小班教學與翻轉(zhuǎn)課堂： 《費曼物理學Ⅱ》的10年教學實踐
——紀念費曼先生百年誕辰

王 青

(清華大學物理系，北京 100084)

這篇文章是依據(jù)2017年9月8日作者在吉林大學物理學院所作的教學交流報告整理編纂而成的，主要是以作者從2009年開始在清華大學講授的《費曼物理學Ⅱ》①關于Feynman 作為物理學名人的翻譯：全國自然科學名詞審定委員會(現(xiàn)更名為全國科學技術(shù)名詞審定委員會)將Feynman譯為費恩曼，出版界因此采用“費恩曼”的譯法；但學界多把Feynman叫費曼，因為后者更符合英語的發(fā)音。在與作者和個別物理學專家交換意見后，尤其是因為作者的堅持，本文采用“費曼”這一翻譯?！庉嬜⒄n上開展的小班教學經(jīng)歷，依據(jù)教育部高等教育司“基礎學科拔尖學生培養(yǎng)試驗計劃”項目的研究課題“《費曼物理學》小班教學方法研究”、清華大學挑戰(zhàn)性學習課程建設項目與研究專項課程建設課題《費曼物理學Ⅱ》挑戰(zhàn)性學習研究和清華大學本科理論教學類教改研究課題“微課與翻轉(zhuǎn)課堂的實踐”的要求，與參與大學物理基礎課教學的老師分享和交流一些個人參與教學改革的經(jīng)歷和體會，期待能為在大學物理基礎課教學一線的老師提供些可以借鑒的看法和經(jīng)驗與教訓，也算對費曼先生對基礎物理教學改革偉大貢獻的紀念。

作為一名教學上的非名師未專門研究過教育而且心向科研不愿意全身心進行教學，由于在教學上的投入不足夠充分，作者似乎沒有資格寫文章專門談論教學體會；但從另一個角度看，這種人似更能代表當今環(huán)境下大學里的一類典型教師群體，即有科研經(jīng)歷的中青年教師及那些有博士或博士后經(jīng)歷在高校任教、無團隊及教改條件支撐又想搞科研的教師。從這類教師的視角來談教學及教學改革也許會對有效促進我們當今大學基礎物理教學的進步有益。本文從一個在教學改革上三心二意且單打獨斗的教學改革個體戶的角度談談個人是如何一步步并不十分情愿地從傳統(tǒng)教學模式最后走向了翻轉(zhuǎn)課堂。

當前清華物理系物理基礎理論課官方的教學改革是以大學物理教學負責人安宇教授領銜的基礎物理教學團隊進行的以慕課為基礎的大學物理系列課程的SPOC教學，作者作為個人而非團隊在一單一課程(只是費曼三冊書中第二冊的教學)上開展的試驗同它在規(guī)模、投入和政策指導等各個方面都有相當差距。作者沒參與教改的教學團隊不是物理系不支持、不鼓勵，而是個人主動的選擇，主要是不愿擔負過多教學改革責任且怕陷入投入的無底洞，希望留出些時間做科研或其他感興趣的事情。正是這種個體的行為而不是單位或團隊的組織、計劃和要求，對那些不太愿意主動參與教改的教師從個人發(fā)展的角度來面對和研究教學也許能更有普適和實在的參考和操作價值。

本文以下的安排是： 第1部分介紹本文所討論的教學改革和研究的背景，第2部分討論為什么要做翻轉(zhuǎn)課堂，第3部分說明作者具體翻轉(zhuǎn)的是什么內(nèi)容和如何進行的翻轉(zhuǎn)？最后在第4部分討論尚待解決的難點與挑戰(zhàn)。

1 教學改革和研究的背景

我們從本文的主題小班教學、翻轉(zhuǎn)課堂和《費曼物理學Ⅱ》課程開始討論。

1.1 小班教學

小班教學是現(xiàn)在高校經(jīng)?？赡懿扇〉慕虒W改革，它通常被看作把教學過程從以教師為中心轉(zhuǎn)變到以學生為中心的一個必要舉措。這個舉措是作者在《費曼物理學Ⅱ》課上從傳統(tǒng)教學最后走向翻轉(zhuǎn)課堂的關鍵。當前有不少教師不認同以學生為中心的教學模式，認同的教師也基本都是從原來以教師為中心的教學體系中逐漸轉(zhuǎn)變過來的。發(fā)明同伴教學的哈佛大學物理系教授Eric Mazur把教學分成了兩個階段：一個階段是傳統(tǒng)教學，其中教師把信息、知識講授出來傳遞給學生，這是以教師為中心的階段；另一個階段是學生自己主動接受吸收和消化知識，也是以學生為中心的階段。[1]對教師為中心的階段教師教得好，也就是講授、表述得精彩就達到了教學的目的。而對以學生為中心的階段，教學過程的主體從教師轉(zhuǎn)向了學生。實際上教師講得再好，學生不吸收或吸收不良也沒用。反過來哪怕教師講得不好或不夠好，而學生如果有了主動性，他們也可以自己去尋覓和自主學習并且可能會學得很好，這個反差在當前信息社會環(huán)境下顯得尤其突出。我們后面談的翻轉(zhuǎn)課堂屬于典型的以學生為中心的階段?；氐叫“嘟虒W，在小班上教師對每個學生的關注度會遠大于大班，而每個學生又都有更多的機會在全體同學面前發(fā)表和展示自己的看法和能力。人們一般公認小班教學的效果會比大班好，代價是師生都要加大人力物力的投入；反過來大班教學無論在人力還是時間上的投入產(chǎn)出效率都比較高，適于量大面廣學生多的課，如大學物理這樣的基礎課程。從教學改革的角度，任何一項改革舉措最合理的路線是先在小班教學上進行實驗，成功了再考慮向大班教學推廣，因此小班教學應該在教改中處在先鋒位置。在小班教學中，如果想要起到比大班教學有針對性更好的教學效果，師生雙方都要有更多的投入。教師要更多地關注每個學生個體，對教學內(nèi)容要有更加深入的掌握；同時，學生為了能更積極和有效地參與學習同樣也要付出更多。對于這些更多的付出，本文第3部分會分別針對學生和教師討論它們的動力來源所在。

1.2 翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂，現(xiàn)在大家多認為它起源于2007年，美國科羅拉多州“林地公園”高中的Jon Bergmann和Aaron Sams兩位化學教師嘗試顛倒傳統(tǒng)的教學模式，即課前讓學生在家觀看教師提前錄制的視頻、課堂時間用來完成作業(yè)的教學模式，也有人考證說翻轉(zhuǎn)課堂實際開始的時間遠早于2007年。最近幾年翻轉(zhuǎn)課堂在國外搞得轟轟烈烈，在國內(nèi)的很多中小學也開始實施，在國內(nèi)大學雖有人搞但數(shù)量很少，多數(shù)大學教師都處于觀望或排斥的狀態(tài)。北師大的張萍教授在某個三四百人的大型教學研討會上在作了關于翻轉(zhuǎn)課堂的報告后詢問臺下的教師聽眾翻轉(zhuǎn)課堂好還是不好？有什么看法？據(jù)說臺下90%的教師都有明確的意見，翻轉(zhuǎn)課堂好或者不好，模棱兩可的只有10%。然后張老師再問，有多少人開始做了？90%人都說沒做。也就是最多只有10%的人開始試探翻轉(zhuǎn)課堂。大家都在觀望，看看這玩意兒是否會像以往歷次教改那樣一陣風就過去了，都覺得等到若真是燎原起來了再去做也不遲。更有不少教師持否定的看法：一種認為對普通大學，現(xiàn)今能維持正常教學就不錯了，沒有精力來做這些研究和試驗；另一種覺得翻轉(zhuǎn)課課堂效率太低，若全部是翻轉(zhuǎn)課則課程就講不完了。更有教師覺得教無定勢、學無定法，我們?yōu)槭裁蠢舷矚g跟在別人屁股后面跑，別人翻轉(zhuǎn)我們就跟著翻，為什么要翻？翻什么？怎么翻？教師們擔心再次像20世紀80年代電化教學那樣一哄而起，浪費大量人力物力。一些教師覺得這個翻轉(zhuǎn)課堂不過是陽春白雪，都是拾人牙慧，搞搞研究也就罷了，在實際教學中不見得真有實效。為此，作者借助本文試圖以自己的教學經(jīng)歷來對上面提到的問題闡述一下本人的觀點，供大家參考借鑒。

