通識物理教育體系的建設與探索

張加馳

[摘 要]在高校開展通識物理教育，是深化我國高等教育改革，培養(yǎng)大學生科學素質(zhì)和理性思維的重要途徑，是培養(yǎng)復合型高素質(zhì)人才的重大戰(zhàn)略舉措。針對我國高校開展通識物理教育中存在的重要問題和不足，以蘭州大學物理學院的通識物理教育體系建設與改革實踐為例，分析討論了蘭州大學通識物理教育體系取得重大示范性建設和改革成效的做法與原因，形成了系統(tǒng)的理論性總結和實用的實踐性經(jīng)驗，可為高校開展通識物理教育體系建設及改革提供理論支持。

[關鍵詞]通識教育；物理；大學生

[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）05-0008-04

通識教育是一種使學生熟悉主要知識領域內(nèi)的事實和思想的教育類型，具有非專業(yè)性、非職業(yè)性、非功利性的特點，且涉及的范圍寬廣全面。通識教育關注人的生活、道德、情感和理智的和諧發(fā)展，是造就具備遠大眼光、通融識見、博雅精神和優(yōu)美情感的人才的文明教育和人性教育[1]。通識教育起源于19世紀，當時一些歐美學者有感于現(xiàn)代大學的學術分科太細、知識被嚴重割裂，提出了要通過通識教育培養(yǎng)學生的開闊視野及獨立思考和融會貫通不同知識的能力。20世紀，通識教育已廣泛地成為歐美大學的必修科目，為近代歐美國家培養(yǎng)出大量優(yōu)秀杰出人才奠定了堅實的基礎[2]。20世紀90年代中期以后，隨著社會主義市場經(jīng)濟的建立和國民經(jīng)濟結構的調(diào)整，中國高校的人才培養(yǎng)目標也逐漸發(fā)生了改變。在此新形勢下，大學生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)成為中國高校教育教學改革的重要內(nèi)容，由此國外早已施行多年的通識教育終于被引入我國高校[1]。目前，國內(nèi)高校的通識教育多以“補差”為特點，對理科學生主要進行人文社科知識的素質(zhì)教育，而對文科學生則主要進行自然科學的素養(yǎng)教育，以融合科學和人文教育，培養(yǎng)知識結構合理的復合型高素質(zhì)人才[3-4]。

一、通識物理教育的重要性

物理，取自“格物致理”，是一門研究物質(zhì)運動及其基本規(guī)律的科學，其研究對象涵蓋大至宇宙，小至基本粒子的一切物質(zhì)，是自然科學中最基礎的學科。從社會發(fā)展的角度看，物理的演變引領著科學的發(fā)展，推動著文明的進步，比如：工具（力學）的制作和應用，標志著區(qū)別于猿猴的人類的誕生；蒸汽機（熱學）的發(fā)明推動了人類改造世界能力的飛躍；而現(xiàn)在信息網(wǎng)絡技術（電磁學）的發(fā)展又引領著新的社會變革。不僅過去，人類的將來也在很大程度上依賴于物理的發(fā)展和應用，所以從國家層面普及物理教育具有重要的社會和科學意義。而從個人發(fā)展的角度看，一方面物理與生活緊密相關，學習物理就是在幫助我們更好地認識身邊的世界；另一方面，學習物理能很好地培養(yǎng)個人的基本科學素質(zhì)和理性思維能力。對于個人發(fā)展而言，未來無論從事何種職業(yè)，學習一些物理都是大有裨益的?？傮w上看，物理學不僅是科學，也是文化和哲學，與其他自然學科相比也更加形象、有趣、有用和易懂。因此，物理學是最適合對高校文科生和普通社會公眾進行科學素養(yǎng)通識教育的學科[5-6]。

