摘 要：为了培养具有创新意识的卓越人才，作为国家级教学团队的同济大学物理教研室的教师一直致力于教学模式的改革与应用。从教学实践中不断探索、总结更加符合教学规律，更加契合现代教育理念的教学模式：数字化教学、实验探索演示、基于手机的课堂互动、全英文与双语教学等相结合的新教学模式在工科物理、医用物理和文科物理等大学物理教学中得到全面有效的运用。
关键词：教学模式；创新人才培养；大学物理教学；教学手段
大学“普通物理学”课程是理工科类大学最重要也是涉及面最广的公共基础课程之一。为了培养具有创新意识的卓越人才，同济大学物理系一直致力于教学模式的改革与应用，从教学实践中不断总结经验，努力探索更加符合教学规律，更加契合现代教育理念的教学模式。
同济大学“普通物理学”教学模式的改革，是基于现代教育理念的一项有益创新和实践。现代教育观认为，创造是现代人的本质特征，培养学生的创新意识和创新能力，是现代教育的出发点和归宿。为此，我们的教学模式改革的定位正是将培养卓越创新人才作为我们的最高任务和目标。
一、教学模式的探索、实践和创新
1. 教学手段不断创新
为了提高教学质量，提高教学效果，为培养卓越创新人才提供较有力的技术支持，近年来，我们在教学手段的不断改进和充实，不断完善和创新方面下了很大的工夫，取得了喜人的成绩。
（1）信息技术工具使用。在教育部“使用信息技术工具改造普通物理学课程”项目的支持下，同济大学联合全国十余所兄弟高校共同开发了物理教学数字化平台。设计和开发的近120个物理数字化模型课件覆盖了包括力学、电磁学、热学、光学和近代物理学等各个部分，其特点是系统全面，风格统一，功能齐全，贴近教学。
首先，从教师的角度来看，由于本项目研制出的物理模型课件的引入，使得我们在原有Flash，VB等演示动画的基础上，在电子教案中能够系统地加入了该项目的研究成果即模型课件，使得教案更加直观、生动和有趣，更有利于激发学生的学习兴趣，更有利于学生对物理概念和物理规律的理解和掌握。
其次，从学生的角度看，信息技术工具引入普通物理教学，需要引入科学研究方法，引入科学计算和计算机模拟手段。将信息技术与物理教学内容有效结合，使学生看到信息技术在物理学研究中所能解决的具体问题，激发了学生参与和探索的动力。这样才能使他们分析问题和解决问题的能力得到应有的训练。
通过调查，95%以上的学生认为在物理课上有必要使用信息技术进行辅助教学。96%以上的学生认为物理教学数字化平台有助于自己对物理概念的理解，85%以上的学生表示物理教学数字化平台有助于激发自己的学习兴趣，可以帮助自己提高分析问题和解决问题的能力。其中，模拟仿真和演示分析，通过调节参数，分析各种相关因素对物理现象和规律的影响，最直接展示出一些相对比较抽象的物理过程，深受学生欢迎。
（2）探索演示实验室使用。.面向全校本科生开放物理演示实验室，为学生提供了理论联系实践的场所，更为学生进行探究式学习提供了不可取代的自主学习平台。应用物理演示实验，是培养学生探究未知能力，实践能力和创新能力的必要途径。
在我们的“普通物理学”课程教学中，除了教师根据教学要求，将精心设计的教学演示实验，在课堂上向学生演示之外（即使是在课堂上，教师也鼓励学生成为演示实验的主角），物理探索室还向每个学生提供实践基地，营造探索环境，帮助学生探究和创新。教师组织学生到探索实验室进行集体观摩，课后学生根据自己的兴趣和爱好，自行到探索实验室进行实验和研究。每学期接待前来参观的全校本科生约4000人次。目前物理演示实验室包括力学、振动与波、电磁学、光学、热学、近代物理共六个探索室，所涉及的探索实验将近200余个，并且还在不断开发新的演示实验，以满足教学和学生学习的需求。
（3）手机课堂互动系统使用。我们在数字物理移动学习平台上开发的“基于手机的课堂互动系统”具有以下几个特点：①普通手机即可参与，无需另外购买专门的终端设备；②实时统计答题结果，柱状图展示答题统计结果；③教师使用方便，可在原有的PPT中灵活展示互动题目，无需专门培训；④所有学生均能参与，让大班课堂能真正互动起来。
目前，手机课堂互动系统已经开始在“大学物理”、“医用物理学”和“文科物理”等课程试用，用于大班的课堂互动教学。在大班课堂教学中实现学生合作学习、师生互动、生生互动的功能。成为目前所进行的教学模式改革的新亮点。
