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代表作品

痴心实验教改 十年一剑功高

——记国家级教学成果特等奖获得者王玉凤及其团队

发布日期:2011-11-22 00:18:29 作者:徐越 韩廷斌[]

  第五次国家级教学成果奖评选,受到了高等教育界,尤其是高等学校普遍的、空前的关注。首次采用公开答辩、二轮评审方式,历时两个月;599个获奖项目遴选自1885个申报项目,2/3的落选率,足以显现了竞争的激烈程度。北京交通大学申报的《开拓创新 建设一流的物理演示与探索实验室》,以雄厚的实力,一路“过关斩将”,并最终获取了特等奖。如果说能成为仅有的3个特等奖之一,让人称羡不已的话,那么5位项目主要完成人王玉凤、成正维、杨甦、薛菊梅、赵雁,前三位是授理课教师,后两位为实验员,也就是全部来自教学第一线的事实,就愈发引人关注。而在探寻了他们的工作历程之后,留给我们更多的则是敬佩和启迪。

  更新观念,创立物理演示教学新模式

  物理学是现代科学技术的先导,其原理不仅渗透到自然科学的各个领域,广泛应用于生产技术的各个部门,还渗透到现代人的日常生活。大学物理课是高等学校普遍开设的重要基础课,随着教学改革的不断深入,人们越来越清楚地认识到: 演示实验在配合课堂理论教学中发挥着非常重要、不可或缺的作用。对丰富多彩的现象进行观察和探究,不仅可以帮助学生理解物理慨念,提高学习兴趣,而且可以激发学生的探索热情和创新意识。

  然而,在北京交通大学着手实验教学改革之初,物理演示实验在国内多数高校还是一个相当薄弱的环节。大多数高校没有物理演示实验室,少数学校即使有也大都内容陈旧、项目少,演示实验也只是限于老师在课堂上表演。即便如此,随着教学班越来越大、上课地点分散,搬动仪嚣不方便、压缩学时等因素的陆续出现,进行演示实验,越来越困难,一些学校干脆把它取消了。

  恰在此时,北京交大牵头承担了教育部面向21世纪大学物理课教学改革课题,接受了国家工科物理教学基地的建设任务。在实验教学方面进行深入的研究和探索,被列作物理基地建设的一项重要内容。课题一立项,人员一组合,他们就确定了高起点:开拓创新,力争第一,一定要让演示实验在教学改革中发挥出应有的作用。

  大学物理课加进演示实验,会让老师讲课增色不少,但有一些内容确实不可能在课堂上演示,既没有那么多时间,演示效果也没有那么好的。如果有专门的实验室,就可以不受限制,尽可能满足学生看一看摸一摸的愿望。有了这样的想法,把课内演示延伸到课外,建设一个服务于物理理论教学的物理演示与探索实验室的计划被提上课题组工作的日程。建设的切入点,则放在了更新观念、制定一个好的建设方案上。

  从一开始,实验室建设就强调学生必须充分参与、时空必须充分开放、培养必须体现个性化、手段必须现代化。基于“现象是物理学的根源”、“兴趣是最好的老师”的理念,课题组以培养学生探索和创新精神为着眼点,大胆突破了演示实验仅限于教师表演的传统模式,全面规划并制定了实验室建设方案,包括实验室的功能定位、项目规划和布局、导学系统的开发、开课和开放实验室、学生的创新与实践能力的培养等。有了规划以后,又确定了引进与开发相结合、基础与拓展相结合、定性与半定量相结合、实验与视频相结合、课内与课外相结合、教师与学生相结合的建设思路。

  为提高方案的可行性,课题组还专门召开由清华、北大、北航、北师大等兄弟院校的同行专家参加的方案论证会。会上,专家们一致认为:“此建设方案内涵丰富、定位准确、思路清晰、可操作性强,是一个有改革新意、有特色、符合当前教学改革大方向的方案”。有了精心设计,又得到专家们充分肯定的建设方案,他们开始了创新实践。

