蘇衛(wèi)鋒

(復旦大學 物理系，上海 200433)

“教育、研究和服務”是現(xiàn)代大學的3項核心任務[1]；高校教學圈的普遍觀點是：國內(nèi)高校在建設(shè)“一流大學”的過程中，弱化“教研組”建制，以研究成果為主要指標引進優(yōu)秀人才的過程中，教學成了教師的“個人行為”[2]，然而，科研和教學是兩方面的事情，研究能力突出的人并不一定擅長教學[3]. 現(xiàn)行體制下，如何促進教師，特別是年輕教師的教學能力發(fā)展，成了提升本科教學質(zhì)量的關(guān)鍵之一. 以“教師教學能力提升”為目標的高校教師發(fā)展中心在此過程中應運而生. 但教師發(fā)展中心的現(xiàn)狀和作用遠未達到預期[4].

學科教師間的教學比賽，能助力青年教師快速成長，進而提高高等教育的人才培養(yǎng)質(zhì)量[5-11]. 教育部高等學校大學物理課程教學指導委員會、教育部高等學校物理學類專業(yè)教學指導委員會和中國物理學會物理教學委員會(簡稱三委員會)從2014年起聯(lián)合舉辦“全國高等學校物理基礎(chǔ)課程青年教師講課比賽”. 從2017年第3屆比賽開始，進行了首屆實驗課講課比賽，此后理論課講課比賽與實驗課講課比賽依次輪流舉行. 筆者有幸參加了2019年在云南師范大學舉行的第5屆講課比賽(也是第2屆實驗課講課比賽)，并且獲得了一等獎. 舉辦講課比賽的目的是“三促一助”，即：以賽促教，通過比賽，從青年教師著手，激勵教師切實提升教學水平，使學生真正受益；以賽促改，促進教育改革，落實《大學物理課程教學基本要求》和《大學物理實驗課程教學基本要求》；以賽促交，通過分級比賽創(chuàng)造機會，建立教學經(jīng)驗交流的有效途徑；以賽助優(yōu)，為一線優(yōu)秀教師提供發(fā)展機會[4-5]. 評委們對參賽教師的講課水平予以了肯定，認為通過講課比賽發(fā)現(xiàn)了一批極富潛力的優(yōu)秀青年教師，選手們展現(xiàn)了有特色的教學手段，體現(xiàn)出良好的教學風范和教學能力. 經(jīng)過幾屆的比賽，這一賽事也得到全國基礎(chǔ)物理課程教師的廣泛關(guān)注和積極參與，選手們的表現(xiàn)也在不斷地進步，比賽切實達到了預期的目標[5-11]. 部分參賽教師也從備賽經(jīng)歷出發(fā)分享自己的參賽經(jīng)驗與感悟，認為通過比賽受益匪淺，提高了自己的授課水平[12-17].

對筆者個人而言，從4月份上海初賽，到6月初華東地區(qū)選拔，再到7月份參加全國比賽，在準備、比賽、再準備、再比賽……層層篩選的過程中，切實感受到了自己在教學上的提升. 回顧整個比賽過程，感悟頗多，總結(jié)下來，主要有2方面：學校對教學的重視與支持是提高選手水平的保障,個人充分的準備是取得好成績的關(guān)鍵.

1 學校對教學的重視與支持是提高選手水平的保障

講課比賽雖然是個人參賽，但整個備賽的過程中離不開團隊的支持. 從這一點來說，不僅是筆者，其他參賽選手也提到了團隊對提高個人講課水平的重要性[14-16].

復旦大學對教學及教師發(fā)展非常重視，物理教學實驗中心每周舉行1次午間教學研討會，物理學系每月舉行1次教學沙龍，學校教師發(fā)展中心每年都開設(shè)教師教學發(fā)展研修班，并不定期地開展教學研討活動. 院系層面的教學研討活動主要讓筆者的業(yè)務水平得到提高，而學校教師發(fā)展中心的培訓活動對筆者改進教學方法、開展教學研究有很大的幫助. 這些教學研討活動為筆者參加比賽打下良好的基礎(chǔ).