1.3 《費曼物理學》與清華物理系開設的費曼物理課

有人說著名物理學家費曼一生最重要的對物理學的貢獻是他的一套三冊《費曼物理學》書，學物理的人都知道這套書是世界上最頂級的普通物理教材。早年《科學美國人》雜志的評論員描寫費曼的書的第一版為“難啃，但富于營養(yǎng)并且津津有味。25年后它仍是教師和最優(yōu)秀的初學學生的指導書”。本人為上?？萍汲霭嫔缧陆匦滦抻喎g出版的新千年版《費曼物理學講義》撰寫了如下書評“《費曼物理學講義》(TheFeynmanLecturesonPhysics)，世界上最高大上的普通物理教科書。清華物理系從2008年起針對本科低年級學生以此書為本，開設了專門課程，受到學霸、學神們的熱烈歡迎。作為著名的物理學大咖、諾貝爾物理學獎獲得者費恩曼半個多世紀之前在加州理工進行普物教學改革，促成了他本人一生的最大成就，此書一直被所有從事物理的人奉為經(jīng)典和圣經(jīng)。如果你厭倦了物理學教科書中的說教和晦澀難懂的公式，來讀讀這套書；如果你覺得已經(jīng)能夠駕馭大學物理和普通物理中的內(nèi)容，希望能在物理而不是數(shù)學上更加深化和拓展你對物理的理解，來讀讀這套書；如果你已在物理中歷經(jīng)滄桑，回來再讀讀這套書。它會使你腦洞大開，給你另類看待物理世界的角度，體會物理學的韻味與刺激，享受物理學的精彩與奧妙。”因引力波而獲2017年諾貝爾物理學獎的加州理工學院榮休費曼理論物理教授Kip S.Thorne在新千年版《費曼物理學講義》的英文版前言中寫道“50年中，我們對物理世界的認識已經(jīng)大大改變了，但是《費曼物理學講義》的價值仍舊存在。由于費曼對物理學獨到的領悟和教學方法，費曼的講義今天仍像第一次出版時那樣具有權(quán)威性。這些講義已在全世界范圍內(nèi)被初學者，也被成熟的物理學家研讀；它們已被翻譯成至少12種語言，僅僅英文版的印刷就有150萬冊以上?；蛟S至今為止還沒有其他物理學書籍有這樣廣泛的影響”。[2]費曼這套書在很多人看來從未成為過成功的教科書，在此書第一版出版以來的半個世紀后，為什么那么多物理學家仍總把它們放在觸手可及的地方？Robert P Crease在physicsworld.com網(wǎng)站(2014年3月27日)以“費曼的失敗”為題給出一個解釋，其中提到：費曼的書是其對物理教育的最主要貢獻——但是是對教師而不是對學生的。他是一名魔術(shù)師，而他的書則是魔術(shù)師的秘籍。這些書對像費曼這樣的本科生不是太難，但是不存在這樣的本科生?！@套書出版后幾年有幾位試著把它們用作教材，其中包括加州理工的物理學家David Goodstein。他的結(jié)論是“不行，我十分努力去嘗試，但它們太復雜了?！盙oostein最后只好編寫他自己的本科教材——一本合著的《大學力學》(1986)教科書，這本書不僅成功地在美國和全世界被廣泛使用，還被拍成了系列教育電視。在此文中作者對費曼的書作為學生的教材失敗的原因給出如下解釋：是什么使得費曼的講義如此引人入勝和有啟發(fā)性？作者認為是費曼對所講授內(nèi)容的掌控表現(xiàn)的不只是詮釋和研究，而是讓讀者享受到了解物理的樂趣而不是取悅學生。由于費曼的思路遠高于本科受眾，而費曼講義的強度——包括其復雜的概念和挖掘想象各物理課題間的聯(lián)系的能力——是本科生的弱勢；所以雖然是為本科生寫的教科書，講義卻對教師最為有用，因為讀者需要先理解書中的物理內(nèi)容。按照費曼書的序言所說，當年費曼講課時聽眾總是滿滿的，開始都是一二年級正選他課的本科生，他們大多因聽不懂多數(shù)就慢慢地跑掉了,但越來越多的研究生和教師、他的同事慕名來聽課，所以聽眾總還是滿滿的，總?cè)藬?shù)處在一個守恒的狀態(tài)。研究生和教師很喜歡他的課，聽得津津有味，是因為他們是過來人，有基礎和閱歷，所以聽得特別帶勁，他們能夠理解費曼所講內(nèi)容里邊的精彩和奧妙。雖然費曼的書對普通物理學本科生來說確實太難了，但對極少數(shù)超常的本科生卻是十分合適的。這一點并不像前面Crease所說的不存在這種本科生。費曼說他課上有極少數(shù)一二十個學生能理解全部的講授，并且積極攻讀、興奮地鉆研，而這樣的學生正是我們開設費曼系列課所要針對的對象。

清華物理系20年前開始辦基礎科學班(簡稱基科班)，同時加強物理和數(shù)學的學習。數(shù)學系鼓勵大一基科班的同學使用莫斯科大學數(shù)學系的教材——佐里奇的《數(shù)學分析》，那里面都是學生在中學里沒見過全新的概念和方法，極為刺激和具有挑戰(zhàn)性；而物理學中的精華量子物理和相對論由于需要大量前期的知識鋪墊通常被安排在大學本科靠后的時間才能學到，新生入學開始物理系只能講授普通物理中的力學、電磁學等十分傳統(tǒng)的內(nèi)容。這和費曼在他的書前面寫的《費曼自序》中對加州理工的低年級學生的描述完全一樣，“一旦他們學完兩年我們以前的課程后，許多人就泄氣了，因為教給他們意義重大、新穎的現(xiàn)代物理概念實在太少。他們被安排去學習像斜面、靜電學以及諸如此類的內(nèi)容，兩年過去，沒有什么收獲?！盵2]相比全新的數(shù)學分析，普通物理的力、熱、聲、光、電內(nèi)容都是學生在中學見過的古老內(nèi)容；特別對那些基礎比較好例如經(jīng)過物理競賽的學生，很多人在中學已經(jīng)學過普通物理，少數(shù)學生甚至自學了理論物理的四大力學，傳統(tǒng)的普通物理完全提不起他們的興趣。基科班的學生們多數(shù)被更有挑戰(zhàn)的全新的佐里奇《數(shù)學分析》所吸引，大部分精力放在了數(shù)學課上，對物理覺得是很熟悉的內(nèi)容因此就只應付一下。付出得多就珍惜、喜愛得深，物理和數(shù)學相比的結(jié)果是，到二年級數(shù)學和物理專業(yè)分流時，好學生大多都選擇了數(shù)學方向，選擇物理和選擇數(shù)學的學生人數(shù)極度不平衡。和費曼在他的《自序》中寫到的“我們想要抓住的特殊問題是，要使充滿熱情而又相當聰明的中學生進入加州理工后仍舊保持他們的興趣……問題在于，我們是否有可能設置一門課程能夠顧全那些比較優(yōu)秀的、興致勃勃的學生，使其保持求知熱情”完全一樣[2]，為了能在一開始就抓住好學生的注意力吸引他們，作為能匹敵和超越佐里奇《數(shù)學分析》的物理教材對應，清華物理系從2008年起開設了《費曼物理學》系列課程，這也算物理系開始以學生為中心的首次嘗試。我們建議基科班里數(shù)理基礎好的學生喜歡數(shù)學的學佐里奇、喜歡物理的學費曼，形成了數(shù)學物理既競爭又平衡的局面。對選費曼課的學生我們用費曼課代替了傳統(tǒng)的普通物理課，以費曼的三冊書按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分3個學期3門課分別進行授課，這些年來這門系列課在清華物理課程的不斷調(diào)整中作為一個品牌一直持續(xù)下來直至今天。2018年，物理系正計劃將這門課設為清華物理系首門榮譽課程。當年作者由于多年主講針對物理系學生的《電動力學》而被系里指定與安宇教授一起分別作為A、B角負責費曼第二冊書的教學工作。當初接下這項任務除了作為系領導要起帶頭作用外，也是想一是體會一下與以演繹為主極端理論化的電動力學完全相反的以歸納為主極端現(xiàn)象學化的電磁學的教學，二是借此機會強迫自己認真地研讀和體會費曼的原始物理思想看看到底費曼是如何的牛，畢竟令人崇拜的高深數(shù)學表述在物理學里最終還是要歸根于基本的物理思想。作者在上大學時就在海淀書店搶購了一套英文版的費曼講義，一直壓在箱底沒有認真看過挺遺憾的。在每次費曼課第一堂課時，本人跟學生說費曼開講這門課的1962年正好是我出生的年份，因此我和這課同歲。2009年作者教了第一輪，2010—2012年連續(xù)3年是安宇教授教的，再往后安宇教授被系里安排領銜做SPOC教學，因此隨后的年份都是作者教的《費曼物理學Ⅱ》。由于這個課的難度，物理系在每年的新生入學教育時都特別向?qū)W生強調(diào)要量力而行，只有那些基礎很好的學生才建議選此課，其他同學都鼓勵他們?nèi)W傳統(tǒng)的普通物理課。由此每年選此課的學生一般都是年級里自認為物理學得最好的20多人形成典型的小班課。恰好2016年教育部設立的拔尖人才培養(yǎng)試驗計劃中專門開設了一個小班教學的命題研究項目，我們就把在此課上的多年實踐納入了這個項目開展研究和梳理，本文也是這項研究工作的成果之一。2012年清華開始建設校級挑戰(zhàn)性課程，從2017年起《費曼物理學Ⅱ》作為物理系的首個挑戰(zhàn)性課程開始參與第三批校級挑戰(zhàn)性課程的建設。

1.4 本文的現(xiàn)實意義和目的

我們期望本文討論的小班教學與翻轉(zhuǎn)課堂能對基礎物理教學改革有所幫助。目前國內(nèi)高?；A物理課的教學現(xiàn)狀如何呢？典型的情形是基礎物理課的內(nèi)容不夠新穎沒有吸引力；學校對基礎物理課不重視，學校各個專業(yè)都在努力壓縮基礎物理課而擴大專業(yè)課學時。學生厭學，不知道學習基礎物理的意義和價值，要么只要求不掛科，要么只看成績；教師來自科研的壓力很大，缺少交流，在教學上有固有的惰性。國家新推出的高考改革更是導致新生的物理基礎極端參差不齊，基礎物理教學相比以前面臨更加復雜和分化的情形。傳統(tǒng)的教學方式如不改革，這樣的環(huán)境和狀態(tài)也會難以為繼，即使不要求可持續(xù)發(fā)展只維持基本生存，也需要發(fā)展和探索能有效適應目前環(huán)境和教學對象的新的教學方式。教學目標至少應該是讓學生感覺有用，能夠?qū)W懂，最好能了解和喜歡物理。上述觀點是對廣大的普通學生，而對少數(shù)尖子學生，隨著我們國家的經(jīng)濟實力的提高和國家地位的上升，培養(yǎng)和造就更多的科學大師也成為越來越迫切的任務，在小班教學里通過實施特別的教學方案為我們國家培養(yǎng)出科學大師也在某種程度上成為了大學教育的國家需求。這是我們寫此文的動機，希望通過我們的經(jīng)歷能針對物理專業(yè)本科學生及更加一般的大學物理的教學改革探索提供些借鑒。

人們會問，費曼課的對象是全國最拔尖的學生又是物理專業(yè)的，這樣的經(jīng)驗有普適的價值嗎？首先費曼課是物理學科的課，所有的物理專業(yè)都可以拿來做參考。再有本文是作者個人的實際教學經(jīng)歷，不論它是否有推廣價值，至少它是在特定環(huán)境下的一個具體有操作性并持續(xù)實際運行成功的物理教學實例，而不是一個抽象的理論。多年來從師范院校專門從事教育研究的學者那里聽到過很多高深和很復雜的教育理論，我們多數(shù)聽不懂，感覺那些理論把簡單的事搞得十分復雜，缺乏可操作性，對一線的實際教學起不了什么實際作用。因此對一線的教師來說更多地是關心采用什么方法能有效地提升實際教學效果。從2012年興起的新一輪以信息技術(shù)為支撐的教育改革浪潮的主要推動者是在美國大學里從事物理教學的物理學家，他們所發(fā)展的方法和理念與傳統(tǒng)的由純搞抽象教育研究的人建立的體系有很多不同，相對比較接地氣帶有很強的物理味道，處理問題的方式與思路和我們講的物理很類似，是同一個路數(shù)，所以我們物理教師相對比較容易熟悉也會感到親切，用起來會很得心應手，特別適合物理教學。盡管如此，這些在國外發(fā)展起來的方法對國內(nèi)的環(huán)境是否適用呢？哪些需要調(diào)整和修改？這仍需我們通過具體的實踐來檢驗和確定。作者將《費曼物理學Ⅱ》課作為一個教改的試驗場，希望通過具體的教學實踐確立哪些改革措施是有效的，哪些又該進行變化和調(diào)整。在清華這樣的學校開展教改實驗相對比較容易，我們的學生屬于顏氏家訓里說的“上智者不教而成”那類人，他們不管怎樣改革都不會學得太差，可以作為教改試點先行一步，然后再在結(jié)果中剔除學校和學生優(yōu)勢的影響努力發(fā)掘其普適性。從當前基礎課教學現(xiàn)狀看，學校不重視基礎教學往往是通病，教學及教學改革通常是口號喊得響、實質(zhì)措施少，面對這些共性問題的改革實踐應該是有參考價值的。再有雖然學校和學生可能不同，但教育教學過程的改進卻都有共通之處，無非通過教學改革要提高學生的學習興趣，改進教學效果，鍛煉和培養(yǎng)學生提出問題、分析問題、解決問題及思辨、表達和理解的能力，我們希望能通過共通的、有效的教改實踐梳理出可借鑒的經(jīng)驗。

