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摘 要：本文阐述了西安交通大学近些年来所进行的大学物理课程的改革实践,改革的目标在于培养创新人才和提高教学质量,改革的核心在于加强学生在教学中的地位.强调赋予学生更多“学”的机会,实践多层次教学,努力挖掘学生综合素质和创新潜能的培养.着重介绍了我们试点实践的“开放研究型、讨论互动式”的教学模式与评价方法.

关 键 词 ：创新人才培养；试点教学；主动学习；开放研究型；讨论互动式

一、改革背景

大学物理课程是一门自然科学的基础课,在为学生打好科学基础、培养学生科学素养和创新潜能中具有重要的地位.通过学习大学物理课程,学生不仅可以获得进行科学思维、科学分析和科学计算的基本能力还可以培养学生科学开发精神和原创性动机.作为一门基础课程,大学物理教学改革处于高校对创新人才培养改革的重点环节.基于对创新人才培养的思考[1],如何通过大学物理课程的教学改革实践对创新人才的培养,并将实践经验和成果进行推广和应用是我们近些年改革的重点目标.

我校的大学物理教学长期以来积累了深厚的基础和建立了优秀的教学传统.截至2008年,学校的大学物理教学实验中心已经成为国家工科物理教学基地和国家级示范中心,除每年固定承担全校三千多名本科生的教学任务以外,还积极组织和参与对外交流,最大程度地将我们的教学传统和成果对外辐射,同时不断提高和完善自身的发展.如,我们的系列教材被30多所高校常年使用,2006—2008年期间对口支援新疆大学大学物理课程建设取得重要成果.

然而,随着社会的发展,大学物理教学新问题不断凸显.一方面,从社会对人力资源需求的角度来说：第一,社会分工越来越细,对在校学生所需要掌握的知识体系、内容的针对性越来越强.第二,社会整体运行和发展的节奏越来越快,其各个环节之间的竞争越来越激烈,这使得学生在未来面对的是基于知识水平之上的综合素质和能力竞争.第三,我国社会、经济的发展迫切需要创新人才的培养和挖掘.人才需求和教育供给之间不匹配的现象是显而易见的.这要求高校培养的人才既具有扎实的基础,又要具有创新意识和创新精神,以适应科学技术日新月异的变化,满足社会经济发展的需求,其中首要的是加强基础科学教育.另一方面,从当前的大学物理教学的状况来看：第一,长期以来形成的课程教学体系缺乏针对性和层次性,不能满足不同层次学生的需求.第二,长期以来形成的相对单一的、甚至固化的课堂传授式教学模式和考评方式,已严重影响着学生学习兴趣的提高,无法调动学生主动学习、自由思考和进行科学想象的积极性.第三,缺乏有针对性的教学内容、教学方法和实践环节,无法使具有创新潜质的拔尖学生脱颖而出.这些问题在高校教学中具有较大的共性,也是创新人才培养所面临问题在基础课程中的具体表现.

因此,处在自然科学基础教育核心地位的大学物理课程教学的改革势在必行.

二、改革思想和教学模式改革实践

1. 坚持传承与改革并重的思想

大学物理是一门传统的公共基础课,其课程内容无论从历史演化还是从不同的使用地区来说都相对固定,讲授对象涉及各高校的多数学生,这导致改革难度很大,既不易变也不敢轻易去变.但由于需要改变的必然性和迫切性,改革的核心就处于改什么和怎么去改?

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首先,改什么应该针对当前的主要问题和需要达到的目标来确定.我们制定的改革内容为：改变以前单一的教学内容体系,按照学生情况实施多学分、分层次教学；改变以教为主的单一的课堂传授式教学模式和考评方式,给学生提供尽可能多的自主学习和实践的平台与机会.以提高学生的兴趣和主动性为契机提高大学物理教学质量,进一步挖掘学生的各种潜能,提升人才培养质量.其次,改革方式和实践必须要在保证整体教学秩序正常进行、教学质量稳步健康发展的基础上进行.结合我校大学物理教学现状,我们采取的方式为：在传承原有厚重的教学基础和教学传统前提下,坚持开设试点班,在试点班进行全方位改革.通过试点教学改革,以点带面,将成功的改革内容逐渐推广至大面积教学进行应用.

