面向人文社科類本科生科學(xué)素養(yǎng)培育的物理課程體系建設(shè)

摘 要 為培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的青年人才，構(gòu)建一套針對(duì)本科學(xué)生的物理通識(shí)課程體系顯得尤為重要。在推進(jìn)實(shí)施教育改革和課堂改革中，中國(guó)人民大學(xué)物理學(xué)系近年來(lái)建設(shè)了以非理工科專業(yè)本科學(xué)生為受眾的物理通識(shí)課程體系。該體系旨在提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，具體涵蓋了物理理論、實(shí)驗(yàn)物理與前沿科技等方面內(nèi)容，主要包含“概念物理”“人文物理通識(shí)與探索性實(shí)驗(yàn)”“諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和現(xiàn)代物理學(xué)”課程。本文介紹了在該體系建設(shè)中的頂層設(shè)計(jì)思路，教學(xué)內(nèi)容選擇、課堂組織形式等重點(diǎn)舉措。經(jīng)過(guò)一系列的研究與實(shí)踐，該體系取得了顯著成效。學(xué)生們通過(guò)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，不僅掌握了物理學(xué)科的基本知識(shí)，還提高了科學(xué)思維能力和創(chuàng)新精神。后續(xù)我們將持續(xù)教改研究，不斷優(yōu)化課程內(nèi)容，為培養(yǎng)創(chuàng)新人才、提高本科生科學(xué)素養(yǎng)提供支持。

關(guān)鍵詞 人文社科類學(xué)生;通識(shí)教育;物理通識(shí)課程

當(dāng)今世界，國(guó)際力量對(duì)比深刻調(diào)整，我們站在中華民族偉大復(fù)興戰(zhàn)略全局和世界百年未有之大變局上看，大力推進(jìn)高等教育高質(zhì)量發(fā)展是實(shí)現(xiàn)教育強(qiáng)國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)的必由之路[1-3]，而如何推進(jìn)高等教育高質(zhì)量發(fā)展是我們面臨的一項(xiàng)重大時(shí)代課題。習(xí)近平總書(shū)記指出： “我國(guó)高等教育要緊緊圍繞實(shí)現(xiàn)‘兩個(gè)一百年’奮斗目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)，源源不斷培養(yǎng)大批德才兼?zhèn)涞膬?yōu)秀人才?！秉h的二十大報(bào)告明確提出，培養(yǎng)現(xiàn)代化建設(shè)人才，要“堅(jiān)持教育優(yōu)先發(fā)展、科技自強(qiáng)自立、人才引領(lǐng)驅(qū)動(dòng)”[4]。如何培養(yǎng)綜合型、有科學(xué)素養(yǎng)、有創(chuàng)新能力的人才？ 其中一個(gè)重要策略就是在高等教育中盡可能消除文科與理科間的隔閡，在教學(xué)中體現(xiàn)人文社會(huì)科學(xué)和科學(xué)技術(shù)的融合，培養(yǎng)文理兼通的人才[5]。

