开设新生力学研讨课的实践与体会

丁祖荣

摘要：本文以力学研讨课为例，分析了新生研讨课是培育创新型人才的新型课程。总结了它的特点：教授主持，自由选课；形式多样注重研讨；师生互动，鼓励质疑；考核宽松，培育兴趣等。并提出了有待改进之处。

关键词：力学；教学改革；研究型教学；创新教育

一、国内外背景

随着改革开放的不断深入，创新教育和素质教育在我国高校已成为基本理念，但在本科教学中仍普遍存在“知识传授有余，创新探索不足”的现象。特别是研究型大学仍缺少与之相匹配的研究型教学。研究型教学的根本特征应该是，培养学生积极探索的素质。不仅掌握基础知识，知晓现代知识，还应该具有探索未知领域的兴趣、善于探索的本领。新生研讨课是符合这一要求的新型课程。

古希腊的亚里士多德时期和中国的孔子时期曾经有过老师与学生讨论课的雏形，现代意义上的新生研讨课起源于20世纪50年代的美国。首先由哈佛大学创建，后来被其他著名大学采用。至20世纪80年代，作为一项提升教育质量、培养更富竞争力人才的教学改革措施，许多美国大学都将新生研讨课作为一、二年级的必修课或选修课列入教学计划。其基本特征是：(1)主要面向一年级新生，也有面向二年级的，同一班学生来自不同专业和学院；(2)强调交互式教学方法，教师讲课与学生讨论交互使用；(3)大多是少学时的，算一个学分；(4)大多限定小班规模，每班8～12人；(5)考试成绩只分通过与不通过两种。

国内由清华大学率先开设新生研讨课(2003年)，而后迅速在其他高校推广。当前开设新生研讨课已成为大学研究型教学改革的重要举措之一。虽然已摸索总结出一些经验，但总体上仍属于初创和探索阶段。

二、新生力学研讨课

从2007年起，我们开设了“动物运动和生长的力学奥秘”新生力学研讨课。本文根据教学实践，结合上海交大的情况，总结几点体会，与同仁们分享。

1．教授主持自由选课

主持新生研讨课的教师不同于一般课程的主讲教师，从功能上应冠于“导师”称谓更为确切。上海交通大学规定新生研讨课必须由教授，最好是热爱本科教学、学术造诣较高的教授开设。这是因为新生没有任何大学课程基础，缺乏专业知识。这需要教师能高屋建瓴、深入浅出地把课题的背景、现状及发展前景介绍给学生；能准确地归纳出具有代表性的、反映课题实质内容的问题，引导学生讨论。

新生研讨课的题目全凭教师根据自己的“拿手好戏”和兴趣自由选择，学校特别鼓励交叉学科选题。教师提炼出与国计民生关系密切、公众普遍关注的主题，可能涉及多种领域。既有经典内容，也追踪前沿方向。有的已有答案但仍需突破，有的可能尚无答案需要探索。

新生研讨课提供了新生与导师接触、交流的机会。学生能聆听导师对学习、做学问、做人的忠告，亲身感受他们为人为学的风范。从导师那里潜移默化地学到书本上学不到的东西，可能让他们终生受益。同时也让新生们认识到，科学家、导师也是普通人，只要他们确立目标、坚持不懈，将来自己也能步其后尘。

新生选课没有先决条件，也没有专业限制，完全根据兴趣。有的新生在中学里就对某个专业感兴趣，而现在就读的不是这个专业。他就可以通过选择新生研讨课了解当前专业的情况，培养兴趣；也可以选择与自己喜欢的专业有关的课程，唤起潜在的兴趣，在一年后重新选专业。

上海交通大学在2007-2008学年第一学期共设置40门新生研讨课，其中理工科占一半，人文和生命科学各占1／4。课时为18～36学时，学生人数限定在15～30人，可容纳新生逾千人。“动物运动和生长的力学奥秘”是唯一一门力学课程。选课人数30人，分别来自船舶、机械、电子、医学、管理、传媒等10多个学院。除了船舶和医学院的学生可能涉及专业需要外，大多数学生为兴趣使然。