在備賽期間，筆者得到了物理教學實驗中心同事和物理系領(lǐng)導及資深教師的大力支持和無私幫助. 備戰(zhàn)上海賽時，實驗中心安排筆者在午間教學研討會正式內(nèi)容結(jié)束后講解實驗，并不定期邀請系內(nèi)資深教師旁聽. 建立了由14位資深教師組成的微信群，在群內(nèi)可以隨時針對實驗原理和實驗中的各種問題進行討論. 暑期備戰(zhàn)全國賽期間，物理學系又組織資深教師聽筆者試講，再次梳理講課內(nèi)容，并深入討論可能存在的問題.

2 個人充分的準備是取得好成績的關(guān)鍵

2.1 思想上的準備

1)端正態(tài)度.

參加比賽要重過程、輕結(jié)果，比賽最大的收獲不是比賽成績，而是備賽的過程. 以備賽為契機，梳理自己所教授的實驗內(nèi)容，找出當前教學中存在的問題，提升業(yè)務水平. 另外，心態(tài)上的放松也有助于比賽時更好地發(fā)揮.

2)自我剖析.

明確自己的優(yōu)勢與劣勢，在備賽的過程中，揚長補短，特別是要找出自己的短板. 比如，自己在哪個實驗上有欠缺，是對理論的把握不足，還是對實驗操作生疏，然后有針對性地學習.

3)要有開放的態(tài)度.

主動向身邊的同事或資深教師請教，敢于把自己的缺點暴露在別人面前. 抓住機會，跟他人分享自己對某個問題的理解，通過討論進一步發(fā)現(xiàn)和解決問題.

記得一次在午餐會后講解“數(shù)字示波器的使用”實驗時，有同事提出“你的實驗特色在哪里？在講清楚問題的前提下，你如何抓住聽眾？” 針對這些問題，筆者進行反思，重新梳理PPT，以測量某個未知信號為主線，重整思路，設(shè)計了“一個如何使用示波器的故事”，引導學生學習數(shù)字示波器的原理和使用方法. 實驗由如何測量RC電路上電容C兩端的電壓這一問題展開，提出用常規(guī)的電壓表是否可以測出C兩端電壓隨時間的變化？進而指出學習使用示波器的必要性. 再簡單介紹示波器的兩大分類——模擬示波器與數(shù)字示波器，并且簡析兩者的區(qū)別和基本原理. 然后以實例的形式說明如果被測信號在示波器屏幕上出現(xiàn)波形太高、太矮、太疏、太密以及無法穩(wěn)定顯示等問題該如何調(diào)節(jié)，并且分別對應什么原理. 以列舉實測信號時可能遇到的各種問題，帶領(lǐng)學生分析為什么會有這樣的問題以及如何解決問題，以此形式來引導學生學習使用數(shù)字示波器. 經(jīng)過整改，這個實驗的講解變得更加生動，也更易于吸引聽眾的注意力. 在本學期，筆者在培訓該實驗助教時，也把這樣的講課方式分享給他們，獲得了更好的教學效果.

2.2 內(nèi)容上的準備

1)準備每個實驗前，一定要查閱文獻，對該實驗有全面的認識.

查閱文獻，了解別人在該實驗中遇到以及研究的問題和對某些問題的理解，這些問題是特有的還是普遍存在的？與自己的理解一致還是不一致？查閱文獻了解同行的工作后，也可以幫自己確立研究方向.

