通识物理教育体系的建设与探索

张加驰

[摘 要]在高校开展通识物理教育，是深化我国高等教育改革，培养大学生科学素质和理性思维的重要途径，是培养复合型高素质人才的重大战略举措。针对我国高校开展通识物理教育中存在的重要问题和不足，以兰州大学物理学院的通识物理教育体系建设与改革实践为例，分析讨论了兰州大学通识物理教育体系取得重大示范性建设和改革成效的做法与原因，形成了系统的理论性总结和实用的实践性经验，可为高校开展通识物理教育体系建设及改革提供理论支持。

[关键词]通识教育；物理；大学生

[中图分类号] G64 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）05-0008-04

通识教育是一种使学生熟悉主要知识领域内的事实和思想的教育类型，具有非专业性、非职业性、非功利性的特点，且涉及的范围宽广全面。通识教育关注人的生活、道德、情感和理智的和谐发展，是造就具备远大眼光、通融识见、博雅精神和优美情感的人才的文明教育和人性教育[1]。通识教育起源于19世纪，当时一些欧美学者有感于现代大学的学术分科太细、知识被严重割裂，提出了要通过通识教育培养学生的开阔视野及独立思考和融会贯通不同知识的能力。20世纪，通识教育已广泛地成为欧美大学的必修科目，为近代欧美国家培养出大量优秀杰出人才奠定了坚实的基础[2]。20世纪90年代中期以后，随着社会主义市场经济的建立和国民经济结构的调整，中国高校的人才培养目标也逐渐发生了改变。在此新形势下，大学生的综合素质培养成为中国高校教育教学改革的重要内容，由此国外早已施行多年的通识教育终于被引入我国高校[1]。目前，国内高校的通识教育多以“补差”为特点，对理科学生主要进行人文社科知识的素质教育，而对文科学生则主要进行自然科学的素养教育，以融合科学和人文教育，培养知识结构合理的复合型高素质人才[3-4]。

一、通识物理教育的重要性

物理，取自“格物致理”，是一门研究物质运动及其基本规律的科学，其研究对象涵盖大至宇宙，小至基本粒子的一切物质，是自然科学中最基础的学科。从社会发展的角度看，物理的演变引领着科学的发展，推动着文明的进步，比如：工具（力学）的制作和应用，标志着区别于猿猴的人类的诞生；蒸汽机（热学）的发明推动了人类改造世界能力的飞跃；而现在信息网络技术（电磁学）的发展又引领着新的社会变革。不仅过去，人类的将来也在很大程度上依赖于物理的发展和应用，所以从国家层面普及物理教育具有重要的社会和科学意义。而从个人发展的角度看，一方面物理与生活紧密相关，学习物理就是在帮助我们更好地认识身边的世界；另一方面，学习物理能很好地培养个人的基本科学素质和理性思维能力。对于个人发展而言，未来无论从事何种职业，学习一些物理都是大有裨益的。总体上看，物理学不仅是科学，也是文化和哲学，与其他自然学科相比也更加形象、有趣、有用和易懂。因此，物理学是最适合对高校文科生和普通社会公众进行科学素养通识教育的学科[5-6]。

