我理“大物”,一直在路上!
——【人才培養(yǎng)系列報(bào)道】北京理工大學(xué)大學(xué)物理教學(xué)工作紀(jì)實(shí)
發(fā)布日期:2018-11-17 供稿:黨委宣傳部 王朝陽(yáng)、學(xué)生記者 趙盧楷 攝影:物理學(xué)院、校記者團(tuán) 唐牧城 孫唯瀟 張宸菲
編輯:王朝陽(yáng) 審核:藺偉、姜艷 閱讀次數(shù):
“慣性力、熱力學(xué)定律、光柵衍射實(shí)驗(yàn)、感生電場(chǎng)、密立根油滴實(shí)驗(yàn)、狹義相對(duì)論、引力波……”
大學(xué)物理,這門理工科學(xué)生的必修基礎(chǔ)課,常常被學(xué)生們親切地稱為“大物”,而一份份物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告,也成為大學(xué)生活中的經(jīng)典回憶。大學(xué)物理建立起物理學(xué)的基本概念、基本思想、基本規(guī)律和基本方法,成為大學(xué)專業(yè)課程學(xué)習(xí)和科技創(chuàng)新活動(dòng)開展的基礎(chǔ)。
多年來(lái),在北理工,每每提到“大物”,同學(xué)們總會(huì)這樣分享自己的感受:“深入淺出的理論講解,生動(dòng)直觀的演示實(shí)驗(yàn),豐富有趣的教學(xué)案例……”,在每一節(jié)精彩課堂的背后,其實(shí)都離不開北京理工大學(xué)物理教學(xué)與實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)為了培養(yǎng)一流人才的忘我奮斗。
“三求”的“大物”課
“物理我們中學(xué)就學(xué)過了,為什么上大學(xué)還要再學(xué)呢?”雖然,還是力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)等,但是與高中物理相比,大學(xué)物理的深度與廣度極大拓展,涵蓋內(nèi)容更加全面和精確,因此,讓學(xué)生們“似曾相識(shí)”的大學(xué)物理,往往會(huì)“入門慢”“上手難”。“同學(xué)們已經(jīng)習(xí)慣了高中學(xué)到的處理特殊或簡(jiǎn)單物理問題的思路和方法,來(lái)到大學(xué),接觸到在高等數(shù)學(xué)、微積分、矢量運(yùn)算為背景的大學(xué)物理時(shí),就會(huì)感到非常不適應(yīng)。”北理工大學(xué)物理課程負(fù)責(zé)人胡海云教授一語(yǔ)道破其中的關(guān)鍵。
胡海云進(jìn)行課堂授課
“雖然,這樣的轉(zhuǎn)變是一種挑戰(zhàn),但只要合理地安排課程難度,講述邏輯性強(qiáng),例題、習(xí)題配置到位,輔之以高匹配度的教材,快速入門大學(xué)物理也沒有那么困難。”作為大學(xué)物理教學(xué)團(tuán)隊(duì)帶頭人,已經(jīng)在北理工從教20余年的胡海云,不僅教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富,更具有國(guó)際視野和創(chuàng)新精神。在她的帶領(lǐng)下,這支30余人的大學(xué)物理教學(xué)團(tuán)隊(duì)始終保持著一股團(tuán)結(jié)奮斗的精神和創(chuàng)新包容的活力,涌現(xiàn)出3位北京市高等學(xué)校教學(xué)名師獎(jiǎng)獲得者和1位北京市高等學(xué)校青年教學(xué)名師獎(jiǎng)獲得者,也是我校獲T-more課堂教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)等最多的團(tuán)隊(duì)。
大學(xué)物理團(tuán)隊(duì)的優(yōu)秀,最終體現(xiàn)在的人才培養(yǎng)的成效上。如何以學(xué)生為本,讓學(xué)生快速闖入大學(xué)物理的世界?多年的教學(xué)實(shí)踐,北理工大學(xué)物理教學(xué)團(tuán)隊(duì)的老師們,逐漸凝練出自己的“三求”教學(xué)理念,也就是求實(shí)、求活、求新。