同济大学物理教研室有近50%的教师以及他们所教授的班级50%以上的学生正在使用该系统进行课堂互动。由于教师的积极参与，手机课堂互动系统的题库也在进一步完善中，它将覆盖力学、电磁学、热学、光学和近代物理。题目的设计较之一般的练习题显得更加有趣，赋予思考的深度，更能激发学生的学习兴趣，引导学生进行互动式、启发式学习。
（4）教学网站的使用。每个学期开始，教师都要求学生注册和登陆物理教学网站（http：//cai.tongji.edu.cn），借助于网络教学系统，进行自主学习。给学生的课外学习提供了一个高效的研究型学习平台。根据统计，历届登陆该网站的学生人数达到80%以上。
由信息技术与课程相互融合而打造的这个平台，提供了丰富的和教学相关的资讯。包括网上教材、自学指导系统、检索系统、网上学习研究栏目和物理教学设计。
依靠丰富的网络教学资源和强大的信息技术支持，学生除了可以获得教师发布的课程信息如电子课件、作业答案、计算机编程的视频录像、网上测试、智能作业等，还可以根据自己的兴趣和爱好，进行探索式研究式自主学习，如数字化网上交互系统就给学生提供了一个卓有成效的自主学习平台。
这样的学习模式不受空间和时间的制约，延伸了学生获取知识的途径。不仅使得学生的学习变得更加便捷，而且学习起来更加自主、高效。更是在学生能力培养方面起到了不可或缺的作用。
2. 教学方法不断改进
在培养卓越创新人才思想指导下，我们长期在教学方法上进行改进和完善，侧重在课内和课外两个方面培养学生的综合能力，以求全面覆盖学生的整个学习过程。
（1）课内提高学生教学参与度。在课内，通过提高学生参与课堂教学的程度，激发学生学习的主动性和能动性，加强课堂互动。我们在课程的安排上加入了包括课堂交流，手机应答，课堂讨论和课堂演示等环节，充分发挥学生在教学中的主体地位。
① 课堂交流。我们在探索实验室的各大类实验中，选取一定数量的实验题目，让学生按照自己的兴趣自主选题。他们到探索实验室将相关的实验和问题搞清楚后，制作成多媒体教案（包括ppt和视频等），在课堂上与同学交流，并且接受老师和同学的提问。在这个过程中，学生不仅培养了动手能力如进行探索实验和制作教案，也培养了独立思考问题和解决问题的能力，即将已有的问题弄清楚，还要提出新的问题与其他同学进行讨论，当然还进一步培养了他们与同伴的协作能力和语言表达能力等。再者，在教与学的位置互换中，学生也亲身体验了教学过程中另一种角色。很多学生都是第一次走上讲台，那种激动的心情难以用语言表达，学生参与教学的热情空前高涨。
这项课堂交流是历年学生参加人数较多（约占班级总人数的20～30%左右。受课时数限制，实际报名人数远远大于这个比例），成为深受学生欢迎的课堂交流模式。交流的题目有道尔顿板演示仪实验、热力学第二定律演示仪实验、动感流水画、电光魔球、彩色影子和激光综合演示仪等。
② 课堂讨论。由于大班教学的局限性，使得大面积课堂讨论成为难点。但是，在我们构建的“基于手机的课堂互动系统”平台，该系统能让所有学生均能参与课堂讨论，让大班课堂教学能真正互动起来。
例如，在学习狭义相对论时空观的洛伦兹收缩时，我们给学生讲了测量效应和视觉效应的区别，为了充分激发学生深入思考和解决问题的能力，我们设计了关于视觉效应的手机应答题，让全班学生参与讨论。学生在经过深入的思考后，通过手机将自己选择的答案发送，在屏幕上实时显示了学生所选答案的答题统计结果。统计结果出来后，再进一步组织学生进行课堂讨论，请选择不同答案的学生到讲台上来阐明自己的观点。经过两轮的研究和讨论，学生们不但将已经提出的问题弄清楚了，还为他们在课后的研究留下了思考的余地。
③ 课外拓宽学生发挥潜能空间。在教与学的整个过程中，很大一个空间和时间是学生自己的。学生在课堂的学习时间是有限的，所学知识也是有限的。如何利用好课外时间，教师有责任给学生提供学习建议和方案，引导他们利用好课外时间，这也是我们培养卓越创新人才的一个很有效的途径和方法。但是如何给予学生有效的课外学习指导，应该因人而异，差别化设计，本着充分发挥每一个学生潜在能力的原则，发挥他们各自的长处，扬长避短，激发他们学习的认同感和自豪感，基于这样的理念，我们给出的学习方案包括：梳理课堂知识、写总结报告；自主选题、写读书报告；发现问题、写研究报告；参加教改课题、写小论文。此外，还可以参加学校组织的物理竞赛和上海市组织的物理竞赛等。所有这些方案都是在学生自行选择的基础上进行的。为了鼓励优秀的，具有创新意识的学生脱颖而出，我们在最后的期末考核中，对这些学生进行奖励。
