來華留學(xué)生工科《大學(xué)物理》全英文教學(xué)精品課程建設(shè)的理念 實(shí)踐與探索**

何 敏 肖傳云

(南京理工大學(xué)理學(xué)院 江蘇 南京 210094)

隨著中國綜合國力的迅速增強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的不斷加快，教育國際化成為我國高等教育發(fā)展的必然趨勢和緊迫要求.2010年中國政府頒布了《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》[1]，明確提出擴(kuò)大教育開放，鼓勵高校加強(qiáng)國際交流與合作，進(jìn)一步擴(kuò)大外國留學(xué)生規(guī)模.為了落實(shí)上述綱要，教育部在2010年推出了“留學(xué)中國計(jì)劃”，其目標(biāo)是到2020年將我國發(fā)展成為亞洲最大的留學(xué)目的地國家，全年在內(nèi)地高校及中小學(xué)校就讀的外國留學(xué)人員達(dá)到50萬人次，其中接受高等學(xué)歷教育的留學(xué)生達(dá)到15萬人[2,3].

根據(jù)國家高等教育國際化發(fā)展規(guī)劃，2010年江蘇獲準(zhǔn)成為全國“完善留學(xué)生培養(yǎng)體制機(jī)制，擴(kuò)大留學(xué)生規(guī)模”的4個國家教育改革試點(diǎn)省份之一[4,5]，將留學(xué)生教育的規(guī)模、質(zhì)量和結(jié)構(gòu)列為高等教育國際化和現(xiàn)代化的基本指標(biāo).

特別是,自2013年習(xí)近平總書記提出“一帶一路”合作倡議以來，我國重點(diǎn)大學(xué)吸引了越來越多來自“一帶一路”沿線國家的國際留學(xué)生.這些國家大多數(shù)屬于發(fā)展中國家和新興市場國家，對工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有強(qiáng)烈渴望.因此，這些國際留學(xué)生中有相當(dāng)一部分進(jìn)入我國重點(diǎn)理工科大學(xué)學(xué)習(xí)工程類專業(yè)，希望學(xué)成歸國服務(wù)于本國的經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展，并將成為未來傳播中華文化、發(fā)展對華交流的中堅(jiān)力量.這是我國重點(diǎn)理工科大學(xué)走向國際化的一個契機(jī)，也對我們實(shí)施全英文教學(xué)、提高工科國際化人才培養(yǎng)水平提出了挑戰(zhàn).

為了貫徹落實(shí)教育部制定的“留學(xué)中國計(jì)劃”，特別是響應(yīng)習(xí)總書記提出的“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略，江蘇省教育廳于2014年制定了《留學(xué)江蘇行動計(jì)劃》，并于同年啟動了江蘇高校省級外國留學(xué)生英文授課精品課程建設(shè)項(xiàng)目，計(jì)劃到2020年建成300門省級英文授課精品課程[5].

南京理工大學(xué)自2014年來，開始設(shè)置并逐步完善計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動化、電子工程、機(jī)械工程、化學(xué)工程、土木工程等多個全英文培養(yǎng)國際留學(xué)生的本科專業(yè).眾所周知，《高等數(shù)學(xué)》和《大學(xué)物理》是所有這些工科專業(yè)中最重要的基礎(chǔ)課.因此，如何確保這些基礎(chǔ)課的教學(xué)效果，提高這些課程教與學(xué)的質(zhì)量，成為這些工科專業(yè)國際留學(xué)生培養(yǎng)成功的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[6].為此，南京理工大學(xué)理學(xué)院選派數(shù)位具有多年國外學(xué)習(xí)和工作經(jīng)驗(yàn)，且活躍于科研一線、常參與國際學(xué)術(shù)交流的物理教師，組建了留學(xué)生工科《大學(xué)物理》全英文教學(xué)小組，承擔(dān)了學(xué)校本科留學(xué)生工科《大學(xué)物理》全英文教學(xué)工作，并于2015年立項(xiàng)成為江蘇高校省級外國留學(xué)生英文授課精品課程College Physics (大學(xué)物理) 建設(shè)項(xiàng)目.在本文中，我們試圖對數(shù)年來《大學(xué)物理》全英文授課精品課程建設(shè)的建設(shè)理念、經(jīng)驗(yàn)體會、教學(xué)方法和問題挑戰(zhàn)作一個系統(tǒng)的闡述和分析總結(jié)，以期進(jìn)一步提高教育質(zhì)量，增進(jìn)教學(xué)效果，并與同行進(jìn)行交流.

