陳宗強(qiáng) 陳 靖 劉松芬 李川勇

(南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院，天津 300071)

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》指出：深化教育體制改革，關(guān)鍵是更新教育觀念。要樹立系統(tǒng)培養(yǎng)觀念，推進(jìn)中學(xué)、大學(xué)有機(jī)銜接，教學(xué)、科研、實(shí)踐緊密結(jié)合。

如何加強(qiáng)大中學(xué)物理教育的銜接，一直是困擾物理教育界的難題[1]。中學(xué)和大學(xué)教育理念的不同、中學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生被動接受知識的傳統(tǒng)模式和社會上對高考成績的單一追求等方面，導(dǎo)致了部分中學(xué)忽視對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，因而高中生初入大學(xué)難以適應(yīng)以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標(biāo)的高校教學(xué)模式。另一方面，傳統(tǒng)的物理教學(xué)活動多立足于提高學(xué)生某些方面的能力，不能全面培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、交流合作等物理綜合素質(zhì)，因而建立有效銜接大中學(xué)物理綜合素質(zhì)教育模式這一問題越發(fā)凸顯出來。

為實(shí)現(xiàn)大中學(xué)物理教育的有效銜接，南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院經(jīng)過多年的研究探索，提出了整體化的教育教學(xué)設(shè)計，在國內(nèi)率先形成了獨(dú)特的物理綜合素質(zhì)教育模式，其教學(xué)效果得到了國內(nèi)大中學(xué)的認(rèn)可，該教育模式被廣泛采納、實(shí)施。

1 銜接中學(xué)-大學(xué)物理綜合素質(zhì)培養(yǎng)模式的發(fā)展歷程

1.1 模式的設(shè)計

物理往往給人以枯燥無味，晦澀難懂的印象，因此激發(fā)學(xué)生興趣是模式改革的第一步。其次，如何在一個教育模式中全方位地培養(yǎng)學(xué)生的物理綜合素質(zhì)是重點(diǎn)探討部分。最后，一個教育模式如何能同時適用于大中學(xué)教育，并能交流互促，是該模式的主要評價標(biāo)準(zhǔn)。

南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院經(jīng)過多年的調(diào)研和探索，于2007年首次代表中國觀摩國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽(International Young Physicists’ Tournament，IYPT)時，發(fā)現(xiàn)其教學(xué)理念與我們的培養(yǎng)目標(biāo)十分契合[2]。表現(xiàn)在從解決實(shí)際物理問題入手，學(xué)生在一年內(nèi)組隊(duì)研究，最后各隊(duì)就這些相同的物理問題，以學(xué)術(shù)匯報的形式現(xiàn)場交流和辯論，并由5～7名裁判老師給予打分和評價。這一活動正好鍛煉了學(xué)生的物理綜合能力，因此2008年我們吸收了該錦標(biāo)賽對學(xué)生的培養(yǎng)理念，提出了適合中國國情，并能有效銜接大中學(xué)物理綜合素質(zhì)培養(yǎng)的教育模式。

首先，以身邊存在的各種有趣的物理問題作為教學(xué)內(nèi)容，能有效地激發(fā)學(xué)生興趣。其次，學(xué)生在解決問題的過程中需要團(tuán)隊(duì)合作研究，自主地從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，最后進(jìn)行辯論式考核，甚至制作相關(guān)的教學(xué)模具和發(fā)表教學(xué)論文。這一過程全面鍛煉了學(xué)生研究性學(xué)習(xí)能力、解決實(shí)際問題能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、表達(dá)與交流能力、科學(xué)鉆研精神、社會責(zé)任感、物理專業(yè)素養(yǎng)、英語能力、國際化視野和科學(xué)前瞻性等素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了一個教育模式能全面地培養(yǎng)學(xué)生的物理綜合素質(zhì)。最后，由于題目的開放性，學(xué)生只需具備基本物理知識即可利用身邊器具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。大學(xué)生和中學(xué)生的區(qū)別也只在于不同的研究方法、研究深度、研究廣度而已。隨著知識的增長和深入，學(xué)生能明顯發(fā)現(xiàn)自己在同一問題中研究水平的提升，有利于學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)、持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了大中學(xué)教學(xué)內(nèi)容的“整體化”與“聯(lián)動性”，學(xué)生綜合素質(zhì)的多元立體培養(yǎng)。

另一方面，由于研究題目相同，開放性強(qiáng)、無標(biāo)準(zhǔn)答案，因此可建立物理學(xué)術(shù)競賽形式的交流平臺，讓學(xué)生以學(xué)術(shù)辯論的形式展示研究結(jié)果，在質(zhì)疑和評價中探討結(jié)果的正確性，教師根據(jù)學(xué)生的研究工作和現(xiàn)場展示給予評價和建議。同時，易實(shí)現(xiàn)大中學(xué)交流平臺的互融，促進(jìn)大中學(xué)師生的共同進(jìn)步。