求實(shí),扎實(shí)嚴(yán)謹(jǐn),聯(lián)系實(shí)際。“儲(chǔ)藏生產(chǎn)餅干用的巧克力原料的倉(cāng)庫(kù),存在粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn),這是由于粉狀的原料通過加工、輸送、儲(chǔ)存過程中積累的靜電放電(火花)點(diǎn)燃而引起的。那么,靜電引發(fā)的巧克力倉(cāng)粉塵爆炸事故中粉塵爆炸發(fā)生的位置究竟在哪里?來(lái)自工人的靜電放電(火花)能夠引發(fā)爆炸嗎?”將場(chǎng)景抽象化,進(jìn)而建立模型,通過分析計(jì)算管道輸送的巧克力粉所帶靜電產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度分布、電勢(shì)分布、人體儲(chǔ)存的靜電能等引出結(jié)論,這是大學(xué)物理課上,關(guān)于靜電場(chǎng)的教學(xué)案例。在這里,抽象的定理、公式被演繹為實(shí)實(shí)在在的生活日常。
北理工的大學(xué)物理課不僅扎實(shí)抓好物理概念和規(guī)律等基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué),還積極構(gòu)建以能力培養(yǎng)為宗旨的教學(xué)模式,探索從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)闡述原理再回歸應(yīng)用的教學(xué)實(shí)踐。“什么叫從實(shí)際中來(lái),到實(shí)際中去?我們從生活中的案例出發(fā),逐漸講透原理,同學(xué)們除了掌握物理知識(shí),也明白了粉塵爆炸最容易發(fā)生在哪,以及如何預(yù)防。”大學(xué)物理青年授課教師李軍剛介紹道。
求活,方法科學(xué),靈活多變。力學(xué)與熱學(xué),振動(dòng)、波動(dòng)與光學(xué),電磁學(xué)和近代物理,這是非物理專業(yè)理工類學(xué)生的大學(xué)物理課的四大模塊。“我們除了劃分四大模塊,還根據(jù)知識(shí)點(diǎn)數(shù)量和難易程度將課程劃分為A、B兩個(gè)層次,再結(jié)合多種時(shí)長(zhǎng)搭配課程,這樣就可以為不同培養(yǎng)需求的專業(yè)提供靈活的選擇。”胡海云介紹說。
正是在“求活”理念的指導(dǎo)下,大學(xué)物理的考試也分為了兩個(gè)模塊分別進(jìn)行考核,分模塊進(jìn)行打分,這樣設(shè)計(jì)的初衷是:如果哪個(gè)模塊不及格了,學(xué)生將來(lái)只需要重修單獨(dú)的模塊,另外模塊成績(jī)可以保留。如此一來(lái),學(xué)生既能取得學(xué)習(xí)實(shí)效,也降低了學(xué)習(xí)的壓力。
求新,轉(zhuǎn)變觀念,不斷創(chuàng)新。“大物”是一門普通的“老課”,但是在北理工卻充滿了創(chuàng)新的活力。自2008年被評(píng)為北京市精品課程以來(lái),大學(xué)物理教學(xué)團(tuán)隊(duì)不僅承擔(dān)完成各類教改項(xiàng)目20余項(xiàng),還開展了基于Clicker的交互式教學(xué)系統(tǒng),開設(shè)全英文大學(xué)物理課程、MOOC、SPOC等,出版了大學(xué)物理iCourse新形態(tài)教材,在課堂教學(xué)上創(chuàng)新運(yùn)用移動(dòng)APP。
打造“高科技”的大學(xué)物理“新課堂”
“如何培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理的興趣,真正走進(jìn)物理,是我們最注重的,所以我們一直愿意嘗試最新鮮的教學(xué)方法,來(lái)教好這堂物理課。”胡海云老師說道。
2014年9月份,北理工“大物”開啟了自己的“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代,大學(xué)物理慕課(MOOC)正式上線,成為了北理工學(xué)子學(xué)習(xí)大學(xué)物理的好幫手。“MOOC上知識(shí)點(diǎn)面面俱到,還可以反復(fù)觀看,是我想要的高效學(xué)習(xí)方式。”信息學(xué)院的梅杰同學(xué)說出了自己的心聲。
北理工《大學(xué)物理》MOOC主講教師團(tuán)隊(duì)
在128個(gè)學(xué)時(shí)、共計(jì)4555分鐘的大學(xué)物理慕課背后,卻是六位老師好幾個(gè)月高強(qiáng)度奮戰(zhàn),課程錄制、后期剪輯、搭配字幕、視頻課件上傳等,這些技術(shù)他們一竅不通,憑借一股干事業(yè)的奮斗精神,夜以繼日,最終打贏了這場(chǎng)“戰(zhàn)役”。“我記得那一個(gè)月有好幾天都沒怎么睡覺,時(shí)間緊張,只能加班加點(diǎn)的趕。”電磁學(xué)和近代物理部分的慕課主講教師繆勁松回憶道。之后,大學(xué)物理課程進(jìn)一步深化對(duì)MOOC資源的使用,使之占有課程16%的計(jì)分考核,而對(duì)于重修的學(xué)生,通過MOOC開展學(xué)習(xí)的比重達(dá)到50%。MOOC已然成為北理工大學(xué)物理教學(xué)中必不可少的一環(huán)。2016年暑假起,大學(xué)物理教學(xué)團(tuán)隊(duì)又完成了配套MOOC《大學(xué)物理典型問題解析》的制作,共計(jì)455個(gè)視頻合計(jì)時(shí)長(zhǎng)3150分鐘。