1 課程特點(diǎn) 任務(wù)和理念

物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科之一，是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和物質(zhì)運(yùn)動最基本最普遍的形式.由于其研究對象具有極大的普適性，物理學(xué)的基本理論已滲透到自然科學(xué)的所有領(lǐng)域，并廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個部門，成為自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ).以物理學(xué)的基礎(chǔ)知識為內(nèi)容的大學(xué)物理課程，包括經(jīng)典物理的力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)，以及近代物理的相對論和量子論簡介等內(nèi)容，不單是高級工程技術(shù)人員所必備的基礎(chǔ)知識，同時也對培養(yǎng)青年學(xué)生的現(xiàn)代科學(xué)素養(yǎng)具有不可替代的作用.因此，這一課程是我校所有理工科專業(yè)本科留學(xué)生的必修課程.本課程旨在通過理論教學(xué)(學(xué)生另外同時研修《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》)，使得工科留學(xué)生一方面較系統(tǒng)地掌握力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等經(jīng)典物理知識，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下必要的物理基礎(chǔ)；另一方面，使學(xué)生初步學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法和初步的自然科學(xué)和工程技術(shù)的研究方法.此外，我們還希望通過本課程，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用微積分等數(shù)學(xué)工具建立簡單模型，分析和解決物理問題的能力[7].

2 現(xiàn)狀 方法和經(jīng)驗(yàn)

2.1 基本現(xiàn)狀

我校工科本科留學(xué)生主要來自“一帶一路”沿線發(fā)展中國家，包括中亞、東南亞、中東、非洲、拉美等地區(qū).學(xué)習(xí)工科《大學(xué)物理》的人數(shù)，從高峰年份的100多人，到今年的30多人，受中國政府和學(xué)校獎學(xué)金政策變動等因素影響而有較大波動.

由于留學(xué)生來源國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和基礎(chǔ)教育水平差異較大,留學(xué)生群體的數(shù)理基礎(chǔ)參差不齊.比如，來自經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的哈薩克斯坦留學(xué)生，數(shù)理基礎(chǔ)普遍比來自非洲地區(qū)的學(xué)生好很多，后者中的多數(shù)學(xué)生連高中物理中的相對速度、矢量加減法都未曾了解.另一方面，留學(xué)生來自以不同語言為母語的各個國家，其中來自某些前英屬殖民地國家的留學(xué)生母語為英語，但對多數(shù)學(xué)生來說，英語也是外語，這毫無疑問為全英文教學(xué)帶來困難.此外，由于留學(xué)生不同的文化和宗教背景，在《大學(xué)物理》等基礎(chǔ)科學(xué)課程教學(xué)中可能會引起相應(yīng)的文化和文明沖突[8].

整體來說，留學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)普遍比經(jīng)過中國扎實(shí)的基礎(chǔ)教育和嚴(yán)格的高考選拔出來的國內(nèi)學(xué)生差很多，因此教學(xué)的起點(diǎn)應(yīng)該比國內(nèi)學(xué)生低.經(jīng)過數(shù)年全英文教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)有少量資質(zhì)基礎(chǔ)較好，學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真的學(xué)生，能在兩個學(xué)期的大學(xué)物理課程學(xué)習(xí)后，獲得可以與國內(nèi)優(yōu)秀學(xué)生相比擬的知識和能力，能在課程考試中取得不錯的成績.但對多數(shù)留學(xué)生來說，只能適當(dāng)降低要求，使之通過本課程學(xué)習(xí)，盡量熟悉后續(xù)專業(yè)課所需的物理基礎(chǔ)知識.

2.2 教學(xué)方法和經(jīng)驗(yàn)

針對上述現(xiàn)狀，我們經(jīng)過實(shí)踐和摸索，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，獲得一定的效果，試總結(jié)如下.