二、通识物理教育存在的问题

国内高校一般把面向文科生开设的通识物理教育课程称为“文科物理”，不过目前国内仅有东南大学、同济大学、北京大学、吉林大学、兰州大学、复旦大学、上海交大等名牌院校开设了文科物理的选修课程，为数众多的一般院校则处于徘徊犹豫状态。究其原因，既有高校、教师和学生的理念滞后的问题，也有所开设的通识物理类课程本身的一些问题[4-7]，具体体现在以下几个方面：（1）学生的主观认识问题：事实上，大多数文科生就是因为中学在物理学习中遇到巨大挫折才选择人文学科，所以其本身对物理这门课有着巨大的心理恐惧，而且大多数文科生认为物理对自己没有用处或者用处不大，这导致文科生在课堂上学习物理时既不想学，也没有信心学好。（2）学生的客观能力问题：文科生自中学文理分科后，主要学习历史、政治、语文、英语等记忆性要求较强的课程，因此在学习习惯上也多倾向于背记而缺乏思考。然而，物理是一门逻辑性极强的自然学科，要求学生具有严密的逻辑分析和理性思维，这些都是文科生本身较为欠缺的，所以学习习惯和思维方式成为限制文科生学习物理的第二方面重要原因。（3）教师的主观认识问题：目前，在很多高校，相当部分的教师都不愿意讲授通识物理类课程，一方面部分高校教师不屑于讲授通识物理，认为层次太低；另一方面由于受众学生的理科基礎太差，所以通识物理的授课难度要远高于专业物理课程，这些原因都极大降低了教师的讲课意愿和师资质量。（4）通识物理的教材问题：由于国内很多高校对于通识物理教育的理解有限，所以开设的课程本身也存在很多问题，首要问题当属教材问题。目前，虽然所谓的通识物理教材繁多，但随意翻开一本，物理公式推导和计算比比皆是，竟然还有计算例题和课后习题，几乎所有的通识物理教材仍然移植了专业物理的教学内容和讲授方式，只是难度相比理科生略有降低。不过，这种硬性移植的教学模式根本没有考虑文科生在学习方式和思维习惯方面的实际情况，使得文科生对物理课就是听不懂也不爱听，可谓是水土不服。（5）通识物理的教学方式问题：不仅没有适合的通识物理教材，对于该讲什么怎么讲的问题，很多授课教师也没有较好的解决方案。目前，国内高校绝大多数的通识物理课程仍然采用传统的黑板加粉笔的教学形式，注重推导计算，却很少将物理知识与生活中的现象相结合，所以其教学内容、方式和设计都显得极为枯燥，这种情况下课堂上自然是“鼾声一片”。（6）通识教育的大局观不足：通识物理不仅是针对文科生的通识教育，还应肩负对普通社会公众进行基本科学素养普及的责任，因此通识物理教育还应有更宽广的大局观和更自由的开放性。然而，目前的通识物理教育仅限于高校课堂，无论课程的教学质量多好，其终究只涉及几百名本校大学生，教育受益面十分狭窄，更无法体现更多的社会责任和影响力，因此将通识物理课程建设成为可对全国普通社会公众自由开放的“开放式课程”具有非常重要的社会意义。