2 為什么要做翻轉(zhuǎn)課堂？

首先談一下我們現(xiàn)在所處的教育環(huán)境，再介紹一個國外教授是如何走入翻轉(zhuǎn)課堂的具體例子，最后談作者自己在費曼課上是如何逐步走進翻轉(zhuǎn)課堂的。

2.1 當前的教育環(huán)境

在我們現(xiàn)在所處的教育環(huán)境中，國內(nèi)高等教育的教育對象的特點已經(jīng)和過去很不一樣了。上海財經(jīng)大學副教授曹東勃在人民日報上以《大學全面進入“95后時代”意味著什么？》為題撰文說：“95后可被視為中國家庭對子女投入，從“人多錢少”轉(zhuǎn)入“人少錢多”的關鍵時期。95后的第一個特征是開放性。這一代是搭上改革開放的快車、在幾乎每一個歷史轉(zhuǎn)折點上都踩準了時代節(jié)拍的一代?！鳛榛ヂ?lián)網(wǎng)原住民，95后對真實世界的好奇心和求知欲可能更濃烈。95后的第二個特征是互動性。這一代大學生在成長過程中，沒有遭遇國家困厄時期的負面影響。兩種矛盾糾纏交織，構(gòu)成其思想和思維特征的基本底色。他們不再只是單純的信息接受者更是信息源和傳播者。調(diào)查顯示，95后比90后更樂于表達，更有主見?！斈阋槐菊?jīng)認真以對的時候，才突然發(fā)現(xiàn)，“認真你就輸了”。95后的第三個特征是解構(gòu)性。推崇對話、闡釋、斷裂、解構(gòu)、反諷、碎片化、非理性、異質(zhì)性、不確定性、去中心化。今天的大學生思想活躍，有著強烈的學習興趣、懷疑精神和創(chuàng)造能力，絕非玩世不恭、游戲人生、毫無信仰的一代。如教師不研究時代的變化、教學對象的變化，仍教條刻板地單向“供給”，可能造成如下悖論與窘境：學生枯坐課堂、心不在焉，認為老師死板老套，課程無聊乏味，全無學習興趣；老師口不應心、言不由衷，認為學生頑劣厭學，缺乏自我認同，喪失教學動力?！盵3]總之現(xiàn)在的學生和以前不一樣，教師不能再想著學生和自己當年上學的時候是一樣的。現(xiàn)在的學生在傳統(tǒng)講授式和現(xiàn)在翻轉(zhuǎn)課堂式的兩種教學模式的比較中應當更適合后者。

現(xiàn)代社會變化得很快，尤其是信息技術(shù)日新月異，它使得信息的傳遞變得比原來快捷和容易了很多很多倍。這對我們傳統(tǒng)課堂講授那種建筑在以往信息傳遞比較困難的環(huán)境上的教學模式形成了很大的挑戰(zhàn)。因為在很難得到相關的信息的情形下，講授作為獲得信息的唯一渠道受到歡迎和重視十分自然。而現(xiàn)在如果什么不知道就上百度、谷歌一下就全都知道了，維基通常也給出了相對權(quán)威和專業(yè)的解釋，學生憑什么非得要聽教師的講解呢？現(xiàn)在課堂上很多學生都在底下玩手機就反映這樣一個現(xiàn)實，教師講的東西不如手機上的有吸引力！坐在講臺下面的學生如果有興趣完全可能會從手機上得到比教師講的更多更生動更深入的內(nèi)容。如果在這樣的環(huán)境下教師再不尋求改變，真的可能無法再永久地生存下去。教師是在教育學生給學生上課，只有學生最后的感受真的是課程對他有用，教師這一職業(yè)才有一直持續(xù)存在的需求，否則讓教師下崗沒什么可質(zhì)疑的。我們的知識傳授在當今已經(jīng)被信息技術(shù)的進步在某種意義上替代或者半替代了。把學生本來可以自己比較容易獲取的知識非要堅持按傳統(tǒng)的授課方式講給學生是一種性價比很差的教學策略。哈佛大學物理教授Gary Feldman說：“教師在課上講那些學生可以自學的內(nèi)容是不負責任的，因為這樣做的結(jié)果是在鈍化學生的自學能力。”Mazur教授也說：“教師簡單地重復教材上印刷的內(nèi)容意味著教師認為學生不知道如何閱讀教材，是對學生自學能力的輕視?！盵4]

談到學生的能力，北京大學醫(yī)學院王夔院士參加中科院學部咨詢項目調(diào)研了高中化學教師、大學化學教師和化學專業(yè)研究生導師對學生的看法：“近年來學生質(zhì)量下降了嗎？”……高中化學老師認為沒有下降，和以前“差不多”；大一老師大多數(shù)認為差不多；大學高年級老師多數(shù)認為質(zhì)量下降；研究生導師則明確回答：“較前質(zhì)量下降”。……他們發(fā)現(xiàn)對這一問題的答案之所以出現(xiàn)分化，是因為高中主要是以升學率評價教學質(zhì)量，“學生考試成績逐年提高、升學率逐年提高，怎么說學生質(zhì)量不行呢”？大學低年級因為學時和內(nèi)容減少，學生質(zhì)量問題并不突出。不過大一的老師們還是發(fā)現(xiàn)，有“20%～50%的學生學習有困難，多數(shù)學生處于懵懂狀態(tài)，不適應大學學習方法，不會讀書、不會做實驗、不會提問題”。在大學高年級教師看來，這一問題更加突出，“大多數(shù)學生不會讀書，不會提問題、討論，對學習沒興趣”。研究生導師對學生質(zhì)量最不滿意，他們認為“學生不會查文獻、寫總結(jié)、綜述，學習缺乏動力、對研究沒興趣”。[5]雖是針對化學專業(yè)的調(diào)查，但結(jié)果卻與來自其他領域?qū)＜业母惺芊浅Ｒ恢拢褐袊鴮W生在知識點的學習中出類拔萃，但在獨立學習和創(chuàng)新的研究階段，表現(xiàn)得卻不盡如人意。

北京大學考試研究院院長秦春華、北京大學招辦副主任兼考試研究院副院長林莉以“本科教學陷尷尬：學生正在喪失獨立思考能力”為題撰文，寫道：“我們正處在一個飛速變化的世界……大學所培養(yǎng)的人將要面對未來的世界……本科教學的本質(zhì)，就不在于教給學生過去的具體知識和技能……而在于激發(fā)學生的潛能，提高他(她)們處理復雜資訊的能力，啟發(fā)他(她)們探索未知世界的勇氣和好奇心，使學生能夠面對未來一個完全不同的世界，幫助他(她)們解決未知世界面臨的難題?！袊谋究平虒W正面臨著相當嚴峻的挑戰(zhàn)，無法適應正在發(fā)生的深刻變化?！瓕W生越來越不提問題，不會提問題，也提不出有價值的問題。學生很少有提問題的欲望，不知道問題在哪里，即使勉強提問，提出的也很難稱其為問題。……后果：一是無法組織教學……二是教學質(zhì)量降低……三是無法產(chǎn)生實際的教育效果……其次，學生正在喪失極為寶貴的思考能力。他(她)們習慣于跨越過程，直奔結(jié)果?！斔?她)們一旦面對巨大的不確定性時，將會手足無措，陷入迷茫和恐懼之中?！瓕W生花費了大量時間上課、上網(wǎng)，卻很少讀書。由于思考能力的喪失，學生對未來產(chǎn)生了深深的迷茫和恐懼。他(她)們不得不選修大量課程，企圖通過學習知識使自己充實起來，……學期結(jié)束時，卻發(fā)現(xiàn)自己陷入了更深的迷茫和空虛之中，……除了拿到了一個分數(shù)外，還剩下些什么呢？……”[6]

畢業(yè)于倫敦政治經(jīng)濟學院社會人類學專業(yè)的張芳圓回憶自己在英倫的求學經(jīng)歷時寫道：“哈佛大學名言：‘教育的真正目的就是讓人不斷地提出問題、思索問題?！瓰槭裁匆獙W會提問題？……善于提問的人，往往體現(xiàn)出知識獲取的主動性，也有可能具備更強的學習能力和動力。提出一個好問題，意味著知識、經(jīng)驗和觀念上可能即將要邁進一步，判斷力和決策能力得到加強。……中國學生更擅長提取重點、概括總結(jié)和摘抄，但西方學生更善于提問，并用問題來組織和梳理筆記。……‘淘金式思維’能幫助你取舍信息，你得帶著問題去聆聽他人的講話或者去閱讀，這個過程充滿互動，你需要主動地參與進來。這種思維在課堂上的表現(xiàn)是，學生可以隨時舉手打斷老師的講話，提出自己的問題。……參與討論的意義在于，你能夠檢驗自己對于文章的理解是否準確，也能夠從他人的觀點中獲得更富有啟發(fā)的洞見?！瓕W習是一個互動、探索的過程。如果沒有與他人的腦力碰撞，自己也許就是閉門造車?！鞣降慕逃w系更欣賞有思想力的學生——能夠?qū)σ延械闹R和觀念進行篩選和評價，并在這個過程中形成自己的獨特觀點。要想提出好問題，需要準確地理解作者的論點，他想要對話的理論以及他論證的過程。在這個過程中，批判性地思考是貫穿始終的?！瓘膶W會提問開始，我們收獲的是獲取知識的能力，探索外在世界的能力，提問也創(chuàng)造了進一步的溝通，有助于我們獲得他人的理解以及理解他人?！盵7]