北理工新形態(tài)《大學(xué)物理》教材
從無(wú)到有,建設(shè)起完備的線上MOOC課程,北理工的“大物”老師們并未止步于此。如何讓MOOC與課堂教學(xué)結(jié)合的更加緊密,提升人才培養(yǎng)質(zhì)量,這個(gè)追求始終未變。隨后,一套更加創(chuàng)新的iCourse新形態(tài)教材又誕生了。“我們這一套四卷教材完全以MOOC為基準(zhǔn)進(jìn)行編寫,書里的題目邊和材料邊都印著二維碼,有疑問的點(diǎn)只要掃碼就有老師的錄音解答。所以學(xué)生不論在哪兒,只要有書有網(wǎng)絡(luò),就可以隨時(shí)進(jìn)行自學(xué)或者復(fù)習(xí)。”馮艷全老師說道。新形態(tài)教材不僅超越了一般的紙質(zhì)教材,還避免了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中可能會(huì)出現(xiàn)的碎片化學(xué)習(xí)問題,做到了真正讓教材“活”起來(lái),以書本為媒介引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源自主學(xué)習(xí)。
“雨課堂”界面
創(chuàng)新“一而再,再而三”,北理工的大學(xué)物理還開啟了“翻轉(zhuǎn)課堂”“雨課堂”創(chuàng)新探索。在“翻轉(zhuǎn)課堂”實(shí)驗(yàn)班上,學(xué)生以MOOC學(xué)習(xí)為主,課堂成為他們主動(dòng)分享學(xué)習(xí)成果的“舞臺(tái)”,極大釋放了MOOC的潛力。“為了完成我在課堂上的講解,我確實(shí)是主動(dòng)投入了更多的精力到學(xué)習(xí)上,我對(duì)知識(shí)的理解變得更深刻。”參加過“翻轉(zhuǎn)課堂”的徐晨同學(xué)這樣回憶道。至今,兩屆翻轉(zhuǎn)班學(xué)生的期末平均成績(jī)分別為84.8和86.1分,不僅高于普通班的平均成績(jī),而且高分段的學(xué)生比例也遠(yuǎn)高于普通班。而將移動(dòng)APP“雨課堂”引入教學(xué),又是大學(xué)物理一項(xiàng)最新的創(chuàng)新探索。“老師課前通過‘雨課堂’把習(xí)題、課件推送給我們預(yù)習(xí),上課‘雨課堂’還可以掃碼簽到,課堂上‘雨課堂’能實(shí)時(shí)答題,反饋結(jié)果,我們還能進(jìn)行彈幕互動(dòng),這讓我感受到了不一般的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。”使用過“雨課堂”學(xué)習(xí)的李靖同學(xué)這樣分享了自己的感受。
奮斗耕耘,結(jié)出豐碩的成果。北京理工大學(xué)《大學(xué)物理》課程不僅入選教育部愛課程“中國(guó)大學(xué)MOOC”平臺(tái)首批建設(shè)課程和“學(xué)堂在線”首批自主模式慕課,也得到了廣泛認(rèn)可,該課程每個(gè)模塊在線選課人數(shù),累計(jì)平均達(dá)到6萬(wàn)余人次,涉及高校400余所。另外,《物理之妙里看“花”》也被評(píng)為國(guó)家精品視頻公開課,《大學(xué)物理(上、下)》被評(píng)為北京高等教育精品教材,由高等教育出版社出版的新形態(tài)iCourse教材,也是國(guó)內(nèi)唯一一套配套大學(xué)物理慕課的新形態(tài)教材。
物理實(shí)驗(yàn),用啟迪培育創(chuàng)新的種子
物理是一門基于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),忠于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的學(xué)科。理論來(lái)源于對(duì)實(shí)驗(yàn)的總結(jié),只學(xué)理論不做實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于“紙上談兵”。說起北理工的“大物”,物理實(shí)驗(yàn)不可或缺。