2．形式多样注重研讨

传统课堂只有一种教学模式：老师埋头讲，学生埋头记。目的是让学生记住书本上的知识。教学内容是固定的，教师按照书本内容讲。课堂上几乎没有讨论。老师提问是为了考查学生是否注意力集中，是否听懂讲课内容。学生不习惯当场提问。

新生研讨课可以有多种教学模式，但都离不开师生之间、学生之间的研讨形式。目的是让学生学会独立思考、自主学习。由于没有固定教材，教师需要根据课程的特点设计新的教法。人文类研讨课可以完全以学生为中心开展研讨，教师只是起引导作用；自然科学类，特别是涉及前沿学科的生命科学、理工科课程采用教师与学生共同研讨的方式居多。一般需要教师先介绍背景知识和基本内容，然后归纳几个问题让学生研讨。不论哪种模式，由教师提问题一让学生查资料一在课堂上开展交流研讨的方式是共同的。

新生研讨课让学生学习对一个主题如何提问题，如何进行研究，如何作结论。以“动物运动和生长的力学奥秘”为例。先让学生将动物(鸟类和鱼类)的运动速度和效率与人类的交通工具作比较，调研的结果是在空气中人类的飞机在速度和高度上早就超越了鸟类，但水中的船舶却落后于鱼类，特别在效率上更是远远落后。由此提出了第一个问题：物体在流体中运动时的阻力是如何形成的?通过查资料和讨论，从未学过流体力学的各专业学生了解了流体力学中关于力的最基本概念和原理。接下去的问题是鱼类为什么在水中游得快?这个问题引起学生的浓厚兴趣，讨论的内容更加丰富多彩。学生从不同的角度分析不同种类的鱼(包括水中其他动物)的身体结构、外形特征、推动方式及减阻措施，并运用流体力学的原理寻找游得快的原因。最后提出第三个问题：如何借鉴动物运动的原理设计高效率的船舶。学生们用掌握的流体力学基础知识，参考鸟类、鱼类的运动特点，展开丰富的想象力，对改进现有的船舶结构和推进方式、设计全新概念的新型船舶提出了各种各样的方案。有的方案引经据典，论证比较严密：有的方案缺乏足够依据但想法大胆；有的方案则富有创意。各种方案在课堂上进行交流，教师与学生一起点评，展开热烈讨论。

学生在研讨课上学习如何收集资料、表达自己的观点、评论别人的方案、归纳总结等科研工作中的各个环节。通过这一经历不仅学习了科学研究的思维方式和操作过程，而且学习了团队相互合作、平等讨论的精神，认识拓宽思路的重要性、学科交叉的必要性。平时不敢发言的学生还锻炼了上台讲话的胆量。

3．师生互动鼓励质疑

普遍认为“中国的学生不敢主动提问，更不敢向教师质疑”。这可能与中国的学生从小所受的教育模式和所处的环境的长期影响有关。新生研讨课应创造一种开放、融洽的课堂气氛、鼓励学生大胆提问和质疑。入学依始，给新生营造一个全新的学习模式，对他们尽快适应研究型大学环境大有裨益。

新生研讨课的教师应保护学生提问的积极性。教师在第一堂课上就阐明课程的性质不是授课，而是研讨，可以提出各种设想，可以对别人提出异议。要提倡学生发表自己的见解，哪怕是错误的见解。教师应不断启发学生提问，

哪怕提的问题很幼稚也积极鼓励，不简单否定。

新生研讨课的主题应能吸引学生提问。“动物运动和生长的力学奥秘”的下半部分是研讨应力与生长关系新命题。已发现了许多应力引起生长的证据，如锻炼使肌肉发达，长期卧床使肌肉萎缩等。还有更多证据需要发掘，适合学生去寻找。该主题包含的内容及其丰富，某些现象还不能解释，对己发现的规律也有待进一步验证。例如通过X光透视和力学数值模拟发现人股骨中松质骨是沿主应力方向排列的，这预示骨细胞顺着应力大的方向生长；动脉管壁受到血压作用而膨胀，主应力沿圆周方向，但管壁的内皮细胞却沿着轴向拉长，有学生对这两个看似矛盾的结论提出质疑，说明细胞生长与应力的关系还有待进一步探索。