三、兰州大学的通识物理教育体系及建设做法

针对国内高校在通识物理教育方面存在的一些关键问题，并结合欧美发达国家高校的通识物理教育经验，兰州大学物理学院组织成立了专门的通识物理教学团队，聘请名师老教授为教学顾问，重用更容易接受新生事物、思想也更为开放的青年教师为团队骨干，依靠团队力量积极开展通识物理教育体系建设和改革，并在较短的时间内就取得了较为突出的建设和改革成效。其具体做法包括以下几个方面：（1）优化通识物理课程内容：针对现有通识物理课程内容不符合文科生和普通社会公众的学习习惯和思维方式的首要问题，通识物理教学团队首先对课程内容进行了优化，将传统物理体系中较陈旧、具有较大理解难度且包含较多理论推导和复杂计算的内容剔除，将重点放在与日常生活现象能密切结合，对数学要求较低，适合文科生和普通社会公众学习的知识内容上，为通识物理教育体系注入了“魂”。（2）编制新的课程教学大纲：教学团队根据选定的通识物理课程内容，以“力热光电磁核”的顺序梳理知识点章节，并根据文科生和普通社会公众的学习特点，分别编制了针对高校文科生的文科物理课程的教学大纲，以及针对普通社会公众的漫话物理课程的教学大纲，为通识物理教育体系装上了“骨”。（3）编写新的课程教学教材：针对国内现有通识物理教材的“数学化”或“故事化”的极端趋势，教学团队根据文科生和普通社会公众的学习习惯、思维方式和学习目标，重新编撰了两套通识物理类教材，新教材“轻”数学，“重”与生活的联系，其中专门针对文科生的教材叫《通识物理》（约22万字，兰州大学出版社出版），主要用于高校传统课堂必修课和公选课的教学；而专门针对普通社会公众的教材则叫《漫话物理》（约35万字，兰州大学出版社出版），其主要用于大规模在线开放课程也就是慕课（MOOC）的课程教学。新教材的编写为通识物理教育体系镶入了“肉”。（4）建设三门通识物理课程：针对不同学习者的学习背景，教学团队推出了三门通识物理类课程，其包括：[①]以高校文科生为对象的文科物理课程，属于必修课，54学时（3学分），其中课堂教学36课时，在线学习18课时；[②]以高校非物理专业理科生为对象的通识物理课程，属于公选课，54学时（3学分），同样是课堂教学36课时，在线学习18课时；[③]以普通社会公众为对象的漫话物理课程，属于开放课，36学时（2学分），均为在线学习。这三门课程富有层次性，且覆盖几乎所有的受众人群，是通识物理教育体系的“身”。（5）融入了课程思政内容：教学团队积极响应教育部号召和工作安排，组织教师深入挖掘通识物理课程内容中的思想政治元素，比如科学家为人类文明和科学真理的献身精神以及中国科学家对世界的重要贡献等，将思想政治元素具体体现到章、节、点和考试内容中，充分发挥通识物理在德育教育方面的优势，因此课程思政建设是通识物理教育体系的“神”。（6）引入丰富的教学素材：针对文科生和普通社会公众对形象和感性事物较为敏感、更易接受的学习特点，教学团队自行设计、绘制了近600幅简笔物理漫画，首创用漫画的形式来形象地讲解深奥枯燥的物理概念、定律以及经典的物理学轶事。同时，教学团队还自行设计、拍摄了近300个经典而又生动的物理演示实验视频，涵盖教学大纲中几乎所有的知识点。海量的物理知识漫画和演示实验视频的应用，极大地丰富了通识物理的教学素材，也很好地提升了学生的学习兴趣和学习效果，并为通识物理教育体系穿上了优美的“衣”。（7）建设通识物理实验室：针对文科生和普通社会公众对科学实验和物理实验尤为感兴趣的特点，教学团队在兰州大学榆中校区专门建设了近200平方米的通识物理实验室，并通过网络采购组装和自行设计制作等方式，搭建了近100个经典物理实验。所选实验特别注重演示性和趣味性，强调让学生学会基本的物理原理并会进行简单调控，让物理知识以更为感性和直接的方式植入学生的大脑中，也为通识物理教育体系长出了自由的“手”。（8）建设网络慕课的翻转课堂：针对传统课堂教学受益面狭窄和学习不具重复性的缺点，教学团队在北京网梯和辽宁向日葵公司的支持下，精心组织制作了两门大规模在线开放课程（也即慕课MOOC），其包括线上的视频教学（每个视频知识点5～8分钟）、课后作业、主题讨论、扩展阅读、章节自测、在线答疑、直播讲座、在线考试等丰富的在线课程学习内容，以翻转课堂的新教学模式组织通识物理的课程教学。其中，针对高校文科生对传统课堂形成有益补充的慕课叫文科物理，而针对普通社会公众的慕课则叫漫话物理。翻转课堂网络慕课的建设为通识物理教育体系提供了温暖的“家”。（9）举办社会公益科普展览或活动：为了克服传统课堂的教育受益面狭窄的缺点，同时实现高校所肩负的对普通社会公众进行基本科学素养普及的责任，体现更多的社会价值和影响力，教学团队积极组织举办各类大型社会公益性质的科普展览等活动，包括：[①]举办物理科普校园开放日活动，邀请中小学生和普通社会公众赴兰州大学通识物理实验参观；[②]在兰州市内大型开放场所举办物理科普实验展示和物理科普书籍展览；[③]赴甘肃省内边远地区中小学进行物理科普讲座和物理科普书籍赠送活动。显然，系列社会公益科普展览或活动的举办就是通识物理教育体系迈开步子、实现社会价值的“脚”。（10）开展物理学术研究：根据近代以来欧美发达国家通过通识物理教育培养大量优秀杰出人才的经验，教学团队通过教学研究课题、创新创业项目、科学研究项目等形式，组织师生成立物理学术兴趣小组，积极开展物理学术研究。同时，为了更好地进行思想交流和展现学术研究成果，教学团队还自办了一本物理学术期刊《基地物理》（期刊主编即为通识物理教学团队的负责人），专门刊登省内大学生的教学或者科学研究的学术论文。而对于优秀的学术研究成果，教学团队还组织教师对学生进行专业指导，以帮助学生进一步完善学术研究成果，并后续发表在SCI和EI等高水平学术期刊上。因此，开展物理学术研究就是通识物理教育体系开阔教学视野，拓展教学层次的“眼”。

