安宇教授：其实教学就是积累的过程

清华名师教学讲坛

11月14日下午，本学期“清华名师教学讲坛”在蒙民伟楼多功能厅举办。副校长、教师发展中心主任郑力主持活动并为主讲嘉宾颁发荣誉证书。清华大学物理系朱邦芬院士、安宇教授，蒋硕副教授应邀作主题报告。

为更加广泛地传播清华教育精神内涵，我们将陆续刊载三位主讲嘉宾的报告现场实录，以飨读者。

安宇：大学基础课程的教学体会

安宇，清华大学物理系教授，基础物理教学中心主任，北京市教学名师，长期从事基础物理教学工作，曾获清华大学教学成果一等奖。1993年起在清华大学物理系任教，主讲“大学物理”、“普通物理”等课程，2014年录制了“大学物理”慕课，并在校内开展混合式教学，基于开展混合式教学的经验和研究出版了《基于SPOC混合式学习模式的大学物理学习指导》书籍。

        今天，我想分享一些我对基础物理教学的体会。

       前几天我去旁听了两位老师的课，其中一位老师在课堂上使用了一个非常有特色的视频，我想这个视频也可以用在我的课上；另外一位老师讲演示实验，他的解释非常专业，比我以前解释的到位，我就想，下次讲课时我要借鉴他的想法。其实教学就是积累的过程。

       今天我要讲的几个内容是：教学目标要明确，教学内容要钻研、要和文化结合，教学方法要探索，新的教学手段要重视。

图 / 安宇作报告

        第一，教学目标。

       首先是课程目标要明确。清华大学有“三位一体”的教育理念，这些理念都体现在每门具体的课程当中，基础物理教学也不是专门为了传授知识。虽然我们并不是对照着学校的“三位一体”教育理念来定制我们的目标，但我想这个目标肯定是很多实践经验的总结，所以和大部分课程目标都是一致的。基础物理教学目标首先是通过这门课程树立科学精神，比如实事求是、批判性思维；第二是培养探究能力，要启迪学生智慧并培养学生的推理能力。过去我对这个方面有一点误解，认为我们物理课承担着培养学生探究能力的责任。但我最近和别人交流时突然发现，其实不仅物理课，基本所有的课都要培养推理能力，数学要推理，写作文也需要推理，每门课都需要推理，物理课只尽到其中一部分责任就行。学习物理概念、物理思想和方法也许对做任何创新的工作都有帮助。

       第二，教学内容。

      其次是教学内容要钻研，我们作为老师要研究教学内容。首先基本内容要熟练，自己懂物理跟给一、二年级本科生讲物理课不一样，老师懂物理也不代表着他们对所有普通物理、对所有的细节都熟练，在不熟练的情况下给学生讲课被学生看出来后，学生对课程的兴趣就会减少。

       要熟练就要花时间，还要有更广更深的知识储备。上课的老师要有学问，做科研时，创新是最重要的，（但）讲课还要懂得的广一点、深一点，要知道某个知识在整个物理体系当中是什么位置。我们搞专业导致自己总是一个方向比较熟，其他的方向不太熟，那怎么办？那就要学习。

       我讲一个例子。过去一直流传着一句话：“要给学生一杯水，老师要有一桶水”。我对这句话有比较深的体会。给清华的本科生讲普通物理、大学物理这些基础物理的时候，你要有更广更深的知识储备，你要知道很多的东西。比如我们讲“质量”，初中的时候说这是一种物质属性，到高中会讲惯性的度量、引力大小、质量是能量的一种形式等等。事实上作为大学物理老师还要多知道一些，比如等效原理跟广义相对论的关系，也可以问粒子为什么有质量等等。仔细想一想，其实我们对质量的认识是不到位的，我们并不是真的对所有与质量有关的内容都很清楚。虽然你在课堂上给学生讲的并不多，但老师要有传递给学生的更深层次的东西，而且对不同层次的学生传递的内容也是不一样的。