二、通識物理教育存在的問題

國內(nèi)高校一般把面向文科生開設的通識物理教育課程稱為“文科物理”，不過目前國內(nèi)僅有東南大學、同濟大學、北京大學、吉林大學、蘭州大學、復旦大學、上海交大等名牌院校開設了文科物理的選修課程，為數(shù)眾多的一般院校則處于徘徊猶豫狀態(tài)。究其原因，既有高校、教師和學生的理念滯后的問題，也有所開設的通識物理類課程本身的一些問題[4-7]，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）學生的主觀認識問題：事實上，大多數(shù)文科生就是因為中學在物理學習中遇到巨大挫折才選擇人文學科，所以其本身對物理這門課有著巨大的心理恐懼，而且大多數(shù)文科生認為物理對自己沒有用處或者用處不大，這導致文科生在課堂上學習物理時既不想學，也沒有信心學好。（2）學生的客觀能力問題：文科生自中學文理分科后，主要學習歷史、政治、語文、英語等記憶性要求較強的課程，因此在學習習慣上也多傾向于背記而缺乏思考。然而，物理是一門邏輯性極強的自然學科，要求學生具有嚴密的邏輯分析和理性思維，這些都是文科生本身較為欠缺的，所以學習習慣和思維方式成為限制文科生學習物理的第二方面重要原因。（3）教師的主觀認識問題：目前，在很多高校，相當部分的教師都不愿意講授通識物理類課程，一方面部分高校教師不屑于講授通識物理，認為層次太低；另一方面由于受眾學生的理科基礎太差，所以通識物理的授課難度要遠高于專業(yè)物理課程，這些原因都極大降低了教師的講課意愿和師資質(zhì)量。（4）通識物理的教材問題：由于國內(nèi)很多高校對于通識物理教育的理解有限，所以開設的課程本身也存在很多問題，首要問題當屬教材問題。目前，雖然所謂的通識物理教材繁多，但隨意翻開一本，物理公式推導和計算比比皆是，竟然還有計算例題和課后習題，幾乎所有的通識物理教材仍然移植了專業(yè)物理的教學內(nèi)容和講授方式，只是難度相比理科生略有降低。不過，這種硬性移植的教學模式根本沒有考慮文科生在學習方式和思維習慣方面的實際情況，使得文科生對物理課就是聽不懂也不愛聽，可謂是水土不服。（5）通識物理的教學方式問題：不僅沒有適合的通識物理教材，對于該講什么怎么講的問題，很多授課教師也沒有較好的解決方案。目前，國內(nèi)高校絕大多數(shù)的通識物理課程仍然采用傳統(tǒng)的黑板加粉筆的教學形式，注重推導計算，卻很少將物理知識與生活中的現(xiàn)象相結合，所以其教學內(nèi)容、方式和設計都顯得極為枯燥，這種情況下課堂上自然是“鼾聲一片”。（6）通識教育的大局觀不足：通識物理不僅是針對文科生的通識教育，還應肩負對普通社會公眾進行基本科學素養(yǎng)普及的責任，因此通識物理教育還應有更寬廣的大局觀和更自由的開放性。然而，目前的通識物理教育僅限于高校課堂，無論課程的教學質(zhì)量多好，其終究只涉及幾百名本校大學生，教育受益面十分狹窄，更無法體現(xiàn)更多的社會責任和影響力，因此將通識物理課程建設成為可對全國普通社會公眾自由開放的“開放式課程”具有非常重要的社會意義。