比如透鏡焦距的測量實驗，由于像差等因素的存在，實驗中學生會發(fā)現(xiàn)在一定的范圍內(nèi)移動像屏都可以呈清晰的像. 但是呈清晰像的范圍具體與哪些參量有關(guān)？如何定量計算？查閱相關(guān)文獻，筆者只看到對該問題的定性討論，卻沒有定量的描述. 于是，在該實驗中引入了光學設(shè)計軟件Zemax對該問題進行模擬. 假設(shè)直徑為10 mm的平行光(紅綠藍三色)入射到凸透鏡(焦距為100 mm)，先計算最佳成像位置，前后移動光屏(像面)，觀察聚焦光斑大小的變化，看是否變得太大不能接受. 由于實驗是肉眼測試，姑且假定成像光斑直徑超過1.0 mm時即能被判定為失焦，仿真發(fā)現(xiàn)光屏前后移動范圍約為±8 mm. 這樣將虛實結(jié)合，一方面有利于學生更深入地理解該實驗，另一方面也可以引導學有余力的學生學習Zemax軟件.

2)設(shè)計好講解實驗時問題的引入.

好的開端是成功的一半，愛因斯坦說“興趣是最好的老師”，如何在講解之初就抓住聽眾的興趣呢？問題的引入可以從多個方面入手，從物理學史出發(fā)，從身邊的生活現(xiàn)象出發(fā)，從相關(guān)的研究熱點出發(fā)，等等，把實驗中要研究的問題作為研究項目引入.

比如在講解單縫衍射實驗時，先穿越到1818年，去揭榜法國科學院的競賽題[18]：利用精密的實驗確定光線的衍射效應. 年輕的菲涅耳以嚴密的數(shù)學推理，從橫波觀點出發(fā)，圓滿地解釋了光的偏振，并且用半波帶法定量計算了圓孔、圓板等形狀的障礙物所產(chǎn)生的衍射花紋. 當時的學術(shù)權(quán)威如拉普拉斯、畢奧和泊松都是擁護光的微粒說的，并且泊松用菲涅耳方程推導圓盤衍射，得到了與常識相悖的結(jié)果：在盤后方一定距離的屏幕上影子的中心應出現(xiàn)亮點. 泊松認為正是這一點可以推倒菲涅耳的理論. 而后來阿拉果聯(lián)手菲涅耳，用實驗對泊松的問題進行了驗證，實驗上觀察到了泊松預測的亮點，該亮點也被戲劇性地稱為“泊松斑”.

這個故事不僅僅用來引出要討論的實驗問題——光的衍射，還告訴我們理論與實驗是如何互相促進的：理論上得到的結(jié)果，不管是否符合“常理”，正確與否，最后由實驗來檢驗；但若沒有理論預測，實驗發(fā)現(xiàn)可能會推遲很久，也不知道會是在怎樣的機緣巧合下被發(fā)現(xiàn)；有了理論預測，實驗的效率會有很大的提升：明確了參量范圍，知道了“結(jié)果的樣子”(這也是在進實驗室做實驗之前需要做的準備工作，對實驗結(jié)果要有預期)；所謂創(chuàng)新，在其最初“出現(xiàn)”，很可能是不合常理的，遇到與預期不符的結(jié)果時，不要急于否定，而應查找原因，是實驗過程出了問題，還是理論不完善，導致預期有偏差. 科學發(fā)展史上的故事，往往是最好的科學哲理教育素材.

3)厘清思路，突出自己的特色.

以培養(yǎng)學生建模思維為主線，開展每個實驗，通過實驗讓學生理解和實踐物理建模的過程. 筆者的講課思路基本上是把每個實驗看作研究課題，引導學生依據(jù)所學的基礎(chǔ)知識和實驗室提供的條件來建立物理模型解決問題.

比如在講解用扭擺法測量物體轉(zhuǎn)動慣量實驗時，先通過演示實驗讓學生了解僅用質(zhì)量無法描述物體在轉(zhuǎn)動體系中的慣性大小，從而引出轉(zhuǎn)動慣量的概念. 對于規(guī)則物體(比如質(zhì)量均勻分布的圓柱體)繞中心軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量，可以建立理論模型，代入相應的參量(直徑、質(zhì)量)后，得到其轉(zhuǎn)動慣量的預期值. 然后結(jié)合扭擺的特點，引導學生一步步建立測量模型. 在忽略摩擦阻力矩和視渦卷彈簧扭轉(zhuǎn)系數(shù)為定值的前提下，通過物體在渦卷彈簧作用下做擺動的動力學方程，發(fā)現(xiàn)該體系具有諧振動的特性，建立擺動周期與轉(zhuǎn)動慣量之間的關(guān)系，從而得出轉(zhuǎn)動慣量的測量模型. 在引導學生建模的過程中，注意提醒學生模型成立的條件，在實驗中如何操作和注意哪些因素來盡量保證模型成立.

