來華留學生工科《大學物理》全英文教學精品課程建設的理念 實踐與探索**

何 敏 肖傳云

(南京理工大學理學院 江蘇 南京 210094)

隨著中國綜合國力的迅速增強和經濟全球化進程的不斷加快，教育國際化成為我國高等教育發展的必然趨勢和緊迫要求.2010年中國政府頒布了《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》[1]，明確提出擴大教育開放，鼓勵高校加強國際交流與合作，進一步擴大外國留學生規模.為了落實上述綱要，教育部在2010年推出了“留學中國計劃”，其目標是到2020年將我國發展成為亞洲最大的留學目的地國家，全年在內地高校及中小學校就讀的外國留學人員達到50萬人次，其中接受高等學歷教育的留學生達到15萬人[2,3].

根據國家高等教育國際化發展規劃，2010年江蘇獲準成為全國“完善留學生培養體制機制，擴大留學生規模”的4個國家教育改革試點省份之一[4,5]，將留學生教育的規模、質量和結構列為高等教育國際化和現代化的基本指標.

特別是,自2013年習近平總書記提出“一帶一路”合作倡議以來，我國重點大學吸引了越來越多來自“一帶一路”沿線國家的國際留學生.這些國家大多數屬于發展中國家和新興市場國家，對工業和經濟發展有強烈渴望.因此，這些國際留學生中有相當一部分進入我國重點理工科大學學習工程類專業，希望學成歸國服務于本國的經濟和科技發展，并將成為未來傳播中華文化、發展對華交流的中堅力量.這是我國重點理工科大學走向國際化的一個契機，也對我們實施全英文教學、提高工科國際化人才培養水平提出了挑戰.

為了貫徹落實教育部制定的“留學中國計劃”，特別是響應習總書記提出的“一帶一路”發展戰略，江蘇省教育廳于2014年制定了《留學江蘇行動計劃》，并于同年啟動了江蘇高校省級外國留學生英文授課精品課程建設項目，計劃到2020年建成300門省級英文授課精品課程[5].

南京理工大學自2014年來，開始設置并逐步完善計算機科學與技術、自動化、電子工程、機械工程、化學工程、土木工程等多個全英文培養國際留學生的本科專業.眾所周知，《高等數學》和《大學物理》是所有這些工科專業中最重要的基礎課.因此，如何確保這些基礎課的教學效果，提高這些課程教與學的質量，成為這些工科專業國際留學生培養成功的基礎和關鍵[6].為此，南京理工大學理學院選派數位具有多年國外學習和工作經驗，且活躍于科研一線、常參與國際學術交流的物理教師，組建了留學生工科《大學物理》全英文教學小組，承擔了學校本科留學生工科《大學物理》全英文教學工作，并于2015年立項成為江蘇高校省級外國留學生英文授課精品課程College Physics (大學物理) 建設項目.在本文中，我們試圖對數年來《大學物理》全英文授課精品課程建設的建設理念、經驗體會、教學方法和問題挑戰作一個系統的闡述和分析總結，以期進一步提高教育質量，增進教學效果，并與同行進行交流.

1 課程特點 任務和理念

物理學是自然科學的基礎學科之一，是研究物質的基本結構、相互作用和物質運動最基本最普遍的形式.由于其研究對象具有極大的普適性，物理學的基本理論已滲透到自然科學的所有領域，并廣泛地應用于生產生活的各個部門，成為自然科學和工程技術的基礎.以物理學的基礎知識為內容的大學物理課程，包括經典物理的力學、熱學、電磁學和光學，以及近代物理的相對論和量子論簡介等內容，不單是高級工程技術人員所必備的基礎知識，同時也對培養青年學生的現代科學素養具有不可替代的作用.因此，這一課程是我校所有理工科專業本科留學生的必修課程.本課程旨在通過理論教學(學生另外同時研修《大學物理實驗》)，使得工科留學生一方面較系統地掌握力學、熱學、電磁學、光學等經典物理知識，為后續專業課程的學習打下必要的物理基礎；另一方面，使學生初步學習科學的思維方法和初步的自然科學和工程技術的研究方法.此外，我們還希望通過本課程，培養學生應用微積分等數學工具建立簡單模型，分析和解決物理問題的能力[7].