我們教育的核心是育人。我們中國對一個全面發(fā)展的人的核心素養(yǎng)包括文化基礎(進一步包括人文底蘊、科學精神)，自主發(fā)展(進一步包括學會學習、健康生活)，社會參與(進一步包括責任擔當、實踐創(chuàng)新)3個方面。美國對個人發(fā)展的未來技能提出6C概念，包括創(chuàng)造力與想象力、批判性思維與問題解決、溝通、合作、品質(zhì)教育、公民的權(quán)利與義務。[8]我們的教育成功與否就看是否通過教育給學生培養(yǎng)和塑造出這些基本素質(zhì)。有鑒于這些背景，上至教育部下到國內(nèi)好的高校的領導都對以素質(zhì)培養(yǎng)和塑造為目標的教育改革非常重視，但一線的不少教師不喜歡去了解這些新的變化，不愿意行動不愿花精力，覺得和自己沒什么關系。我們下面用Mazur教授和作者自己的具體例子來說明為什么要進行教學改革，為什么要搞翻轉(zhuǎn)課堂。

2.2 Eric Mazur教授是如何走向翻轉(zhuǎn)課堂的

前面提到的哈佛大學物理系Eric Mazur教授在網(wǎng)易公開課上說他1984年開始當教師講的頭7年課很成功，當時自認為是學校里講得最好最受學生歡迎的老師。他給哈佛醫(yī)學院的學生講大學物理但學生不愿意學。學醫(yī)的學生覺得物理和他們沒關系沒必要學物理，因此醫(yī)學院的學生就只把他當成一個必須要從其獲取分數(shù)的物理老師，因為不拿這個學分無法畢業(yè)。他感覺學生都挺討厭物理老師的，雖然老師總是在課上宣傳物理有什么什么用，怎么怎么重要，跟我們國內(nèi)的物理教師完全一樣。而從學生的角度覺得教師腦子進水有毛病，學生一般對教物理的老師都不太友好，甚至有敵意。但是Mazur是少數(shù)的例外，他比較受學生歡迎。他當時覺得他可能是世界上最好的物理教師。20世紀80年代中后期的7年，他都是按傳統(tǒng)方式進行教學而且確實已經(jīng)講得很好。后來時間長了他開始注意學生如何吸收他所講授的內(nèi)容。講了7年課以后有一次他給學生提了一些物理的問題，讓學生必須把回答完全用文字寫出來而不許使用公式。結(jié)果好多學生就不知道該怎么寫答案了，甚至有一個學生問：我是應該按您在課上講的那些把公式寫給您，還是按我日常生活中對這個事情的理解來寫我的答案呢？Mazur說他聽后覺得腦袋轟了一下，覺得這兩者難道不一樣、有那么大差別嗎？他教了半天學生怎么都是這樣的呢？等于是完全沒懂。注意這可是世界上最好的哈佛學生呀!但似乎學生就只是把公式背下來會做題而已，完全沒理解其中的實質(zhì)，也完全和自己的日常經(jīng)驗和直覺脫節(jié)。由此Mazur覺得按照這種方式當物理教師傳遞知識是很有問題的，需要讓學生真正去懂，去了解教師講的東西，并開啟了他的改革歷程。他從1991年就開始做翻轉(zhuǎn)課堂，課堂不再講課而是進行討論。而他發(fā)明的同伴教學只是在課堂翻轉(zhuǎn)了以后的一個手段，是后來才發(fā)展起來的。

2.3 《費曼物理學Ⅱ》從講課到翻轉(zhuǎn)的原因

Mazur教授提到的情形實際上很多教師都碰到過，教師在課上講得慷慨激昂，如果教師講得好學生也會聽得心滿意足，或者說學生被灌得很舒服。但實際學生未必真的就懂了，他們課后還是只會做題和重復教師或書上的語言，與自己獨立思考地理解和解釋這個世界還有很大的距離。長此下去，學生缺乏自主的思考和辨識能力只是應付考試，結(jié)果越學越?jīng)]興趣，也就造成了通常說的“毀人不倦”。我們以往進校時對物理感興趣的學生的比例大大高于畢業(yè)時的比例就說明我們的物理教學的問題。實際上費曼的這套教材也源于當年費曼對加州理工的基礎物理課教學使學生越學興趣越下降現(xiàn)象的不滿。他當年碰到的是類似的情況，費曼的同事當時就忽悠他說你那么不滿意、那么牛，那就按照你的想法來改革基礎物理教學唄！費曼雖已不年輕但氣仍正盛就放下其他事情真的來親自教了，由此才產(chǎn)生了這套世界著名的經(jīng)典的物理教科書。但是費曼真正教了以后也體會到做基礎課教學這件事實在是太辛苦，所以教了一次后也跑掉不再教了。費曼自己明確地說他的這次教學改革是失敗的，而且特別強調(diào)是第二冊電磁學的部分。因為對第一冊的力學和第三冊的量子物理費曼找出了與傳統(tǒng)不一樣具有顛覆性的講法，而對第二冊的電磁學費曼沒有找到全新的講法(從這個角度也說明這一冊書的教學難度，根據(jù)2013年教育部大學物理課程指導委員會華東地區(qū)工作委員會在山東、江蘇、安徽、浙江、福建、江西、上海的53所高校的1837張調(diào)查問卷統(tǒng)計，認為電磁學是大學物理最困難的部分的達到56%，比認為大學物理的其他部分最難的高出13～32個百分點)，雖然費曼實際在第二冊講的也有變化但變化比較小，沒有像另外兩冊那樣實現(xiàn)了顛覆。費曼在其書的自序中寫道“第一年的情形看起來還是十分滿意的。但在第二年，我就不那么滿意了。課程的第一部分涉及電學和磁學，我想不出什么真正獨特的或不同的處理方法，也想不出什么比通常的講授方式格外引人入勝的方法。因此在講授電磁學時，我并不認為自己做了很多事情?！盵2]對作者所教的《費曼物理學Ⅱ》來說，就內(nèi)容說不再像另外兩冊費曼講義那樣可以通過改變講法大幅改進原來教學的效果，第二冊的教學所面臨的還是與傳統(tǒng)電磁學不足夠吸引學生相差不多的情況。

