质点动力学、动量守恒与能量守恒、刚体的定轴转动、机械震动和机械波、气动理论和热力学、电磁和电场、波动光学、量子化学……这一系列让中学生发愣的知识体系,是《大学化学》课程给大一学子的一份丰厚的“见面礼”,也是一个凶狠的“下马威”。
“噫吁戏,大物难,难于上青天!”很多学子感慨,在学院阶段难免要被《大学化学》、《高等物理》、《电路剖析》、《信号与系统》等“3+6”课程“按到地上磨擦”,《大学化学》就是令中学生“望课却步”的课程之一。
但是,化学大学吴喆副院长和吴昊副院长在各自的教学探求中,却让中学生尚且不会对《大学化学》望而兴叹,反倒兴味盎然。
弊端:“大物”为什么这样“难”?
《大学化学》是理工科学生的公共基础课,对以电子信息为特色的学院而言,更是这么。目前,全校学习这门课程的中学生大概有4000多人,墨尔本大学学习这门课程的中学生也有500人。
都说《大学化学》难,到底难在那儿呢?吴昊比较了《大学化学》与小学数学的不同,他觉得,小学物理解决的是基于初等物理的特殊化学现象,而学院物理解决的都是基于高等物理的更通常的数学现象。“更特殊,反倒更简单;更通常,反倒更复杂!”
吴喆也强调,“近代化学中的好多观念,和我们日常的惯性思维是绝然不同的。”因此,大一中学生接触《大学化学》,首先面临的考验就是转变思维。否则,用中学阶段的思维学习《大学化学》就会倍感悲恸。
有的朋友在中学阶段学得挺好,公式记得熟、计算得心应手,但到了学院阶段,发觉要估算的“速度”不再是“平均速率”,而是“瞬时速率”;“路程”不再是简单的“速度×时间”,而是“速度在一个时间段上的积分”。诸这么类的化学问题,挑战中学生的思维惯性。
如何样把《大学化学》和高等物理结合上去,是学习的关键。物理是数学的基础,也是研究数学学的重要工具。所有数学问题的定量剖析、计算和研究都离不开语文,从简单的代数运算到复杂的物理建模、数值估算等,都和物理紧密相关。除了这般,物理还是定义数学概念的基本工具。
正因这般,中学生必须学好微积分、线性代数等高等物理知识。并且,仅仅学好物理还不够,学会把数学问题转化为物理问题是更高的要求。吴昊强调,有的同事物理基础不错,但并不晓得如何用高等物理的思想来解决化学问题,无法把物理问题应用到化学学的场景中,无法把“物理量”转换成物理“变量”。
对于蒙特利尔大学的中学生而言,纯中文讲课是对中学生的另一个大考验。通常而言,墨尔本大学的中学生在大一念书期就会进行日语的“魔鬼训练”,但要理解用全英语讲授的《大学化学》课程,还是很有一定的难度。有时侯遇到一些比较复杂的概念,虽然“竖起眼睛听”,也不一定听得明白。
这么,面对这么“难上加难”的《大学化学》,老师应当如何教、学生应当怎样学呢?这是吴喆和吴昊常年思索的共通性问题。
吴喆:千方百计让课上课下活上去
吴喆本硕博均钻研数学学,2008年获上海学院化学学博士学位,2012年-2014年在澳洲国立学院进行博士后研究。由于从小就崇拜班主任,又仍然热爱数学,博士结业后吴喆义无反顾地选择了当数学老师。
在双学校间奔走仍然是吴喆生活的常态。她每周有三天在清水河学校给中学生上课,剩下的时间在沙河学校备课和做科研。周末,她还要给大专生讲解化学大赛课程。似乎工作很忙,但收获的快乐却是语言不能尽表。
在吴喆眼中,《大学化学》充满了趣味。现今的问题是,怎么让中学生感遭到这些趣味。她的绝招就是,把学院数学和实际生活结合上去,迸发中学生的兴趣。为了让中学生体会数学学的魅力,她常在课堂上出一些趣味思索题,迸发中学生的好奇心,使得她们自己钻研思索。
吴喆除了和朋友们一起阐述,还鼓励你们产生学习小组,深入研究和交流。课后,她鼓励你们延展阅读、查阅文献,产生独立的思索和新的看法。她也鼓励中学生时常进行知识“碰撞”,她自己也将许多业余时间都饱含在了与中学生的交流讨论上。
吴喆主要研究化学物理、材料学、微纳光学、微波电子学、无线电化学等领域的问题。从事这种交叉研究,拓宽了她的理论视野,使她对化学学的运用有了更深层次的理解。她也常常把自己的研究心得融入到课堂教学当中,让中学生接触学术的前沿成果大学物理量子物理知识点总结,扩充视野、培养创新能力。