綜上所述，以“物理學(xué)術(shù)競賽”(Physics Tournament-PT)為載體的“南開大學(xué)物理綜合素質(zhì)教育模式”的設(shè)計已能有效地銜接中學(xué)-大學(xué)物理綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

1.2 模式的教學(xué)實(shí)施過程

教育模式的培養(yǎng)周期為一年，分4個階段完成。

1.2.1 啟動階段

每年7月，南開大學(xué)參考IYPT國際組委會公布的17道開放性物理題目[3]，向?qū)W生公布研究內(nèi)容，并通過宣講動員、題目解讀等方式調(diào)動學(xué)生積極性，學(xué)生進(jìn)入初步調(diào)研階段。

1.2.2 探究式學(xué)習(xí)階段

同年10月份，學(xué)生開始自由組隊(duì)(鼓勵學(xué)生跨年級、跨學(xué)科組隊(duì))，近一年內(nèi)利用課余時間合作完成全部題目的研究[4]。期間，學(xué)生作為主導(dǎo)者和實(shí)施者要自主學(xué)習(xí)相關(guān)物理知識、查閱科研文獻(xiàn)、建立理論模型、設(shè)計實(shí)驗(yàn)裝置、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、歸納研究結(jié)果、形成研究結(jié)論，完成全部研究過程。

值得指出的是，由于題目沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，學(xué)生在研究過程中會遇到各種問題，即使同一問題也需多次建立理論模型，設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，甚至有推到重來的現(xiàn)象。如題目“怎樣使用非侵入的方法知道雞蛋的生熟程度”，學(xué)生提出了“雞蛋旋轉(zhuǎn)法” “光源照射法”“X光掃描法”等方法。不同方案各有利弊，學(xué)生需要經(jīng)過研究與探索實(shí)時調(diào)整推進(jìn)。而且研究內(nèi)容包含理論和實(shí)驗(yàn)，需要團(tuán)隊(duì)合作，實(shí)時交流，內(nèi)容整合，共同完成。這一完整的學(xué)習(xí)探究主線過程有效地鍛煉了學(xué)生的物理綜合素質(zhì)。

這一階段學(xué)生是主導(dǎo)者，教師只是啟發(fā)者和引導(dǎo)者，通過開設(shè)IYPT-物理學(xué)習(xí)新思路、基本學(xué)術(shù)能力訓(xùn)練和物理研討等課程向?qū)W生提供課程支撐，并利用課下定期交流等方式進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際物理問題的方法和思路。反之，綜合性的研究內(nèi)容也需要教師不斷學(xué)習(xí)進(jìn)步。因此這種教育模式能有效地實(shí)現(xiàn)師生教學(xué)相長、互促共進(jìn)，而且教師還能在互動過程獲得教學(xué)效果的實(shí)時反饋，從而精準(zhǔn)推進(jìn)教學(xué)改革。如建成了我國大陸首家TEAL智慧教室，推動了互交式教學(xué)[5]；建設(shè)了物理基本實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ?xùn)練平臺、理論/實(shí)驗(yàn)綜合教學(xué)平臺，提供了學(xué)生實(shí)踐平臺等[6]。深化教改的同時也會反哺教學(xué)，使該教育方法不斷優(yōu)化。

另一方面，南開大學(xué)的學(xué)生社團(tuán)——思辨社在一整年的教學(xué)活動過程中提供了重要的學(xué)生團(tuán)隊(duì)支撐。該社團(tuán)均為有過PT經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，對宣講動員、題目解讀、答疑釋惑、中期檢查和最后現(xiàn)場交流時的技術(shù)支持和志愿服務(wù)，進(jìn)行全程監(jiān)督和協(xié)助，實(shí)現(xiàn)了老生帶新生，學(xué)習(xí)方法、技巧和經(jīng)驗(yàn)等的傳承。學(xué)生在PT教學(xué)中逐漸發(fā)揮了主導(dǎo)作用。

1.2.3 檢驗(yàn)階段

由于研究題目均來源于生活、開放性強(qiáng)、無唯一答案，因此我們選取現(xiàn)場辯論的形式對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)考核。比賽中學(xué)生就各自的研究結(jié)果進(jìn)行學(xué)術(shù)匯報、質(zhì)疑辯論、互動點(diǎn)評，進(jìn)而討論研究結(jié)果的正確性。裁判教師根據(jù)學(xué)生的研究工作和現(xiàn)場展示，給予評價和建議。