根据上述的思想,我们进行了以下几方面教学内容的改革：

（1）形成分别针对大面积工科、非物理理科类、部分工科特殊专业、试点班、医学、经济管理类、文科类的大学物理教学内容体系.除了文科类的教学内容专门设置外[2],其他类型课程内容设置特点主要反映在经典部分基础基本相同,近代部分和拓展部分根据不同要求实施选择,制定相应的教学大纲,并形成与其相适应的主教材和辅助教材.针对少年班,我们开设了与物理专业本科生相近的物理专业基础课程.

（2）以试点班为实施主体,改变以前主要以课堂“教”学为主的较为单一的教学模式, 建立以学生为教学环节主体,采取课堂内外学生“学、辩和研究”、教师“讲、教和引导”并重的多样化多层次教学模式.倡导和鼓励学生进行主动学习、自由思考和批判性辩论, 加大培养学生的学习兴趣和科学想象力,开拓新的大学物理教学途径；发展多样化多层次考评机制和方式.

（3）开发和建设多形式、多渠道的教学教辅和实践平台,包括：针对课堂教学的演示实验、仿真模拟、多媒体演示平台.教师主导、学生参与的演示实验和数值模拟实验的设计和开发平台.学生主导、教师辅导的创新实验平台.网络交流和互动平台等.这些多层次的平台能够让几乎所有学生有机会根据需要主动学习、享受学习.

（4）为实现以点带面,坚持传承、发扬西安交大“传、帮、带”的优秀传统,定期举办教学法活动和交流课,研讨和总结试点班的改革成果和经验,将可推广的内容及时进行应用.

（5）围绕课程内容与体系改革,强调精品意识,以教学改革促进高质量的实时性、针对性强的系列教材建设.

（6）发挥教师特别是年青教师的科研优势,促进教学与科研有效结合,服务于学生科学素养提升和科研训练,提升教学效果和人才培养质量.

2. “开放研究型、讨论互动式”的教学模式与评价方法 实施上述改革的关键,在于如何做好教学新模式的探索和试点并通过以点带面,全面带动大学物理教学质量的提高.经过长期不懈地开设物理教学试点班,在始终关注学生学习能力与素养提升的前提下,致力培养学生独立思考、大胆质疑、勇于批判的精神.我们逐步实现了由传授式向探究式、讨论式等教学方法的转变,构建起“开放研究型、讨论互动式”的教学模式与评价方法.通过在试点班不断实践和完善,及时总结经验并加以推广（已经在我校数学、化学、信息等专业的班级内逐步推广）,使教学质量有所提高.

“开放研究型、讨论互动式”教学模式和评价方式分为课程准备、课程实施主体、考评方式和成果评价3个环节进行.

（1）课程准备：针对学生培养的不同要求,我们将大学物理课程教学内容分为3个部分,其中前两个部分主要来自于教学大纲所规定的教学内容：第一部分为力、热、光、电和近代物理的基本规律、基本方法和基本知识部分.第二部分为由各个内容模块中对于具体物理问题的分析、解决和应用所精炼的扩展内容部分.第一个部分是教学主体内容,其目的是为学生打好坚实的物理学基础,由主讲教师通过传统的课堂教学完成.第二部分打破传统模式中由教师讲授的单一方式,通过提炼出一些专题内容,由学生通过自主学习、交流合作和讨论的方式自行学习和公开讲授.这部分主要是针对培养、挖掘学生自学能力和自学意识所设置.第三部分是为培养学生的科学素养、创新意识、创新精神和创新能力所设定.结合部分课内教学内容和物理学前沿发展,开发和设计研究课题,激励和引导有需要的学生自由组队进行课堂外研究.

（2）课程实施主体：由教学名师担任主讲教师进行课堂授课,同时指导两个助教队伍分别进行课堂内的专题讨论课和课堂外的研究活动.助教队伍由具有博士学位并承担科研工作的年轻教师构成,主要引导学生实施后两个环节.

在专题讨论课环节中,由课内助教准备一定数量的可拓展性的专题以及能够紧密联系实际的物理问题交给学生进行自主学习和自由探索[3],并做相应的指导,引导学生分组在课外时间进行充分讨论、总结,最后每组选出1～2名学生代表在课堂上进行讲授（每学期每名学生至少讲两次）,开展学生自评及相互间的互评,整个过程学生自主学习起主导作用.

课堂外的研究环节,主要针对部分优秀的并且对物理学非常有需要的学生.由教师结合课程内容和科技前沿的发展,协助学生开发或引导开发与课程内容相关的科研题目.由学生自愿组队,从设计研究方案、实验方案、具体实验进行、结果整理、讨论并向其他同学讲授,到最后完成论文写作,都由学生自主完成.

