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[交大名师]董占海:三十五年用心教学,独创黄金分割模式[图]
[发布时间]: 2017年11月13日
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[责任编辑]: 张文清 曹蕙

[编者按]“高校立身之本在于立德树人”,在喜迎十九大、迎接新征程之际,上海交通大学人才培养的校级最高荣誉的首届“教书育人奖”业已颁发,获奖教师是上海交通大学全体教师的优秀代表和生动缩影,学校特隆重推出“交大名师”专栏,旨在充分发挥获奖教师的引领示范作用,进一步坚持“价值引领、知识探究、能力建设、人格养成”四位一体的人才培养理念,牢固树立人才培养的中心地位,深入推进“学在交大”,增强广大教师“立德树人、教书育人”的责任感和荣誉感,努力把学生培养成具有科学精神和人文情怀的优秀人才,全面加快世界一流大学建设!

“三十五年用心教学,独创黄金分割教学模式”

——记上海交通大学首届教书育人奖一等奖获得者董占海教授

名师名言

■ 教师讲得好重要,学生学得好更重要。

■ 从科学研究中获得快乐,从教学研究中找到幸福。

■ 一个成功的教学让学生学到了知识、掌握了方法、提升了能力,除此之外还让学生得到某种精神的陶冶。

董占海老师给人的第一印象是“超级亲切”,他是深受学生爱戴的教师之一。他积极进行教学改革,践行以学生为中心的教学理念。他所开创的“黄金分割教学模式”在国内有一定影响。他潜心人才培养工作,用心、用情、用爱教学。

教学理念的两次转身

董占海从教三十多年,教学理念经历了两次“转身”、三个阶段。八十年代初,刚刚改革开放,百废待兴。那时的老师个个摩拳擦掌、铆足了劲加油干。初出茅庐的他在1982年步入高教之路,在德高望重的老一辈师长影响下,他认真备课,阅读能找到的所有参考资料,仔细推导每一个公式,分析每个概念的内涵和外延,准备很多例题,争取将课讲得清清楚楚,让学生听得明明白白。一门课讲了三、四个轮次后就达到驾轻就熟的程度。这一阶段董占海的教学方法虽然简单,但学生高涨的学习热情弥补了他的教学经验不足,他的教学得到了师生的好评。随着教学课程难度的增加,董占海逐渐感到,专业知识积淀不足是制约教学水平进一步提高的瓶颈。所以他相继攻读了硕士和博士学位,这样可以在更高的知识层面俯瞰所教授的课程,为教学水平再上一个层次做好知识储备。 

董占海教学理念的第一次转身是从2001年开始的,那时正值多媒体教学手段进入学校。董占海为了将大学物理讲得丰富多彩,让学生学得轻松愉快,收集了两千多张图片、漫画,两百多个动画、视频,用图片漫画表达抽象概念、用动画视频展现深奥的过程、用漫画笑料寓示知识点,使教学形式生动活泼。 

为了使教学内容丰富多彩,董占海在授课时不仅将物理与生物、化学等基础学科联系起来,还将物理与各种应用科学联系起来,甚至与哲学、艺术、社会等人文学科联系起来,与实际生活联系起来。在课堂讲小提琴中的声波、电吉他中的电磁感应、立体电影中的光偏振、台球和乒乓球中的刚体运动,在课堂上讲导弹发射中的物理,讲闪电、潮汐、极光等自然现象中的物理,讲哈利波特、泰坦尼克号中的物理,使得物理就在生活中、就在现实中。 