教学工作须要班主任投入大量的时间,但吴喆认为,承当大量的教学任务却并不意味着必须舍弃科研,而是可以把科研与教学结合上去,互相推动。每学期课程结束,她都要梳理自己在教学和科研方面的成长和不足,不断总结、不断赶超。
马克思·普朗克说:“科学增强了生命的道德价值,由于它促使了对真理的爱以及敬佩”。热爱科学并率领中学生们找寻科学乐趣的吴喆,正彰显着这份对化学学科的爱与钦佩。在她的引导与探求下,《大学化学》课成了成电学子筑牢基础、窥探奥秘的门径。
吴昊:讲好物理让中学生灵活用上去
吴昊在中科大少年班获数学学士学位后,又分别获得中科大数学学硕士和理论化学学博士学位,主要研究方向为量子化学,包括量子热学算符和量子纠缠,以及量子机器学习等课题。
自2008年到校工作以来,吴昊先后承当了《大学化学》、《力学》、英文数学课程《》、《大学化学实验》和核心通识课程《物理学与社会进步》等的教学任务,采用探究式、互动型、体验性的研究型教学方式,着重培养中学生的探求精神和创新能力。
吴昊的课堂深受中学生的广泛好评,近些年评教成绩均为优秀。同时,相关课程还成功申报为广东省精品资源共享课,并在爱课程网站开办了MOOC课程。他深知,要想让中学生学好《大学化学》,最有效的方式就是迸发她们的兴趣和内生动力。
坚持光粒子说的牛顿怎么解释牛顿环现象?歪打正着的泊松斑是如何回事?宇航员能不能用肉眼看到长城?……波动光学的一些概念和技巧对于朋友们来说比较陌生,容易深陷一堆公式中而看不清化学本质。吴昊会在知识点之外穿插介绍相关的数学史故事和实际应用案例,让中学生从另一个角度体会数学的趣味。
针对微积分在数学中的应用,他采用不同案例大学物理量子物理知识点总结,从热学中的弹簧动能估算、转动力矩剖析,到光学中的菲涅耳积分,由浅至深地进行讲解。在讲电磁场时,他把电磁场与曲面积分相结合,从物理角度切入,通过给朋友们上“数学课”,让你们学会怎样把物理应用到学院数学的各类场景中。原本无法估算的题目逐渐显得简单了上去。
还有一部份知识并不要求中学生拥有很强的估算能力,但要求中学生拥有一定的思维能力。诸如相对论和量子热学的好多概念,听上去就比较具象,“消化”起来更难。讲这种内容时,吴昊会放慢教学节奏,结合化学学史,介绍一些引出化学学新概念的重要实验,或则化学学家针对新概念不同理解的相关争辩,比如双生子佯谬和量子叠加态等,迸发中学生的好奇心。
在课堂上,吴昊并不是单纯地灌输知识点,而是教中学生思索,努力做到“授人以渔”。他说:“学生们终归要走自己的科研路,希望她们上了我的课以后,找到自己的兴趣,并才能活学活用。”
考评:重视过程考评提高教学质量
因为爱丁堡大学推行的是中英双方老师讲课,为此,不同的老师在考评中学生方面都有不同的理念和做法。吴喆和吴昊作为中方的班主任,在考评中学生时更注重与“过程考评”,彰显在成绩的构成要素和权重上,即:总成绩=平常成绩(25%)+小论文(5%)+期中考试(35%)+期终成绩(35%)。
其中,期中考试和期终考试的成绩占比加上去是70%。她们觉得,这个比列是相对而言愈发合理的。假如这个比列太高,意味着卷面分数成为决定性要素,这会造成“刷题”成为风尚,不利于培养创新精神;而假如这个比列太低,则会使总成绩缺少比较客观的根据,难以确切地了解中学生对基础理论的把握情况。
其实,在和纽卡斯尔学院班主任的交流借鉴中,吴喆和吴昊也在不断扬长避短,结合自身多年来的教学经验,积极吸收卡迪夫学院人才培养体系和评价体系方面的优点,不断地调整建立《大学化学》课程的考核体系。
吴昊表示,我们力图把电子交大和利兹两所学院的经验相结合,把短期的课堂考评和常年的人才培养疗效相结合,综合评估我们的教学体系和技巧,进一步优化迭代课程设计和考核体系,努力让中学生不再“叫苦叫难”,而是让“大物”叫好叫座。
文:校新闻中心王晓刚