2 現狀 方法和經驗

2.1 基本現狀

我校工科本科留學生主要來自“一帶一路”沿線發展中國家，包括中亞、東南亞、中東、非洲、拉美等地區.學習工科《大學物理》的人數，從高峰年份的100多人，到今年的30多人，受中國政府和學校獎學金政策變動等因素影響而有較大波動.

由于留學生來源國的經濟發展和基礎教育水平差異較大,留學生群體的數理基礎參差不齊.比如，來自經濟持續穩定發展的哈薩克斯坦留學生，數理基礎普遍比來自非洲地區的學生好很多，后者中的多數學生連高中物理中的相對速度、矢量加減法都未曾了解.另一方面，留學生來自以不同語言為母語的各個國家，其中來自某些前英屬殖民地國家的留學生母語為英語，但對多數學生來說，英語也是外語，這毫無疑問為全英文教學帶來困難.此外，由于留學生不同的文化和宗教背景，在《大學物理》等基礎科學課程教學中可能會引起相應的文化和文明沖突[8].

整體來說，留學生的數理基礎普遍比經過中國扎實的基礎教育和嚴格的高考選拔出來的國內學生差很多，因此教學的起點應該比國內學生低.經過數年全英文教學實踐，我們發現有少量資質基礎較好，學習態度認真的學生，能在兩個學期的大學物理課程學習后，獲得可以與國內優秀學生相比擬的知識和能力，能在課程考試中取得不錯的成績.但對多數留學生來說，只能適當降低要求，使之通過本課程學習，盡量熟悉后續專業課所需的物理基礎知識.

2.2 教學方法和經驗

針對上述現狀，我們經過實踐和摸索，不斷改進教學方法，獲得一定的效果，試總結如下.

第一，我們選用美國Douglas C.Giancoli編寫的《Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics》(高等教育出版社翻印出版)作為本課程的教材[9].這是一本美國理工科大學大學物理課程通用教材，語言通俗流暢、敘述嚴謹科學，圖文并茂，十分適合于來自不同母語國家留學生的全英文教學.這本書的特點是，如同一般美國大學教科書，起點較低，講解詳盡透徹，例題和習題豐富生動.比如力學部分，這本教材就是從國內高中物理的一維勻加速直線運動和牛頓運動定律的簡單應用講起，有利于數理基礎薄弱的多數留學生補習和鞏固高中物理知識.另一方面，本書對一些論題的敘述又是深入淺出的，比如講完電容電感，便深入到RLC電路充放電過程的數學論證及其簡單應用，這超出國內工科《大學物理》傳統教學內容，卻是理論聯系實際的典型例子.

此外，我們還選用哈里德編寫的另一本美國通用教材《Fundamental of Physics》作為參考書[10].對于教師教學及學有余力的優秀學生，我們推薦參考耶魯大學R.Shankar近兩三年編寫出版的《Fundamentals of Physics》[11]，以及著名物理學家、諾貝爾獎獲得者費曼(R.Feynman)所著《The Feynman Lectures on Physics(費曼物理學講義)》[12].前者是當今活躍的理論物理學家Shankar教授在耶魯大學講授《大學物理》名牌課程多年后，形成的最新教材，內容嚴謹，風格活潑，我們從中(及其相關授課視頻)學習其講法，受益良多.后者是半個世紀來享譽世界的物理學名著，費曼對很多基礎物理問題深入淺出地探討和講解，對教師的教學和優秀學生的自學提高尤其具有啟發意義.