作者從1989年博士畢業(yè)留校任教到現(xiàn)在快30年了，從參加工作起最初的十幾年都希望教學盡量少投入，留出時間做科研。作者從1992年起任理論物理教研組副主任、1996年任主任，理論物理組參與搞科研的教師多數(shù)都跟作者的觀點相似，理論物理教研室的教師一半純搞教學另一半既教學也搞科研。教學科研都搞的教師一般能不教課就不教課，都希望留出時間搞科研，作為教研組主任如果教學任務完不成就得到組外低三下四地求人代替理論組老師去教課。這和科研形成很大的反差，科研上學新東西是自發(fā)的，而對教學特別是教學改革多是被動的，因為不愿意過多投入。作者從一留校到理論物理教研組工作就被分配去教老教師們都不愿意教最難的電動力學課，第一輪整個教學內(nèi)容都是作者按照自己的理解和思路把教案從頭寫到尾，以科研的方式按自己理解梳理出一套自洽體系，然后再在以后的教學中不斷修改完善。以后每次上課講完就走，再現(xiàn)了小時候聽大人描述的大學老師的樣子。此種教學方式教師只管自己的講授(當然會盡量努力講得精彩)享受完對自己梳理出來體系的表達就ok了，基本不在意學生的感受和學生接受和理解課程內(nèi)容的過程。當然在開始教學的前幾年作者也試著與學生課下交流，但安排的專門答疑時間學生基本都不來(考試前除外)，因此后來就干脆取消了平時的答疑，這現(xiàn)象本人理解為學生沒有興趣主動學習和求教，剩下當然只有課上的強行灌輸了。作者的專業(yè)是理論物理，授課特別像電動力學課幾乎全都是寫公式，早年極端崇拜公式，剛開始教電動力學時曾很得意自己在黑板上及后來的PPT上全是公式?jīng)]有文字和圖，以至于物理系學生在學生節(jié)排“三國殺”的節(jié)目時為本人專門設計了一張功能就是推倒(導)的撲克牌。后來隨著教學時間的增長，PPT中的圖、文字開始越來越多，主觀上覺得這些東西越來越重要因為它們對學生理解物理內(nèi)容有重要的幫助，而公式的重要性反而逐漸降低了，低年級的課程尤其如此。雖然在本人電動力學課的PPT上仍是公式多于圖片和文字，但到《費曼物理學Ⅱ》授課時制作PPT上就演變?yōu)閳D片優(yōu)先度高于文字，文字優(yōu)先度又高于公式了。本人的電動力學課程教得很難。擔心學生可能聽不懂就強制要求他們做很多作業(yè)(早年除了把郭碩鴻書的習題全做外還補充了很多額外難度更大的推導類習題)，最后考試也考得很難，在物理系的學生中一直流傳本人早年的電動從早考到晚的傳說?？嫉碾y在最后的成績上就需要適當調(diào)整，一般是在最后實際成績分布上利用一個三參數(shù)的二次函數(shù)在保證成績順序不變的條件下把實際成績分布調(diào)整到所希望的分布情形，這遠比廣為流傳的開根號乘十有效。學生學了那么難的課，考了那么難的考試，最后看到自己的得分比自己估計的分數(shù)高，通常也就不來找老師理論找分了。這樣教出來的學生和前面Mazur提到的只會做題不知其所以然是十分類似的，他們當中只有少數(shù)極有天分的學生能理解課上講授的知識的奧妙，多數(shù)是機械被動地完成任務拿分數(shù)，沒有真正理解物理的奧妙，很多人越學越厭煩。本人2009年第一次開《費曼物理學Ⅱ》課不久就有同學問有什么參考題給他們做。當時為扭轉(zhuǎn)這種情形，本人在課上一再強調(diào)對內(nèi)容的理解和思考遠重要于做題，尤其是費曼課，學生仍是對數(shù)學公式的偏好明顯大于對物理機制的理解，相比給出物理圖像和數(shù)學公式，他們顯然更喜歡給公式。對那些教師刻意做成的圖片或文字介紹，學生多認為那只是說說而已。本人不斷強調(diào)所有這些陳述都有嚴格的數(shù)學和理論描述存在于背后，但學生好像不完全能聽進去。一個典型的例子是2009年《費曼物理學Ⅱ》期末考試簡答題里問：為什么自發(fā)磁化時總有無磁化的零解？同學們多是列下方程說，顯然方程中有零解存在，而不是去發(fā)掘零解存在的物理解釋，那年期末考試是靠三道簡答題特別注重解釋物理圖像因而才打破了同學之間成績簡并的。早年作者在做系主要領導時帶著幾位同事代表物理系去看望在郊區(qū)部隊進行培訓的物理系學生干部，大家座談時問學生對物理系的教學感受，學生干部們都說覺得越學越?jīng)]勁越?jīng)]興趣，讓本人心里極度難受臉上也很掛不住，因為作為學生中的精英學生干部都持如此觀點，我們的學生系統(tǒng)及受他們影響的廣大學生的看法顯而易見。我們招來了最好的學生，通過我們的教育，學生卻對物理越學越?jīng)]興趣，這是我們教育的失敗也是我們的失職！本來學生是沖著物理來物理系的，由于我們教的不好導致學生最后放棄物理。這和當初費曼不滿意加州理工的普物教學使學生越學越?jīng)]興趣何其相似！就拿作者的教學來看，要是像以往那種自我娛樂自我欣賞的傳統(tǒng)教學方式，除了很少數(shù)極有天賦路數(shù)對上的學生會非常喜歡和享受外，多數(shù)學生會對物理產(chǎn)生排斥和逆反，因為教師講的和他希望聽到的對不上，由此會對物理失去興趣。這些導致本人逐漸越來越在乎學生的感受：他們到底聽進去沒有？聽明白沒有？教師自己在講臺上表演即使再嗨，如果學生沒有興趣也是沒有達到教學的目的的。這是作者在上費曼課前的電動力學課上已經(jīng)有的感覺(注：本人的電動力學現(xiàn)在已經(jīng)錄制成了慕課，并于2017年秋季在學堂在線上線，2018年也計劃部分地開展翻轉(zhuǎn)課堂實驗)。到2009年第一次上《費曼物理學Ⅱ》后，問題變得更加突出。作者的基本想法是盡量尊重原著，讓學生和教師自己通過上課能夠感受和體會到費曼的原始物理思想，而作為教師則努力把費曼的想法按本人的理解給大家原汁原味地講授。開始的費曼課和本人上的其他課一樣主要是講授，但發(fā)現(xiàn)學生不滿意，費曼課上的學生是清華物理系物理學得最好的學生，他們最反感老師上課照本宣科，他們要聽沒聽過沒見過的新東西，凡是書上有的重復地講，他們就沒興趣，覺得那樣做還不如自己看書。雖然我在課上一再強調(diào)學生自己感覺的對經(jīng)典電磁學的了解離真實差得很遠，我對學生說我自己講授和研究電動力學幾十年都不認為我對電磁學了解透徹了，何況你們。但這些言辭打動不了學生，只憑講授無法讓學生真正有效地感受到費曼書上講的電磁學中確有學生還沒理解到的更深入的內(nèi)容，因而也就無法提升學生的興趣。對像電動力學那樣的大課由于學生基礎相差比較大(經(jīng)常有外系的學生選修此課)，為了照顧基礎差的學生針對基礎內(nèi)容進行細致講解似乎是必須的，而對費曼課的學生不再有這種照顧的需要，為了能讓學生滿意也讓這門課不至于在學生中口碑太差，必須進行改革。改革的出路有兩個方向：一個方向是加入前沿的新進展，這肯定可以吸引同學的興趣，可是對普通物理級別的電磁學，能在不新增加過多超出普物級別內(nèi)容的情形下把前沿的新進展清楚有機地融合進教學并不是一件容易的事，需要很長時間的積淀和研究，因此這個方向至少短時間內(nèi)無法覆蓋第二冊費曼書的全部內(nèi)容；另一個方向就是變講課為討論，既然學生認為電磁學的那些內(nèi)容他們都懂了，而教師不這么認為，那么干脆就費曼書上電磁學的內(nèi)容開展討論和辯論，看看學生到底是真懂還是假懂。當然這樣做多少還是有些擔心，就是在討論中如果教師回答不了學生的問題會挺難堪，如果學生們討論了很長時間找不出來合適的答案問老師的看法，結(jié)果教師也說不知道，一次不知道也就罷了，可是如果若干次教師都是不知道，教師自己就會感覺沒有在討論的課堂存在的必要了。在這個問題上作者由于有多年的科研和教學積淀，還是相對有信心能應付各種挑戰(zhàn)性的問題，同時也希望通過這些挑戰(zhàn)擴充和激發(fā)自己對物理的更深入理解(這一點在后面還會深入討論)，因此我下定決心在課程里增加討論環(huán)節(jié)以鍛煉學生的提問、表達、傾聽、思辨等能力并激發(fā)他們的興趣。

作者從2009年第一次講費曼課后，再開始上這門課已是2013年，2013年這一輪作為4年后第二次講此課主要是恢復已忘得差不多的內(nèi)容，猶豫再三沒敢貿(mào)然實驗開展討論，課程結(jié)束后才下定決心下一輪課開展討論，當時的想法是試一下，即使失敗了也算知道了此路不通因而也是有價值的。本人咨詢系里其他課開展討論的經(jīng)驗，初步得到的結(jié)果是系里沒人做這事無經(jīng)驗可循。后來了解量子力學課大課之外開設了單獨的小班討論課，讓學生憑興趣自由選，開始還有些學生，后來就越來越少直到課開不下去了。從學生那里得到的信息是他們認為上討論課沒有用就不去了?，F(xiàn)在學生的價值觀多數(shù)都是先看有沒有用，本人在校內(nèi)外各處去做科普報告，例如講暗物質(zhì)，報告后被問得最多的問題是這東西有什么用？這是現(xiàn)在年輕人普遍的價值觀，不是有趣和好奇心，而是有沒有用。本來量子力學因為離科研前沿最近，新東西也最多，因而是我們作為物理教師首選最愿意教的課，對這門課好奇心會引發(fā)很多的問題和疑問，這些問題很多直接聯(lián)系當今科學的最前沿最適合開展討論，連這個最具討論潛力課的討論嘗試都失敗了，看起來不是任何課開展討論就能成功的。接受了量子力學討論課的教訓不能全讓學生靠自覺還是得對他們施加強迫性的要求，也就是說要求學生必須參與。2014年的費曼課，我在第二冊總共254節(jié)中挑了自己比較有心得的幾節(jié)，也就是我有足夠的積淀有信心能控制得住場面，提前布置給學生在課前做預習閱讀準備，上課時不再細講，主要進行討論。第一次討論課上，在簡要介紹過課程內(nèi)容后，我對學生說你們都已經(jīng)看過這節(jié)的內(nèi)容了有什么問題可以提，結(jié)果講臺下沉默半天沒有人提問題。我只好把自己事先準備的問題拋出來，回答問題的同學不是很多，討論基本很勉強地進行。這輪課我試了兩次討論，情況類似都不成功，顯然這兩次試驗失敗了，但學生的反饋卻讓我有些意外。多年來我習慣在期末考試100分的卷子上拿出5分的一道題讓學生分別寫下對本學期課程的一件最滿意和最不滿意的事。那一年的期末考試幾乎所有學生最滿意的事都是寫的那兩次討論對他們的印象很深，收獲非常大。我非常震撼，覺得與自己的感覺完全反過來，試驗不是搞得很糟糕嗎？從教師的角度感覺討論的過程經(jīng)常冷場完全都是靠教師在那里勉強支撐著，沒看出學生有怎樣的刺激和激動。我自認為是心理年齡還年輕的教師，可事實上居然和學生之間在同一件事情上的看法感受完全不一樣。既然確認自己的感受不是很靠譜，學生的事還是要以學生的感受為主，因此我決定把原本準備放棄在下一輪2015年課上開展的討論試驗改為擴充進行更大范圍的討論。2015年這一輪課我在總共42章里選擇了幾章安排討論，感覺比上一年的情況好了一些但還不是特別理想，而來自學生期末考試卷子上的反饋還是一如既往地覺得討論好。由此我對費曼課確立了討論的形式遠比授課的形式受歡迎這一事實，既然自己那么不滿意的討論學生都覺得比教師那花費很大氣力去準備的傳統(tǒng)授課方式受歡迎，那么把優(yōu)勢最大化干脆到第三輪的2016年的課，我一咬牙就決定把全部費曼第二冊書的內(nèi)容都改成了討論。這樣做是很有挑戰(zhàn)性的，因為選某一段或幾段教師最有心得的章節(jié)進行示范性討論就類似于做科研學術(shù)報告，是可以做得很好很出彩的，而對那些教師不太有體會和底氣的章節(jié)，要能下決心開展討論是需要勇氣的。某知名物理網(wǎng)紅大咖私下告訴我他之所以不愿意系統(tǒng)地教一門課，除了要多花費時間和精力外，主要原因就是任何一門完整的課程里多少都會有一些令講授者感到無趣和頭疼的雞肋部分。對教學來說不可以像做學術(shù)報告那樣只挑自己喜歡的內(nèi)容講，而是必須要內(nèi)容全覆蓋，講授這些雞肋內(nèi)容可能會與其他精彩的部分的講授形成很大反差，因而損毀教師已有的名聲和風采。對講授都是這樣，對開展討論則更令教師面臨很大的挑戰(zhàn)。能否成功變部分章節(jié)的討論為全部討論是我們的教學超越表面試驗性教改的最關鍵環(huán)節(jié)。作者當時沒有回避困難選擇了正面應對，實際的教學經(jīng)歷也確給作者以意外的驚喜。后面會提我們在課上除了討論還安排了學生講課，對費曼第二冊書總共的42章，作者自己覺得有好多章的內(nèi)容挺無趣無聊的，可是班上的學生真是不一樣，他們每個人的興趣各不相同，有些教師覺得無趣的內(nèi)容對有些同學來說特別好玩，例如有一章講顯微鏡我就沒什么興趣，而班上一個學生特喜歡那章的內(nèi)容，找了特別多的一手前沿資料帶著激情把最新的進展講給大家，連我這個不感興趣的教師都受到感染，感覺這章內(nèi)容還真有它的內(nèi)在有趣之處。還有一次在講利用電磁渦流制造的感應電動機時費曼給了一個磁極屏蔽式感應電動機的例子，這部分內(nèi)容我覺得挺不好講也不很直觀，可到課上一個同學說他在中學參加物理競賽期間自己做過這個電機，現(xiàn)場我就讓他找出了還存在其筆記本電腦里的當初制作電機的視頻并給大家講解，大家聽得津津有味。再一次是在討論到大氣中的電場時我提出討論一下人類曾建造生物圈一號、二號來試圖人為模擬制造氣候環(huán)境結(jié)果都失敗的原因。有同學就站起來介紹在他們中學到美國游學的經(jīng)歷中曾碰到一些專家介紹過要形成現(xiàn)實的雷雨需要對云有一個幾公里最小的極限限制，在人造生物圈里無法滿足因而形不成自然的雷雨。如此種種，這些在翻轉(zhuǎn)的課堂上發(fā)生的令人意想不到的事情，讓課堂遠比教師獨自在那里講授豐富和精彩了許多。從某種意義上說，課堂上這樣的討論互動和交流過程并不是教師教育影響改造了學生，反而是學生教育影響和改造了我們老師。我們這個從講授全部變?yōu)橛懻摰倪^程也不是一點反復都沒有，兩年里我時不時不自然地想“復辟”一下，2016年和2017年的教學中我曾經(jīng)幾次做了恢復再部分講授一段的嘗試，結(jié)果每次都失敗了！得到的感受是傳統(tǒng)授課的方式讓教師自己感覺不好了，而且學生對“復辟”也沒有好的反饋，最后堅定了我在費曼課上進行徹底的全部內(nèi)容都開展討論的決心。隨著全部授課內(nèi)容都改為討論，在教師的感情上多少還有些遺憾，覺得教師原來的講授都取消了好像有點沒盡到責任。再有失去了大篇幅的講授環(huán)節(jié)，沒有了那慷慨激昂的展示舞臺，作為教師也頗為失落。為了彌補這些缺憾，我在這一年就利用錄屏軟件Camtasia Studio自己對著筆記本電腦把講課的視屏一節(jié)節(jié)地分別錄成幾分到十幾分鐘的微課放到網(wǎng)上，作為討論的補充讓學生在課前或課后根據(jù)自己的需要觀看，這樣算是了卻了沒有講課的遺憾。當然錄微課這一輪為趕錄制和編輯進度十分辛苦，微課也錄制和編輯得比較粗糙。由于錄制時是面對冰冷毫無生氣的筆記本電腦屏幕而不是活生生有動態(tài)反饋的學生，莫名其妙的緊張使得微課上的講授了無生氣，沒有課堂上講的得意之處的張牙舞爪，倒是經(jīng)常出現(xiàn)家里小狗的犬吠和窗外馬路上汽車的開動聲。草草自制出來的“土”微課并未完全疏解本人身體里猶存的表演欲，只是勉強算是講了課，學生們認為先看微視頻再讀書能提高閱讀費曼原著的效率。本人制作的微課屬于最最初級的版本，它平平淡淡非常適合催眠，有時自己想檢查一遍聽著聽著就打起了瞌睡。學生也說若按正常速度看微課則容易昏昏欲睡，2倍速則能夠比較有效地促使精力集中，但相應的回放次數(shù)也會增多。熬過這一輪，到2017年就實現(xiàn)了把以前錄制好的微課視頻在課前提前放到網(wǎng)上供學生預習，課上開展完全的討論。就這樣一步步并非事先設計好地最后走到了真正的翻轉(zhuǎn)課堂。作者開始時的本意并不是想去做現(xiàn)在的以微課視頻為基礎的翻轉(zhuǎn)課堂，只是為了自己的榮譽和名聲，激發(fā)學生對費曼課更多的激情，使他們學完這門課能對物理更有興趣而非其他。改變這個狀態(tài)的操作過程中使得作者逐步走向了現(xiàn)在完全的翻轉(zhuǎn)課堂。

