■ 在课堂教学过程中增加计算机模拟必然会导致教师思考如何对一个已经建立的传统的课程内容进行改进，这个过程给教师提供了进一步考虑课程内容调整和重建的机会。

　　■ 大学物理课程的教学过程更讲究培养学生的探究精神，也更讲究培养学生提出问题和解决问题的能力。

　　我在高校长期从事物理学基础课程教学，长期从事国内外高等学校大学物理教材比较研究，长期从事高等学校物理学基础课程教学内容和教学方法的改革研究与探索工作。尤其是近年来我和同事们对在课堂教学过程中利用计算机模拟改进教学方法以及利用网络平台有效地进行课后教学拓展进行了深入研究和教学实践，取得了一些成效，体现了我校“知识探究、能力建设、人格养成”的“三位一体”的育人理念。

　　课堂教学中的计算机模拟

　　课堂教学作为一种传统的教学方式，其主要特点之一是教师与学生集体面对面的现场教学形式，把计算机模拟引入课堂教学可以帮助学生改善对基本原理和基本概念的理解，利用计算机模拟改进课堂教学的关键之一是要有合适的计算机模拟教学软件，高质量的实用的计算机模拟教学软件在课堂教学过程中可以模拟自然界发生的物理过程，对于揭示物理规律及其内在联系、建立正确的物理概念和物理图像具有重要意义。从本世纪初开始，我们先后研制开发并出版了《大学物理学V2.0》、《大学物理学V3.0》、《大学物理学V4.0》、《基础物理学计算机模拟》等系列计算机模拟教学软件，先后在我校大学物理课程教学中进行了多年的大面积教学实践。上述工作以学生为中心、以提高教学效果为目的，建立了一种便于教师和学生在课堂上交互的教学环境。

　　在课堂教学过程中增加计算机模拟必然会导致教师思考如何对一个已经建立的传统的课程内容进行改进，这个过程给教师提供了进一步考虑课程内容调整和重建的机会。例如，经过多年的探索和教学实践，我逐渐调整和优化了课程结构和内容，在保证大学物理课程教学基本要求的基础上，使课程内容更加突出基本概念、基本规律和基本图像，更加注重引导学生学会运用物理学的基本理论和基本方法分析、研究和解决一般难度的物理问题，使课程内容的设计在教学过程中更有利于引导学生对某些问题进行深入讨论和探索。

　　在大学物理课堂教学中让学生处理的问题基本上都是理想化的，计算机模拟教学软件给学生提供了一个场所，在这里可以从一个简单、理想的模型情形开始，然后加入使模型更接近真实的一些特性进行计算机模拟。例如，在课堂教学中讲授两球体的弹性碰撞时，结合教师向学生提出的具体问题，可利用计算机模拟展示各种参数对应的碰撞过程图像，在此基础上再利用计算机模拟展示两球体为非弹性体时的碰撞过程图像，经过简短的分析和讨论，可使学生对球体碰撞的物理图像及其相关的物理学研究方法有深刻的理解。

　　有些物理现象远离人们的直观感受，在课堂教学上很难用传统的教学方法形象地把它描述出来，以至于在教学上的表达遇到诸多挑战，计算机模拟的可视化和交互性可以帮助学生从抽象的概念中构建物理图像，把物理问题放在熟悉的现实世界背景下，帮助学生理解新概念。例如：狭义相对论中“测量”和“看见”是两个完全不同的概念，高速运动物体长度收缩是测量的结果，而通常看到的高速运动物体视觉形象是一个发生畸变的图像，这类问题用传统的方法不容易讲清楚，利用计算机模拟可展示观察者测量的高速运动物体长度和观察者看到的高速运动物体的畸变图像，结合教师向学生提出的具体问题，却很容易把这类问题的物理图像和物理概念讲清楚，并且在此基础上很容易拓展到对光波多普勒效应的进一步讨论。

　　学生往往是基于先前的知识积极构建自己的理解体系进行学习，学生往往不知道应该把重点放在哪里，有可能抓着无关紧要的细节不放。而教师和学生思考物理图像的方式不尽相同，教师已经建立了一个完整的知识结构-这让他们能按照自己的方式思考并侧重于隐藏的概念。因此，在大学物理课堂教学中教师应当注重阐明问题的基本特征，减少学生的认知负荷。计算机模拟的可视化和交互性可以帮助学生从复杂的现象中构建物理图像，帮助学生深入理解重要的物理概念。例如：在有关机械波和电磁波的课堂教学过程中，对纵波和横波的传播过程进行计算机模拟，可直观地展示振动状态传播、相位落后等物理图像，有助于教师讲清楚各种波动过程的基本特征。