三、蘭州大學的通識物理教育體系及建設做法

針對國內(nèi)高校在通識物理教育方面存在的一些關鍵問題，并結合歐美發(fā)達國家高校的通識物理教育經(jīng)驗，蘭州大學物理學院組織成立了專門的通識物理教學團隊，聘請名師老教授為教學顧問，重用更容易接受新生事物、思想也更為開放的青年教師為團隊骨干，依靠團隊力量積極開展通識物理教育體系建設和改革，并在較短的時間內(nèi)就取得了較為突出的建設和改革成效。其具體做法包括以下幾個方面：（1）優(yōu)化通識物理課程內(nèi)容：針對現(xiàn)有通識物理課程內(nèi)容不符合文科生和普通社會公眾的學習習慣和思維方式的首要問題，通識物理教學團隊首先對課程內(nèi)容進行了優(yōu)化，將傳統(tǒng)物理體系中較陳舊、具有較大理解難度且包含較多理論推導和復雜計算的內(nèi)容剔除，將重點放在與日常生活現(xiàn)象能密切結合，對數(shù)學要求較低，適合文科生和普通社會公眾學習的知識內(nèi)容上，為通識物理教育體系注入了“魂”。（2）編制新的課程教學大綱：教學團隊根據(jù)選定的通識物理課程內(nèi)容，以“力熱光電磁核”的順序梳理知識點章節(jié)，并根據(jù)文科生和普通社會公眾的學習特點，分別編制了針對高校文科生的文科物理課程的教學大綱，以及針對普通社會公眾的漫話物理課程的教學大綱，為通識物理教育體系裝上了“骨”。（3）編寫新的課程教學教材：針對國內(nèi)現(xiàn)有通識物理教材的“數(shù)學化”或“故事化”的極端趨勢，教學團隊根據(jù)文科生和普通社會公眾的學習習慣、思維方式和學習目標，重新編撰了兩套通識物理類教材，新教材“輕”數(shù)學，“重”與生活的聯(lián)系，其中專門針對文科生的教材叫《通識物理》（約22萬字，蘭州大學出版社出版），主要用于高校傳統(tǒng)課堂必修課和公選課的教學；而專門針對普通社會公眾的教材則叫《漫話物理》（約35萬字，蘭州大學出版社出版），其主要用于大規(guī)模在線開放課程也就是慕課（MOOC）的課程教學。新教材的編寫為通識物理教育體系鑲?cè)肓恕叭狻?。?）建設三門通識物理課程：針對不同學習者的學習背景，教學團隊推出了三門通識物理類課程，其包括：[①]以高校文科生為對象的文科物理課程，屬于必修課，54學時（3學分），其中課堂教學36課時，在線學習18課時；[②]以高校非物理專業(yè)理科生為對象的通識物理課程，屬于公選課，54學時（3學分），同樣是課堂教學36課時，在線學習18課時；[③]以普通社會公眾為對象的漫話物理課程，屬于開放課，36學時（2學分），均為在線學習。這三門課程富有層次性，且覆蓋幾乎所有的受眾人群，是通識物理教育體系的“身”。（5）融入了課程思政內(nèi)容：教學團隊積極響應教育部號召和工作安排，組織教師深入挖掘通識物理課程內(nèi)容中的思想政治元素，比如科學家為人類文明和科學真理的獻身精神以及中國科學家對世界的重要貢獻等，將思想政治元素具體體現(xiàn)到章、節(jié)、點和考試內(nèi)容中，充分發(fā)揮通識物理在德育教育方面的優(yōu)勢，因此課程思政建設是通識物理教育體系的“神”。（6）引入豐富的教學素材：針對文科生和普通社會公眾對形象和感性事物較為敏感、更易接受的學習特點，教學團隊自行設計、繪制了近600幅簡筆物理漫畫，首創(chuàng)用漫畫的形式來形象地講解深奧枯燥的物理概念、定律以及經(jīng)典的物理學軼事。同時，教學團隊還自行設計、拍攝了近300個經(jīng)典而又生動的物理演示實驗視頻，涵蓋教學大綱中幾乎所有的知識點。海量的物理知識漫畫和演示實驗視頻的應用，極大地豐富了通識物理的教學素材，也很好地提升了學生的學習興趣和學習效果，并為通識物理教育體系穿上了優(yōu)美的“衣”。（7）建設通識物理實驗室：針對文科生和普通社會公眾對科學實驗和物理實驗尤為感興趣的特點，教學團隊在蘭州大學榆中校區(qū)專門建設了近200平方米的通識物理實驗室，并通過網(wǎng)絡采購組裝和自行設計制作等方式，搭建了近100個經(jīng)典物理實驗。所選實驗特別注重演示性和趣味性，強調(diào)讓學生學會基本的物理原理并會進行簡單調(diào)控，讓物理知識以更為感性和直接的方式植入學生的大腦中，也為通識物理教育體系長出了自由的“手”。（8）建設網(wǎng)絡慕課的翻轉(zhuǎn)課堂：針對傳統(tǒng)課堂教學受益面狹窄和學習不具重復性的缺點，教學團隊在北京網(wǎng)梯和遼寧向日葵公司的支持下，精心組織制作了兩門大規(guī)模在線開放課程（也即慕課MOOC），其包括線上的視頻教學（每個視頻知識點5～8分鐘）、課后作業(yè)、主題討論、擴展閱讀、章節(jié)自測、在線答疑、直播講座、在線考試等豐富的在線課程學習內(nèi)容，以翻轉(zhuǎn)課堂的新教學模式組織通識物理的課程教學。其中，針對高校文科生對傳統(tǒng)課堂形成有益補充的慕課叫文科物理，而針對普通社會公眾的慕課則叫漫話物理。翻轉(zhuǎn)課堂網(wǎng)絡慕課的建設為通識物理教育體系提供了溫暖的“家”。（9）舉辦社會公益科普展覽或活動：為了克服傳統(tǒng)課堂的教育受益面狹窄的缺點，同時實現(xiàn)高校所肩負的對普通社會公眾進行基本科學素養(yǎng)普及的責任，體現(xiàn)更多的社會價值和影響力，教學團隊積極組織舉辦各類大型社會公益性質(zhì)的科普展覽等活動，包括：[①]舉辦物理科普校園開放日活動，邀請中小學生和普通社會公眾赴蘭州大學通識物理實驗參觀；[②]在蘭州市內(nèi)大型開放場所舉辦物理科普實驗展示和物理科普書籍展覽；[③]赴甘肅省內(nèi)邊遠地區(qū)中小學進行物理科普講座和物理科普書籍贈送活動。顯然，系列社會公益科普展覽或活動的舉辦就是通識物理教育體系邁開步子、實現(xiàn)社會價值的“腳”。（10）開展物理學術研究：根據(jù)近代以來歐美發(fā)達國家通過通識物理教育培養(yǎng)大量優(yōu)秀杰出人才的經(jīng)驗，教學團隊通過教學研究課題、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、科學研究項目等形式，組織師生成立物理學術興趣小組，積極開展物理學術研究。同時，為了更好地進行思想交流和展現(xiàn)學術研究成果，教學團隊還自辦了一本物理學術期刊《基地物理》（期刊主編即為通識物理教學團隊的負責人），專門刊登省內(nèi)大學生的教學或者科學研究的學術論文。而對于優(yōu)秀的學術研究成果，教學團隊還組織教師對學生進行專業(yè)指導，以幫助學生進一步完善學術研究成果，并后續(xù)發(fā)表在SCI和EI等高水平學術期刊上。因此，開展物理學術研究就是通識物理教育體系開闊教學視野，拓展教學層次的“眼”。