在走向翻轉(zhuǎn)課堂的過程中還有一些其他的因素也在客觀上起到了促進的作用。

我從2013年起擔任教育部大學物理課程指導委員會的副主任，同時也成為大學物理課指委的機關刊物《物理與工程》期刊的主編之一，這些工作使我進入了國內(nèi)基礎物理教學的圈子，了解了很多國內(nèi)外物理教學的發(fā)展現(xiàn)狀，對這一輪的教育革命有了很多了解和認識，這些為在費曼課上的實驗提供了很多信息和參考。此外，最近幾年教育部和學校設立了不少教改研究項目，作者原本已開始自發(fā)地做了一些相關的探索和研究，以現(xiàn)成的內(nèi)容和工作為基礎，順其自然在系里相關人員的鼓勵下申報了本文一開始提到的相關項目。這些項目一旦加入雖然可以獲得一定的經(jīng)費支持，但相應的教改工作就從自由的探索和試驗轉(zhuǎn)變?yōu)楸仨毎磿r定量完成的任務，這種強制性對本人開展的教改活動產(chǎn)生了推動，這篇文章也是這些項目總結(jié)所必須的產(chǎn)品之一。

3 翻什么？怎么翻？

既然走向了翻轉(zhuǎn)課堂，自然會問究竟要翻轉(zhuǎn)些什么內(nèi)容？又如何進行翻轉(zhuǎn)？

3.1 翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)容

在費曼課上一開始最自然的就是將原來課堂的講授前移到課前學生看微課視頻，課上變原來的講課為討論。一般的翻轉(zhuǎn)課堂都翻些什么呢？按照北師大張萍教授的詮釋[9]，翻轉(zhuǎn)課堂翻的是教與學的關系，它將教學任務中最容易的部分即知識的傳遞移到課堂外讓學生自主學習，充分利用課堂上教師和學生之間，學生和學生之間面對面的機會進行積極的社會化的互動，實現(xiàn)深度學習，培養(yǎng)學生問題解決、創(chuàng)造性思維、高水平推理和批判性思維能力等教育目標。傳統(tǒng)教學模式是以教師為中心的學生被動學習，翻轉(zhuǎn)課堂教學模式則變“教”為“學”，是對傳統(tǒng)教學的全面改革，本質(zhì)強調(diào)學生為中心、問題引導、學生自主學習和合作學習的主動學習模式。按照這些解釋，各種翻轉(zhuǎn)是手段，核心是要學生變被動學習為主動與合作學習。在費曼課上，我們已經(jīng)開啟了課上課下教與學的翻轉(zhuǎn)，即學生在課前閱讀學習材料和觀看課程視頻等方式的自主學習，在課堂上進行師生、生生的共同討論和交流，那么是否還有更多的手段進一步加強擴大這些自主與合作學習的成分呢？我們在《費曼物理學Ⅱ》上探索了另類的師生翻轉(zhuǎn)的模式，也就是將傳統(tǒng)教學中教師所擔負的角色部分地改由學生承擔，通過這種另類翻轉(zhuǎn)讓學生增強主動性，體會、參與和主導教學的全過程并在其中受到鍛煉和刺激。其中包括如下幾個方面：一是變學生聽講為主講。我們讓每個學生在課程總共42章的中后部選擇一章，然后在課上按照自己覺得合適的方式在課堂上介紹相關的內(nèi)容(不必一定重復書上的內(nèi)容)，為了不過于浪費時間影響聽眾我們把學生授課的時間限制在10分鐘之內(nèi)(最開始沒做時間限制效果不好進行了改進)。具體實踐發(fā)現(xiàn)這短短的10分鐘給學生極大的壓力，當老師特別是學習做好的老師實際是最好的學習，學生講課自己不明白是不可能講出來和講清楚的。大部分學生花費了很大的精力很早就開始準備這10分鐘的演講，由此得到極大的鍛煉。二是把原本要教師在課堂上做的課堂演示實驗改為學生在助教帶領下分組分別預習不同的演示實驗，在課堂上由做過準備的學生把演示實驗演示給其他學生。做演示的同學不僅要完成實驗還要負責給大家講解實驗的原理。三是對輪到講課的同學，在講完自己所負責的那一章的10分鐘后，接著要代替原來教師的角色負責主持隨后對這一章內(nèi)容的討論。這時主持討論的同學要選擇合適的討論問題，要學著控制討論的場面保持課堂內(nèi)討論正常有效地開展，并在課程結(jié)束后總結(jié)整理所討論問題的答案上報教師。四是讓學生參與整個教學過程的評價，由于學生對分數(shù)十分敏感，為保證學生能積極參與所有的教學過程，我們對學生參與討論、學生講課、學生主持討論都分配了分數(shù)，并讓全體學生參與評定，具體的賦分情況后面介紹。在加進了這個另類的翻轉(zhuǎn)進入我們的《費曼物理學Ⅱ》的教學流程后，我們的修正和擴充了的翻轉(zhuǎn)課堂教學就囊括了標準的學習金字塔理論中的所有內(nèi)容,包括被動學習中的聽講、閱讀、視聽和演示；主動學習中的討論、實踐和教授給他人。而如果不考慮這些另類的翻轉(zhuǎn)，我們的翻轉(zhuǎn)課堂教學就缺失了學習金字塔中主動學習部分里學習留存率最高至關重要的實踐(學習留存率75%)和教授他人(學習留存率90%)環(huán)節(jié)。

