强基计划点到的物理专业教学怎么改

   阅读推荐:教学改进

 

导语:2020年1月13日,《教育部关于在部分高校开展基础学科招生改革试点工作的意见》印发,决定自2020年起,在部分高校开展基础学科招生改革试点。

 

强基计划旨在选拔培养有志于服务国家重大战略需求且综合素质优秀或基础学科拔尖的学生。聚焦高端芯片与软件、智能科技、新材料、先进制造和国家安全等关键领域以及国家人才紧缺的人文社会科学领域,由有关高校结合自身办学特色,合理安排招生专业。要突出基础学科的支撑引领作用,重点在数学、物理、化学、生物及历史、哲学、古文字学等相关专业招生。建立学科专业的动态调整机制,根据新形势要求和招生情况,适时调整强基计划招生专业。

作为强基计划的重点招生专业,物理专业再次引起关注。物理专业培养可以怎么改?教学改进可以从哪些方面着手?本文将介绍一些国外高校案例,供国内高校参考。

 

物理专业的“冬天”

2011年,得克萨斯州高等教育协调委员会(The Texas Higher Education Coordinating Board)依据前一年制定的标准——5年培养25名毕业生,决定淘汰64个未能达到最低门槛的专业,另有145个专业因“表现不佳”被建议“自愿撤销”。

协调委员会表示,这一决定将让得克萨斯州更有效地利用资源。虽然撤销不受欢迎的专业没有什么本质上的错误,但是这个过分强调大学培养毕业生数量的决定也存在争议,其中最响亮的质疑声莫过于认为此举将给数学和科学领域的专业带来伤害。以物理专业为例,得克萨斯州高校中25个本科物理学专业中13个被判定“表现不佳”,其中6个被要求淘汰或合并。

曾任南卫理公会大学(Southern Methodist University)应用科学学院学术院长的杰弗里·奥萨克(Geoffrey Orsak)就撰文表示,得克萨斯州高等教育协调委员会本着效率精神为专业设置了最低生存门槛,可如果该门槛适用于国家的所有物理专业,那么根据美国物理学会(American Physical Society)的统计,760个物理专业中的526个将不得不被撤销。当下,现代科学、工程和医学企业都需要具备物理知识的人才,尤其在科学与工程扮演着非常重要的角色的得克萨斯州,“撤销任何科学领域专业似乎都是因小失大。”

尽管得克萨斯州高等教育协调委员会表示,淘汰专业并不代表大学将停止提供这一学科的课程,并且根据该协调委员会的统计,20062010财年,拟淘汰专业的毕业生仅占本州物理专业毕业生的1.7%,占STEM专业(包括科学、技术、工程、数学学科领域专业)毕业生的0.7%,因此也不会对STEM专业人才培养产生损害。但奥萨克文章中所担忧的那些不提供物理学位的大学将很难吸引高素质的物理教师,确实也是不能回避的问题。

 

太难,也太无趣

没能培养足够数量的毕业生,这背后有个很重要的原因是学习这些专业的学生数量本身就少,而比这更让教育工作者忧心的是还有一些学生选择中途放弃。2011年,一份报告称,计划读STEM专业的学生中大约有40%或最终转换到其他专业,或最终没有拿到学位。于是如何保证在高中时对STEM专业感兴趣的学生进入大学后依旧兴趣不减,成为教育工作者遇到的另一挑战。

同年,美国一媒体发表的一篇文章也对这个问题产生的原因进行了探讨。文章认为一个重要的原因是这些专业太难了。文章引用维克森林大学(Wake Forest University)经济学教授凯文·拉斯克(Kevin Rask2010 年发表的一项研究结论——通过查看一所小型文理学院20012009年间的学生成绩单发现,化学专业的GPA最低,平均分为2.78(满分4分,下同),其次是数学专业,平均分为2.90。而教育、语言和英语专业学生的GPA则相对较高,分别为3.363.343.33。分数低不仅意味着毕业困难,也会阻碍学生奖学金的申请,如果有学生因此转换专业也就在情理之中。