四、兰州大学的通识物理教育体系建设及改革成效

通过一系列的体系建设和教学改革，兰州大学的通识物理课程取得了十分显著的课程建设和改革成效，具体体现在以下几个方面：（1）通识物理教学效果显著提升：目前，通识物理课程的吸引力显著提升，不仅选课学生爱听课，听得懂，而且还出现了大量旁听生，甚至目前兰州大学最难选的公选课就是通识物理课程。显然，通识物理课程的教学质量和效果得到了全校师生的高度肯定。与此同时，学生的学习效果和成绩也大幅提升，目前学生的考试成绩优良率达到80%，几乎没有挂科的学生。（2）通识教育的社会效益显著：很多文科生不仅将物理知识应用于本专业的学习和研究，还积极参与我們组织的各类科普宣传活动；同时，通过举办一系列社会公益科普展览或活动，也实现了对普通社会公众进行基本科学素养普及的责任，取得了良好的社会效益。（3）形成了通识物理教育体系：目前，兰州大学的通识物理教育已经形成以优选课程内容为“魂”，新编教学大纲为“骨”，特色自编教材为“肉”，系列课程教学为“身”，课程思政育人为“神”，创新教学素材为“衣”，物理演示实验室为“手”，慕课翻转课堂为“家”，社会科普活动为“脚”，物理学术研究为“眼”的完整体系，既能协同育人实现优秀的课堂教学效果，也取得了优良的社会效益。（4）获得教学支持和个人荣誉：目前，兰州大学通识物理教育体系下的系列课程获得了“兰州大学慕课建设基金”“兰州大学优秀教材建设基金”“兰州大学国家精品在线课程重点培育项目”“兰州大学教学研究项目”和“甘肃省教学质量工程”等基金项目的大力支持。团队教师也先后获得包括“甘肃省青年教师授课技能大赛二等奖”“甘肃省教育技术标兵”“甘肃省师德标兵”“甘肃省青年教师成才奖”“隆基教学新秀奖”等教学奖励和荣誉称号。（5）获得重要教学奖励和课程荣誉：目前，兰州大学通识物理课程的教学质量和课程改革效果也受到了上级教学管理部门的认可：[①]2017年11月，“通识物理教育体系的建设与探索”获评2017年度兰州大学教学成果一等奖，并被教务处认定为2018年省级教学成果重点培育成果；[②]2018年3月，文科物理课程获批甘肃省精品课程资源共享课，颁奖单位为甘肃省教育厅；[③]2018年5月，自编教材《通识物理》（兰州大学出版社出版）获评2017年甘肃省优秀科普书籍，目前已获甘肃省推荐参评2018年全国优秀科普书籍；[④]2018年7月，通识物理和文科物理课程同时被兰州大学教务处组织评选为兰州大学“课程思政”教育的重点示范课程。（6）学生发表重要物理学术论文：由于通识物理教育体系对物理学术研究的反馈效果，目前兰州大学以及其他省内高校的本科生以第一作者在通识物理教学团队自办的《基地物理》期刊上发表教学或科学研究学术论文近200篇，其中部分学术研究成果经进一步完善后，由本科生为第一作者在SCI一、二区权威期刊上发表高水平论文近30篇，并涌现出参与“国家级大学生科技创新团队”和“中国青少年科技创新奖”等评奖，赴人民大会堂领奖的优秀大学生团队和个人。需要特别说明的是，以上高水平论文、学生团队和突出个人的指导教师均为兰州大学通识物理教学团队的青年教师。