在北理工良鄉(xiāng)校區(qū),坐落著作為北京市級(jí)實(shí)驗(yàn)示范中心的校物理實(shí)驗(yàn)中心,成立于1999年的中心現(xiàn)在由力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)室、光學(xué)實(shí)驗(yàn)室、近代物理實(shí)驗(yàn)室、演示物理實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)生創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室六個(gè)實(shí)驗(yàn)室組成,承擔(dān)著全校理工各專業(yè)每年3000余名本科生“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”、應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)“近代物理實(shí)驗(yàn)”等課程教學(xué)任務(wù),此外還為本科生提供創(chuàng)新研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái),每年完成學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)22余萬(wàn)學(xué)時(shí)。
物理實(shí)驗(yàn)中心在教學(xué)過程中逐漸形成了既加強(qiáng)基本實(shí)踐動(dòng)手能力訓(xùn)練和科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng),又重視拔尖人才創(chuàng)新能力和學(xué)術(shù)品質(zhì)提升的“兩目標(biāo)、三階段”一流人才培養(yǎng)新模式。“‘兩目標(biāo)’就是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)品格以及學(xué)術(shù)能力,‘三階段’則是指課堂教學(xué)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和深入科研一線鍛煉提升科研能力。”物理實(shí)驗(yàn)課程負(fù)責(zé)人劉偉老師這樣解釋道。
本學(xué)期開學(xué),光學(xué)實(shí)驗(yàn)組老師集體備課
作為從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)的大學(xué)物理老師,練好扎實(shí)的基本功是一項(xiàng)最基本的要求,在“上崗”前,老師們必須要對(duì)30多種儀器設(shè)備親自上手操作,熟練掌握使用方法、特點(diǎn)及常見問題。每學(xué)期,實(shí)驗(yàn)課程全體教師們都會(huì)在開學(xué)、課程中期和結(jié)課前,按照不同模塊實(shí)驗(yàn)分組進(jìn)行三次集體全員備課,每次備課時(shí)都要進(jìn)行試講,研討教學(xué)中遇到的問題,這也給青年教師提供了最好的觀摩學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。“備課時(shí),有著豐富經(jīng)驗(yàn)的老師也常強(qiáng)調(diào),要把引導(dǎo)性的思路也帶入日常的實(shí)驗(yàn)課中。”進(jìn)入教學(xué)工作不久的青年教師竇玲玉感受深刻。
物理實(shí)驗(yàn)中心教師隨團(tuán)考察澳洲國(guó)立大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)
為了擺脫一直以來(lái)讓學(xué)生們重復(fù)固定套路實(shí)驗(yàn)的死板,培養(yǎng)學(xué)生們自主實(shí)驗(yàn)的能力和創(chuàng)新的能力。物理實(shí)驗(yàn)中心教學(xué)團(tuán)隊(duì)還積極對(duì)標(biāo)世界一流大學(xué),開設(shè)半開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,不事先設(shè)定實(shí)驗(yàn)方案,只給出實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)課題,讓學(xué)生自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),再完成實(shí)驗(yàn)。
2016年北京市大學(xué)生物理競(jìng)賽王翹楚參展海報(bào)及主要實(shí)驗(yàn)裝置