但大峡谷州立大学(Grand Valley State University)数学系教授罗伯特·塔尔伯特(Robert Talbert)认为,媒体文章中涉及的另一个问题也不能被忽略——这些专业不仅难学,而且“没有意思”。他提到文章中的一段话:“初中和高中的学生能从中找到很多快乐,比如建立他们的模型,将鸡蛋放入水中,测试牛顿第一定律……而当学生进入大学,与几百名学生坐在阶梯教室吃力地完成一堆微积分、物理、化学课程的学习时,很多人感到精疲力竭。”这让他想到,学生放弃并不是因为难,而是因为要为“不值得”的事情付出努力,他相信这是大学生离开STEM专业的真正原因。于是让学生在大学学习中感到他们之前所看到的“艰难的乐趣”并不只是一种幻象,而是解决这个问题的关键。

 

从“没有意思”到“有点意思”

为了吸引、留住更多STEM专业学生,弥补美国工业领域人才缺口,近几年支持大学教师进行相关课程教学改革成为STEM专业人才培养策略之一。麦可思研究在多篇文章中也做过介绍。

回顾这些案例就会发现,此类教学创新改革大多集中在与现实生活相对更为紧密的应用科学领域,如工程专业的教学中。像以学科知识本身为研究对象、频繁与公式打交道的基础学科,如数学、物理专业,在教学方式改进方面可以从哪里入手?目前提及比较多的是转变传统的“讲座式”授课方式,引导学生主动学习。

《自然》(Nature)杂志在20157月刊发的《大学学习:改进科学学科本科教育》(University Learning: Improve Undergraduate Science Education)一文中指出,教师课上参照幻灯片对学生进行单向传输的做法只会让学生更加反感STEM专业,教学过程中必须鼓动学生积极主动地发现问题、分析问题、解决问题。具体如何操作?发表于2012年的论文《在物理入门课程中使用基于研究的教学策略》(Use of Research-Based Instructional Strategies in Introductory Physics),罗列了24种可引导学生主动参与课堂教学的教学策略,包括同伴教学法(Peer Instruction)、互动示范讲座(Interactive Lecture Demonstrations)、合作小组解决问题、及时性教学(Just-in- Time Teaching)等,多数教学技巧属于翻转课堂的范畴,学生在课外阅读大量资料,在课堂上与同学和教师运用学习到的新知识,一起解决问题。

 

注:

同伴教学法:学生课前预习后提出一系列问题,教师在课上鼓励学生对理解有分歧的问题展开讨论,使得学生在讨论过程中表达自己的想法,加深理解,掌握所学内容。

互动示范讲座:学生对课堂演示结果的预测。他们观察实验或示范,描述结果,并讨论和反思观察到的结果。

及时性教学:课前教师将上课内容告知学生,学生进行预习并完成课前测试,教师根据学生测试结果确定上课重点。

 

“主动学习”的好处是不仅能让课程“好感度”加分,而且有助于提升学生的学习质量。如华盛顿大学生物学教授史考特·弗里曼(Scott Freeman2014年通过对225STEM专业教学方法进行研究后发现,主动学习教学法能将课程教学失败率减少约1/3

英国西苏格兰大学(University of the West of Scotland)研究发现,STEM专业学生以小组的形式共同参与问题讨论,其课程分数会提高20%

 

结语

教育部部长陈宝生曾表示,到2020年我国将全面建立起新的高考制度。为防止出现“大量考生放弃物理”的情况,强基计划的发布可以说是给更多基础学科教育释放出了一个积极的信号。

 

 

主要参考文献:

[1]温才妃. 弃考物理,高校能否化解死结[N].中国科学报,2017-10-315.

[2] Katherine, Mangan. Texas Board Requires the Phasing Out of 64 Degree Programs With Low Enrollments[EB/OL]. The Chronicle of Higher Education, 2011-10-27.

[3] Robert, Talbert. Is math too hard? Or just not interesting enough?[EB/OL]. The Chronicle of Higher Education, 2011-11-08.

 

文/麦可思 郭坤

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