性的服務作用．大學物理課程的定位是為培養(yǎng)非物理類專業(yè)研究型人才打好物理基礎，目標是加強基礎、培養(yǎng)能力、提高素質、突出創(chuàng)新．新世紀高新技術的大量涌現，多學科的交叉、轉移和滲透，要求研究型人才不僅能理解和應用高新技術，而且更重要的是能發(fā)展和創(chuàng)造高新技術．物理學原理是技術的源泉，是多學科交叉、轉移和滲透的支撐點．因此，在研究型人才的培養(yǎng)中，物理課擔負著重要的任務．基于各種原因，該門課程存在學校定位不清、重視不足、發(fā)展不夠的現實課題．具體表現為，有些高等院校在課程設置時的學時刪減、課程開設時的內容較少等．

(2)教師個人的素質

作為一名高校老師要以初學者的心態(tài)去了解和理解學生的困惑、迷茫和錯誤，培養(yǎng)和保護學生們的興趣，幫助學生建立成功的信心．要做到這些，教師自己就要對自身的素質提出新的、更高的要求．教師不僅應該有較高的學術水平，還要具有創(chuàng)新的意識和研究經驗，教學與科研并舉．基礎課教學是一項任務，更是一項事業(yè)．教師在任課期間，必須全身心地投入到教學中．此外，教學的管理者在領導教學工作的同時，要尊重和保護教師的能動性和個性，給他們充分的教學改革的空間．

(3)學生主體

學生剛開始學習時積極性較高，課堂反應較好，但隨著課程的推進，積極性逐漸下降．以大學物理上冊為例，在前三章的學習中，學生在課堂上往往能跟上教師的節(jié)奏，但到了第四章剛體部分，很多學生聽課時顯得比較茫然，出現較強的厭學情緒；學習電磁場部分，大部分學生出現聽不懂、不會做作業(yè)的情況．學生在整個學期的學習過程中往往只注重對單個知識點的學習，不注意理解知識之間的聯系與區(qū)別，不清楚各章節(jié)之間的關系，對整本書的知識框架缺乏明確的認識．學生在課堂回答問題及課下做作業(yè)時，往往利用高中的公式去解決，沒有將高數方法靈活用于解決物理問題，即使有部分學生知道應該用微積分去解決，但在求解過程中出現許多細節(jié)錯誤，還有部分學生將新舊方法混用．

1.3 問題原因的分析

(1)大學物理在難度上高于中學物理，難度的加深挫傷了學生的積極性

大學物理研究的是自然界物質的結構、性質、相互作用及其運動的基本規(guī)律．這里的運動是指最一般的運動，并不是高中時涉及的最特殊的運動，這意味著大學物理在內容上會對高中物理進行擴展，而不是對高中知識的重復；也意味著大學物理在定量分析問題時需要用到矢量及微積分，而高中物理往往不強調矢量，在高數中講矢量也缺乏相應的物理背景，所以學生對矢量運算掌握得不好．另外，雖然在高數中微積分是十分重要的內容，但高數求解微積分的題目往往已知被積函數表達式，而大學物理題目大都需要學生根據已知條件寫出被積函數，并確定積分上下限，再進行定積分運算，這不能機械地照搬公式，而是一項含有自主創(chuàng)造性的工作，顯然這樣的工作學生處理起來相當困難．學生因沒有靈活地掌握微積分導致他們在聽課及做作業(yè)時出現困難，進而挫傷他們的學習積極性．

(2)高校給予大學物理的學時越來越少

大學物理需要講解基本的概念、定理、定律，并由于考試的需要，必須涉及對具體題目的講解，這需要花費許多課時，應用時間更是非常有限，學生脫離了應用聽課就會感覺比較枯燥，進而對大學物理缺少興趣；如果脫離了基本概念、定理、定律，僅講應用，就是無源之水、無本之木，學生同樣無法真正理解這些應用．學時的限制讓高校教師在講解大學物理時心有余而力不足，學生也獲益較少．

(3)學生在高中的物理基礎為大學物理做好了鋪墊，但也成了大學物理的絆腳石

學生對一些知識存在認識誤區(qū)，比如，認為適合所有的直線運動，認為能用于求解所有情況下力做功．學生在高中做了大量題目，對一些公式已經熟記于心，由于他們所做的都是適用這些公式的題目，很少接觸不適用的情況，就會以為公式能解決所有的問題．另外，學生在高中為了應對高考，往往把學習重心放在識記公式上，而不是理解知識、發(fā)現知識間的聯系、建立知識框架．這樣的學習模式導致學生在學習大學物理時不注重各章節(jié)間的聯系，不理解物理研究問題的思路方法，從而導致他們覺得大學物理內容“新、多、難”．