針對上面介紹的具體翻轉(zhuǎn)內(nèi)容在這里回應一下在第一部分中提到?jīng)]時間和精力來搞翻轉(zhuǎn)課堂和做了翻轉(zhuǎn)討論課程就講不完的問題。由于在目前的教育理念中，培養(yǎng)學生的素質(zhì)、能力和興趣是被放在第一位的，而知識本身的學習反而不再是最最重要的了。理念在于如果學生通過目前的學習素質(zhì)、能力和興趣提高了，那些傳統(tǒng)教學耗時耗精力的很多過程就可以被簡化甚至省略因而可以騰出精力做翻轉(zhuǎn)課堂教學形成良性循環(huán)。那些來不及學的知識學生如感興趣會自己補上來，或者是在他們感到需要的時候補上來，關鍵在于學生建立起了有效的自我學習的能力。從這個角度看，對很多普通高校來說，若能根據(jù)自己的特點有針對性地開展有效的翻轉(zhuǎn)課堂，讓學生真正領悟物理學思想和方法的精神實質(zhì)改變物理課沒用的觀念，相比機械、照本宣科耗時耗力地講授鋪天蓋地的各種物理學知識似乎更加符合物理教學的根本目的。在翻轉(zhuǎn)課堂的教學體系中重要的是選擇一些核心知識點開展深入的討論，努力讓學生通過討論交流達到真正的理解，進而融會貫通。對《費曼物理學Ⅱ》，我們每周有兩次課共5學時需要完成3章的教學任務，扣掉這3章讓學生每章10分鐘的講課時間及每次課要做的課堂演示實驗(有時同學做嗨了會占大半堂的課時)時間，每一章平均只有一節(jié)課多或一節(jié)不到的討論時間，在這么短的時間里實際是不可能完全覆蓋一章(費曼第二冊書平均每章有6個多小節(jié))的所有需要討論的問題的，因此只能選擇極少數(shù)重要的問題在課上開展討論。而那些沒有在課上討論的問題和課堂上沒有涉及的課程內(nèi)容就完全有賴學生課前課后的自主學習和交流。相比費曼本人對第二冊書用近一年的時間來教，我們目前只用不到半年的一個學期就完成教學，壓縮了一半的學時顯然完全不足以覆蓋第二冊所有的章節(jié)內(nèi)容。實際上在2009年作者按照傳統(tǒng)課堂授課的方式講完第一輪《費曼物理學Ⅱ》課后，課程的助教也是物理系即將畢業(yè)留校的博士生就在課程助教工作總結(jié)中提出：課堂講授應減少內(nèi)容，找出必學章節(jié)和自學(選學)章節(jié)。上課僅僅講授必學章節(jié)，內(nèi)容少講但可以深入些。選學章節(jié)有興趣有能力的學生可以自己看。從一個即將博士畢業(yè)的人來看，在初學階段不是學得越多越好的，因為良性的學習過程是一個“指數(shù)函數(shù)”——開始速度慢，后來速度快。在學習速度比較慢的時候，不宜過多地要求，否則只會扼殺興趣和信心。從助教的建議也可以看出，對費曼課即使采用傳統(tǒng)教學要全部覆蓋講完也很困難且效果不好，那么在翻轉(zhuǎn)課堂體系中就更不可能讓十分緊張的討論時間覆蓋所有內(nèi)容了。在2017年的《費曼物理學Ⅱ》課上征求學生意見時學生就提出：“不建議將同學所有的問題都全部放到課堂上討論，有一些不適合討論、討論價值不高或者過于難討論的問題可以不在課上討論。在預習報告中可以專門列出一個項目讓同學回答一些思考問題，這樣主講者能夠了解同學們對少數(shù)提前放在微信群中的問題的了解，也可以在一定程度上督促同學們思考課前提出的問題?！睂嶋H上在這種翻轉(zhuǎn)課堂的教學體系中，課堂上的講解和討論都不再可能和需要覆蓋到所有的教學內(nèi)容，有限的課堂講解和討論只需要聚焦到內(nèi)容的關鍵點，課上把關鍵點打通、討論理解清楚即可。有人抱怨這樣的教學缺乏系統(tǒng)性，作者早期也如此認為?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)變了看法，認為系統(tǒng)性本來就是得學生自己去逐步從碎片化爆炸的知識海洋里建立和理解的，如果學生不體會或不會梳理，教師講得再系統(tǒng)也沒有用。實際上費曼書的講法就很不系統(tǒng)，很多同學不習慣接受不了他這種東一榔頭西一棒子的跳躍式講法。費曼自己也在其《自序》中說“我也看不出有任何理由要按一定的次序來講授。就是說沒有詳細討論某些內(nèi)容之前，不可以提到這些內(nèi)容。在講授中，有許多當時還沒有充分討論過的內(nèi)容出現(xiàn)。這些內(nèi)容比較完整的討論要到以后學生的預備知識更齊全時再進行。電感和能級的概念就是例子，起先，只是以非常定性的方式引入這些概念，后來再進行較全面的討論?！盵2]目前體系的教學策略是讓學生通過若干個關鍵點的討論了解認識、描述和處理所面對問題的思路和解法，由此舉一反三建立起他們自己對物理世界的理解體系，這也許是在知識爆炸的今天效率比較高的教學方式。而這種針對關鍵點有針對性的討論可以根據(jù)學生的水平因班級對象而異設置不同的層次，好學生就討論難而深入的問題，差一些的學生就討論基礎淺顯一些的問題，這樣就可以使翻轉(zhuǎn)課堂適用于各種不同層次和級別的高校和學生對象。即使系統(tǒng)性的問題在特定情形下真變得如此突出和重要，教師也完全可以把它作為一個單獨議題在課堂上組織學生開展專門的討論。

3.2 翻轉(zhuǎn)課堂的做法

有了上面這些翻轉(zhuǎn)的內(nèi)容，下面介紹我們具體的做法。我們要求學生課前預習，包括閱讀費曼的書、看微課視頻和教師提供的相關教學參考材料、思考教師發(fā)布的以往搜集編纂的課程討論問題集錦。為了確保學生按時完成預習，我們要求學生在每周第一次課的前一天必須向教師提交本周要討論的3章內(nèi)容的預習報告(費曼第二冊書共有42章，平均每周要完成3章的討論才能在一個學期里覆蓋整個第二冊書的全部內(nèi)容)，每一個預習報告占學生最后總成績的1分，因為一學期16周上課，扣掉開學第一周的準備及總是存在的節(jié)假日的一周，正常每個學生要寫14次預習報告。在這個預習報告里包括：學習內(nèi)容；需進一步討論的問題；取得的收獲；可能還需要學習的東西；對上周討論思考過、仍想繼續(xù)討論研究并希望老師給予回答的問題；上周課討論的、本周已發(fā)給大家的問題集錦中的哪個問題是最佳討論問題，共6個方面的問題。預習報告除了供教師了解學生的預習情況外，最重要的作用就是對課程內(nèi)容中問題的搜集和凝煉。因為在課堂上的討論成功與否和所討論的問題的選擇有十分密切的關系，雖然少數(shù)國內(nèi)外教材中有提供一些供討論的問題，但并不容易搞到，即使搞到也多半不適合當前課程和班上的學生，而教師自己編制問題就更要絞盡腦汁費盡心機，需長時間積累往往還不一定對學生的胃口。通過預習報告所搜集的問題能緊貼當前課程和班上同學的實際，而對所搜集到的問題的凝練也是體現(xiàn)討論主持人的物理功底和水平的關鍵地方。教師在學期開始把以往搜集到各章的問題發(fā)布在網(wǎng)上，學生在預習時可以思考這些問題并提出更進一步的問題，同時對以往討論過的問題給予評價。這些對課內(nèi)討論問題的意見和建議給后面課內(nèi)的討論主持人提供了非常重要的參考。在課堂上的進程是：每次上課按照教學進度首先由學生做本章的演示實驗，然后教師花10分鐘簡介或評述一下要討論的內(nèi)容，再羅列一些篩選出來認為是重要的問題開始討論。在教師示范過幾周后，開始由學生替代教師，講10分鐘然后主持討論。我們安排學生自己選擇愿意負責哪一章，最后排列組合成每個學生各負責互不重疊的一章的主講和主持討論，所有學生加起來覆蓋全部后大半部第二冊的章節(jié)。當學生開始講課和主持討論后，預習報告里還要額外補充對上一周講課和主持討論的3位同學的評價意見，其中10分鐘的講課滿分5分，主持討論滿分也是5分，另外還有教師對講課并主持討論學生在課后提交的對本章所討論問題的答案總結(jié)的評價，也是滿分5分。而對課堂上討論過程中同學的表現(xiàn)，我們分3次分別在第6、11、16周間隔5周一次安排了學生對課上所有同學參與討論的表現(xiàn)按滿分5分進行評議，并同時回答一系列事先設定好的對課程教學各種設置的看法和建議問題。為了促使學生認真做這3次評議并回答設定問題，每次評議完成就會在最后總成績中得到2分。除此之外，我們的課程仍包含傳統(tǒng)的由助教上的習題課4次；同學還要做作業(yè)并由助教進行評議，最后滿分總成績10分；期中期末考試各自占最后總成績20分。因此總成績中傳統(tǒng)教學部分的平時作業(yè)和期中期末考試總體只占了50%，剩下的50%用于評價整個翻轉(zhuǎn)課堂的學習討論和交流的過程，包括：預習報告14%，課堂討論分3次總共15%，講課5%，主持討論5%，問題答案總結(jié)5%，參與評議6%。當然如果同學做經(jīng)過教師認可的小論文，還可以額外獲得加分。在這里強調(diào)一下，學生必須要有投入才能真正學到東西，但學生有惰性，他們現(xiàn)在面對的各種誘惑又很多，目前只有采用給分的辦法來強制約束學生進行學習，否則他們可能根本進入不了翻轉(zhuǎn)課堂的自主合作學習體系，也就沒機會體會物理的樂趣并提高自身的素質(zhì)。從這個角度，我們的賦分方法只是利用學生對分數(shù)的看重來驅(qū)動學生進入自主合作學習的手段，目前除了分數(shù)之外作者還看不到有什么更好有效保持整個翻轉(zhuǎn)課堂教學過程順利進行的辦法。原則上現(xiàn)在發(fā)展的各種信息手段，例如清華做的雨課堂軟件等，可以手機實時監(jiān)控學生的預習情況，但這樣把大學生監(jiān)控的跟中學生似的，雖然也許有效但管得太多總讓人感覺心理上不太舒服。關于考核和檢查，本文最后還會進行深入的討論。從課程的實踐看，目前這套評價體系最后給出的課程成績確可以消除通?？荚囍谐霈F(xiàn)的偶然漲落，真實地反映出學生的物理水平和在課程中的表現(xiàn)。