  历经8年持续不断地建设,一个占地600平方米,国内一流的物理演示实验室已呈现在全校师生的面前。目前,实验室能开出实验项目200余个,其中有几十项是国内首次引入理演示教学;可以提供200多段视频插播片和40多个课堂演示实验供教师选用。交大也成为了国内第一家在大面积教学中安排必修物理演示与探索实验,并纳入课程考试范围的高校,不仅要求学生通过实验现象理解物理概念,而且引导学生体会巧妙的实验构思,启发他们的创新思维,要求他们对实验提出个性化的见解。课后全面开放实验室,不仅对理工科学生开放,对经济类、管理类及文科学生同样开放。这样做下来,单纯的课堂演示变成为教室、实验室相结合的大课堂实践;学生由被动、接受式地学习,改变为积极、主动性地去获取。

  倾情投入,引导学生自主地探索和学习

  激光控制的排箫、熊熊燃烧的人造“火焰”、可以观看三维立体电影的红外电视……,走近物理演示实验室,五花八门的演示仪器让学生惊讶得合不拢嘴,而这些仪器所演示的物理现象,更让学生们惊叹不已,不自觉地要在仪器前看上一遍又一遍。 “我从来没有如此走近过物理。原来在我眼中,物理就是枯燥的公式和繁赘的计算,今天我才发现物理竟是如此的神奇和奥妙。” 计算机学院唐钦同学的感言,最能代表学生们普遍的心声。教学改革有了突破,获得成功,最大的受益者无疑是渴望成才的学生。

  北京交大也曾设置过简单的实验室,后来因为没有定编,也就没有人来做,慢慢地就萎缩了,成了理学院的机房。在这种条件下建实验室,基本是从零开始,更不要说教学必需的仪器了。刚开始建设演示实验室,着实不简单,光买教学仪器这一项就挺困难。进口的太贵,舍不得买,国产的太少,有些根本就没有。

  回忆当时的情景,王玉凤老师记忆犹新。她在教学中发现,大学生知道的任何现象全部来自中学老师的描述和讲解,从来就没真正见过。“大学生在实践方面太欠缺了,大学物理课应该有演示实验去支撑。否则,光凭一张嘴,从头讲到尾,不管你怎么费力,也还是讲不出学科的实验色彩来。”、“你要是不在教学第一线,改革的冲动和迫切,就不会那么强烈。

  正是有了这样的急切,王老师和她的团队加快了建设的步伐。经费不足,他们就采取引进和自己动手开发相结合的办法,不论做还是买,目标只有一个:先给学生用上。按王老师此时的想法,是 “仪器尽管少,也不太好,但是只要学生见着了,他这一生就见到了,如果错过了,那就是整个一届的学生都错过了”。为此,实验室里专辟一个制作间,里面摆满了各种工具和材料,在这里经常可以看到老师们忙碌的身影。

  谈起这个过程,主管教学工作的王永生副校长十分感慨:实事求是地说,在项目开始阶段,尤其是面对几乎空白的现实,学校并没有提供足够的经费支持。而在项目进行的过程中,也不是一帆风顺的。期间,就曾有些人专门跑到我这里来说,他们做的那些东西有什么水平啊?这种玩艺儿谁都能做。

  尽管困难重重,但作为项目主持人,王玉凤老师却很平静:“刚做一点事情,还没有一点谱呢,条件、经费不会有,这不是学校不支持,而是不可能有。”

  面对风言风语,杨甦老师也不为之所动,对改革的执着,显得“一根筋”:从小学到大学毕业,能够配合实验的学科也就是在大学四年,我们承担的是大面积公共基础课的教学任务,只要做成一件事,就能够辐射全校每一届学生。只要学生满意,就必须坚持到底。

  迄今,王玉凤及团队先后开发了40余种拥有自主知识产权的教学仪器,不仅充实了实验室的教学内容、降低了建设成本、锻炼了队伍,而且许多仪器成为了精品,填补了国内物理演示仪器的空白。更为可贵的是,在制做和使用教学仪器的过程中,他们始终想着的是学生,十分重视学生的想法和态度。比如请学生对不成熟的仪器提出修改意见,在大学物理课的总成绩中对提出好想法的学生以加分的鼓励,让有兴趣的学生和老师一起,参与教学仪器的开发和制作。教、学互动,增进了师生感情,实现了教学相长。