（3）考评方式和成果评价：针对以上的教学模式,我们采取了学生的小论文、大作业、专题演讲、学术报告、期末口试、考试等相结合的多样化考评方式进行考核.其目的在于鼓励学生主动学习、自主钻研,以达到培养学生综合素质的目标.在具体措施中,考试成绩所占的比例下调到50%；平时教学、学习环节占50%,其中作业占10%,学生在讨论课中的表现占20%,课题答辩中的表现占20%（学生自评5%、互评5%、教师评价10%）；另外学生参与科研活动、获得的科研成果以及正式发表的论文都会获得奖励成绩.

3. 实践及成果

虽然有以上的改革的思想和方案,但是具体的实施方案一定要根据试点学生对象的情况有针对性地设置.下面以我校钱学森班为例,说明我们进行试点改革的具体情况.

钱学森班由我校几乎所有专业最优秀学生所构成,针对他们,大学物理既是基础课又属于通识教学课程的范畴,因此结合“开放研究型、讨论互动式”的教学模式与评价方法,我们在实践钱学森班大学物理课程教学改革中遵循了4个特点：

（1）要使学生获得坚实的物理基础和广泛的物理学知识面.为了能在有限的课时内同时实现这两个目的,我们一方面尽可能浓缩力、热、光、电和近代物理中的最基本的教学内容进行课堂讲授,另一方面增加和拓展了如流体力学基础、广义相对论、量子物理、物理学前沿及交叉发展等其他专业从不涉及的内容体系.其中第二个方面的教学通过课内讲授、案例教学、课内讨论课、教师引导课外自主学习、专题讨论和演讲等不同形式进行.特别鼓励学生通过自主学习的形式完成学习,对于学生做的每一项工作都会得到不同程度的奖励.

（2）要培养和训练学生自主学习的本领.针对这个目的,我们提炼了一些自主学习教学专题,如火箭及变质量问题、刚体非定轴转动及其应用、热力学循环及其在制冷器件中的应用、从热力学熵到信息熵、从气体分子模型分析实际气体性质、每年物理学著名发现和重大进展的讨论等.基于这些专题,我们制定了按照寻找现象、发现兴趣点、发现问题、自主思考、调研、交流讨论、研究、整理总结等要素规划的学习过程,根据每个要素对学生的学习过程进行监督和检查.在实践中我们发现,鼓励合适的组织能力和责任心强、外向型的学生作为自主学习、讨论和课堂演讲的核心和组织者,会对完成教学改革工作起到很好的促进作用.

（3）要培养学生应用物理学基础知识和方法分析和解决实际问题的能力.在这一方面,我们大幅度减少了课程中传统习题的讲授,而代之以加强能够体现多个知识点、方法综合应用的物理学案例教学,同时鼓励学生参与建立了系列与案例相关的计算机数值演示模型,引导学生进行较为深入的分析和思考.

（4）通过加强创新实验教学环节培养学生实际动手能力.物理学是一门实验科学,从一开始就培养学生进行实验研究的能力和积累相关实验的素养也是我们实践新教学模式的重要内容.在这一方面,除了正常的大学物理实验教学和课堂演示实验,我们从基本力学、流体、热学、电磁学、光学等方面的现象入手,提炼出一些普通物理模型,比如用碗内的小球运动模拟万有引力、封闭瓶子中液体随瓶子的运动行为等.这些模型高于课内知识范畴同时又易于实验.为了支持学生进行这些创新实验,除了建立基础的实验平台以外,我们设置了一些创新实验项目、竞赛项目鼓励学生进行申请参加并完成,同时配备了一些责任感强、科研水平高的青年教师指导学生完成实验.对于难以用普通方法实现的实验、量子物理、相对论物理方面的现象,我们引导和鼓励学生开发数值模拟实验.实践证明,我们在试点班的改革大大促进了课堂教学质量、提高了学生的学习主动性和兴趣,一定程度上挖掘了学生的综合潜能.

为了能够将试点改革的经验及时应用到普通班,使得更多的学生受益.除了一些传统的方法,如定期举办教研法讨论、将一些试点的方法和内容直接应用于其他的课堂等,我们还采取了通过交叉试点班学生和普通班学生共同参与项目开发、课题研究,并以这些学生为中心在普通班实施一定程度的教学改革,取得了很好的实际效果.

2013年,我校的“大学物理”课程成为国家首批资源共享课,研究成果荣获陕西省高等教育教学成果特等奖.

参考文献：

[1]王小力