第二，我們的教學手段不完全依賴于PPT，而是PPT和黑板板書并重.對于基本知識點的介紹，特別是圖片、動畫等需要形象介紹的內容，PPT演示顯得更直觀而讓人印象深刻[7].比如講述質心運動時，跳水運動員質心的拋物線運動軌跡(忽略空氣阻力)就必須依靠PPT展示.但對于物理定律背后的原理推導，比如力學中的質心運動定理，保守力和機械能守恒定律，簡諧振動的運動方程等論題，我們均在黑板上進行詳細的數學推導，力求學生入腦入心.另一方面，對于課堂例題及其圖示，為了節約時間，我們事先已在PPT上準備好；但對其求解過程，我們則在黑板上進行演示講解.實踐證明，對于《大學物理》教學,PPT和黑板板書并重這一手段，比起單純依靠PPT或黑板板書的效果要好得多.

另一個值得指出的教學手段是中國特色社交工具的使用.每個學年，我們都為本課程建立QQ群、微信群.在開始新的一章授課內容之前，我們將本章PPT放到QQ群供學生下載瀏覽，初步熟悉即將要學習的內容.更多的關于教學內容、重點難點、家庭作業、課程相關的通知等，則在微信群中進行討論交流和發布，這些交流可以是教師和學生之間的，也可以是學生和學生之間的.這些社交工具的使用，使得教與學之間的互動更加實時而活潑，并且延伸到課后和教室之外，同時還大大增進了留學生對移動互聯網時代的中國科技、社會和文化的興趣與了解，受到普遍的歡迎.

第三，我們引入多樣化的考核評價體系，對學生的學習效果進行考核和評估，目的不是評價本身，而是激勵學生的學習自主性和積極性，促進學生對課程內容的理解，提高教與學的質量.具體地說，我們的考核手段包括課堂口頭問答，課堂小測驗(Quiz)，期中考試(Midterm)，期末考試(Final)和以自愿形式提交的探索性課程小論文等.學生最后的總成績，由上述各部分加權平均得到.

對于課堂問答環節表現積極的同學，我們以印象分形式計入課程總成績.課堂小測試多以5～8 min解一個與新講知識點相關的小問題的形式進行，學生各自獨立完成.期中考試和期末考試包括8～10道解答題，每道題包括兩三個小問，考察學生對重要知識點的理解，以及運用所學原理和適當數學工具解決具體問題的能力.我們還鼓勵有興趣的學生選取與所學內容相關的一個論題，通過查閱資料深入了解甚至研究這一論題，撰寫探索性的課程小論文，并進行簡單答辯.通過答辯后，這可以作為額外獎勵計入總成績.比如，一個成功的例子是，在學習了單擺小角度簡諧振動的知識后，我們提出一個開放性的問題：如果擺動角度較大，超出小角近似的合理范圍，擺的往復運動周期該如何計算.我們在黑板上演示相關運動二階微分方程的推導，指出這一方程無解析解，鼓勵有興趣的學生課后利用數值方法通過計算機編程求解該問題.有兩個非常積極的學生進行了嘗試，在我們的指導下，編出程序初步解決了這一問題.這樣開放性的考核方式，對于培養優秀學生的初步科研能力是非常有幫助的.

第四，不拘泥于傳統教學內容，我們結合所使用的國外教材，強調教學內容與工科專業后續專業課程所需物理要求的銜接，同時激發學生學習物理的興趣.比如，國內工科《大學物理》教學內容并不包含三相交流電、三相異步交流電動機原理等內容.我們的課程中，在講授了電磁感應和磁場對載流線圈的安培力矩等內容后，也花一定時間以擴展例題的形式，簡要講述三相交流發電機的基本原理和三相交流電通過適當繞組產生旋轉磁場進而驅動電機的基本原理.這些原理是后續電子電氣類工科專業課程所必須掌握的，而且與現代社會的生產生活聯系密切.