利用第2年5～7月中旬的一個周末，舉辦南開大學(xué)物理學(xué)術(shù)競賽(Nankai Physics Tournament—NKPT)的教學(xué)活動。以15支參賽隊(duì)伍為例，需要 5間教室，每間教室有3支隊(duì)參加。就每個隊(duì)伍而言，需要參加5輪比賽，每一輪比賽中和其他兩個隊(duì)伍一起，分別以正方、反方和評論方的角色完成3個階段的比賽。每個階段中，就一個題目，正方進(jìn)行陳述(類似學(xué)術(shù)匯報)，包括解決方案的物理概念、實(shí)驗(yàn)設(shè)計、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、理論分析、討論和結(jié)論。反方要總結(jié)正方報告的優(yōu)缺點(diǎn)，并和正方就其研究工作進(jìn)行辯論。評論方要總結(jié)正方和反方的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出自己的見解。評審團(tuán)老師在提問環(huán)節(jié)后打分，整個階段用時55分鐘。一輪比賽大約需要3個小時，每隊(duì)要完成5輪比賽。這一階段充分展現(xiàn)了學(xué)生交流和團(tuán)隊(duì)合作能力。

1.2.4 平臺交流階段

相同的研究題目易于在中學(xué)之間、大學(xué)之間、大中學(xué)之間開展廣泛的師生交流。2010年，南開大學(xué)在國內(nèi)外物理同仁的鼓勵下，聯(lián)合國內(nèi)12家高校共同發(fā)起了首屆中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽(China Undergraduate Physics Tournament—CUPT)；2013年發(fā)起了首屆中國高中生物理創(chuàng)新競賽(China Young Physicists’ Tournament—CYPT)，建成了大學(xué)層面和中學(xué)層面的交流平臺。而且通過交流平臺，中學(xué)生可以觀摩大學(xué)生對研究問題的匯報、辯論，大學(xué)生也可聽取中學(xué)生對物理問題的不同認(rèn)知。這種協(xié)同聯(lián)動發(fā)展的交流平臺，實(shí)現(xiàn)了大中學(xué)物理教育的緊密銜接和共同發(fā)展。與此同時，2009年，南開大學(xué)首次代表中國舉辦了第22屆IYPT[2]，此后作為IYPT在中國的負(fù)責(zé)學(xué)校，一直負(fù)責(zé)IYPT中國隊(duì)中學(xué)生的選拔、培訓(xùn)和參賽，向世界展示了中國風(fēng)采。

綜上所述，南開大學(xué)提出的銜接中學(xué)-大學(xué)物理綜合素質(zhì)教育的模式實(shí)際上是一種包含了“綜合開放性題目，長程探究式學(xué)習(xí)，學(xué)術(shù)辯論式考核、平臺共享式交流”的整體化學(xué)生物理綜合素質(zhì)的培養(yǎng)模式。其教學(xué)全程貫穿了學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的一條主線；課程建設(shè)支撐、實(shí)踐平臺支撐、學(xué)生團(tuán)隊(duì)支撐提供了學(xué)生實(shí)踐綜合能力提升的3大支撐平臺；大中學(xué)教學(xué)內(nèi)容的“整體化”和“聯(lián)動性”，以及交流平臺的“互融性”實(shí)現(xiàn)了大中學(xué)物理教育的有效聯(lián)通。

2 教育模式的創(chuàng)新性

2.1 整體化教育教學(xué)模式創(chuàng)建

南開大學(xué)首次將國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽的理念引入中國，并立足于國家發(fā)展對優(yōu)秀物理人才的需求，深化拓展成為全方位、全過程的新時代中國物理人才培養(yǎng)教育模式，實(shí)現(xiàn)了理念本土化；以解決引人關(guān)注的實(shí)際物理問題為切入，以團(tuán)隊(duì)合作、自主探究學(xué)習(xí)為手段，以團(tuán)隊(duì)形式匯報成果、交流討論為考核方法，培養(yǎng)方式多效合一，實(shí)現(xiàn)了過程集成化；將科學(xué)精神、辯論精神和學(xué)術(shù)批判思維與教學(xué)過程深度融合，極大激發(fā)了師生興趣、活力和潛能，實(shí)現(xiàn)了學(xué)術(shù)思辨助燃創(chuàng)新之火、閃耀智慧之光，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)活力化；2010年推廣至全國高校，2013年推廣至全國中學(xué)，為培養(yǎng)物理創(chuàng)新型人才提供了新途徑，得到國內(nèi)外物理教育界的廣泛認(rèn)可，實(shí)現(xiàn)了推廣普適化。