通識(shí)教育對(duì)培養(yǎng)文理兼?zhèn)涞娜瞬庞兄匾淖饔?，基本原則是文理滲透，各學(xué)科之間彼此交融，在學(xué)好專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大知識(shí)面和改善知識(shí)結(jié)構(gòu)[6]。通識(shí)教育主要分為人文教育和科學(xué)教育。人文教育旨在用優(yōu)秀文化成果陶冶人與教育人，從而教人學(xué)會(huì)做人、做事;科學(xué)教育注重讓人領(lǐng)悟客觀世界的復(fù)雜深邃、無(wú)窮無(wú)盡，最終目的是豐富和完善人的精神世界，使人能全面和諧發(fā)展。國(guó)內(nèi)許多知名大學(xué)在通識(shí)教育上進(jìn)行了積極的探索和實(shí)踐，并取得了一定的成果。例如清華大學(xué)建設(shè)了面向全體本科生的“全覆蓋式”力學(xué)通識(shí)教育課程，致力于打破學(xué)科界限，培養(yǎng)集理、工、文、藝于一身、貫通古今的人才，使不同專業(yè)學(xué)生將“力”的概念融會(huì)理解并與各自學(xué)科特色結(jié)合開(kāi)展交叉創(chuàng)新應(yīng)用。[7]北京大學(xué)建設(shè)的《地球與人類文明》以地球與人類文明的相互作用為主線，探尋人類文明與地球共同發(fā)展的和諧之道。復(fù)旦大學(xué)面向人文社科類本科生開(kāi)設(shè)了《人文的物理學(xué)》重點(diǎn)展示物理學(xué)的思想史，從而彰顯出物理學(xué)內(nèi)在的人文特質(zhì)[8-9]。南京航空航天大學(xué)建設(shè)的《物理與藝術(shù)》以物理學(xué)家和藝術(shù)家相互平行的視角來(lái)闡述人們對(duì)宇宙圖像的建立過(guò)程和理解;分析比較它們?cè)趧?chuàng)新意識(shí)和思維方法上的共同點(diǎn)，以達(dá)到對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)與人文素質(zhì)培養(yǎng)和創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的目的。南京大學(xué)開(kāi)設(shè)的《宇宙簡(jiǎn)史》，融合科學(xué)和哲理的問(wèn)題來(lái)反映天文學(xué)研究的方法與成果，揭示宇宙之美及其背后的規(guī)律。此外，人文教育類的通識(shí)課程也遍地開(kāi)花，包括武漢大學(xué)的《中國(guó)文化概論》、浙江大學(xué)的《唐詩(shī)經(jīng)典》、南京大學(xué)的《理解馬克思》等都是其中的精品課程。通識(shí)課程建設(shè)雖有所成效，但是也面臨著通識(shí)教育的體系化建設(shè)尚不完善、通識(shí)教育的建設(shè)成效難以定量化體現(xiàn)等問(wèn)題。

作為國(guó)家首批“雙一流”建設(shè)高校，中國(guó)人民大學(xué)著眼“國(guó)民表率、社會(huì)棟梁”的目標(biāo)，積極培養(yǎng)高素質(zhì)的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人;堅(jiān)持通過(guò)通識(shí)教育立德樹(shù)人，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。2017年，我校啟動(dòng)建設(shè)通識(shí)核心課程，在探索“重根、求理、力行、有我”通識(shí)教育模式的路上邁出了重要一步。

物理學(xué)是研究自然界最普遍規(guī)律的科學(xué)，是人類認(rèn)識(shí)世界的重要工具，更是諸多新技術(shù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)物理學(xué)，有助于人們科學(xué)世界觀的形成，在培養(yǎng)文科生科學(xué)素養(yǎng)方面發(fā)揮了不可替代的作用。中國(guó)人民大學(xué)物理學(xué)系立足建設(shè)“具有中國(guó)特色、人大風(fēng)格、國(guó)內(nèi)一流、世界水平”的物理學(xué)一級(jí)學(xué)科體系目標(biāo)，以提升科學(xué)研究水平為重點(diǎn)，以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量為核心;聚焦學(xué)?！半p一流”建設(shè)戰(zhàn)略需求，深化通識(shí)教育改革，實(shí)施“大通識(shí)”教育計(jì)劃。為了發(fā)揮物理學(xué)在學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維培養(yǎng)過(guò)程中的重要作用，中國(guó)人民大學(xué)物理學(xué)系建設(shè)面向人文社科類本科生的物理學(xué)及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)類的通識(shí)教育課程體系，該體系涵蓋了物理理論、實(shí)驗(yàn)物理與前沿科技等。本文將重點(diǎn)介紹我們對(duì)物理通識(shí)課程體系建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)，以及相關(guān)課程的目標(biāo)定位、教學(xué)內(nèi)容和組織形式和初步成效等。

1 科學(xué)素養(yǎng)與物理學(xué)

由中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)布的對(duì)公眾科學(xué)素養(yǎng)的調(diào)查報(bào)告中指出，科學(xué)素養(yǎng)是對(duì)個(gè)人決策、參與公眾和文化事務(wù)，以及經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)所需要的科學(xué)概念、過(guò)程知識(shí)的理解。這代表了我國(guó)科學(xué)界和教育界對(duì)科學(xué)素養(yǎng)內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)和理解。物理學(xué)家何祚庥對(duì)科學(xué)素養(yǎng)作過(guò)更為通俗易懂的闡述，在他看來(lái)，科學(xué)素養(yǎng)是大眾對(duì)科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法及其影響的認(rèn)識(shí)的廣度和深度。