(4)學生的主觀原因也是導致上述問題的重要因素

獨立院校的學生往往對學習的主動性不強，學習興趣較低，特別是當所學課程有一定難度時他們往往產生退縮情緒，出現玩手機、睡覺、抄作業(yè)等現象．

2 大學物理課程教學改革機遇與措施

2.1 教學理念的更新

根據大學的特點，本科教學階段學生學習的方式通常有3種：

(1)教師對學生的教育；

(2)學生獨自在課外學習；

(3)同學間互助學習．

當前第一種方式在大學物理常規(guī)教學中占主導地位．這種“一言堂”的教學導致的結果是學生對大學物理學習毫無主動性和自覺性，完全是一種被動地參與教學過程．絕大多數高校目前大學物理教學都是實行的大班授課，一個教室基本是百名學生左右或更多，我們期待的結果是教師認真講，學生專心聽，課后開展熱烈的討論，達到理想的教學效果．然而事實卻相反，在這種教學觀點和教學理念下，學生是不可能有很好的投入度，加之互聯網的普及和誘惑，學生課堂上玩手機，看微信， QQ聊天等不在少數．任何人都阻擋不了時代的進步，只能順應其發(fā)展，探索與之相適宜的方法．因此，作為大學物理教師，除了加強自身的學識能力，豐富教學內容外，必須更新自己的教學理念，由單一的“我教你聽”的教學理念轉變?yōu)槿绾我龑W生自主學習為主的教學上來，幫助他們逐漸消除中學階段養(yǎng)成的 “傳授式教學”習慣，取而代之的是培養(yǎng)學生“獨立自主的學習”方式．

2.2 教學模式的更新

如何有效地激發(fā)學生學習大學物理的主動性，培養(yǎng)學生自主學習的習慣和能力，教學模式的改變是重要一環(huán)．僅靠一本教材，一個PPT，一個習題冊，是不可能實現這一目的的[4]．目前以MOOC、雨課堂等為代表的教學模式改革，探索出的混合式教學，包括翻轉課堂教學模式都是一個很好的實踐．這些不同于我們傳統(tǒng)教學模式的新型教學手段，從本質上看主要是集中到兩點變化．

(1)以問題為導向，激發(fā)學生的求知欲，引導學生自主學習．眾所周知，啟發(fā)式教學是激發(fā)學生學習熱情和挖掘學習能力的重要手段，這些新的教學模式，都是通過課前布置一定任務，提出一些由易到難的相關問題，利用視頻的觀看以及學習資料的查閱，引導學生自主學習，獨立探索，解決問題．這種教學模式可以有效地觸發(fā)學生在潛意識中學習的成就感，使得學生愿意由被動式聽教師講變換為自己去學．

(2)真正實現了教學過程中有效的教學互動環(huán)節(jié)．在掌握和理解知識過程中最重要的一環(huán)就是對所學知識的內化過程，在傳統(tǒng)的教學模式下，由于個體之間認知能力和理解能力的差異，相當一部分學生在課后內化過程中當遇到挫折和困難時，卻得不到及時的幫助和指導，久而久之，就會喪失學習的動機和成就感，產生厭學情緒．

目前這種新型教學模式，通過信息化的網絡平臺，教和學的過程融為一體，師生之間的互動不受時間和空間的限制，學生遇到問題，隨時能夠得到解決；教師課前也能夠提前掌握學生的情況，在課堂上給予針對性的指導．此外學生之間的相互交流也會促進知識的吸收內化過程．所以新的教學模式將是未來大學物理教學改革的必然方向．

2.3 教學方法的更新

當前以及不久的將來，一種“新形態(tài)”教材將會取代目前單一的紙質教材．雖然學術界對這種新型教材還沒有一個十分確切的定義，但是基本思想是指有形的紙質教材與無形的信息化網絡平臺相結合的一種知識傳播載體．顯然，在這種新型教材面前，作為大學物理的授課教師，就必須采用新的教學手段、新的教學方法，順應教材的變化，采用合適的形式處理每個知識點．除了繼續(xù)保持傳統(tǒng)的課堂板書輔助多媒體教學手段外，在課堂教學中就必須設計出合理的啟發(fā)式問題，引導學生利用網絡平臺的支持，獲取答案從而使學生對教學的內容加深理解和掌握．在這種新型教材中，大多數演示實驗和不便在教材中詳述的知識點都可以通過掃描對應的二維碼，利用手機平板電腦及時觀看和查閱，信息量知識點明顯比傳統(tǒng)教材增加了很多，但是由于目前許多高校在新版專業(yè)培養(yǎng)方案實施后，大學物理的課時基本都進行了壓縮，所以在知識量增加課時反而減少的情況下，如何處理好知識的重難點，如何將大量的視頻資料和課堂講解有機結合，這對教師在教學方法上提出了更高的要求．同時結合新型的教學模式運用，在課堂教學中必然會增加很多專題討論環(huán)節(jié)，如何調動全體學生參與，避免出現大多數被動參與和形式化參與，這些都需要教師根據學生的實際情況，采用合適的教學方法和教學手段，加以引導，真正實現教學相長的過程．