四、蘭州大學的通識物理教育體系建設及改革成效

通過一系列的體系建設和教學改革，蘭州大學的通識物理課程取得了十分顯著的課程建設和改革成效，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）通識物理教學效果顯著提升：目前，通識物理課程的吸引力顯著提升，不僅選課學生愛聽課，聽得懂，而且還出現(xiàn)了大量旁聽生，甚至目前蘭州大學最難選的公選課就是通識物理課程。顯然，通識物理課程的教學質(zhì)量和效果得到了全校師生的高度肯定。與此同時，學生的學習效果和成績也大幅提升，目前學生的考試成績優(yōu)良率達到80%，幾乎沒有掛科的學生。（2）通識教育的社會效益顯著：很多文科生不僅將物理知識應用于本專業(yè)的學習和研究，還積極參與我們組織的各類科普宣傳活動；同時，通過舉辦一系列社會公益科普展覽或活動，也實現(xiàn)了對普通社會公眾進行基本科學素養(yǎng)普及的責任，取得了良好的社會效益。（3）形成了通識物理教育體系：目前，蘭州大學的通識物理教育已經(jīng)形成以優(yōu)選課程內(nèi)容為“魂”，新編教學大綱為“骨”，特色自編教材為“肉”，系列課程教學為“身”，課程思政育人為“神”，創(chuàng)新教學素材為“衣”，物理演示實驗室為“手”，慕課翻轉(zhuǎn)課堂為“家”，社會科普活動為“腳”，物理學術研究為“眼”的完整體系，既能協(xié)同育人實現(xiàn)優(yōu)秀的課堂教學效果，也取得了優(yōu)良的社會效益。（4）獲得教學支持和個人榮譽：目前，蘭州大學通識物理教育體系下的系列課程獲得了“蘭州大學慕課建設基金”“蘭州大學優(yōu)秀教材建設基金”“蘭州大學國家精品在線課程重點培育項目”“蘭州大學教學研究項目”和“甘肅省教學質(zhì)量工程”等基金項目的大力支持。團隊教師也先后獲得包括“甘肅省青年教師授課技能大賽二等獎”“甘肅省教育技術標兵”“甘肅省師德標兵”“甘肅省青年教師成才獎”“隆基教學新秀獎”等教學獎勵和榮譽稱號。（5）獲得重要教學獎勵和課程榮譽：目前，蘭州大學通識物理課程的教學質(zhì)量和課程改革效果也受到了上級教學管理部門的認可：[①]2017年11月，“通識物理教育體系的建設與探索”獲評2017年度蘭州大學教學成果一等獎，并被教務處認定為2018年省級教學成果重點培育成果；[②]2018年3月，文科物理課程獲批甘肅省精品課程資源共享課，頒獎單位為甘肅省教育廳；[③]2018年5月，自編教材《通識物理》（蘭州大學出版社出版）獲評2017年甘肅省優(yōu)秀科普書籍，目前已獲甘肅省推薦參評2018年全國優(yōu)秀科普書籍；[④]2018年7月，通識物理和文科物理課程同時被蘭州大學教務處組織評選為蘭州大學“課程思政”教育的重點示范課程。（6）學生發(fā)表重要物理學術論文：由于通識物理教育體系對物理學術研究的反饋效果，目前蘭州大學以及其他省內(nèi)高校的本科生以第一作者在通識物理教學團隊自辦的《基地物理》期刊上發(fā)表教學或科學研究學術論文近200篇，其中部分學術研究成果經(jīng)進一步完善后，由本科生為第一作者在SCI一、二區(qū)權威期刊上發(fā)表高水平論文近30篇，并涌現(xiàn)出參與“國家級大學生科技創(chuàng)新團隊”和“中國青少年科技創(chuàng)新獎”等評獎，赴人民大會堂領獎的優(yōu)秀大學生團隊和個人。需要特別說明的是，以上高水平論文、學生團隊和突出個人的指導教師均為蘭州大學通識物理教學團隊的青年教師。

