研究生助教对农林生物类专业大学物理教学作用之初探

朱杰，陈莹莹，吴艳萍，胥建卫

( 西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100)

农林生物类专业(Biological specialties)主要涉及理、工、农、医(药)四大学科，在综合型高校中拥有较大的学生群体，在高等农林水院校中则具有更高的专业比例，因此，该类专业相关公共课程的教学改革研究具有非常重要的现实意义和推广价值。“大学物理”(College Physics)作为农林生物类专业本科生公共必修课程的重要组成部分，在学生科学方法的训练、科学思维的形成、实践创新能力的培养中起着不可或缺的作用，其教学效果必将直接影响到现代农林生物类专业人才的培养质量。但传统的大学物理课程教学与生物学专业之间缺乏有效的联系，难以激发和培养农林生物类专业学生的学习兴趣和自主创新能力。基于此，在教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会教改项目、陕西省教育科学规划课题、校级优质课程建设项目和教学改革项目的支持下，课程小组先后在课程内容、教学团队、创新实验三方面进行全面改革，尝试将生物物理知识体系逐步引入到农林生物类专业大学物理的课程教学中，并取得了初步的成效[1-3]。在团队建设方面，首先对教师队伍的生物学专业学习和研究背景进行了强化，加强了大学物理教师和生物学专业的结合。在此基础上，考虑到实际的教学工作中，公共基础课往往都是大班上课，任课老师的课外工作量很大，与学生的课余交流时间非常有限，学校对公共基础课程实施了研究生助教(Graduate Teaching Assistant)的资助政策[4-8]。在教改课题和学校政策的双重支持下，我们集中精力开始尝试把生物物理研究生助教引入到生物类专业大学物理的教学团队中，目前已实施多届并为课程教学带来了一定的积极影响，积累了一定的成功经验。下文将对生物物理研究生助教在农林生物类专业大学物理教学过程中的所起的作用进行小结和分析，以供国内同行参考与交流指正。

一、生物物理研究生助教的基本特点

根据教育部2012年公布的《普通高等学校本科专业目录》内容(教高〔2012〕9号文件)，并通过中国教育在线(http://www.eol.cn/)查询开设相关专业的高校情况，了解到我国在本科教育阶段并没有生物物理学(Biophysics)专业。但我国的生物物理学博士、硕士研究生教育在招生院校数量、研究生招生人数上都已形成规模。中国研究生招生信息网(http://yz.chsi.com.cn/)数据显示，2018年共有55各单位招收生物物理博士/硕士研究生，其中包含农林类高校15所。但鉴于我国本科教育的实际情况，生物物理学研究生的本科生源主要是来自生物学(Biology)和物理学(Physics)两大类截然不同的学科。传统的物理学专业课程体系主要由力学、热学、光学、电磁学、原子物理学等五门基础课程以及理论力学、热力学与统计物理、电动力学、量子力学等四大高阶课程，外加数学、英语、计算机以及其他公选课程构成。在本科学习阶段，物理学专业的学生通常没有系统学习生物学的机会，只能通过有限的选修课或自学方式习得生物学知识，虽然这类学生熟悉物理学原理与理论，有良好的数理背景，但生物学知识无疑是生物物理研究的短板。相比较而言，生物类专业学生虽然通过“大学物理”“大学物理实验”课程学习到系统的物理学基础知识，目前的大学物理系列课程也基本上涵盖了物理学专业的五门基础课程的核心内容，不过因为学习时间短，总体上还是数理背景不强，对物理学原理理解不深，但这类学生有着扎实的生物学知识储备和系统的生物学专业训练，对生物学基础研究有深刻的理解。综合考虑，这两类生源完全不同的学生群体都有着明显的优缺点，需要在研究生阶段进一步得到提升和发展。而生物物理学正是应用物理学的概念、理论、技术和方法研究生物各层次(分子、细胞器、细胞、组织甚至器官)结构与功能的关系、生命过程中的物理学规律以及物理因素对生物系统作用机制的科学，是物理学和生物学相结合产生的一门交叉学科，它的发展对生物学从定性的观察描述逐步走向定量科学的阶段，起着关键作用，同时也为物理学的应用开拓了新的研究领域和研究方向。进入生物物理学专业的研究生，无论是来自物理学，还是生物学专业，通过一段时间的学习，系统地补充生物学或物理学专业知识，很快就能开展具体的交叉性、创新性研究工作，是传统生物学研究的重要补充，充分体现了物理学概念、理论、技术和方法在生物学创新研究中的重要性。研究生助教岗位主要面向二年级及以上研究生开放，这个阶段的研究生已经储备了作为研究生助教必需的生物学、物理学专业知识，足以支持完成相应的助教工作。