新生研讨课的研讨方式应有利于学生提问。最有效的方式是提出一个尚未验证的命题，让学生从各个方向去验证和说明。学生根据自己的兴趣和能查到的资料去寻找答案，大家提出的问题五花八门，不相雷同。这不仅有利于相互质疑，也促使相同兴趣的学生开展合作和讨论。例如在借鉴动物运动特点设计新型船舶时，有的注重改进船舶形状，有的注重改进表面阻力：有的提出利用水面空气效应，有的提出利用风帆效应；有的研究喷水推进，有的研究磁流体推进。同学们相互质疑，使研讨热烈而有趣。

提出问题是发现真理的第一步。牛顿从观察苹果落地的现象提出为什么只向下掉的问题，最终发现万有引力定律，德国科学家魏格纳从观察世界地图中提出为什么大洋两岸的海岸线形状相似问题，最终建立地球板块构造学说。同学在新生研讨课上提出的种种问题可能引起教师新的思考，可能给其他同学带来启发，也可能成为自己今后一生探索的课题。许多同学反映从新生研讨课中获得了灵感。

4．考核宽松培育兴趣

新生研讨课不进行期末考试，不搞“一考定成绩”。采取考查方式，以通过和不通过为考查结果(有的教师增加一挡优秀)。考核方式由任课教师确定，可以灵活多样，如口头报告、小论文、用PPT演讲、小组研究报告等。最终成绩可由出勤情况、平时提问情况及期末报告等组成，通过者可获得相应学分。

由于新生研讨课没有枯燥繁琐的公式推导，强调交流与讨论，因此氛围较为轻松，但不偏离主题。教师讲解基础和背景知识，介绍进展和前景，素材以图片、动画和实验录像为主，有条件的可组织参观、观摩、实地调查等实践活动，培育学生兴趣。如在我们的课程中为配合新型船的设计可组织学生参观船模陈列室，配合研究鱼的运动特性可参观水族馆等，使学生对研讨主题的感受更加直观、生动。

在新生研讨课中，除了老师与学生互动外，教师应注意引导和组织学生之间的交流和协作。以灵活、多样的方式鼓励学生组织小组。以小组的形式收集资料、阅读、讨论、交流、写作，培养分工协作的意识和团队精神。这种协作方式和团队精神是当今科研工作取得重大成果的必要因素，尤其是对交叉学科。

大部分学生没有当众上台演讲的经验，也没有制作PPT的经历。新生研讨课提供学生不止一次上台演讲的机会。许多学生从设计主题、制定大纲，收集资料、做PPT到登台演课，经历了第一次科研实践。很有成就感，从别人演讲中得到启发和借鉴，很有收获感。总之通过研讨课提高了学生对专业学习和作科研的兴趣与自信心。

三、待改进方面

新生研讨课体现了一种以探索和研究为基础的，以师生互动、自主学习为方式的研究型教学理念，为学生创造了与名师对话的机会，架设了学生与教师沟通的桥梁，培养了学生互助协作和团队精神，提高了学生的综合素质。力学新生研讨课使不同专业的学生提高了力学素养，窥视到从工程到生命领域中无处不在的力学奥秘，感受力学的无穷魅力。这不仅加强了新生对不久将学习理论力学、材料力学、流体力学等课程的亲和力，而且为他们今后在各自的研究领域中主动运用力学元素、开展与力学的交叉研究打下基础。

当然也存在一些问题有待改进，如学生对新生研讨课的反馈意见中有：(1)30人一班人太多，使讨论和发表意见的机会相应减少，应以10～15人最佳。(2)研讨还不够充分。原因有新生对研讨的主题知识有限，资料缺乏；有的学生还没有发言的习惯。需要教师在选题上下些功夫，多鼓励引导学生发言。(3)参观、实践机会较少，主要与实践场地和经费缺乏有关。(4)时间上有时与公共课(如外语、政治课)冲突，需要学校统筹解决等。

参考文献：

[1]朱克勤，任仲泉，关于美国几所著名高校的流体力学新生研讨课[J]，力学与实践，2005，27(1)：78～80。

责任编辑：文和平