大學(xué)生群體是國(guó)家建設(shè)發(fā)展的中流砥柱，也是向大眾傳播科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法和科學(xué)精神的中堅(jiān)力量，在提高全民素質(zhì)和科學(xué)素養(yǎng)方面的作用不可替代。此外，作為社會(huì)建設(shè)的主要承擔(dān)者，他們需要了解并能夠預(yù)測(cè)科技發(fā)展對(duì)社會(huì)的后續(xù)影響，從而能夠正確指導(dǎo)對(duì)科技的使用，盡量減少因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)的濫用而產(chǎn)生社會(huì)問(wèn)題等[10]。因此，大學(xué)生應(yīng)該具有以下科學(xué)素養(yǎng)：對(duì)科學(xué)知識(shí)與技能的掌握，對(duì)科學(xué)方法的理解與運(yùn)用，對(duì)科學(xué)精神的內(nèi)化，對(duì)科學(xué)美、科學(xué)思想的感悟以及對(duì)科學(xué)倫理的遵循 [11]。

物理學(xué)，是研究自然界物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)、相互作用以及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門學(xué)科，是一門邏輯嚴(yán)密的基礎(chǔ)科學(xué)，它以物理概念為基石，以物理學(xué)定律為主干，有著嚴(yán)密的邏輯體系;它也是一門自帶方法論的科學(xué)，從古希臘時(shí)期萌芽到近現(xiàn)代蓬勃發(fā)展，它以豐富的方法論、充滿哲理的思想，影響著人們的世界觀、價(jià)值觀以及社會(huì)思潮、社會(huì)生活;它也是一門應(yīng)用廣泛的學(xué)科，物理問(wèn)題的趣味性、實(shí)用性和常見(jiàn)性，有效激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的實(shí)踐動(dòng)機(jī)，幫助實(shí)現(xiàn)真正的學(xué)習(xí)。

與其他學(xué)科相比，物理學(xué)提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)具有天然優(yōu)勢(shì)。第一，物理學(xué)是自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)，大量高新技術(shù)的產(chǎn)生都以物理理論作為支撐，學(xué)習(xí)物理是了解高新技術(shù)的前沿陣地。第二，作為一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理學(xué)家所采用的實(shí)驗(yàn)方法是科學(xué)方法的典型代表，學(xué)習(xí)物理可以加深學(xué)生對(duì)科學(xué)方法的理解和應(yīng)用。第三，它包含著可提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的豐富課程素材，例如，物理學(xué)史中物理學(xué)家的世界觀、價(jià)值觀和科學(xué)精神對(duì)學(xué)生的世界觀形成有著重要作用。第四，科學(xué)發(fā)展到今天，社會(huì)科學(xué)與自然科學(xué)的界限不再分明，社會(huì)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)研究之中借用了一些物理學(xué)理論與研究方法，如耗散結(jié)構(gòu)理論、統(tǒng)計(jì)分析方法、“量子經(jīng)濟(jì)學(xué)”等。因此，物理通識(shí)課程是提升大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的理想載體。

2 物理通識(shí)課程體系建設(shè)

通識(shí)教育是一個(gè)內(nèi)涵豐富、復(fù)雜而深刻的概念。[6]科學(xué)類通識(shí)教育是通識(shí)教育的重要組成，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、通用能力、科學(xué)意識(shí)和精神方面，有不可替代的作用。新世紀(jì)以來(lái)，美國(guó)的一流高校通識(shí)教育體系進(jìn)行了多次變革，在改革中逐漸形成了以下四種模式：并行式、分布必修式、自由選修式和限制綁定式，其主要特點(diǎn)和代表院校如表1所示。[12]

在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合我校的歷史傳統(tǒng)、辦學(xué)定位、學(xué)科結(jié)構(gòu)等方面的特點(diǎn)，我校建立了幾十門社會(huì)科學(xué)類和自然科學(xué)類的通識(shí)課程，其中自然科學(xué)類課程包括科學(xué)與技術(shù)、實(shí)證與推理、生命與環(huán)境三個(gè)模塊。學(xué)生采取自由選修式的模式完成通識(shí)課程學(xué)習(xí)，根據(jù)個(gè)人興趣自由選修2學(xué)分以上的自然科學(xué)類通識(shí)課程。