二、研究生助教的主要工作内容

虽然研究生助教工作在我国高校尚处于起步和探索阶段，研究生助教的选拔、培训、考评制度及其实施过程还不够规范，相应的资助规模和力度也非常有限，但通过助教工作可为研究生提供一定的助教津贴，有效地减轻了研究生的经济负担。另外，部分研究生将来会在高校里从事教学和教学研究工作，研究生助教工作则为他们以后走向教学工作岗位提供了难得的锻炼和实习机会，能有效地掌握专业知识并积累相应的教学经验，而这些经验在研究生阶段似乎很难从别的途径获得[9-12]。但由于研究生的核心工作依然是参与导师的课题研究，每周工作时间通常不会超过4个小时，负责的本科学生数一般在60人左右(2个行政班)，其主要职责包括批阅课后习题作业和课程专题论文、坐班答疑、组织专题讨论。为保证助教的工作质量，我们通常要求研究生随堂听取任课老师的部分课程讲授，以便准确掌握课程的知识内容、授课进度和学生的学习状态，进而帮助任课教师及时调整课堂教学。

通常来讲，每周4～6小时的课程教学后会给学生布置5道左右课后作业题，要求研究生助教全部批改，做好详细的批阅记录并及时汇报作业中存在的代表性问题，为做好有效的监督，任课教师通常会与学习委员做不定期交流，以便及时了解到学生对作业批阅的意见和建议。随堂听课和批改作业也能让助教们快速掌握现有“大学物理”的知识体系和教学细节。另外，结合大学物理课程内容与农林生物学研究方向，每16个学时会给学生布置1篇专题论文作业(根据专业课时量的不同，总论文量一般在3～5篇，农科3篇、理科4篇、工科5篇)，要求学生结合自身专业背景讨论物理学理论知识和技术方法的应用，典型的框架题目包括：生物流体力学、生物统计学(热力学)、生物电磁学(电磁生物学)、生物光子学(光生物学)、辐射生物学。在坐班答疑时(包含课程网站在线答疑、QQ群在线答疑、办公室坐班答疑等形式)，助教对学生在课程学习、课后作业、论文撰写过程中遇到的问题进行答疑解惑，对学生的学习进行有效的引导，为检验专题论文的撰写情况，除了定期批阅论文外，还要求助教分小班组织相应的专题讨论，为学生间、师生间的面对面交流提供了有效的平台和空间。相对于课后作业批改而言，专题论文的辅导更具随机性和挑战性，研究生助教通常需要认真准备一些可能的/备用的研究课题和方案，以便指导被动型本科生开展相关的调查、实验和数据/信息处理，进而解决课题研究/论文撰写中的具体问题。对于具有很强的创新思想、行动积极的学生，更要加强正面的引导和帮助，以便学生尽早达到预期的目标。

研究生助教通常具有活跃的思维和良好的学习能力，能充分了解、理解本科生的问题，在与学生的交流和解决问题的过程中，有效地训练了本科生与人沟通、查阅资料、总结归纳的能力，在讨论中也能激发学生进一步深入思考、评价课题内容和实验设计的可行性，逐步养成独立思考的习惯，达到传统教学过程无法实现的教学目标。对于一些学有余力并具有特别兴趣的学生，可进一步鼓励他们在任课教师专业实验室或公用实验室开展创新性课题研究，将想法进一步转化成实验结果和论文，进而起到培养科技创新意识、实验技能和学术表达能力的作用。