五、蘭州大學的通識物體教育體系的探索

綜上所述，蘭州大學物理學院的通識物理教學團隊近年來積極推進通識物理教育體系建設和改革探索，不僅建立了具有良好層次性、體系性、教學內(nèi)容豐富、形式多樣、模式創(chuàng)新的通識物理教育體系，在課程建設、教學平臺、翻轉(zhuǎn)課堂、社會科普、教學成果、競賽獎勵、發(fā)表論文等方面都取得了在蘭州大學校內(nèi)甚至甘肅省內(nèi)都十分突出的教育體系改革成效。總體上看，蘭州大學物理學院的通識物理教學團隊取得較好建設和改革成效的原因可以歸結為以下幾個方面：（1）注重教育體系建設的體系性：蘭州大學的通識物理教育體系建設脫離了建設一門課程的狹隘思維，以富有層次性和完整性的教育體系為建設對象，涉及教學內(nèi)容優(yōu)化、教學平臺建設、教學資源創(chuàng)新、教學模式翻轉(zhuǎn)課堂、突出社會科普責任等諸多系統(tǒng)性的建設單元，各單元相互聯(lián)系、前后呼應、有機結合，真正實現(xiàn)了“一加一大于二”的體系性建設效果。（2）注重教育體系建設的創(chuàng)新性：蘭州大學的通識物理教育體系建設擺脫傳統(tǒng)課程建設路徑，走出了一條創(chuàng)新的路子。教學團隊的青年教師緊扣時代發(fā)展脈搏，將簡筆物理漫畫、物理演示實驗、慕課翻轉(zhuǎn)課堂等在傳統(tǒng)課堂上不常見的新穎要素引入通識物理的課堂，顯著提高了文科生和普通社會公眾學習物理的興趣與學習效果。（3）注重教育體系建設的融合性：蘭州大學的通識物理教育體系建設特別注重契合時代發(fā)展的主題，積極將“課程思政”和“學術創(chuàng)新”兩方面重要的時代主題元素融入通識物理教育體系的建設中來，不僅體現(xiàn)出區(qū)別于其他普通課程的時代青春氣息，也展現(xiàn)出獨特的交叉融合、協(xié)同育人的教育成效。（4）注重教育體系建設的公益性：蘭州大學的通識物理教育體系建設不僅關注課程在蘭州大學校內(nèi)的教育成效，也特別重視實現(xiàn)高校所肩負的對普通社會公眾進行基本科學素養(yǎng)普及的責任。教學團隊積極組織舉辦各類大型社會公益性質(zhì)的科普展覽或活動，體現(xiàn)出了更多的社會責任和教育價值，也因此而擴大了蘭州大學通識物理教育體系的社會影響力。

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[責任編輯：鐘 嵐]