  得知我们在采访王老师,远在英国伦敦大学读书的杨欣很快通过邮件详细地介绍了他在学校那段难忘的经历。特别是反复表达对物理基地的老师们,尤其是对王老师的崇敬和感激之情:“王老师确实不简单!做每一件事,只要是必要和正确的,她就会坚持不懈的去做,从不记得失。尤其是她对学生的真爱,对事业的执着和热诚,直接影响着我们的人生态度。我要学成回国,要为国家多做贡献。”

  为调动学生的学习积极性、培养学生独立学习的能力、实施个性化教育,王老师还专门开发、研制了理论与实验相结合的计算机导学系统。仅为这个系统开发,就花了3年半的心血,为系统整理填充了20个G的资料内容。该系统包括《力和热》、《振动与波》、《电磁学》、《光学》、《近代与综合》、《物理百科》6个栏目。前5个栏目共编入110多个实验,每个实验都分为“现象篇”、“原理篇”、“拓展篇”和“背景篇”四个层次,共收入视频资料200余段,收入计算机动画近百个,还收入各种图片上千张和大量的文字资料。在《物理百科》栏目中也通过上百段视频资料、上千张图片和大量的文字资料……

  导学系统受到了学生们的热烈欢迎,他们可根据自己的兴趣、精力、基础、需求,进行不同层次的自主学习。自投入使用以来,每天从早8点到晚10点半,8台触摸屏计算机前几乎没有中断过学生。来访的兄弟院校同行也高度赞扬这套软件,纷纷要求共享。

  最近,王老师又完成了20个G的内容,正准备添加进去。这部分内容涉及的领域更为广泛,增补了很多科学知识在里面,把单纯的物理素质教育变成了工程素质教育。赶完了如此繁杂,耗时费力的工作,王老师的想法依就平和:其实就是为了满足学生对实践和实验环节的需求和渴望,这是我们做这件事的最大动力。

  激发兴趣,打造个性化实践与探索空间

  随着兴趣的被激发,学生对实验和实践有了新的认识,对老师和学校的要求,也就越来越高,不断“加码”。一些学生看了现象,懂了原理仍不满足,缠着王老师他们要求提供条件来自己动手,去探索、去实践。老师们则因势利导,有求必应,通过向学校申请,反复地说服,硬是在寸土如金的教学楼里挤出了75平方米,专门投资近8万元,配备了常用的钳工工具、电工工具、常用的无线电仪器,光学平台和常用附件,办起了学生创新实践天地实验室。这一下,一批充满好奇,想一展身手的同学,可就有了用武之地。在这里学生可以参与设计教学仪器,也可以完成自己设计的项目。

  回想这一过程,由交大保送,现正在中国科学院直接攻读博士学位的刘剑锋就十分兴奋。他介绍,在大二上物理课时,对负责这门课的王老师的印象特别深,觉得她很爱护同学。后来,就在课下和王老师联系,试着表达了自己要做点东西,锻炼一下能力的想法,没想到,王老师竞很痛快地答应了。

  王玉凤老师说,面对学生提出的“提供条件让他去做的要求”,其时我们也曾犹豫。地儿本来就有限,学生做的东西大多数又没有什么实用价值,何况钱打哪儿来,谁去管理?可是既然学生提出来了,有动手的欲望,是好事,我嘴里还真就说不出一不字。没办法,我就在实验室搂出一个角,腾出半个桌子大的地方,出了一个题,让刘剑锋在那里干。之后,又有学生陆续参与进来,我们就全力向学校争取设立一个专门的实验室。人力物力财力投进去了,就有一批学生在这里白天晚上干。你别说,在干的过程中,我们就越来越感觉在这些学生中还真有人蕴藏着一种能力。如果不给他们创造条件,还真对不住他们。

  经过几年的探索和实践,演示与探索实验室已经总结出了一套有效的组织和运行机制。学生有自己的信息发布会、方案交流研讨会,学生可以把自己感兴趣的方案拿到会上来讨论,开过交流研讨会以后,所有方案被分成三类:一是可行性和原理都没有问题的项目,可以马上进场实施:二是可行性稍差,但对原理把握正确的,方案设计者回去完善后即可进场实施:三是可行性不强,效果一般的,设计者或改进方案,或选择新的方案拿到下次方案交流研讨会上陈述。凡是进场实施的项日都将得到实验室的贷款资金支持。白2002年以来他们已经举办过3次信息发布会,5次方案交流研讨会,共发布参考方案40余项,研讨方案60余项,目前在研项目20余项。