三、研究生助教对学生课程学习的示范引导作用

不同专业背景的研究生在大学物理学习、生物物理学研究中的经验可成为农林生物类专业本科生学习大学物理的良好借鉴。把生物物理学研究生助教引入到大学物理的教学过程中，可有效地起到课程学习的示范引导作用。物理学专业背景的研究生为本科生的大学物理学习提供科学的学习方法和理念，清晰地阐明物理学和生物学的紧密联系及其在未来科研与工作中的重要地位，从而激发生物类专业本科生学习大学物理的兴趣和探索热情。农林生物类专业的研究生，绝大多数都经历过大学阶段的“大学物理”“大学物理实验”课程学习，又有研究生阶段的交叉学习和研究经历，对物理学理论、技术与方法的生物学应用价值有着切身的体会，在精神上可以起到感染与支持作用，在方法上可以起到示范和引导作用。例如在液体表面现象的学习过程中，如果只是纯粹地讲授气体/液体界面的力学行为，略显空洞乏味，并不足以激发学生的好奇心，为此我们将双亲性磷脂分子、胆固醇(细胞膜、细胞器膜的主要结构物质)在水溶液表面的自组装现象引入课程教学和课程论文的撰写环节。通过对分子模型的介绍及其自组装的生物学研究前景的展望，迅速引起了学生的注意，学生们也纷纷提出相关问题和具体的实验设想，由于研究生正在开展相关的工作，对相关内容非常熟悉，又熟知本科生学习的难点，因此能够迅速回答和解决本科生的疑问，并把其中涉及的物理学原理讲得非常透彻。在激发本科生学习兴趣的基础上，通过开放科研实验室，学生们快速了解到相关实验装置的构造、测量原理和操作步骤，鼓励有探索积极性的学生尽早进入实验室开展研究。在其他章节的学习中，教学团队采用相似的方法与策略，充分利用实验室平台，让学生充分了解大学物理课程学到的物理学基本原理、技术、方法与生物物理学研究、生物学专业学习与研究的密切关系。鉴于我国中学阶段良好的科学与数理教育基础尤其是物理学通识教育，本科生对大学物理教学的接受程度不会太低，关键是要让学生充分认识到大学物理与中学物理的不同及其在专业学习中的重要位置，研究生助教在本科生完成上述认知的提升中发挥了正面的作用。总体上，只要安排合理，生物物理研究生助教在生物类专业大学物理课程教学过程中可起到积极的示范、引导和推动作用，能有效改善学生的学习态度和教学气氛。

四、研究生助教制度对主讲教师的作用

“大学物理”是农林生物类专业的公共必修课程，修读的人数非常多，因此各个高校往往都会面临严重的师资紧张问题，通常会采取学生大班上课(120～180人规模，即4～6个行政班)、教师一人多课授课的方式来解决。这种方式确实完成了学校安排的教学任务，保证所有学生都能按时修读大学物理课程，但同时也会带来诸多教学新问题。由于学生人数太多，导致作业量非常大，任课教师无力做到全收全批，教学过程在很大程度上变成了重复性的体力活，课后与学生面对面交流的机会也非常有限[16]，即便是把所有的课间时间用来解答学生的疑问，也只能和极少数同学进行直接交流，由于和学生交流的不充分，将会导致部分同学在快速的教学过程中跟不上老师的节奏，从而逐渐丧失学习的兴趣和信心。另外，由于承担了繁重的重复性教学任务，任课教师没有多余的时间和精力花在课程的创新设计和教学研究上，学期内甚至连正常的教学进修与会议交流时间都无法保证，时间一长也就对教学研究与教学改革失去了激情和责任感，仅仅趋向于完成教学任务。教学双方问题的持续发酵，使得大学物理教学犹如一潭死水，教师应付、学生挣扎，教学质量很难有保证，更谈不上质量提升。

引入研究生助教制度后，可有效地缓解师资短缺带来的问题，助教可协助教师对学生作业进行全收全改，全面掌握学生的实际情况后统一反馈给任课老师；在课后的网络课程和QQ在线交流或面对面交流中，多位助教的共同参与可为学生提供更多的交流对象和选择机会，通过研究生助教与学生的多点接触，可搜集更多学生反馈的信息，以便任课教师及时做必要的调整，大家的交流可以变得更加充分，整个教学过程将会变得更加高效。助教的高效参与，为任课教师节省了大量的课外时间，教师可把更多的时间和精力集中于课堂教学设计及物理学教学内容与农林生物类专业结合的研究上，有助于实现课程内容的动态更新，有利于教学质量、学生专业创新能力课程及任课教师科研(指导)水平的提升。另外，正如前文所述，生物物理学研究生助教的知识背景非常多元化，思维也更为活跃，在完成助教工作的过程中，可有效引入更多创新想法，容易打破任课教师先入为主的概念及局限性的思维方式，为教学过程带来意想不到的新方法和新突破。与教师相比，研究生助教的年龄与本科生更为相近，相似的生活经历、学习感受使得研究生助教和本科生的交流会更加无拘无束，可为传统的课程教学注入新活力。

研究生助教成员通常都是任课老师或教学团队教师招收并亲自指导的研究生，对任课教师及教学团队成员非常了解，助教与教师的合作通常会有很高的默契度。农林生物类物理课程论文指导是一个工作量巨大的课外教学活动，面对庞大的学生群体，授课教师根本不可能单独一人开展充分指导，有了自己指导的研究生进行辅助指导，整个过程将会变得更加实际、生动、有趣。借助课程论文指导，研究生可与本科生进行更多的专业交流，研究生助教可以把任课老师(兼研究生指导老师)的研究课题全面介绍给本科生，有效吸收一部分学生进入课题组开展大学生创新创业计划项目的准备、申报、研究，并可以对相关学生进行直接实验指导。在本科生进入实验室的过程中，不仅可以加深学生对大学物理涉及的物理学原理、技术、方法的理解，形成“大学物理”课程学习的延伸，而且可以借此加强对本科生专业创新能力的培养，为“大学物理”课程教学效果的展现提供了充分的空间。所有这些课堂之外的教学活动，如果没有研究生助教的积极参与，根本不可能完成。正是有了这些研究生助教的参与，有助于实现教学相长、教研相长。