2.4 教學內容的更新

物理學的內容通常有兩種分類方式．第一種是按基礎性質和發(fā)展過程分類，可分為牛頓力學、熱力學和統(tǒng)計物理、電磁學、相對論和量子力學．另一種是按物質的層次和狀態(tài)劃分，可分為粒子物理、原子核物理、原子分子物理、凝聚態(tài)物理等．考慮到基礎課的性質，我校大學物理課程的內容體系基本上是按第一種方式分類的，這通常稱為傳統(tǒng)體系．北京大學和中國科學技術大學等院校的非物理專業(yè)的基礎物理課程也都采用這一內容體系．適用性廣、對高新技術的發(fā)展起重要作用的基本原理和基本內容上，并適當顧及廣度．這類似于蓋房子采用“樁基礎” ．合理配置教學內容的深度和廣度，讓學生“既見樹木，又見森林” ．我們的主要改革措施，一是加強近代物理基礎，壓縮和優(yōu)化力學、電磁學和光學，加強量子物理和統(tǒng)計物理，增設近代物理和高新技術物理基礎兩門新課．二是經典物理教學內容現代化，以現代的觀點重組經典物理的內容體系，聯系物理學的最新進展和高新技術．三是對物理學的前沿內容進行“普物化”．

2.5 考試制度的更新

目前大班教學以大學物理核心知識點為考試重點，成績由平時作業(yè)與期中、期末考試分數相結合組成，其中期末考試一般占到70%之多．實際教學中我們發(fā)現，大多數期末考試不及格的學生，期中和平時也都不行．這就表明這部分學生的問題不是一天兩天出現的，是長期積累下來，越積越多．如果我們能夠及時發(fā)現他們的問題，就可以幫助他們及時糾正，及時彌補．同時如果能夠讓他們平時就感覺到自身學習的危機感和緊迫感，學習的主動性定會有所改變和加強．所以要改變目前一卷定分數的考試形式，改為一學期多次考試．考慮到實際操作的難度和考試成本，可以將這種平時的測驗通過網絡平臺上的試題庫進行．另外，我們大學物理教學的目的除了讓學生打好物理基礎，系統(tǒng)理解物理的基本概念和理論外，更重要的是培養(yǎng)他們物理的思維習慣，掌握處理復雜問題的研究方法．考試形式還應包括課外科學小論文的撰寫、課程的總結報告、討論會的演講等內容．這種多形式的綜合計分辦法不僅可以更加全面地反映學生掌握大學物理知識的真實水平，同時多次考試可以很好地督促和幫助不能夠及時適應大學學習規(guī)律的學生，盡快從中學階段被動灌輸式學習變?yōu)橹鲃拥淖灾餍詫W習．

2.6 教學團隊的合作

顯然，在這種新形態(tài)教材和新教學模式面前，以及教學互聯網平臺的涌現，大學物理教學工作的實際工作量不是減少，而是大大增加．以往只要一本教材、少量的教學參考書，做好PPT，基本就能完成正常課堂教學工作．現在除了這些工作，教師還需要花大量的時間在網絡上找到合適的資料，設計和選擇出與教學緊密相關的視頻、動畫和討論思考題，以及線上線下的答疑討論等教學工作．而我們知道一個理想的啟發(fā)式問題的設計往往是需要一個長期的教學沉淀過程，也需要設計者有開闊的視野和豐富的教學經驗，但是目前絕大多數高校大學物理教學工作都是以中青年教師為主，他們在這個方面儲備顯然是不足的．同時國內絕大多數高校都強調雙一流建設，中青年教師除了完成教學工作任務外，在科研工作上更要投入大量的時間和精力，所以單憑個人的力量不可能較好地完成教學準備和課堂教學工作．只有依靠教學團隊的力量，以老帶新，分工協(xié)作，相互交流，完成課前準備，課堂教學，以及課后輔導等相關工作．因此加強大學物理教學團隊的建設也是新形勢下教學改革的一項重要任務．

3 結論

總之，在雙一流建設要求下，大學物理教育教學正向信息化、高效化的大趨勢發(fā)展，每位教師和教輔人員都需要轉變教學理念，不斷更新知識，不斷進?。瑫r要改變傳統(tǒng)以教師教學為中心的思路，利用信息化的網絡平臺并結合長期積累的教學經驗，培養(yǎng)學生以自主學習為主，師生共同學習的新教學模式，從而為社會培養(yǎng)出科技創(chuàng)新人才．