  活跃在创新实践天地的学生们并不仅仅限于物理系,也有很多来自其他专业甚至其他学院的学生。很多学生在接受采访时表示,尽管自己本专业的课业也比较重,但实际上这和在创新实践天地的活动并不冲突,他们可以边学习边实践,尤其是这里还有一批不同专业的学长学弟,大家组成一个个兴趣小组互相帮助、一起讨论,可以开拓思路,学到很多东西。他们当中的佼佼者杨欣和刘剑锋早已成了学生们自己的楷模。其中杨欣还把自己在实践天地学到的东西写成教材给自己的师弟师妹,这部书稿从一个初学者的角度出发,全面介绍了进行电子设计与制作所需要的知识,内容丰富而实用,甚至连电子元件的购买地点和单价都有注明,其上半部分《电子设计从零开始》已由清华人学出版社正式出版,杨欣也因为在实践方面的突出表现而被英国伦敦大学录取。

  新的教学体制所调动起来的学生自主学习的积极性,有时候让学生身边教师们都感到吃惊。据杨甦老师介绍,现在在创新实践天地的中坚力量实际上都已经不再上大学物理课了,从课程上来讲,任课老师对他们已经没有约束力了,但是他们还是要求留在这里。这里经常彻夜灯火通明,学生们轮流通宵工作,累的实在熬不住了,就随手扯一块塑料泡沫铺在地上睡一会,醒来再继续。有的学生甚至大年三十都不回家。创新实践天地已经成了学生丰富课余生活、理论联系实践、自主学习、自我发展的一片天地。

  抢抓机遇,打造有利于教改深化的空间和氛围

  北京交大素有重视本科教育的传统。本科生教育是立校之本、人才培养质量是第一生命线等诸多理念,已固化到学校的办学过程当中。而学校党政领导在改革和发展中显现出的敏锐和智慧,尤其是把握时机的水平和能力,为学校的健康发展,奠定了良好的基础。

  时任校长的王金华教授认为,要搞好教学,切实做好人才培养工作,很重要的是要营造一种氛围。当时在学校内,也经常发生到底是教学重要,还是科研重要的争论。学校领导很快意识并在班子内部达成共识,要发展,就不能老是停留在搞教学或搞科研的争论上,这种争论多了是一种内耗。校党委及时提出“无教不立、无研不兴”。在办学经费十分紧张的情况下,要坚持有所为有所不为,把投入重点首先放在基础实验室建设上,为学生发展打好基础。

  1995年学校主动申请,积极参加国家首批本科教学工作优秀评价试点工作。结合专家组的评估意见,学校很抓整改。其中一项重要内容,就是开展全校性的教育思想观念大讨论,大讨论带来了思想上的大解放,办学理念得以进一步梳理和提升。

  1997年,国家启动教改工程,倡导教改基地建设,学校领导将其视为促进学校改革的难得机遇,主动请缨,凭借已有的工作基础,牵头承担了工科物理教学改革项目,申报成功电工电子、工科基础课物理两个国家级教改基地的建设任务。

  据王永生副校长介绍,尽管此时校内对教改需要加强的意识很强,但存在的一个突出问题,恰恰是学校各方面都不愿意投入,管理部门不愿意在空间、经费上多投入,老师们更不愿意投入,其中一个重要的原由在于搞演示没有学时。当时理学院做了一个大的决策,就是把时任物理课委会委员,对办学理念、教改非常熟悉,又是教授的王玉风老师安排到基地,专门负责演示这一块的课题。

  对于学校选人作国家级教改项目的原则,老校长王金华的印象非常清晰,那就是事业心、责任心,同时还只具有一定的教学业务水平,以及随着发展不断创新的意识。决策的正确性,在王老师及其团队成员上,得以最好的证实。