五、研究生助教制度实践成效

在学校研究生助教制度的支持下，生物物理研究生助教已成为农林生物类专业大学物理教学团队的重要组成部分，是进行优质(精品)课程建设、团队授课、创新实验指导的生力军。研究生助教的引入对授课教师、专业学生、研究生助教三方都起到了积极的推动作用，近些年来我们也逐渐积累了一些的量化成果，在一定程度上反映了研究生助教制度的实践效果。

截至目前，已有10余名研究生助教顺利走上了教师岗位并获得工作单位的认可，这与他们在校期间参与助教工作的经历是密不可分的。教学过程中，研究生助教辅助任课教师累计收集与农林生物学应用相关的大学物理教学案例200余条并制作了相应的PPT课件(部分PPT选自本科生的课程论文PPT，由研究生助教负责补充与完善)；近年来，在农林生物类专业学生的大学物理课堂，学生的抬头率非常高，大学物理课程最终及格率达到96.5%，80分以上的比例超过60%；有效地组织学生撰写课程论文1500余篇，其中具有创新性的探索文章约50篇，吸收100余名本科生到实验室开展创新实验训练，直接指导本科生主持各级大学生科研创新课题20余项，指导本科生以第一作者身份在SCI、EI、核心期刊上发表论文5篇，参与发表5篇，获批各类学术奖励8项；任课教师主持校级及以上教改课题8项，在《中国农业教育》《中国林业教育》《高等理科教育》等教改重点期刊上发表教改论文12篇，主持建设的“大学物理”(农林生物类)课程获批校级优质课程和校级SPOC课程，参与建设的农科大学物理课程被评为陕西省精品课程，所在的农科大学物理教学团队获评陕西省省级教学团队，参与完成的“农科大学物理教学新模式的探索与实践”课题分获校级教学成果特等奖和陕西省教学成果特等奖[13-14]，主持完成的“生物物理引入生物类专业大学物理课程体系的探索与实践”课题获校级教学成果二等奖、陕西省高等教育教学科研成果三等奖。教学团队教师成员在校级和省级讲课比赛中多次获奖。上述课堂教学效果的改善、教学质量的提升、多项教学成果积累，无不凝聚了研究生助教的辛勤付出，最终也让授课教师、专业学生、研究生助教三方均有所获。物理学基础理论、技术方法与农林生物学专业研究结合的创新研究成果已成为团队教师激励农林生物类专业本科生学习大学物理、开展创新研究的宣传品。

结语

在近几年研究生助教制度的实施过程中，尽管取得了喜人的效果，但我们依然发现了许多问题。研究生要想做好助教工作，往往需要投入较多的精力，每周工作时间通常都会超出16小时，但其获取的报酬与之付出的劳动量相比却有些失衡，建议学校主管部门适时考虑根据研究生助教的工作时间和工作业绩分等级发放报酬，并对做出突出成绩的研究生助教给出相应的物质奖励和精神鼓励。此外，研究生助教辅助执教的能力并不稳定，这与助教本身对相关知识的熟悉程度有很大的关系，不可忽视对研究生助教加强岗前培训和能力考核，建议学校研究生院成立相应的师资培训中心，或者在现有教学发展中心开展研究生助教定期培训，研究生助教选拔和专业培训至少需要提前一个学期进行，不能把所有培训工作交给任课教师，切不可临时抱佛脚应付了事，努力把好出口的质量关。最后，为促进研究生助教工作的良性发展，也需要研究生院加强助教工作的中期管理和定期考核，建立相应的助教档案，对研究生助教的工作进行全程监督和指导。

相对其他专业的研究生，生物物理学研究生在农林生物类专业大学物理教学中能更快地适应工作，也更愿意主动投入更多的精力到教学工作中，这也符合了我们一直希望将大学物理教学融入专业教学的基本想法，不仅要培养学生最基本的科学素养，更需要培养学生的专业创新能力。用生物学与物理学专业的交叉点—生物物理学突出物理学在农林生物学中的重要性，进而调动农林生物类专业学生的学习积极性，最终达到寓教于乐的教学目标。