在學(xué)校通識(shí)課程建設(shè)背景之下，我們建立了小而精的物理通識(shí)教育體系，注重科學(xué)教育與人文教育相融合，秉持“以課程思政驅(qū)動(dòng)教學(xué)創(chuàng)新”的通識(shí)教育理念，提出“格物致知、實(shí)事求是”的通識(shí)課程之魂。課程設(shè)計(jì)不僅注重具體科學(xué)知識(shí)、方法傳授和科學(xué)思維訓(xùn)練，更著力培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神?！翱茖W(xué)知識(shí)的傳授是科學(xué)教育的實(shí)體，科學(xué)精神的培養(yǎng)是科學(xué)教育的靈魂。”[13]圍繞這一思想，我們多方調(diào)研、精心選擇教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)構(gòu)建了適合人文社科學(xué)生的物理類通識(shí)課程體系。

課程體系建設(shè)過(guò)程中，教學(xué)內(nèi)容如何選擇，實(shí)驗(yàn)教學(xué)如何實(shí)施，如何深入淺出地引導(dǎo)學(xué)生了解基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展脈絡(luò)、前沿科技成果進(jìn)展，是我們長(zhǎng)期思考的問(wèn)題。同時(shí)，當(dāng)前教學(xué)環(huán)境的快速變化使得教學(xué)形態(tài)正面臨重大變革。進(jìn)入智能時(shí)代，知識(shí)獲取愈發(fā)便捷，知識(shí)迭代越來(lái)越快。以知識(shí)數(shù)量的多寡為標(biāo)準(zhǔn)的、傳統(tǒng)的、標(biāo)注化的教學(xué)形態(tài)已難以為繼。什么樣的本科教育能夠滿足當(dāng)前學(xué)生培養(yǎng)和社會(huì)進(jìn)步需求，是值得探索解決的重要問(wèn)題。

我們認(rèn)為，文科物理教學(xué)不是低配版的專業(yè)物理教學(xué)，而應(yīng)是基于人文社科類學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備、思維方式而特別設(shè)計(jì)，更加注重物理學(xué)基本概念的學(xué)習(xí)，更加關(guān)注物理學(xué)與現(xiàn)代生活的關(guān)系等。為此，我們進(jìn)行了很多教學(xué)實(shí)踐和改革。2021年，我們建成了面向人文社科類專業(yè)本科學(xué)生的物理通識(shí)課程體系，如圖1所示。課程體系設(shè)計(jì)突出通識(shí)課程與課程思政教育的融合，結(jié)合社會(huì)熱點(diǎn)，介紹國(guó)家最新科技進(jìn)展和挑戰(zhàn)，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注現(xiàn)實(shí)和國(guó)家需求的社會(huì)擔(dān)當(dāng)[14]。該體系涵蓋了物理理論、實(shí)驗(yàn)物理與前沿科技內(nèi)容，主要包含“概念物理”“人文物理通識(shí)與探索性實(shí)驗(yàn)”“諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和現(xiàn)代物理學(xué)”等課程。

其中，概念物理課程主要講述古典物理，偏重理論物理、物理學(xué)史等內(nèi)容介紹，以普及知識(shí)、激發(fā)興趣、開(kāi)拓思維為主要目的;人文物理通識(shí)與探索性實(shí)驗(yàn)課程偏重實(shí)驗(yàn)物理，更偏重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，提升其實(shí)踐能力;諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和現(xiàn)代物理學(xué)課程側(cè)重于現(xiàn)代物理學(xué)的講授和應(yīng)用、前沿科技介紹以及未來(lái)科技展望。三門課程互為補(bǔ)充，覆蓋了物理學(xué)的主要部分，為提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)提供了全面支持，如圖2所示。下面，我們將分別介紹這三門課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、課堂組織形式和教學(xué)成效等。

2.1 “概念物理Ⅰ”課程

2.1.1 教學(xué)目標(biāo)

以兩個(gè)基本科學(xué)問(wèn)題為線索，我們重新組織設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)理論、實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真等教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生理解重要物理概念，培養(yǎng)“實(shí)事求是、求真務(wù)實(shí)、開(kāi)拓進(jìn)取、勇于創(chuàng)新”的科學(xué)精神，并掌握科學(xué)的方法論。