　　计算机模拟教学软件可以在交互控制状态下展示物理过程，帮助教师和学生在课堂教学过程中进行交互式教学。例如,在有关光学仪器分辨率的课堂教学过程中，可以利用计算机模拟两个艾里斑重叠在一起之后再慢慢地分开的过程，在此过程中让学生观察何时恰好能够分辨出两个艾里斑。第1次演示时，只让学生观看；第2次演示时,调整模拟过程,使两个艾里斑分开的速度减慢，并让学生来判断何时恰好能分辨，当学生自己认为恰好能分辨时便立刻拍一下桌子。每个学生拍桌子时都会有一些延迟，提醒学生正确结果应当扣除此误差。在整个过程中全体学生拍桌子的时刻并不完全一致，但是可以肯定的是：大多数学生在同一时刻拍桌子,有个别声音提前一点，也有个别声音滞后一点。这使学生意识到：瑞利判据是大多数人能够接受的一个标准，并不是每个人的判断都符合这样一个标准，当两个艾里斑的重叠图像中央凹陷处的光强约为每个艾里斑中心强度的80%时大多数人恰好能够分辨，这恰好对应于一个艾里斑的中央极大和另一个艾里斑的第一级极小重合，这个判据是用了大多数人能够接受的一个标准。接着在这个基础上可以进一步讨论光栅的分辨本领，两条谱线恰好能够分辨，同样也要满足瑞利判据，这样在课堂上可以方便地把这一部分内容讨论起来了。

　　大学物理课程的网络辅助教学

　　从本世纪初开始，我们历经持续不断的研究、设计和教学实践，研制开发了适合于课后教学拓展的大学物理课程网络辅助教学系统，并在教学实践过程中不断完善，该系统体现了新型的教学理念，在课堂教学之外为学生提供了一个资源获取、交流互动、教学拓展、协作学习的网络辅助教学环境，该系统以学生为中心，解决了课后教学拓展的难题，使教学过程和学习过程在课堂之外方便地得到延续。

　　经过多年持续不断的努力， 本校大学物理课程渐渐形成了课后教学拓展的一种有效的教学途径。例如，教师引导学生在课后利用大学物理课程网络辅助教学系统对感兴趣的教学内容进一步思考和探究之后提炼出问题，并对提炼出的问题进行讨论是其中的一个典型的教学环节。课后提炼问题以及对其进行讨论有两种方式，一种是学习交流方式，另一种是专题讨论方式。第一种方式在该系统的学习交流区域进行，学习交流区域是由全体学生和全体任课教师组成的开放讨论区域，全体学生和全体任课教师可在该区域讨论有关教学问题，讨论过的问题可自动归类到课程问题资源库内；第二种方式在该系统的专题讨论区域进行，专题讨论区域是由任课教师和自己的学生组成的独立讨论区域，在此区域内任课教师自己的学生和学生之间、任课教师和自己的学生之间可以方便地对有关问题进行讨论，讨论过的问题进入该系统内任课教师个人的专题讨论问题资源库内。学生提炼出和讨论过的问题经过大学物理课程网络辅助教学系统分类之后保存到该系统的课程问题资源库或任课教师的个人专题讨论问题资源库内，学生提炼问题时可以首先查询相应的问题资源库，如果已经讨论过这类问题，则在过去讨论的基础上进一步提炼出新的问题或者进行更深入的讨论。这些教学环节可促进学生在学习过程中通过探索和研究提出新问题，在过去讨论的基础上引发新的讨论和思考。由此可以让学生在思索问题、寻求答案的过程中找出自己的不足和存在的错误认识，深化了对物理概念的理解。

　　上述学习交流区域是任课教师使用最多的区域，大部分任课教师在教学过程中使用这个区域。但是，近年来随着这项工作的深入开展，专题讨论区域提出和讨论过的问题数目快速增长，学习交流区域提出和讨论过的问题数目在达到极大值后已开始逐渐减少。这说明教师由最初开始实践到逐渐形成其教学过程的一个教学环节（第一阶段）、然后逐渐提升该教学环节的质量到形成其教学过程的一个必要教学环节（第二阶段）这样一个过程。此过程中的第一阶段在大学物理网络辅助教学系统内形成了公有的教学资源，此过程的第二阶段在大学物理网络辅助教学系统形成了任课教师自己的特有教学资源。