近两年，学生在教师的指导下开发了很多程序，有的制作成了课件。如伯努利现象、粘滞流体在水平管道中的流速、偏振光的干涉、双折射等。特别是动画模拟演示实验、如四筒比滚演示实验，傅科摆演示实验、蛇形摆演示实验、菲涅耳双面镜演示实验和电子双缝演示实验等。除了将演示实验用3D立体展示外，还可以调节参数，更好地用于教学和学习。
学生还在相关刊物上发表学术论文数篇。
学生参加国家级、校级物理竞赛成绩优异。我们所教授的班级2010年参加上海市（全国部分省市）物理竞赛，获奖人数达32人（上海赛区共400人获奖）；2011年参加上海市（全国部分省市）物理竞赛，获奖人数12人（上海赛区共65人获奖）。
（2）双语教学。为了适应当代科学技术高速发展，科研成果层出不穷的新局面，为了培养学生阅读英文文献和从事科学研究所需的专业学科知识，提高学生科学及人文素养，培养和国际接轨的高素质人才，在大学物理教学中开展双语教学，即采用英语这个工具作为知识传授载体，这种教学方法成为教学改革中一项有益的尝试。
同济大学大学物理双语教学的试点工作开始于2002年，到2012年已经实施了十轮。试点班的规模基本上为50人左右，对象主要是电子信息学院的学生以及部分留学生。
① 教材使用。教材采用哈里德Halliday等著的Fundamentals of Physics。教学参考书英文主要有蒂普勒、塞尔维的物理教材以及费曼讲义等，中文有赵凯华等的新概念物理系列以及张三慧的《大学物理学》，学生可以通过教学网站下载教师提供的教学资料和讲义。
② 授课方式。在教学过程中采用英语教学，采用英文多媒体电子教案授课，在授课的过程中还播放一些英语原版音像材料。在教学过程中通过讨论会seminars的形式，培养学生的组织和整理外文资料的能力以及学生之间分工和协作的能力，在学生的讨论题目中包括人工智能、光子晶体、太空旅行等内容。所有这些双语教学方法，都是为了引导学生进行探究式学习，培养学生的英文运用能力，为后续的科学研究打好基础。
③ 考核方式。考试的命题采用题库命题和自主命题相结合的方式，选择题来源于教材提供的题库test bank，短文阅读取材于科研杂志以及同类教材，计算题主要来源于中文试题的翻译。
④ 统计结果。我们针对试点班的同学进行了问卷调查。在双语教学效果上，94%学生认为采用双语授课，在学习物理的同时能够提高英语水平；80%学生认为在双语教学中开展讨论课的活动，通过组织和整理外文资料，促进了思考问题的深度，有利于提高科研能力。调查结果还显示许多学生特别是成绩优秀的学生认为生动的授课方式和外语授课的形式是吸引他们参加双语教学班的主要原因。
3. 教学内容不断拓展
结合教学手段的创新和教学方法的改进，教学内容得到重新组织安排，教案得到进一步优化，教学内容更加丰富多彩，生动直观，更加吸引学生。教学的深度和广度得到进一步拓展。
首先，由于数字化信息技术的使用，模型课件引入教案，研究物理问题的范围大大加宽，原来受到计算方法限制的许多问题得以解决，教师在教学中更加注重物理模型和物理思想方法的运用。
其次，探索演示实验的应用，使得教学内容的触角延伸到课外。许多问题的研究都不在教学大纲所规定的范围内。但是，这些问题与科学技术和现实生活更加贴近，更能激发学生的学习兴趣，拓宽他们的知识面，引导他们向更高的学习目标前进。
4. 课程考核模式不断改革
在探究式学习这种新的教学模式下，对于学生的考核，更加注重学习过程的考核，注重考核学生的综合能力包括创新能力。为此，我们从两个方面入手。首先，加大了平时成绩所占比重。平时成绩更加注重学生参与教学和进行自主式探究学习的成果，小到学生所做的学习小结、读书报告和课件制作等，大到研究论文和参加物理竞赛的获奖情况，都会在平时成绩中体现出来，并计入期末总评分。其次，从考试内容入手，加入能力培养方面的考核内容。比如，数字化教学和探索实验都会在期末考试题中占有一定的比例（10%）。这样，对于学生的考核标准更加合理和科学。这种考核模式也得到了绝大多数学生的认可。
二、推广应用