第一，我們選用美國Douglas C.Giancoli編寫的《Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics》(高等教育出版社翻印出版)作為本課程的教材[9].這是一本美國理工科大學(xué)大學(xué)物理課程通用教材，語言通俗流暢、敘述嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)，圖文并茂，十分適合于來自不同母語國家留學(xué)生的全英文教學(xué).這本書的特點(diǎn)是，如同一般美國大學(xué)教科書，起點(diǎn)較低，講解詳盡透徹，例題和習(xí)題豐富生動.比如力學(xué)部分，這本教材就是從國內(nèi)高中物理的一維勻加速直線運(yùn)動和牛頓運(yùn)動定律的簡單應(yīng)用講起，有利于數(shù)理基礎(chǔ)薄弱的多數(shù)留學(xué)生補(bǔ)習(xí)和鞏固高中物理知識.另一方面，本書對一些論題的敘述又是深入淺出的，比如講完電容電感，便深入到RLC電路充放電過程的數(shù)學(xué)論證及其簡單應(yīng)用，這超出國內(nèi)工科《大學(xué)物理》傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，卻是理論聯(lián)系實(shí)際的典型例子.

此外，我們還選用哈里德編寫的另一本美國通用教材《Fundamental of Physics》作為參考書[10].對于教師教學(xué)及學(xué)有余力的優(yōu)秀學(xué)生，我們推薦參考耶魯大學(xué)R.Shankar近兩三年編寫出版的《Fundamentals of Physics》[11]，以及著名物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者費(fèi)曼(R.Feynman)所著《The Feynman Lectures on Physics(費(fèi)曼物理學(xué)講義)》[12].前者是當(dāng)今活躍的理論物理學(xué)家Shankar教授在耶魯大學(xué)講授《大學(xué)物理》名牌課程多年后，形成的最新教材，內(nèi)容嚴(yán)謹(jǐn)，風(fēng)格活潑，我們從中(及其相關(guān)授課視頻)學(xué)習(xí)其講法，受益良多.后者是半個世紀(jì)來享譽(yù)世界的物理學(xué)名著，費(fèi)曼對很多基礎(chǔ)物理問題深入淺出地探討和講解，對教師的教學(xué)和優(yōu)秀學(xué)生的自學(xué)提高尤其具有啟發(fā)意義.

第二，我們的教學(xué)手段不完全依賴于PPT，而是PPT和黑板板書并重.對于基本知識點(diǎn)的介紹，特別是圖片、動畫等需要形象介紹的內(nèi)容，PPT演示顯得更直觀而讓人印象深刻[7].比如講述質(zhì)心運(yùn)動時，跳水運(yùn)動員質(zhì)心的拋物線運(yùn)動軌跡(忽略空氣阻力)就必須依靠PPT展示.但對于物理定律背后的原理推導(dǎo)，比如力學(xué)中的質(zhì)心運(yùn)動定理，保守力和機(jī)械能守恒定律，簡諧振動的運(yùn)動方程等論題，我們均在黑板上進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，力求學(xué)生入腦入心.另一方面，對于課堂例題及其圖示，為了節(jié)約時間，我們事先已在PPT上準(zhǔn)備好；但對其求解過程，我們則在黑板上進(jìn)行演示講解.實(shí)踐證明，對于《大學(xué)物理》教學(xué),PPT和黑板板書并重這一手段，比起單純依靠PPT或黑板板書的效果要好得多.

另一個值得指出的教學(xué)手段是中國特色社交工具的使用.每個學(xué)年，我們都為本課程建立QQ群、微信群.在開始新的一章授課內(nèi)容之前，我們將本章PPT放到QQ群供學(xué)生下載瀏覽，初步熟悉即將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容.更多的關(guān)于教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)難點(diǎn)、家庭作業(yè)、課程相關(guān)的通知等，則在微信群中進(jìn)行討論交流和發(fā)布，這些交流可以是教師和學(xué)生之間的，也可以是學(xué)生和學(xué)生之間的.這些社交工具的使用，使得教與學(xué)之間的互動更加實(shí)時而活潑，并且延伸到課后和教室之外，同時還大大增進(jìn)了留學(xué)生對移動互聯(lián)網(wǎng)時代的中國科技、社會和文化的興趣與了解，受到普遍的歡迎.

第三，我們引入多樣化的考核評價(jià)體系，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行考核和評估，目的不是評價(jià)本身，而是激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和積極性，促進(jìn)學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，提高教與學(xué)的質(zhì)量.具體地說，我們的考核手段包括課堂口頭問答，課堂小測驗(yàn)(Quiz)，期中考試(Midterm)，期末考試(Final)和以自愿形式提交的探索性課程小論文等.學(xué)生最后的總成績，由上述各部分加權(quán)平均得到.