2.2 大中學(xué)物理教學(xué)有效銜接

大中學(xué)在教學(xué)理念、教學(xué)方法、培養(yǎng)目標(biāo)上的一致性，可實(shí)現(xiàn)大學(xué)生與中學(xué)生，大中學(xué)教師間的互動研討，也易實(shí)現(xiàn)師生教學(xué)相長相助；物理教育資源共享和實(shí)驗(yàn)室共建則進(jìn)一步加強(qiáng)了大中學(xué)的合作；高校師資對中學(xué)進(jìn)行幫扶，中學(xué)為高校輸送高質(zhì)量的學(xué)生，連貫性的教育模式實(shí)現(xiàn)了人才培養(yǎng)的可持續(xù)性。這種相通相助、共建共享、互促互強(qiáng)的教育模式有效地銜接了大中學(xué)物理教育。

2.3 教學(xué)改革理念深入人心

該模式也激發(fā)了教師學(xué)習(xí)興趣和教改熱情，并促使教師角色轉(zhuǎn)換，形成了教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)共同體，實(shí)現(xiàn)了教改精準(zhǔn)施策出實(shí)招、靶向發(fā)力重實(shí)效、實(shí)時反饋常優(yōu)化，推動了素質(zhì)教育導(dǎo)向的教改理念更加深入教育者的思想、融入教育者的實(shí)踐。

3 模式成果的推廣效果

3.1 廣泛實(shí)踐應(yīng)用

據(jù)不完全統(tǒng)計，南開大學(xué)自2008年啟動的教育模式已在全國148所高校和15省市的112所優(yōu)質(zhì)中學(xué)中開展，極大推動了我國物理素質(zhì)教育。同時南開大學(xué)作為國際中學(xué)生和大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽國際組委會委員，負(fù)責(zé)中國隊(duì)的選拔、培訓(xùn)和參賽，在國際上發(fā)出響亮的中國聲音。

3.2 大學(xué)-中學(xué)緊密合作

模式激發(fā)了大中學(xué)的合作熱情，促進(jìn)了各校的緊密聯(lián)系。如南開大學(xué)為中學(xué)生提供硬件資源開展實(shí)驗(yàn)，青島二中同中國海洋大學(xué)的聯(lián)合培育計劃，人大附中與人民大學(xué)聯(lián)合承辦國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽等，達(dá)到了互利共贏的良好效果。

3.3 育人成效明顯

模式對學(xué)生后續(xù)發(fā)展起到了積極促進(jìn)作用。以參加國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽的55名高中生為例見圖1，本科被MIT、哈佛大學(xué)、普林斯頓大學(xué)等國際知名大學(xué)錄取29名，被國內(nèi)一流大學(xué)錄取21名，其他高中在讀；而大學(xué)生在其后的學(xué)習(xí)科研中表現(xiàn)出的綜合能力均比同期學(xué)生具有顯著優(yōu)勢。

圖1 IYPT中國國家隊(duì)高中生畢業(yè)去向統(tǒng)計(2008年—2018年)

3.4 師資水平提升

模式促進(jìn)了教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，帶動提升了師資水平。如南開大學(xué)應(yīng)邀舉辦2016年全國物理學(xué)術(shù)競賽教學(xué)研討會和新形勢下中學(xué)物理課程改革暨大中學(xué)物理銜接研討會(2017)，來自全國113所大中學(xué)的355位教師參會交流；又如協(xié)助指導(dǎo)了模式在大中學(xué)的普遍開展，促進(jìn)提升了一批教師的教學(xué)水平。

3.5 教改成果豐碩

模式促進(jìn)了國內(nèi)物理教學(xué)改革。如學(xué)術(shù)檢索顯示的相關(guān)教改論文有100余篇；各高校針對該模式開設(shè)了不同課程；一些高中建立了跨學(xué)科、跨年級的探究型教學(xué)體系；僅南開大學(xué)就獲得相關(guān)教改項(xiàng)目68項(xiàng)，其中國家級4項(xiàng)，省部級15項(xiàng)，經(jīng)費(fèi)總額達(dá)1068.5萬元，獲省部級獎項(xiàng)27項(xiàng)。

4 結(jié)語

銜接中學(xué)-大學(xué)的物理綜合素質(zhì)教育模式贏得了廣泛關(guān)注。如葛墨林院士與時任教育部高教司司長張大良等有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)出席了首屆中國大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽；教育部物理類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會秘書長劉玉鑫教授認(rèn)為這是近年來教學(xué)改革中最有特色的項(xiàng)目；李川勇教授在美國物理學(xué)年會和中國物理學(xué)會秋季年會上就此所作的報告，引起國內(nèi)外教育學(xué)家的普遍稱贊。銜接中學(xué)-大學(xué)的物理綜合素質(zhì)教育模式經(jīng)過10多年的探究與實(shí)踐，已經(jīng)得到國內(nèi)物理教育同仁的認(rèn)可，將會為我國創(chuàng)新性拔尖型人才培養(yǎng)提供一種新的思路，實(shí)現(xiàn)我國教育的內(nèi)涵式發(fā)展。