为了让学生在对知识的接受中聆悉大师的研究方法、在纵观科学的发展中得到心灵的熏陶、在仰视为科学献身伟人的丰功伟绩中得到精神与情感的震撼,董占海在备课时把每节课作为一个专题研究来准备,“博观”物理发展的历史长河后而“约取”;取其“源头”、取其“弯道”、取其“急流瀑布”,挖掘物理背后的故事、方法和科学精神。他在讲能量守恒时,从鸟类学家迈尔谈起,要谈酿酒师焦耳,要谈不可能动的“永动机”,要谈中国古代的饮水鸟,要谈暗能量的发现;在讲熵的概念时,从克劳休斯谈起,要谈玻尔兹曼,要谈香农;在讲电源时,从青蛙腿谈起,要谈伏特、燃料电池、核能利用等……从陀螺的进动、地球的岁差到历法知识,从共振、鱼洗到中国古代的文明,从熵、绿色能源利用到环保意识,从开普勒定律、布鲁诺和伽利略到科学精神,他尽量使物理多维化、立体化,真正使教育达到“知识、能力、素质”综合培养的效果。天道酬勤,董占海成为上海交通大学最受学生欢迎的教师之一。 

2012年,董占海开始了教学理念的第二次转身。当时在国内越来越重视以学生为中心的教法,比如有布鲁纳(J. Bruner)发现法、戈登(J. J. Gordon)创造法、和同伴(Peer Instruction)学习法、翻转课堂(flipped classroom)教学法等等。他将教学理念从以教师为中心的教学向以学生为中心转移、向以学习效果为中心转移,经过5年的研究实践,创立了“黄金分割教学模式”。 

开创黄金分割教学模式

在各种以学生为中心的教学中,尤其以翻转课堂教学倍受人们的青睐,为了实施这一模式必须有慕课配套,董占海投入了大量时间和精力,与某机构合作、历时两年时间,完成了大学物理全套慕课、并发布在泛亚平台上。该慕课是集教师教、学生学、师生即时互动、学习过程即时检测等多种功能为一体的课程平台。 

在慕课平台的辅助下,董占海开始使用翻转课堂教学模式进行教学,使用不久便发现了一个自相矛盾的现象:学生一方面非常喜欢翻转课堂教学模式,另一方面又强烈要求教师在课堂中多讲授。为了找到矛盾的原因,他历时5年、在班容量100左右学生的大班上做了数次准教学实验研究、数十次问卷调查,得到一个结论:将课堂时间按照占2/3时间教师讲授、占1/3时间学生互动的比例分割,教学效果明显优于以教师讲授为主的教学模式,这就是他开创的大学物理“金色教学”:黄金分割教学模式。 

为了实施黄金分割教学模式,必须解决三个问题:如何挤压出1/3的互动时间,如何使用1/3的互动时间,如何使用另外2/3的讲授时间。 

大学物理课程现状是内容多,课时紧。在不减少授课内容的条件下,每节课要挤压出三分之一的时间供学生互动困难可想而知。董占海花大量时间和精力对教学内容进行重构、挤压和设计。经过五年的不懈努力和实践,终于完成了课堂的“挤压”,并总结出“挤压的三个原则”:“台阶型问题串”原则、“知识颗粒化”原则和“教法优化”原则。 

为了科学使用课堂互动时间,他精心设计了数百个课堂互动问题,并进行了归类。为了提高学习效果,他在基于调查研究的基础上还总结出教师主讲的三个准则:“易化物理准则”“刺激感官准则”和“寓教于乐准则”。同时他提出了教学效果评估的五个维度:考试测试评估、学生认可度评估、学生参与度评估、学生能力提升自评、以及校内外专家同行的评价。 

董占海的教学研究成果受到国内同行的关注,特别是他在上海交通大学第二届教学学术年会上所作的大会报告反响强烈,与会者给予了很高评价:“董老师,报告很精彩,先向您约稿…”“你们的教学研究已经走到老外的前面了” “是翻转课堂教学模式本土化的典范”“受益最大的教学学术报告”…… 