對于課堂問答環(huán)節(jié)表現(xiàn)積極的同學(xué)，我們以印象分形式計(jì)入課程總成績.課堂小測試多以5～8 min解一個與新講知識點(diǎn)相關(guān)的小問題的形式進(jìn)行，學(xué)生各自獨(dú)立完成.期中考試和期末考試包括8～10道解答題，每道題包括兩三個小問，考察學(xué)生對重要知識點(diǎn)的理解，以及運(yùn)用所學(xué)原理和適當(dāng)數(shù)學(xué)工具解決具體問題的能力.我們還鼓勵有興趣的學(xué)生選取與所學(xué)內(nèi)容相關(guān)的一個論題，通過查閱資料深入了解甚至研究這一論題，撰寫探索性的課程小論文，并進(jìn)行簡單答辯.通過答辯后，這可以作為額外獎勵計(jì)入總成績.比如，一個成功的例子是，在學(xué)習(xí)了單擺小角度簡諧振動的知識后，我們提出一個開放性的問題：如果擺動角度較大，超出小角近似的合理范圍，擺的往復(fù)運(yùn)動周期該如何計(jì)算.我們在黑板上演示相關(guān)運(yùn)動二階微分方程的推導(dǎo)，指出這一方程無解析解，鼓勵有興趣的學(xué)生課后利用數(shù)值方法通過計(jì)算機(jī)編程求解該問題.有兩個非常積極的學(xué)生進(jìn)行了嘗試，在我們的指導(dǎo)下，編出程序初步解決了這一問題.這樣開放性的考核方式，對于培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生的初步科研能力是非常有幫助的.

第四，不拘泥于傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，我們結(jié)合所使用的國外教材，強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容與工科專業(yè)后續(xù)專業(yè)課程所需物理要求的銜接，同時激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.比如，國內(nèi)工科《大學(xué)物理》教學(xué)內(nèi)容并不包含三相交流電、三相異步交流電動機(jī)原理等內(nèi)容.我們的課程中，在講授了電磁感應(yīng)和磁場對載流線圈的安培力矩等內(nèi)容后，也花一定時間以擴(kuò)展例題的形式，簡要講述三相交流發(fā)電機(jī)的基本原理和三相交流電通過適當(dāng)繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)而驅(qū)動電機(jī)的基本原理.這些原理是后續(xù)電子電氣類工科專業(yè)課程所必須掌握的，而且與現(xiàn)代社會的生產(chǎn)生活聯(lián)系密切.

再比如，講到力矩和角動量時，我們在PPT上演示陀螺儀的轉(zhuǎn)動，提出陀螺為什么不會倒的問題.接著用矢量圖示法定性半定量地講解角動量與力矩的普遍關(guān)系，由此理解陀螺旋轉(zhuǎn)不倒現(xiàn)象背后的原理.這一內(nèi)容超出了一般工科《大學(xué)物理》定軸轉(zhuǎn)動的教學(xué)要求，但大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.另一個從較低的起點(diǎn)出發(fā)，引出有趣物理問題的例子是，在回顧高中物理有關(guān)光的直線傳播和折射定律后，我們簡要講解彩虹的形成原理，理解彩虹42°觀測角的由來.這些實(shí)例都讓學(xué)生感受到物理與生產(chǎn)生活的密切關(guān)系.

3 問題和展望

如上所述，我們在放低教學(xué)起點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增進(jìn)教與學(xué)的互動交流等方面進(jìn)行了大量努力，但本科國際留學(xué)生工科《大學(xué)物理》全英文教學(xué)是一個全新的嘗試，在實(shí)踐中，對于如何提高整體的教學(xué)質(zhì)量，我們還有很多問題需要改進(jìn)和解決.

第一，我們的教學(xué)方法對于基礎(chǔ)較好、學(xué)習(xí)積極主動的少數(shù)學(xué)生來說，達(dá)到了較好的效果.但由于留學(xué)生整體數(shù)理基礎(chǔ)較為薄弱，要顯著提高全體學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，還要進(jìn)行大量的工作.我們認(rèn)為，應(yīng)該增加本課程的學(xué)分學(xué)時，放慢課程的講授節(jié)奏，讓學(xué)生能更好地跟進(jìn)理解和消化講授內(nèi)容.同時，課程教學(xué)大綱應(yīng)突出重點(diǎn)，對于某些較深入又與后續(xù)工科專業(yè)課聯(lián)系較少的內(nèi)容少講甚至不講，以求充分利用有限的課堂教學(xué)時間，達(dá)到最佳的整體效果.