2.1.2 教學(xué)內(nèi)容與組織形式

科學(xué)類通識(shí)課程最大的難題是教學(xué)內(nèi)容的選擇。作為面向人文社科類本科生開(kāi)設(shè)的選修課，選課同學(xué)對(duì)物理具有不同程度的興趣。但由于覆蓋專業(yè)多，學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)方法、思維方式等差異較大，給教學(xué)帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)教學(xué)體系往往重結(jié)果、輕過(guò)程，重知識(shí)、輕方法，礙于學(xué)生的專業(yè)背景和基礎(chǔ)水平差異很大，這類體系無(wú)論如何組織，都無(wú)法滿足所有學(xué)生的需要。為解決這個(gè)問(wèn)題，我們創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，打造一個(gè)讓所有學(xué)生都聽(tīng)得明白、學(xué)得有趣、覺(jué)得有用的物理學(xué)課堂。

為此，我們將整門課程內(nèi)容凝練成兩個(gè)科學(xué)問(wèn)題：如何造出一個(gè)完美的熱機(jī)？ 天體運(yùn)行的規(guī)律是什么？ 針對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題，教師在課堂上采用研究式教學(xué)法，帶領(lǐng)學(xué)生抽絲剝繭，自始至終關(guān)注研究過(guò)程中的思維方式和研究方法。在“如何造出一個(gè)完美的熱機(jī)？”板塊中，從蒸汽機(jī)的發(fā)明和改良入手，以實(shí)際需求驅(qū)動(dòng)理論創(chuàng)新，介紹熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理的重要概念和計(jì)算方法。在“天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律是什么？”板塊中，我們從早期宇宙觀出發(fā)，選取天文學(xué)發(fā)展中重要的事件，介紹天文學(xué)和物理學(xué)的重要研究方法，牽引出力學(xué)的重要概念（包括運(yùn)動(dòng)定律、慣性系、圓周運(yùn)動(dòng)、落體運(yùn)動(dòng)、萬(wàn)有引力定律、動(dòng)量、角動(dòng)量、能量等），如圖3所示。例如在講述天文學(xué)測(cè)量時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生制作圭表，并在此基礎(chǔ)上利用圭表進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)數(shù)據(jù)分析得到北京市的經(jīng)度，通過(guò)自主的研究和觀測(cè)使學(xué)生了解“觀察總結(jié)歸納預(yù)測(cè)”的研究路徑，培養(yǎng)學(xué)生采用科學(xué)的方法提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

實(shí)際應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)：第一，由兩個(gè)線索牽引，有效增強(qiáng)了教學(xué)內(nèi)容的完整性和趣味性。第二，對(duì)研究過(guò)程的介紹在傳統(tǒng)教科書(shū)中很少出現(xiàn)，對(duì)所有專業(yè)的學(xué)生都是新鮮的。

在課程建設(shè)中注重師生間溝通渠道的建立，通過(guò)與學(xué)生座談、調(diào)查問(wèn)卷、期末評(píng)估等方式及時(shí)獲得學(xué)生對(duì)課程的反饋意見(jiàn)并及時(shí)調(diào)整。例如課程建設(shè)初期，我們發(fā)現(xiàn)微積分公式會(huì)讓學(xué)生感到困惑和不適應(yīng)，我們快速響應(yīng)學(xué)生訴求，將教學(xué)重點(diǎn)放在科學(xué)研究的方法論，而不是解題技巧和計(jì)算方法，以此消弭不同專業(yè)背景的差異，讓每個(gè)學(xué)生都能學(xué)有所得。另外，我們安排4個(gè)學(xué)時(shí)的課外實(shí)踐，鼓勵(lì)學(xué)生廣泛調(diào)研、相互討論、總結(jié)所學(xué)。

2.2 “人文物理通識(shí)與探索性實(shí)驗(yàn)”課程

2.2.1 教學(xué)目標(biāo)

作為我校理工類通識(shí)課程中首個(gè)實(shí)驗(yàn)類課程，該課程以物理實(shí)驗(yàn)為載體，以物理概念應(yīng)用為抓手，支撐我校人文社科類本科生培養(yǎng)。通過(guò)一個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握重要物理概念和科學(xué)的方法論;培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、解決問(wèn)題的能力;使學(xué)生具有實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神，憂國(guó)憂民的家國(guó)情懷和責(zé)無(wú)旁貸的社會(huì)責(zé)任感。