再比如，講到力矩和角動量時，我們在PPT上演示陀螺儀的轉動，提出陀螺為什么不會倒的問題.接著用矢量圖示法定性半定量地講解角動量與力矩的普遍關系，由此理解陀螺旋轉不倒現象背后的原理.這一內容超出了一般工科《大學物理》定軸轉動的教學要求，但大大激發了學生的學習興趣.另一個從較低的起點出發，引出有趣物理問題的例子是，在回顧高中物理有關光的直線傳播和折射定律后，我們簡要講解彩虹的形成原理，理解彩虹42°觀測角的由來.這些實例都讓學生感受到物理與生產生活的密切關系.

3 問題和展望

如上所述，我們在放低教學起點，促進學生學習興趣，增進教與學的互動交流等方面進行了大量努力，但本科國際留學生工科《大學物理》全英文教學是一個全新的嘗試，在實踐中，對于如何提高整體的教學質量，我們還有很多問題需要改進和解決.

第一，我們的教學方法對于基礎較好、學習積極主動的少數學生來說，達到了較好的效果.但由于留學生整體數理基礎較為薄弱，要顯著提高全體學生的學習成績，還要進行大量的工作.我們認為，應該增加本課程的學分學時，放慢課程的講授節奏，讓學生能更好地跟進理解和消化講授內容.同時，課程教學大綱應突出重點，對于某些較深入又與后續工科專業課聯系較少的內容少講甚至不講，以求充分利用有限的課堂教學時間，達到最佳的整體效果.

第二，我們這一課程是純粹的理論講授，學生同時學習獨立的《大學物理實驗》.但是，理論課與實驗課存在嚴重的不同步，特別是學生較多的時候，限于有限的資源，實驗教學只能安排部分學生在還未完成相應理論學習的情況下操作某個實驗.這樣理論和實驗教學脫節，嚴重影響學習效果.因此，如何做到本課程與《大學物理實驗》無縫銜接，建設一個完善的大學物理課程體系，值得廣大教師和教學管理人員思考和努力(據我們所知，這一脫節現象在國內不少高校的大學物理教學實際中廣泛存在).

第三，作為本課程全英文教學的實踐者，我們還應該不斷提高自身教學能力[13].當前，我們通過觀看、學習網絡上美國一流大學，特別是麻省理工學院(MIT)天體物理學家W.Lewin和耶魯大學(Yale)理論物理學家R.Shankar久負盛名、精彩絕倫又充滿激情的《大學物理》課程，獲得不少啟發和助益.此外，我們也購買了R.Shankar近年基于其多年教學經驗的原版教材，以及加州大學伯克利分校(UC Berkeley)一套經典的普通物理原版教材.我們期望將來能獲得機會到國外一流大學《大學物理》課堂進行現場觀摩感受，進一步學習工科《大學物理》全英文授課的體系、方法和技巧，提高教學質量.另外，編寫合適的英文《大學物理》課程學習輔導書應是另一個努力的方向.

第四，隨著“一帶一路”戰略的大力實施，和我國經濟水平的進一步提升，我們預計來華留學的國際學生規模將不斷擴大.為促進我國重點高校國際留學生學位培養的健康有序發展，我們建議國家有關部門(比如國家留學基金委)對申請來華留學的學生進行統一的、類比國內高考的學業水平測試，即推出類似美國研究生錄取GRE考試的在線考試.只有通過這一考試的學生才能進一步向中國高校申請攻讀某個學位.我們相信，這將有效提高來華國際留學生的入學門檻和學業水平，從而提高我國重點高校留學生培養的競爭力，促進我國高等教育國際化的水準和質量不斷提高.

4 結束語

本文綜述了南京理工大學工科本科專業來華留學生《大學物理》全英文教學的現狀和實踐.我們通過教學實例，總結分析了在增進教學互動、提高學生學習興趣等方面的有益經驗，也指出了在提高整體教學水準、增進整體學習效果方面存在的問題.我們希望，本文的總結和分析有助于教學管理人員的政策制定、教學實踐人員的教學改進，并最終提高《大學物理》全英文教學的質量，促進國際化工科人才的培養.