第二，我們這一課程是純粹的理論講授，學(xué)生同時學(xué)習(xí)獨(dú)立的《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》.但是，理論課與實(shí)驗(yàn)課存在嚴(yán)重的不同步，特別是學(xué)生較多的時候，限于有限的資源，實(shí)驗(yàn)教學(xué)只能安排部分學(xué)生在還未完成相應(yīng)理論學(xué)習(xí)的情況下操作某個實(shí)驗(yàn).這樣理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫節(jié)，嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)效果.因此，如何做到本課程與《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》無縫銜接，建設(shè)一個完善的大學(xué)物理課程體系，值得廣大教師和教學(xué)管理人員思考和努力(據(jù)我們所知，這一脫節(jié)現(xiàn)象在國內(nèi)不少高校的大學(xué)物理教學(xué)實(shí)際中廣泛存在).

第三，作為本課程全英文教學(xué)的實(shí)踐者，我們還應(yīng)該不斷提高自身教學(xué)能力[13].當(dāng)前，我們通過觀看、學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)上美國一流大學(xué)，特別是麻省理工學(xué)院(MIT)天體物理學(xué)家W.Lewin和耶魯大學(xué)(Yale)理論物理學(xué)家R.Shankar久負(fù)盛名、精彩絕倫又充滿激情的《大學(xué)物理》課程，獲得不少啟發(fā)和助益.此外，我們也購買了R.Shankar近年基于其多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的原版教材，以及加州大學(xué)伯克利分校(UC Berkeley)一套經(jīng)典的普通物理原版教材.我們期望將來能獲得機(jī)會到國外一流大學(xué)《大學(xué)物理》課堂進(jìn)行現(xiàn)場觀摩感受，進(jìn)一步學(xué)習(xí)工科《大學(xué)物理》全英文授課的體系、方法和技巧，提高教學(xué)質(zhì)量.另外，編寫合適的英文《大學(xué)物理》課程學(xué)習(xí)輔導(dǎo)書應(yīng)是另一個努力的方向.

第四，隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的大力實(shí)施，和我國經(jīng)濟(jì)水平的進(jìn)一步提升，我們預(yù)計(jì)來華留學(xué)的國際學(xué)生規(guī)模將不斷擴(kuò)大.為促進(jìn)我國重點(diǎn)高校國際留學(xué)生學(xué)位培養(yǎng)的健康有序發(fā)展，我們建議國家有關(guān)部門(比如國家留學(xué)基金委)對申請來華留學(xué)的學(xué)生進(jìn)行統(tǒng)一的、類比國內(nèi)高考的學(xué)業(yè)水平測試，即推出類似美國研究生錄取GRE考試的在線考試.只有通過這一考試的學(xué)生才能進(jìn)一步向中國高校申請攻讀某個學(xué)位.我們相信，這將有效提高來華國際留學(xué)生的入學(xué)門檻和學(xué)業(yè)水平，從而提高我國重點(diǎn)高校留學(xué)生培養(yǎng)的競爭力，促進(jìn)我國高等教育國際化的水準(zhǔn)和質(zhì)量不斷提高.

4 結(jié)束語

本文綜述了南京理工大學(xué)工科本科專業(yè)來華留學(xué)生《大學(xué)物理》全英文教學(xué)的現(xiàn)狀和實(shí)踐.我們通過教學(xué)實(shí)例，總結(jié)分析了在增進(jìn)教學(xué)互動、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等方面的有益經(jīng)驗(yàn)，也指出了在提高整體教學(xué)水準(zhǔn)、增進(jìn)整體學(xué)習(xí)效果方面存在的問題.我們希望，本文的總結(jié)和分析有助于教學(xué)管理人員的政策制定、教學(xué)實(shí)踐人員的教學(xué)改進(jìn)，并最終提高《大學(xué)物理》全英文教學(xué)的質(zhì)量，促進(jìn)國際化工科人才的培養(yǎng).