五、兰州大学的通识物体教育体系的探索

综上所述，兰州大学物理学院的通识物理教学团队近年来积极推进通识物理教育体系建设和改革探索，不仅建立了具有良好层次性、体系性、教学内容丰富、形式多样、模式创新的通识物理教育体系，在课程建设、教学平台、翻转课堂、社会科普、教学成果、竞赛奖励、发表论文等方面都取得了在兰州大学校内甚至甘肃省内都十分突出的教育体系改革成效。总体上看，兰州大学物理学院的通识物理教学团队取得较好建设和改革成效的原因可以归结为以下几个方面：（1）注重教育体系建设的体系性：兰州大学的通识物理教育体系建设脱离了建设一门课程的狭隘思维，以富有层次性和完整性的教育体系为建设对象，涉及教学内容优化、教学平台建设、教学资源创新、教学模式翻转课堂、突出社会科普责任等诸多系统性的建设单元，各单元相互联系、前后呼应、有机结合，真正实现了“一加一大于二”的体系性建设效果。（2）注重教育体系建设的创新性：兰州大学的通识物理教育体系建设摆脱传统课程建设路径，走出了一条创新的路子。教学团队的青年教师紧扣时代发展脉搏，将简笔物理漫画、物理演示实验、慕课翻转课堂等在传统课堂上不常见的新颖要素引入通识物理的课堂，显著提高了文科生和普通社会公众学习物理的兴趣与学习效果。（3）注重教育体系建设的融合性：兰州大学的通识物理教育体系建设特别注重契合时代发展的主题，积极将“课程思政”和“学术创新”两方面重要的时代主题元素融入通识物理教育体系的建设中来，不仅体现出区别于其他普通课程的时代青春气息，也展现出独特的交叉融合、协同育人的教育成效。（4）注重教育体系建设的公益性：兰州大学的通识物理教育体系建设不仅关注课程在兰州大学校内的教育成效，也特别重视实现高校所肩负的对普通社会公众进行基本科学素养普及的责任。教学团队积极组织举办各类大型社会公益性质的科普展览或活动，体现出了更多的社会责任和教育价值，也因此而扩大了兰州大学通识物理教育体系的社会影响力。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 莫亮金，刘少雪.从通识课程改革看人文教育与科学教育融合[J].中国高等教育，2010（2）：48-50.

[2] 程轶，彭勇，殷燕，李香萍，张映辉.航海专业学生物理通识教育研究[J].大学物理实验，2012（5）：98-100.

[3] 胡碧茹，吴文建.《物理化学》课程教学改革的相关探索与实践[J].高等教育研究学报，2013（2）：113-115.

[4] 张若军，高翔，钱致榕.通识教育理念下的数学教学改革之探索——以中国海洋大学行远书院博雅课程《数学、天文与物理》为例[J].大学数学，2018（3）：55-58.

[5] 李运姣，马进财，王志兴，彭志宏，何静，周秋生.开放式课堂教学改革探索——以中南大学开放式精品示范课堂“传递过程原理”为例[J].创新与创业教育，2014（4）：30-34.

[6] 王秀鳳，张志庆，王芳珠，张国栋，周亭.基于云课堂的物理化学教学改革与探索[J].高等理科教育，2018（3）：79-83.

[7] 马丽珍，马君，师玉荣.文科物理课程教学的探索与实践[J].高等理科教育，2009（3）：106-108.

[责任编辑：钟 岚]