4)把握所講的內(nèi)容(概念、原理、歷史背景等)，力求準確，避免錯誤.

正確掌握基本概念是對物理教師的基本要求[8]，在查閱文獻、網(wǎng)絡資料和閱讀參考書籍時，注意不要盲信，盡量找出多個出處，即便是教科書，也應該多看幾個不同版本，有助于甄別部分教科書中存在的錯誤.

筆者在試講X光實驗的相關(guān)歷史背景時，談到我國第1支X光管的研制，引用資料說“1953年，周同慶教授主持研制成功我國第1支X光管”[19]. 試講后，沈元華老師給筆者發(fā)來這樣一段話：引言中用了周同慶的照片，是說明他研制成功中國第一個X光管嗎？這雖不錯，卻走到了另一個極端：中國第一個X光管的研制成功，過去只講蔡祖泉(工人專家)，不講周同慶，是一個極端；現(xiàn)在只講周同慶，不講蔡祖泉也是片面的. 實際上，當時的中國，懂得X光原理的人，決不只周同慶一人，而能把玻璃與金屬焊接得既不漏氣又能通大電流的人，倒真的只有蔡祖泉一人. 是他們2人(及其他許多人)的合作才有了這個成果. 這使筆者深刻體會到老一輩教師的治學嚴謹，這也提醒筆者要對所講內(nèi)容負責.

5)啟發(fā)式教學，以問題促思考.

實驗教學過程中比較注意啟發(fā)式教學，以問題來回答問題，引發(fā)學生思考和引導學生自己解決問題.

比如在扭擺法測量物理轉(zhuǎn)動慣量的實驗中，列出一系列問題：裝置為何要調(diào)水平？測量時對擺角的要求？測量擺動周期時注意的事項？等等. 這些問題都與該實驗測量模型有關(guān)，學生若理解了模型成立的條件，便可以很容易地回答這些問題. 同時，學生回答這些問題也有利于對該實驗模型的理解.

6)明確每個實驗的教學目標.

在教學中，參考了美國物理教師協(xié)會(American Association of Physics Teachers，AAPT)2014年發(fā)布的大學物理實驗課程教學目標建議(AAPT recommendations for the undergraduate physics laboratory curriculum)[20]. 該建議圍繞訓練學生“能獨立構(gòu)建知識”這一核心目標，認為實驗課應該注重培養(yǎng)學生在物理建模、設(shè)計實驗、實驗技能、數(shù)據(jù)分析和可視化、物理交流等方面的綜合能力. 目前，我們梳理了基礎(chǔ)物理實驗開設(shè)的每個實驗，改寫了實驗講義，基本上可以把以上能力培養(yǎng)的各方面落實到每個實驗中.

3 結(jié)束語

講課比賽讓筆者深刻地體會到教學過程中反思與分享的重要. 反思，讓自己及時總結(jié)工作中存在的問題，揚長補短. 通過與同事、同行的討論與分享，認識到自已原來看不到的問題，互通有無，相互啟發(fā)，加深理解，碰撞出智慧的火花. 正是不斷地反思與分享，讓筆者逐步提升教學水平.

致謝：感謝組織全國基礎(chǔ)物理課程青年教師講課比賽的3個委員會，三促一助，不僅讓我提升了教學水平，還結(jié)識了熱愛物理基礎(chǔ)課程教學特別是物理實驗教學的新朋友. 感謝復旦大學物理教學實驗中心的同事和物理系尊敬的師長們在我備賽期間給予的無私幫助，您們不僅讓我學到知識，還讓我感受到集體的溫暖.