（1）教学方案在设计和完善。教学是一个获取知识、启迪思想、激发潜能、培养能力的过程。它需要教师根据自己的教学能力设计一种教学策略，通过优化的教学手段和教学方法，在课堂上将教学内容精彩而生动地展示给学生，并且在课后进一步挖掘学生自主学习的潜力。
在整个教学方案的设计过程和教学中，根据不同章节的内容特点和教学要求，设计了探索实验课堂演示，信息技术工具使用（物理教学数字化），课堂交流和讨论（学生参加讲课和手机应答互动），课外论文或读书报告和单元小结提交，脚本和程序编写等学习方案。每个教师在大的框架下，正在逐步完善各自的个性化教学方案。
（2）教学模式在全面推进应用。新的教学模式充分考虑到学生的个体差异性，本着积极发挥每个学生潜能的原则，在创新思维能力、计算能力、想象能力、逻辑推理能力、动手能力等诸多方面给予学生充分发挥其聪明才智的平台，让学生有效地参与教学的全过程。让他们的学习变得更加富有生动性、趣味性和多元性，富有独立性、自主性和创造性。
目前，新的教学模式正在全面实施和应用之中，取得了很好的教学效果。
三、创新点
综上所述，经过多年的教学实践和总结，建立了一整套立体化物理课程培养卓越创新人才的崭新教学模式。具有以下几个创新点：
（1）数字化教学。紧跟现代信息技术的发展，在“使用信息技术工具改造‘普通物理学’课程”项目上开发的“物理教学数字化平台”，将数字化物理模型应用于教学，比较以往的Flash，VB 更具优势，教学效果更加显著。
（2）探索实验演示。经过十几年精心打造的物理探索实验室，在上海乃至全国影响力大，辐射效应广。应用于教学，服务于教学，功能显著。是学生学习、实践和探索的基地，为培养具有创新精神和能力的卓越人才，发挥有力作用。
（3）手机互动应答。“基于手机的课堂互动系统”的大力推广和使用，为师生互动、生生互动提供了有效的平台，使得所有学生均能参与课堂讨论，启发学生深入思考，培养学生解决问题的能力，让大班课堂教学能真正动起来，教学效果明显。
我们在大学物理教学实践中，充分体会到教学模式改革的重要性和急迫性，在各级领导关心和支持下，长期坚持实践和探索，不断研究，总结经验，取得了一定成果。希望我们建立的教学模式，随着教学改革的不断深入而更加趋于完善，希望大学物理课程，在培养国家所需要的卓越创新人才中，发挥重要作用。
参考文献：
[1]侯自新. 注重学思结合 注重知行统一 注重因材施教——人才培养模式改革创新中的数学课程建设与改革[J]. 中国大学教学，2012（3）.
[责任编辑：文和平]
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大学阶段是学生自我管理的过渡阶段，也是个人进入社会独立精神形成的阶段。我国大学生的管理，一般沿用中学式的管理方式，教学和管理系列相对分立。而在美国的大学，则充分强调个人责任，培养学生自我意识的约束。例如，对于辅导课，必须签有个人合同，一旦做出选择，必须完成，而且成绩记入档案。
六、小结
从课程设置到教学过程设置的差异而言，在一定程度上影响了中美两国高校在培养学生创新意识上的不同。例如，在美国不同学校和不同级别的学校（中学、研究生）学分互认和转入制，使得学生在学校学习期间选择课程时具有较大的灵活性，自主支配的时间较多，更容易建立起自己的兴趣点。而在每个阶段都设有荣誉课程，这样既可以获得更多的知识，也可以把这些学分带入下一阶段，较强弹性的学习给学生提供了更多思考和自主支配的时间。
在美国，如何写论文在大学之前就开始训练，在本科阶段更是强调对专业知识的探索和创新，学生通过对论文的写作可以将不同阶段、不同课程学习的知识进行综合。在我国，本科阶段的毕业论文突出强调的是对专业课程的综合应用，本科毕业学期所做的论文相对所学专业课程知识的覆盖很有限。
对于实践课程，尽管我国历来对实践课程重视，但是受制于实验条件和学生对实践性课程参与意识不强的影响，如何把实践性课程和科学研究紧密结合起来，尤其是有效、有机地结合，已经成为当前高等教育教学改革中一项亟须脚踏实地、循序渐进的重要工作。
[本文得到兰州大学教学研究项目“大气科学专业‘预报’课程结构体系建设的研究与实践”资助]
[责任编辑：周 杨]
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