作為接受了物理實(shí)驗(yàn)中心系統(tǒng)培養(yǎng)的“老同志”,物理學(xué)院2015級(jí)學(xué)生王翹楚的經(jīng)歷頗具代表性,物理實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)優(yōu)異的她對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手情有獨(dú)鐘,報(bào)名參加了2016年北京市大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽,在中心魯長(zhǎng)宏老師的啟發(fā)下,王翹楚把激光巧妙地應(yīng)用在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)儀上,發(fā)明出一款能夠測(cè)量地球重力加速度的實(shí)驗(yàn)儀,不僅獲得北京市大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽一等獎(jiǎng),還在中心史慶藩老師的鼓勵(lì)和指導(dǎo)下,發(fā)表了一篇國(guó)內(nèi)核心期刊論文。之后,她對(duì)水波的折射現(xiàn)象產(chǎn)生了濃厚興趣,史慶藩老師再一次鼓勵(lì)她深入探究,設(shè)計(jì)了“水波三棱鏡”的實(shí)驗(yàn),并將研究成果投稿到美國(guó)物理期刊AJP(American Journal of Physics),已經(jīng)接收進(jìn)入修改階段。“從大二開始,我就一直在物理實(shí)驗(yàn)中心做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,不管是競(jìng)賽、‘大創(chuàng)’還是發(fā)表論文,都得到中心老師們非常多的支持。老師們啟發(fā)性的指導(dǎo),讓我受益匪淺。”王翹楚說道。
正是在中心老師們長(zhǎng)期的辛苦付出與拼搏奮斗下,近年來(lái),物理實(shí)驗(yàn)中心可謂成果豐碩,獲批國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,獲得“全國(guó)高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程(實(shí)驗(yàn)課)青年教師講課比賽”一等獎(jiǎng),“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課”被評(píng)為“北京市精品課程”,獲得北京市高等教育教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng),指導(dǎo)本科生第一作者發(fā)表論文56篇,在國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)15項(xiàng),北京市級(jí)獲獎(jiǎng)50項(xiàng)。
“《大學(xué)物理》和《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》是我校規(guī)模最大的公共基礎(chǔ)課程之一,對(duì)全校理工科人才培養(yǎng)具有舉足輕重的作用。大學(xué)物理和實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì),長(zhǎng)期以來(lái)秉承‘立德、擔(dān)當(dāng)、愛崗、奮斗’的育人工作使命,以高度的責(zé)任意識(shí)和奉獻(xiàn)精神開拓創(chuàng)新、耕耘不輟,在三尺講臺(tái)上結(jié)出了累累碩果,為學(xué)校人才培養(yǎng)做出了重要貢獻(xiàn)!未來(lái),學(xué)院將以‘雙一流’建設(shè)為目標(biāo),繼續(xù)加大工作力度,不斷匯聚和培養(yǎng)一流師資、不斷夯實(shí)和打造一流成果,努力為學(xué)校一流人才培養(yǎng)做出更大的貢獻(xiàn)!”物理學(xué)院黨委書記姜艷說道。
1940年,自然科學(xué)院在延安創(chuàng)建,物理課就成為創(chuàng)校的“開門”課程。時(shí)光荏苒,78載歲月過往,大學(xué)物理為一代代北理工人的學(xué)習(xí)成長(zhǎng)做出了不可替代的貢獻(xiàn)。
新時(shí)代,新作為,伴隨著學(xué)校的發(fā)展,大學(xué)物理教學(xué)與實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)守品質(zhì),開拓創(chuàng)新,奮斗不輟!
我理“大物”,一直在路上!