改革视点

　　【编者按】“课堂是教育的主战场。课堂一端连接学生，一端连接着民族的未来。教育改革只有进入到课堂的层面，才真正进入了深水区。课堂不变，教育就不变；教育不变，学生就不变。课堂是教育发展的核心地带。”近年来，学校坚持立德树人，持续深入推进新工科教育改革，锐意改革教学模式、考核方式和培养模式，建设高水平挑战性研究型教学体系和高水平新工科教育体系；掀起“课堂革命”，不断打造“金课”、淘汰“水课”，涌现出一批先进人物和典型案例。新闻中心开设“新工科教改”栏目，将陆续报道分享他们的好做法、好经验。本期介绍物理学院吴喆副教授和吴昊副教授在《大学物理》课程的探索实践，以飨读者。

　　质点动力学、动量守恒与能量守恒、刚体的定轴转动、机械振动和机械波、气动理论和热力学、电磁和电场、波动光学、量子物理……这一系列让学生挠头的知识体系，是《大学物理》课程给大一学子的一份优厚的“见面礼”，也是一个凌厉的“下马威”。

　　“噫吁戏，大物难，难于上青天！”很多学子感叹，在大学阶段难免要被《大学物理》、《高等数学》、《电路分析》、《信号与系统》等“3+6”课程“按到地上摩擦”，《大学物理》就是令学生“望课兴叹”的课程之一。

　　然而，物理学院吴喆副教授和吴昊副教授在各自的教学探索中，却让学生非但不会对《大学物理》望而却步，反而兴味盎然。他们各自讲授这门课程，授课方法各有特点，但都让学生充满兴味，发现了物理学的魅力。

症结：“大物”为什么这样“难”？

　　《大学物理》是理工科学生的公共基础课，对以电子信息为特色的大学而言，更是如此。其内容包括力学、热学、声学、光学、电磁学和现代物理等。现代物理学又囊括了狭义相对论和量子力学。目前，全校学习这门课程的学生大约有4000多人，格拉斯哥学院学习这门课程的学生也有500人。

　　都说《大学物理》难，究竟难在哪里呢？吴昊比较了《大学物理》与高中物理的不同，他认为，高中物理解决的是基于初等数学的特殊物理现象，而大学物理解决的都是基于高等数学的、更一般的物理现象。“更特殊，反而更简单；更一般，反而更复杂！”

　　吴喆也指出，“近代物理中的很多观念，和我们日常的惯性思维是迥然不同的。”因此，大一学生接触《大学物理》，首先面临的考验就是转变思维。否则，用高中阶段的思维学习《大学物理》就会感到惶惑。

　　有的同学在高中阶段学得很好，公式记得熟、计算得心应手，但到了大学阶段，发现要计算的“速度”不再是“平均速度”，而是“瞬时速度”；“路程”不再是简单的“速度×时间”，而是“速度在一个时间段上的积分”。诸如此类的物理问题，挑战学生的思维惯性。

　　而且，《大学物理》是更专、更深的力学、光学、热学、电磁学和现代物理的先导，内容十分丰富，需要用两个学期、128个学时来“慢慢消化”。吴喆说，“《大学物理》的每一章都有重点、难点。老师在讲到重点和难点时，会讲慢点、讲解典型例题，帮助学生加强记忆、加深理解。

　　怎么样把《大学物理》和高等数学结合起来，是学习的关键。数学是物理的基础，也是研究物理学的重要工具。所有物理问题的定量分析、计算和研究都离不开数学，从简单的代数运算到复杂的数学建模、数值计算等，都和数学紧密相关。不仅如此，数学还是定义物理概念的基本工具。

　　正因如此，学生必须学好微积分、线性代数等高等数学知识。但是，仅仅学好数学还不够，学会把物理问题转化为数学问题是更高的要求。吴昊指出，有的同学数学基础不错，但并不知道怎么用高等数学的思想来解决物理问题，难以把数学问题应用到物理学的场景中，难以把“物理量”转换成数学“变量”。

　　对于格拉斯哥学院的学生而言，纯英文授课是对学生的另一个大考验。一般而言，格拉斯哥学院的学生在大一上学期都会进行英语的“魔鬼训练”，但要理解用全英文讲授的《大学物理》课程，还是很有一定的难度。有时候碰到一些比较复杂的概念，即便“竖起耳朵听”，也不一定听得明白。

　　那么，面对如此“难上加难”的《大学物理》，老师应该怎么教、学生应该怎么学呢？这是吴喆和吴昊长期思考的共通性问题。

吴喆：千方百计让课上课下活起来

　　吴喆本硕博均钻研物理学，2008年获南京大学物理学博士学位，2012年-2014年在新加坡国立大学进行博士后研究。因为从小就敬仰教师，又一直热爱物理，博士毕业后吴喆义无反顾地选择了当物理老师。

　　在双校区间奔忙一直是吴喆生活的常态。她每周有两天在清水河校区给学生上课，剩下的时间在沙河校区备课和做科研。周六无休，她还要给本科生讲解物理竞赛课程。虽然工作很忙，但收获的快乐却是语言不能尽表。

　　在吴喆眼里，《大学物理》充满了趣味。现在的问题是，如何让学生感受到这种趣味。她的秘诀就是，把大学物理和实际生活结合起来，激发学生的兴趣。为了让学生感受物理学的魅力，她常在课堂上出一些趣味思考题，激发学生的好奇心，促使他们自己钻研思考。