  每当课题人员的工作受到非议,遭受冷言冷语时,学院也好,学校也好,始终不为之所动,依然坚持,把握住方向,鼓励他们认准路往前走,

  实验室建设,离不开经费。十五期间,学校定了一项制度,就是在整个学科建设中每年划出一千万,作为专项资金,用于本科的实践教学平台建设。为拓宽专业口径,加强实验室建设,学校对实验教学进行了重新布局,包括培养方案、内容和课程体系。此外,学校每年投入200万专门用于支持教学改革。

  只有教改深化了,才能真正有助于提高教学质量。在推进教学改革的进程中,学校的一个重要举措就是实行教学研究立项,通过立项,把下一步将做的探索和实践,进行合理规划。仅学校一级立项,就确定了32个。

  为抓好以演示实验室为代表的一批教改项目,推动教育教学改革,学校各级管理部门积极转变自身观念,真正树立起管理为教学服务,为师生服务的思想,把工科物理教学基地作为“特区”进行建设,初步形成了一整套与教改实际相配套的机制。

  针对演示实验工作不好量化的实际,教务处以立项的方式予以补贴,每年给基地补贴两个编制,并努力探索和力争实现考核方式逐步由工作量考核向目标考核转变。这样的方法也在其他教改项目和大项目中推广开来。此外,学校还专门制订了基地建设与管理的4个优先、基地教师队伍建设的4个优先、基地可持续发展的4个保证等一系列专门针对教学基地建设的特殊政策,以此来保证基地和实验室的可持续发展。

  对教学的大投入,得到了高回报。电工电子和物理两个国家级工科教育基地以优秀成绩通过评估,特别是在第5届国家级教学成果奖评选中,个举获得特等奖1项,二等奖7项。王永平副校长不无骄傲地说,这次能够摘取特等奖,就是我们在加强实践动手能力全面布局,某些点上开花的具体体现。

  从80年代中期党中央做出《关于教育体制改革的决定》到今天,我国高等教育改革已经走过了20年的历程。尤其是近年来,经过各方面的不断努力,大家对“体制改革是关键,教学改革是核心,教育思想和教育观念的改革是先导”已经耳熟能详,教改也取得了不少的成绩。但是,主动适应社会经济发展需要,进一步把教学改革引向深入,似乎遭遇了“瓶颈”。

  就全国范围而言,几乎大部分高校的实验教学都是比较薄弱的。然而,教师尤其是很多有才华的青年教师却不愿意去从事,甚至是关注教学改革。在接受我们的采访时,王玉风他们再三强调,我们得这个奖并不在于自己做的有多好,而在于率先做了,并且坚持下来,不断改进。

  物理演示与探索实验室项目能够获得几轮评委们的充分肯定,并最终夺取特等奖,可谓是“十年磨一剑”,它是这么多年来交大几代人,长期工作,付出了辛勤劳动而换来的。虽然人员也在变动,但是团队精神却是贯穿始终的。用王金华校长的话说,是坚持下来,很不容易。他认为,其实教学上的好多事,不是大家没有想到,关键是能不能坐得住,能不能坚持到底,是不是把它当成一种事业钻研到底。

  王玉风老师认为,教学改革是难,但也不是难到了不能落实的程度,也没有到那份上。我们这一些人并不是什么能力特别突出,关键在能做,不急功近利。教学改革谁都能做,但也确实要有—定的机制。

  诚然,要把教学改革推动下去,涉及到诸多因素。但关键的一个,还是对决定培养人才培养质量的教师水平高低如何来评价?搞科学研究拿大项目,写高水平的论文,当然水平高,但是要真正能把教学的规律做了比较深入的研究,或者在教学创新上有了比较大的成果,这也是水平。如果大家承认教学成果不是一奉献就能做出来的,打心里认为这就是水平高,深化教学改革难的问题就好解决了。

  目前,高等教育的工作重点已经从重视规模发展转到在重视规模发展的同时更加质量。社会对高等教育质量也给以前所未有、空前的关注,把学生的利益纳入教改视野,尽快构建科学的教学水平评价机制,吸引和激励广大教师投身于教学改革和建设工作之中,千方百计切实地提高教学质量,办人民满意的高等教育,这不仅是王玉风老师及其团队,北京交大管理者们的孜孜以求,也是国家对大学的具体要求,更是学生、家长,乃至全社会的企盼。

  《中国高等教育》2006年第5期

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