2.2.2 教學(xué)內(nèi)容與組織形式

通識(shí)實(shí)驗(yàn)課程的難點(diǎn)之一，是演示實(shí)驗(yàn)的選擇與建設(shè)。所選擇的實(shí)驗(yàn)需要現(xiàn)象明顯、具有可操作性、趣味性強(qiáng)，有代表性且難度適宜，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的合理安排是重中之重。此外，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的講解具有至關(guān)重要的作用。演示實(shí)驗(yàn)看起來(lái)有趣、學(xué)生參與度也高，但如果講解不到位，很容易使學(xué)生走馬觀花，上課看熱鬧，下課全忘掉。因此在有限時(shí)間內(nèi)需要教師圍繞實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，把實(shí)驗(yàn)說(shuō)明、物理原理、生活應(yīng)用、課后思考等進(jìn)行全方位介紹，讓學(xué)生學(xué)有所得、印象深刻。

為解決這些問(wèn)題，我們構(gòu)架了涵蓋力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)與振動(dòng)、電磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和近代物理7個(gè)方面的課程內(nèi)容體系，著重介紹物理學(xué)史上重要的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，以及對(duì)當(dāng)今生活和世界格局產(chǎn)生巨大影響的科學(xué)成果。精選的百余種實(shí)驗(yàn)全面覆蓋核心物理概念（部分實(shí)驗(yàn)列表見(jiàn)附錄），注重將課程知識(shí)講解和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行密切結(jié)合和相互融合，將有趣性和知識(shí)性有機(jī)統(tǒng)一起來(lái)。在教學(xué)中注重科學(xué)方法的闡述，通過(guò)實(shí)驗(yàn)潛移默化地使學(xué)生掌握控制變量法、推理法、轉(zhuǎn)化法、放大法等實(shí)驗(yàn)方法;注重跨學(xué)科思考能力的培養(yǎng)，在學(xué)生心中建立起物理學(xué)的基本邏輯與發(fā)展規(guī)律，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理規(guī)律的普遍性和實(shí)用性，幫助他們科學(xué)認(rèn)知世界。

在課程建設(shè)的初期階段，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限以及實(shí)驗(yàn)操作本身存在的危險(xiǎn)性，我們主要采取教師演示實(shí)驗(yàn)而學(xué)生觀摩的形式進(jìn)行。這種教學(xué)方式確保了學(xué)生在安全的環(huán)境下觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程，同時(shí)也使教師能夠更好地控制課堂節(jié)奏和教學(xué)內(nèi)容。然而，隨著時(shí)間的推移，不少學(xué)生表達(dá)了希望能夠自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的愿望，他們希望能夠更深入地參與到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，從而更好地理解和掌握相關(guān)知識(shí)。為了回應(yīng)學(xué)生的這一需求，團(tuán)隊(duì)增加資金和師資的投入以改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件。通過(guò)增加實(shí)驗(yàn)設(shè)備的數(shù)量，確保每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生的安全教育和培訓(xùn)，確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程的安全可控。課堂組織上，采用更加能調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性的學(xué)習(xí)模式———分組實(shí)驗(yàn)。小組在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。每組學(xué)生對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)并提出思考，通過(guò)實(shí)踐和討論，使學(xué)生逐步具有自主學(xué)習(xí)的能力。對(duì)于具有破壞性、危險(xiǎn)性，不宜讓學(xué)生自己操作的實(shí)驗(yàn)，以及無(wú)法在課堂上重復(fù)的實(shí)驗(yàn)，我們引入了智能化教學(xué)作為補(bǔ)充。教師不僅利用短視頻、動(dòng)畫(huà)來(lái)展示原理和物理實(shí)驗(yàn)，也借助虛擬仿真來(lái)提高學(xué)生的參與度。通過(guò)這一系列的調(diào)整和改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得了顯著的效果。學(xué)生的參與度和積極性得到了提高，他們對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和掌握也更加深入。同時(shí)，分組實(shí)驗(yàn)的方式也培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，為他們的未來(lái)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3 “諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和現(xiàn)代物理學(xué)”課程

2.3.1 教學(xué)目標(biāo)

從20世紀(jì)兩個(gè)重大科學(xué)突破———相對(duì)論和量子力學(xué)出發(fā)，以樸實(shí)的語(yǔ)言、生動(dòng)的形式，介紹相對(duì)論的相關(guān)結(jié)果和量子力學(xué)的新穎思想，以及由其發(fā)展而來(lái)的固體物理、半導(dǎo)體物理、超導(dǎo)物理、激光物理等學(xué)科的最重要進(jìn)展。這些重要進(jìn)展大多被歷次諾貝爾獎(jiǎng)?wù)J可。介紹它們?cè)诂F(xiàn)代科技中的應(yīng)用、對(duì)社會(huì)生活的影響和未來(lái)發(fā)展方向。使學(xué)生了解物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程和當(dāng)今的科學(xué)熱點(diǎn)，具備一定的科學(xué)素養(yǎng)。