　　吴喆不仅和同学们一起探讨，还鼓励大家形成学习小组，深入研究和交流。课后，她鼓励大家延伸阅读、查阅文献，形成独立的思考和新的想法。她也鼓励学生经常进行知识“碰撞”，她自己也将许多业余时间都倾注在了与学生的交流讨论上。

　　有一次，吴喆带一个留学生班。留学生们十分健谈，在QQ群里用中文交流，师生“打成一片”。遇到专业性的物理问题，留学生不得不使用英文。他们甚至把问题写下来，又拍成照片发给吴喆。这样酣畅淋漓的交流，正是吴喆最希望看到的师生互动状态。

　　吴喆主要研究物理化学、材料学、微纳光学、微波电子学、无线电物理等领域的问题。从事这些交叉研究，扩宽了她的理论视野，使她对物理学的运用有了更深层次的理解。她也经常把自己的研究心得融入到课堂教学当中，让学生接触学术的前沿成果，扩展视野、培养创新能力。

　　教学工作需要教师投入大量的时间，但吴喆觉得，承担大量的教学任务却并不意味着必须放弃科研，而是可以把科研与教学结合起来，相互促进。每学期课程结束，她都要梳理自己在教学和科研方面的成长和不足，不断总结、不断超越。

　　马克思·普朗克说：“科学提高了生命的道德价值，因为它促进了对真理的爱以及敬重”。热爱科学并带领学生们寻找科学乐趣的吴喆，正体现着这份对物理学科的爱与敬重。在她的引导与探索下，《大学物理》课成了成电学子夯实基础、窥探奥秘的门径。

吴昊：讲好数学让学生灵活用起来

　　吴昊在中科大少年班获物理学士学位后，又分别获得中科大物理学硕士和理论物理学博士学位，主要研究方向为量子物理，包括量子力学算符和量子纠缠，以及量子机器学习等课题。

　　自2008年到校工作以来，吴昊先后承担了《大学物理》、《力学》、英文物理课程《Physics》、《大学物理实验》和核心通识课程《物理学与社会进步》等的教学任务，采用探究式、互动型、体验性的研究型教学方法，着力培养学生的探索精神和创新能力。

　　吴昊的课堂受到学生的广泛好评，近年评教成绩均为优秀。同时，相关课程还成功申报为四川省精品资源共享课，并在爱课程网站开设了MOOC课程。他深知，要想让学生学好《大学物理》，最有效的方法就是激发他们的兴趣和内生动力。

　　坚持光粒子说的牛顿如何解释牛顿环现象？歪打正着的泊松斑是怎么回事？宇航员能不能用肉眼看到长城？……波动光学的一些概念和方法对于同学们来说比较陌生，容易陷入一堆公式中而看不清物理本质。吴昊会在知识点之外穿插介绍相关的物理史故事和实际应用案例，让学生从另一个角度感受物理的趣味。

　　针对微积分在物理中的应用，他采用不同案例，从力学中的弹簧动能计算、转动惯量分析，到光学中的菲涅耳积分，由浅至深地进行讲解。在讲电磁场时，他把电磁场与曲面积分相结合，从数学角度切入，通过给同学们上“数学课”，让大家学会如何把数学应用到大学物理的各种场景中。本来难以计算的题目渐渐变得简单了起来。

　　还有一部分知识并不要求学生拥有很强的计算能力，但要求学生拥有一定的思维能力。例如相对论和量子力学的很多概念，听起来就比较抽象，“消化”起来更难。讲这些内容时，吴昊会放慢教学节奏，结合物理学史，介绍一些引出物理学新概念的重要实验，或者物理学家针对新概念不同理解的相关争论，例如双生子佯谬和量子叠加态等，激发学生的好奇心。

　　在课堂上，吴昊并不是单纯地灌输知识点，而是努力教学生思考，努力做到“授人以渔”。他说：“学生们终归要走自己的科研路，希望他们上了我的课之后，找到自己的兴趣，并能够活学活用。”

考核：注重过程考核提升教学质量

　　由于格拉斯哥学院实行的是中英双方老师授课，因此，不同的老师在考核学生方面都有不同的理念和做法。吴喆和吴昊作为中方的教师，在考核学生时更侧重与“过程考核”，体现在成绩的构成要素和权重上，即：总成绩=平时成绩（25%）+小论文（5%）+期中考试（35%）+期末成绩（35%）。

　　其中，期中考试和期末考试的成绩占比加起来是70%。他们认为，这个比例是相对而言更加合理的。如果这个比例太高，意味着卷面分数成为决定性要素，这会导致“刷题”成为风尚，不利于培养创新精神；而如果这个比例太低，则会使总成绩缺乏比较客观的依据，无法准确地了解学生对基础理论的掌握情况。

　　之所以这样安排，还因为他们考虑到了两个方面的实际：一方面，引入平时成绩和论文，可以为课堂增加灵活性，为学生释放一定的自由空间；另一方面，采取期中考试和期末考试两次考试，而不是只有一次期末考试，可以将课程内容分为两个部分、两个阶段进行测试，既能减轻学生复习的压力，同时也更有利于老师及时掌握学生的学习效果。

　　当然，在和格拉斯哥大学教师的交流借鉴中，吴喆和吴昊也在不断扬长避短，结合自身多年来的教学经验，积极吸收格拉斯哥大学人才培养体系和评价体系方面的优点，不断地调整完善《大学物理》课程的考评体系。

　　吴昊表示，我们力图把电子科大和格拉斯哥两所大学的经验相结合，把短期的课堂考核和长期的人才培养效果相结合，综合评估我们的教学体系和方法，进一步优化迭代课程设计和考评体系，努力让学生不再“叫苦叫难”，而是让“大物”叫好叫座。