用心、用情、用爱教学

大学物理中有很多现象很抽象、不可思议,特别是相对论和量子力学中的现象更是让学生摸不着头脑。例如相对论中有一个悖论:站台上的一把尺子若让高速运动的火车上的乘客测量要缩短,同理,火车上的一把尺子让站台上的乘客测也要缩短,究竟哪把尺子更短,学生感到很纠结。这一现象当然可以在相对论框架内得到解释,然而用一个抽象解释另一个抽象,解释只说明理论逻辑上的自洽,没有从根本上让学生释怀。有没有更通俗的生活化例子对应呢?董占海查阅了很多中外图书、文献,苦苦寻找,终于有一次从一篇文章中的透视原理得到启发,以后每当讲到长度悖论时,他总会问学生一个问题:“当姚明与麦迪相距1000米远时,相互看对方谁的身高更高”?这一画龙点睛之问让学生豁然开朗。这样的例子很多:用筷子穿面包圈的方法来介绍磁化电流与磁化强度的关系,使一个教学难点变得容易了;用等效小磁针的方法介绍磁约束现象,将整个磁约束过程变得透明了;用圆弧长度计算的方法推导单缝衍射光强分布公式,将一个复杂的内容简单化了;把高斯定理与麻袋中的刺猬联系起来,把隧道效应与“哈里波特”中的“九又四分之三站台”联系起来,把波粒二象性与希腊神话中的客迈拉联系起来……董占海在数十年的教学生涯中,用科学研究的方法、步骤来研究教学,用心寻找与抽象物理现象所对应的画龙点睛的日常例子,用心教学,努力揭去罩在物理上的神秘外衣,让物理简单化、通俗化,让物理晶莹剔透。 

打开董占海的微信通讯录,会看到很多微信群:“2015级大学物理一A班学生群”“2016大学物理二B班学生群”……还有翻不完的微信通讯录:“棒子(标注为大学物理A班刘坤)”“猪丫丫(标注2015级大物学生)”……智能手机、微信的出现极大地方便了人们的生活和交流,已成了人们生活中不可或缺的一部分。同时微信像一条无形的绳索,拴住了人们的时间、思绪甚至一部分人的精神。既然无法远离微信,倒不如让微信为我所用、让微信传递正能量、让微信传真情。董占海为了适时解答学生在学习中遇到的问题,与他所任班级的每个同学都建立了微信联系,耐心回复学生在微信上提出的每个问题。一天中最忙碌的微信回复时间是晚上7点到10点,一条条回复从指尖划过、再通过微信送达,送达的不仅是图文信息,更是对学生的真情。 

多媒体技术刚出现时,董占海有一段时间是以PPT为主、板书为辅的方式授课。然而当他发现,对偏理科课程的教学黑板板书与PPT相比有很多优势,而且90%以上的学生喜欢板书时,他毅然放弃以PPT为主的教学,改为以黑板加粉笔为主、ppt为辅的组合方式授课。他所授的课均为大班教学,一部分后排学生反馈说观看黑板感到有点吃力,当他得知情况后,出于对每个学生的关爱,千方百计地寻找解决问题的技术方法,购买了多种写屏设备进行实验,最后确定为一款专业绘画的电子写字板写屏。为了尽快学会电子写屏,他在家里反复练习,现在终于掌握了一手熟练写屏技术,将投影屏幕升级为电子黑板,使得黑板与ppt无缝对接,彻底解决了后排学生观看板书吃力的问题。 

从ppt换为黑板、从黑板换为电子黑板,教学工具的每次更换都是源于董占海对学生和教学的热爱。从讲得清清楚楚到讲得丰富多彩、再到以学生为中心的黄金分割教学模式创立,教学理念的每次转变都是源于董占海对学生和教学热爱。他在用心、用情、用爱教学。 

名师名片

董占海,上海交通大学物理与天文学院教授。曾获得“美国硅谷校友会优秀教学奖”“最受学生欢迎的教师奖”“卓越教学奖”“唐立新名师奖”和“优秀教学成果特等奖”等众多奖项。他所开创的“黄金分割教学模式”受到关注,应邀在国内国际会议上作报告十多次。他主持过很多教学研究项目,参编大学物理教材多部。他是国家精品课程“大学物理”主讲教师之一,国家优秀教学团队、国家工科教学基地的主要成员之一。他曾经主讲过《力学》《热学》《电磁学》《统计物理》《量子力学》《固体物理》《表面物理》等多门课程。他的科学研究领域为凝聚态物理、物体及其环境的光学特性的建模研究,主持参加重要国防预研项目多项。他所担任的大学物理课程深受学生欢迎。

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