2.3.2 教學(xué)內(nèi)容與組織形式

為人文社科背景的本科生講授現(xiàn)代科學(xué)是極具挑戰(zhàn)性的。探索學(xué)生容易接受的教學(xué)內(nèi)容是課程建設(shè)的首要重點(diǎn)和難點(diǎn)。面對(duì)這一問(wèn)題，我們以現(xiàn)代物理學(xué)為核心，以諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)為抓手，從相對(duì)論和量子力學(xué)出發(fā)，介紹現(xiàn)代物理中的主要二級(jí)方向的發(fā)展歷程、重要進(jìn)展以及最新前沿。

課程涵蓋天體物理學(xué)和宇宙學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)、半導(dǎo)體物理學(xué)、原子分子物理學(xué)、光學(xué)、核物理和粒子物理學(xué)等方向，側(cè)重當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的最前沿介紹。課程強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代物質(zhì)科學(xué)與學(xué)生所學(xué)專業(yè)的交叉融合，強(qiáng)調(diào)“科技感”和“人情味”，將科學(xué)思維模式結(jié)合入人文社科學(xué)習(xí)和研究，以物質(zhì)科學(xué)的視角審視人文社科學(xué)科的發(fā)展和歷史事件，以現(xiàn)代科學(xué)的最新成果開(kāi)拓學(xué)生的思路，為學(xué)生未來(lái)在人文探索、社會(huì)治理、藝術(shù)創(chuàng)作、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等領(lǐng)域的創(chuàng)新提供新思路。

在課堂上，不僅僅介紹促進(jìn)科技發(fā)展的正面內(nèi)容，也講述物理學(xué)發(fā)展中面臨的學(xué)術(shù)不規(guī)范及其嚴(yán)重后果。例如在密立根油滴實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)處理的不規(guī)范;德國(guó)科學(xué)家舍恩為了自己的利益，長(zhǎng)期進(jìn)行學(xué)術(shù)造假……這些學(xué)術(shù)不規(guī)范行為不僅僅使所在研究機(jī)構(gòu)的同行聲譽(yù)受損，更導(dǎo)致科學(xué)發(fā)現(xiàn)的延遲，造成了大量科學(xué)家財(cái)力、物力和智力的浪費(fèi)。通過(guò)這些反例，使學(xué)生具有懷疑精神和思辨能力。

3 建設(shè)成效與展望

我系物理通識(shí)課程教研團(tuán)隊(duì)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行大膽革新，反響熱烈，多次在教學(xué)會(huì)議上介紹課程建設(shè)情況，得到國(guó)內(nèi)外同行關(guān)注。開(kāi)課以來(lái)教學(xué)效果突出，深受學(xué)生好評(píng)。許多學(xué)生在談及結(jié)課后的感受時(shí)表示：“老師講課幽默風(fēng)趣，讓人愛(ài)上物理”;“每節(jié)課都有很新奇的物理器材展示。一度讓我思考為什么當(dāng)初沒(méi)有選物理專業(yè)”。也有同學(xué)對(duì)物理有了更深入的認(rèn)知：“物理不再是高中課本上枯燥單調(diào)的公式，也不是卷子上的小球小方塊電磁題目，而是非常有意思的實(shí)驗(yàn)與生活現(xiàn)象，是探索的快樂(lè)與趣味?！薄皩?duì)物理學(xué)科的重新梳理，從最基本的知識(shí)入手，從最日常的角度切入，可以上手做實(shí)驗(yàn)的形式會(huì)覺(jué)得相當(dāng)彌補(bǔ)了高中時(shí)漫天試卷的缺憾。”還有同學(xué)進(jìn)行了跨學(xué)科的深度思考：“我明白了世界上沒(méi)有單一的學(xué)科，所有的知識(shí)都會(huì)相互呼應(yīng)顯現(xiàn)。某一領(lǐng)域的頂尖人才，也一定不會(huì)只精于一藝，一定學(xué)識(shí)淵博，對(duì)世界都充滿好奇心的。物理不只是一門學(xué)科，而是每個(gè)人都需要有鉆研發(fā)現(xiàn)事物本質(zhì)的追求。對(duì)于絕大部分同學(xué)來(lái)說(shuō)，脫離了書(shū)本和計(jì)算的物理，或許才是真正需要的物理?！?/p>