       基本内容和前沿渗透结合。比如讲“流体”时可以跟“超流体”联系起来，讲“引力”的时候可以讲一些恒星的“速度分布”，由于与观测不符合，需要引入“暗物质”概念……这些对激发学生的兴趣帮助很大。但是这有一个前提，就是现有理论体系是正确的。遇到一个问题的时候总有两个方向可以走。很早期的时候，勒瓦耶发现天王星走的轨迹跟计算不太一样，就预测天王星外可能有一个新的行星，从而发现了海王星。他沿着这个思路继续解释水星的运动，提出水星里面可能还有一个小行星。历史上曾经误把他的预言跟“太阳黑子”联系起来，还误发过奖状。爱因斯坦对水星的想法是另一个思路，他认为现有的理论不对，干脆把“万有引力”改成“广义相对论”，这件事情解决了。

现在遇到的问题同样有两种思路，目前比较一致认为现有理论正确，与实验不符的原因可能是还有看不见的物体，就是暗物质，这需要实验验证。可以都给学生讲一讲，引起他们对学习的兴趣。

        教学内容中还要注意知识和文化的结合

       物理是科学也是文化。物理学家在探索科学的过程中肯定创造了很多文化，这些都是科学文化的重要组成部分。就我的体会而言，讲课的时候，课程有余味的地方其实是它的文化，具体的知识或许会忘记，但是文化余味会有长效的作用。

       在讲到某个物理概念、物理定义、物理发现的时候，要讲当时物理学的状况，当时物理学家困惑在什么地方，物理学家如何思考并走出困境，结合物理学史讲来龙去脉。我觉得这些东西对上课、对学生应该是比较有帮助的。

       另外，可以介绍物理学家的行为方式、思考方式，甚至是他们的缺点。也可以讲励志故事，讲物理学家之间如何互相评价也可以，或者适当讲讲中国物理学家的贡献等等。将文化与课程内容相结合，点点滴滴的讲。

        第三，教学方法。

       现在上课不能是老师上课学生听，这不是天经地义的事情。比如讲授《大学物理》采用课堂讲课、搞演示实验的方法是最高效的吗？不见得。授课是一个个性化很强的过程，所以因材施教的需求是很大的，上课的方式也要多样化。

       对教学方式的探索也是认知规律的要求。老师上课时，如果一味地在讲台上讲，学生在下面是很容易走神的，这是认知规律。所以，老师单纯地讲授不是很好的教学方式。当然，这也不是绝对的。

       另外就是技术进步的推动。随着手机电脑等电子产品的应用日渐广泛，上课的方式也是要变的。我做了几种探索，有一种是翻转模式，让学生自己看视频，然后在课上进行讨论。老师在课堂上随时走动，有时候跟学生讨论，有时候看学生讨论到什么地方应该作哪些提示，大概是这种上课方式。这种方式看起来是比较轻松的，其实并不是，因为老师的工夫大部分在课外。这种方式的好处在于同学在讨论的时候，老师可以听出问题出在哪里，以便给予个性化的指导。这实际上也符合论语里“不愤不启，不悱不发”的原则。

       可以讨论的题目很多，比如我们讨论“在什么角度时，杆会离开桌面”这个问题的时候，学生直接拿笔放在桌角，拿手机拍照然后就可以看清楚大概的过程。这种讨论学习过程当中已经包含了一些研究的成分，学生已经开始懂得怎么样研究学习。

       教学研究也要有科学的效果评估，为了做这个评估很多老师加入了我们的团队。这里面有很多数据，因为时间关系不展开了。从考试成绩的角度看这些教学方式的效果跟上课的效果差不多。但如果你找差不多的学生进行对比，那么从最后考试结果来看，进步最快的就是这种讨论方式。

       另一个研究针对我们现在开展的“分层教学”。观察分层教学试点的数据图我们会发现一个问题——咱们清华的学生物理学习基础差别非常大。（把学生分成低平均分和高于平均分两组），低于平均分的学生学了一学期之后成绩依然赶不上高于平均分的学生没有学的成绩，这是个比较大的问题。我们针对这个问题采取了“分层教学”的方法，试点效果非常好。

       最后，谈一点关于新的教学手段。对于新的教学手段一定要重视。二十年前我们开始推行在课堂上使用PPT。那个时候很多老师对从板书到PPT的转变有很大的意见，觉得这个有问题。可是二十年过后，清华大学物理课上基本都利用PPT进行授课。

       现在，我们还需要重视雨课堂、VR、AR、MR这些新型教学手段，因为这些东西都是对课堂有帮助作用的。古人也说过，“君子生非异也，善假于物也。”做好的老师又何尝不是如此？

       谢谢！

END

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