　　我们经过多年的探索，总结出了一些很好的经验。例如，在平时的课堂教学过程中，对某些知识点讲授时给学生留有一定的课后探索空间，便于让学生课后做进一步探索。再例如，把每个学期的教学内容分成若干个知识单元，要求学生在规定的知识单元范围内对引起兴趣的某些课程内容经过充分思考之后提炼出问题，在提炼问题的过程中，查阅一些相关的参考文献，和同学们做一些讨论，再经过深入思考，最终提炼出具体问题。实际上，如果学生能提炼出一个好问题，说明他对相应的这部分内容学得相当不错了。除此之外，也要对其他同学提炼出的某些问题给予一定的讨论。

　　每届学生都提炼问题，那么会不会出现前几届学生提炼过的问题又被这一届学生重复提出来呢？为此我们构建了上面所提到的课程问题资源库和任课教师的个人专题讨论问题资源库，拥有和使用问题资源库是本校大学物理课程的一个特色，学生历年在网上提炼出的问题和讨论过的问题，都归入到问题资源库内，这样以来，后面的学生对某些问题进行讨论时，可以先查询一下问题资源库里面原先讨论过的相关问题，这样就有可能在更高的起点上进行讨论。上述问题资源库到目前为止，已经包含6万多个问题，并且包含了11万余次给予这些问题的讨论。学生在课程问题资源库和任课教师的个人专题讨论问题资源库中可以很容易地进行检索，提供了三种检索方式，一种是按知识单元进行检索，一种是按关键词进行检索,还有一种是按学生的学号进行检索，三种检索方式都很方便。例如，如果查询某个具体问题的讨论情况，可直接在关键词检索这一项输入该问题的关键词，则可以立刻把该问题及其讨论查出来，查出来之后看一看其他学生曾经讨论的情况，这个问题可能被讨论的很充分，也可能被讨论的不充分，仅做了初步的讨论，这样学生便可以在原先讨论的基础上进一步讨论，把这个问题讨论得更加深入、更加完善。问题资源库有利于学生对过去讨论过的问题进行查询和进一步完善，有利于教师在教学过程中引导学生对一些热点问题展开讨论，有利于学生在学习过程中，通过思考和探索提炼出新的问题，引发新的讨论和思考。

　　当然，对于学生而言，我们不仅构建了课程问题资源库，还构建了供学生使用的课程学习资源库，课程学习资源库里面包含了我们开发的网络版计算机模拟教学软件资源，例如，模拟傅科摆，模拟电子双缝衍射实验，…。课程学习资源库里面还包含了大学物理网络课程、大学物理学习辅助系统、大学物理学习指导等各类资源，学生在课程学习资源库里面可以方便地查到一些在学习过程中很有用的资源，供他们在课程的学习过程中参考。

　　上述大学物理课程的教学过程更讲究培养学生的探究精神，也更讲究培养学生提出问题和解决问题的能力。我们认为学生能够自己参与知识的一个获得过程，通过自己和其他学生的讨论，协作学习，使其成为主动的、积极的知识探究者，这本身对学生能力的提升是有好处的。这样的一种教学设计，可以在特定的知识点上形成学生自己提出问题、分析问题、解决问题的一个过程，在此过程中，锻炼了学生的创造思维能力和与他人合作的能力，并在收集、整理和研究相关资料时，自己也扩充了知识。

　　学者小传

　　胡其图，上海交通大学物理系教授，国家工科基础课程物理教学基地副主任、国家级教学团队带头人，教育部高等学校物理基础课程教学指导委员会委员，中国物理学会物理教学委员会委员，上海市物理学会理事，上海市物理学会大学生物理竞赛工作委员会主任；曾任上海交通大学物理实验中心主任、日本早稻田大学理工学院交换研究员、连续任三届教育部高等学校教学指导委员会委员。两次被授予全国优秀教师荣誉称号，获宝钢优秀教师奖，国务院颁发的政府特殊津贴获得者。

　　主要讲授大学物理课程、物理实验课程，先后讲授电动力学、电磁学、电磁场理论、近代物理学概论等课程。近些年从事物理学数值模拟与可视化研究、教学模拟软件开发技术与信息集成研究等方向的研究工作。

　　完成国家级、省部级教育研究项目和科研项目16项，所主持的教育研究项目获国家级教学成果二等奖2项、国家级优秀教材二等奖1项；合作完成的教育研究项目获国家级教学成果一等奖1项、国家级教学成果二等奖1项、国家级优秀教材一等奖1项；获省部级教学成果特等奖2项、一等奖3项、二等奖1项、三等奖2项；获省部级科学技术进步奖二等奖1项。出版教材、教学参考书和教学软件17部，发表学术论文80余篇。