現(xiàn)年均選課約1000人次，已收到學(xué)生創(chuàng)作的研究論文、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、美術(shù)、音樂(lè)和短視頻等各種類型的作品，反映了他們對(duì)于物理的理解。我們從中挑選了優(yōu)秀的學(xué)生作業(yè)通過(guò)自媒體發(fā)布，例如，在公眾號(hào)微說(shuō)RUC發(fā)布了法學(xué)院20級(jí)本科生徐婧同學(xué)的通識(shí)課大作業(yè)，并邀請(qǐng)北京大學(xué)法學(xué)院車浩教授進(jìn)行了點(diǎn)評(píng)，隨后被理學(xué)院公眾號(hào)緣來(lái)理院，我校校友公眾號(hào)MissRUC轉(zhuǎn)載。

課程不僅達(dá)到了傳授知識(shí)的目標(biāo)，也幫助學(xué)生培養(yǎng)了物理思維方式、提升了學(xué)生的思維發(fā)散能力、邏輯思維能力、自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)際動(dòng)手能力和應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)中突發(fā)狀況的能力，使學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)得到了全面提升。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，我們總結(jié)了通識(shí)課程教學(xué)實(shí)現(xiàn)的五個(gè)“首次”：即讓學(xué)生首次認(rèn)識(shí)到很多問(wèn)題沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，首次明確科學(xué)探索的初心是好奇心、出口是服務(wù)人類的生產(chǎn)生活，首次發(fā)現(xiàn)自然現(xiàn)象均有其相應(yīng)的物理規(guī)律描述，首次意識(shí)到所有的生產(chǎn)、生活問(wèn)題都有其對(duì)應(yīng)的科學(xué)問(wèn)題，首次認(rèn)識(shí)到科學(xué)的發(fā)展不是一帆風(fēng)順，而須不忘初心、堅(jiān)定信念。

“概念物理Ⅰ”課程先后獲評(píng)北京市優(yōu)質(zhì)課程、國(guó)家級(jí)一流本科課程，“人文物理通識(shí)與探索性實(shí)驗(yàn)”課程于近期獲評(píng)第二批國(guó)家級(jí)一流本科課程。“諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和現(xiàn)代物理學(xué)”課程獲批校級(jí)金課，并建設(shè)成了課程網(wǎng)站（x.ruc.edu.cn）以拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)渠道。我們還通過(guò)B 站（maumee）、頭條號(hào)（物理可以很有趣）、斗魚(yú)等平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)視頻的播放或者直播，累計(jì)播放10萬(wàn)余次，取得廣泛的社會(huì)效應(yīng)。此外，團(tuán)隊(duì)通過(guò)集中備課、說(shuō)課、微課等方式，培養(yǎng)青年教師的教學(xué)能力。近年來(lái)團(tuán)隊(duì)成員多人次獲北京市高等學(xué)校青年教學(xué)名師獎(jiǎng)、霍英東教育基金會(huì)第十五屆高等院校青年教師一等獎(jiǎng)、寶鋼優(yōu)秀教師獎(jiǎng)、北京市師德先鋒、北京市優(yōu)秀教師等。

在后續(xù)教學(xué)中，我們將堅(jiān)持以學(xué)生為中心，持續(xù)進(jìn)行教學(xué)研究和改革，加強(qiáng)教學(xué)資源的建設(shè)。目前我們聚焦教師多樣化教學(xué)設(shè)計(jì)和學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，正在編撰“人文物理通識(shí)與探索性實(shí)驗(yàn)”課程的教材。“概念物理Ⅰ”課程團(tuán)隊(duì)與高教出版社合作開(kāi)展元宇宙課堂制作，并在2022年首屆全民閱讀大會(huì)上進(jìn)行了初期展示，取得了很好的效果;后續(xù)將制作書(shū)課一體的教材用于“概念物理Ⅰ”課程的遠(yuǎn)程教學(xué)。我們希望能夠吸引更多文科學(xué)生走入奇妙的物理學(xué)世界，帶領(lǐng)他們認(rèn)識(shí)科學(xué)之美與科學(xué)局限性，了解科技如何推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步，最終幫助他們成長(zhǎng)為具有開(kāi)闊視野、多元思維、思辨精神、具備溝通能力和解決問(wèn)題能力的新時(shí)代青年。

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