3.3 翻轉(zhuǎn)課堂的原動力

為了把翻轉(zhuǎn)課堂的理由說得更充分一些，以下再分別從學生和教師的角度談談能夠促進他們參與翻轉(zhuǎn)課堂的動力。從學生的角度看，雖然形式上我們是通過分數(shù)來驅(qū)動學生參與各個過程，但學生在參與這些過程中受到來自各個方面的刺激能逐漸實現(xiàn)自主合作學習，能慢慢地體會到物理的魅力。從搜集到的學生的感受了解到他們在討論、質(zhì)疑和激辯的過程中，當其聽到了其他同學與自己或書中完全不同角度的看法時，特別是學霸們所表達的觀點時往往會十分震撼，同樣年齡的同學居然還能這樣地思考問題！慢慢地學生們從開始的震撼發(fā)展到自己也有欲望要以同樣的方式去思考和分析問題。在參加辯論時往往會分成幾派，正方反方為了把己方觀點表述清楚、說服對方就得竭盡全力地找各種論據(jù)，這樣的狀態(tài)與聽老師平平淡淡地講授對學生的刺激和激勵是不在一個檔次的。下面羅列一些2016年、2017年兩輪課上的學生對課堂討論的感受：“喜歡課堂活躍、開放的氛圍；以前學習電磁學時以做題為主，很少觸及深刻的物理內(nèi)涵，而通過學習費曼的書和與班里同學的交流，對物理內(nèi)涵有了深層次的理解；能夠自由地表達自己的見解，聽到別人的處理問題的思路；同學有時候會提出一些從來沒有想到過的問題；大家各抒己見碰撞出的火花以及有些很好的觀點和發(fā)言；能看到同學們問出的具有深度的物理/哲學問題，喜歡在積極討論的過程中思維飛速運轉(zhuǎn)的感覺(討論中的思想效率比平時高太多)、思維碰撞邏輯爭辯的感覺；討論中可以明顯地發(fā)現(xiàn)自己不熟悉的概念或者方法，思考一些平時自己沒想過的問題；討論的時候同學們各抒己見，互相溝通對某個物理概念、物理問題的理解；課堂上各種各樣的問題給我一種全新的思維方式，有很多根本沒有想過的問題自以為懂了，被大家提出來后才發(fā)現(xiàn)其實很多沒有理解，或者說目前來說只能這樣理解，但是有很大的進步空間；有時候自以為對一些知識已經(jīng)掌握得很好了，結(jié)果老師一發(fā)問，同學們一爭論，就挑出了毛??；討論的內(nèi)容天馬行空但聽著很有收獲：感覺在課上即便沒有結(jié)果也在思考；自己的見解得到同學的肯定也有成就感?！痹?016年那輪的課講到最后一章彎曲空間時，我在課上針對費曼給出的針對一塊質(zhì)量為M的物體的引力場方程為它對空間曲率半徑的影響是GM/c2(其中，G是牛頓萬有引力常數(shù)；c是光速)指出這個引力場方程和我們經(jīng)常看到的用時空曲率和能動量張量來表達的著名的愛因斯坦場方程看起來很不一樣，希望有興趣的同學調(diào)研一下這兩個方程之間的關系。班上一號大神課后去圖書館借了本黎曼幾何的書花了幾天“研究”，他后來得意地告訴我雖然那個數(shù)學書里的內(nèi)容多半看不懂，特別是那些具體的數(shù)學定理證明過程，但他大致可以理解他所需要的定理的結(jié)論。依據(jù)這個定理的結(jié)論，通過他自己的計算最后給出了一個兩種引力場方程完全等價的證明。他把其手寫的證明拍成照片微信給我，我當時看不懂就讓他到辦公室專門給我在黑板上一步一步地推導講解。他告訴我他的證明結(jié)果很快就搞出來了，但發(fā)現(xiàn)所得到的引力場方程和標準的愛因斯坦場方程相差了一個負號，為了找到負號的來源他花費了很多天的時間，最后終于發(fā)現(xiàn)是由于數(shù)學上對曲率半徑與物理上的定義不一樣所致。這個課堂問題對學生的激勵及其導致學生自主學習的結(jié)果讓我深感震撼。

另外一個涉及學生的問題是翻轉(zhuǎn)課堂是否導致學生更多的投入？能否提高學習效率？一般說在翻轉(zhuǎn)課堂中，學生為能在課堂上正常有效地介入討論，課前肯定要相比傳統(tǒng)教學花更多的預習和思考的時間，更別說我們的《費曼物理學Ⅱ》還增加了很多另類的師生角色互換的翻轉(zhuǎn)內(nèi)容。通常學生多投入就會有多的感受，一分耕耘一分收獲，因此在目前學生課外各種活動非常多的情形下，多擠占其他活動的時間特別是那些被荒廢掉的時間和精力用于課程學習無疑對課程本身是好事。也有人質(zhì)疑說如果所有課程都進行了翻轉(zhuǎn)課堂教學因而都額外要求學生加大時間和精力的投入時，這種做法也許就不太合理和可行了。這首先不是現(xiàn)在的實際情形，國內(nèi)高校對翻轉(zhuǎn)課堂目前仍處在討論和實驗階段，遠沒達到大規(guī)模實施的階段，在這個階段實行翻轉(zhuǎn)課堂的課程自然可以利用其先發(fā)優(yōu)勢，讓學生多花些時間和精力在其課程學習上；再者，即使真到了所有課程都翻轉(zhuǎn)的階段，利用前面討論過的翻轉(zhuǎn)課堂注重培養(yǎng)的能力、素質(zhì)和興趣這一特點，適當壓縮一些非核心的課程內(nèi)容也應該能夠完成課程的教學目標。

從教師的角度看，我們提到過高校的普遍現(xiàn)象，科研是老師追學校，老師有主動性拼命地往前跑，因而找學校要支持；教學是學校追老師，老師把教學當成不得不完成的工作，雖然在高校教學是飯碗，但由于不是提職揚名和心靈刺激的主要因素因而教師缺乏主動性，搞教學人們常說是良心活兒是做奉獻。只有部分教師會覺得教學挺好玩，或者因為教學跟學生接觸能促進招收研究生，這些可以作為驅(qū)動參與教學的部分理由，但不太能作為參與翻轉(zhuǎn)課堂的理由，特別是對那些以科研為主的教師以這些理由作為支撐是不行的，最多只能是個錦上添花。作者認為驅(qū)動教師參與翻轉(zhuǎn)課堂教學的理由主要來自：對物理基礎課教師每教一輪就和學生重新溫習一遍物理學的基礎。特別如果是討論而不是教師自己照本宣科地講一遍，教師就和學生一起從頭反省一遍人類對基礎物理學的認識和理解，這個反省是教師重新做的在當前對物理認知最新背景上新一遍的反省。學生作為一個知道不多不深的半局外人來看物理學基礎的角度和教師通常是不一樣的，往往是很另類或左道旁門的，經(jīng)常是說者無意聽者有心，學生說過的話表達過的觀點不過隨口一說，多數(shù)講過就忘記了，而教師特別是事先對所討論的問題有過深入思考的往往會因?qū)W生的言論受到很多的啟發(fā)和刺激。教師原本都是些被以往多年的物理學教育、工作和研究洗腦洗了一輩子，會不自然地用傳統(tǒng)的物理學的標準方式來思考和看待物理學的基礎。教師在和學生一起一遍遍地討論、解釋物理學基礎的過程中，最低可以去享受對物理學美與力量的詮釋，高的就可能因受到學生另類看法的刺激和激發(fā)去獲得和發(fā)現(xiàn)對物理學的美和力量的新的理解和體會，甚至去解決某些基本的問題。著名的物理學家戴森有一個著名的關于《鳥與青蛙》論述說：“鳥翱翔在高高的天空，俯瞰延伸至遙遠地平線的廣袤的數(shù)學遠景。他們喜歡那些統(tǒng)一我們思想、并將不同領域的諸多問題整合起來的概念。青蛙生活在天空下的泥地里，只看到周圍生長的花兒.他們樂于探索特定問題的細節(jié)，一次只解決一個問題。”[10]也就是從飛在高高天空的鳥的視野看到的是一個系統(tǒng)整體的構(gòu)架和態(tài)勢，而蝸居在地上或溝里的青蛙只能看見周圍的局部細節(jié)。物理學也有這么兩個視角：鳥的視角和青蛙的視角。我們絕大多數(shù)人都是青蛙，只有極少數(shù)大物理學家才可能是鳥。實際上不是我們不想做鳥，多年的經(jīng)驗和教訓告訴我們做不了鳥，或者說即使做了鳥也不會有什么結(jié)果，也就是若你去關心研究基礎、根本性的大問題是解決不了它們的，反而做青蛙還可能會有所建樹，所以即使志向再高再遠大都得從眼前的具體小的瑣碎問題做起，否則可能根本無法生存，能像張益唐那樣常年聚焦大問題又最后生存下來并取得成就的人在這個世界上實屬鳳毛麟角。在這樣的大眾生存法則和規(guī)律下，即使是有鳥的志向可能也會與鳥實際無緣，而成為永遠的現(xiàn)實的青蛙。但如果一個不管是鳥還是青蛙的研究人員，讓他去教基礎物理學課，通過教學和討論至少給他以鳥的感受，因為在教學過程中他需要帶領學生重新去審視物理學的基礎。這么說似乎有點安慰的性質(zhì)，但卻有實際的效果。舉一個例子：原來學物理出身后來轉(zhuǎn)搞計算機并拿了圖靈獎的姚期智先生被聘請到了清華大學任教，他的目標是讓清華的計算機專業(yè)做到全世界最好。雖然清華的計算機專業(yè)是國內(nèi)第一，但姚先生并不滿意，主要覺得目前國內(nèi)第一的計算機專業(yè)都是些傳統(tǒng)的東西。為此他下決心從人才培養(yǎng)上進行根本的改變，他讓一批新入學的清華本科生從一開始就按照他的全新設計進行培養(yǎng)和塑造，期望能在一張張優(yōu)質(zhì)的白紙上描繪出清華計算機專業(yè)未來最美麗的畫卷。從本科一年級起，姚先生安排并親自上陣教基礎課，不是他不想找別人而是別人教的達不到他所期望的要求。在教計算機基礎課的過程中，他把某個計算機最前沿的多少年都沒有解決的問題融進大學低年級的課程去講。問題居然被講臺下的年輕學生用其另類的方法解決了，后來他就跟這個學生一塊寫文章發(fā)表了這個重大的結(jié)果。這個例子雖然是計算機方面的，但對物理學同樣適用。很多物理學很前沿的東西實際上是可以融合到基礎物理課中的，這本身當然是一個很大的課題。作者至少在自己所教的課近30年的經(jīng)歷中深深地體會、實踐和認同這個結(jié)論，已經(jīng)并還將發(fā)表一系列的研究成果[11-19]。有人會說最前沿的新進展在基礎課里無法講，因為需要太多的更深入的專業(yè)知識。這點作者雖無法完全否認，但我通過自己多年的實踐經(jīng)驗認為當一個高深的東西無法用基本的初級內(nèi)容解釋時，通常就說明我們對它還理解得不夠深入和徹底，反過來當你能用簡單直觀的圖像理解和詮釋前沿的進展時，才會感覺是真正地懂了其內(nèi)在。愛因斯坦就曾經(jīng)說過“假如你不能簡單說清楚，就說明你還沒有完全明白”。如果這個論斷正確，把前沿的進展詮釋成基礎物理課能夠講解和討論的內(nèi)容除了其在教學方面的價值之外，本身就具有了加深對前沿進展的深入理解的科研意義，而通常能與基礎物理教學有關系的前沿問題多半都是大問題，因而從基礎物理教學的角度討論、詮釋它本身就有了鳥瞰世界的含義。如果做到了這步再去講出來特別是在翻轉(zhuǎn)課堂上跟學生進行交流討論，不僅會吸收來自學生各個角度的五花八門的另類理解和看法，還真有可能有些問題就以另類的方式提出了解決的可能性，退一步說即使沒解決教師也可以從另類的角度來重新審視這些問題，至少獲得了心理上的享受、愉悅和刺激。這樣，在翻轉(zhuǎn)課堂的實施過程中，教師就有了與科研類似的探索自然的內(nèi)在的動力。

4 尚待解決的難點與挑戰(zhàn)

作者認為翻轉(zhuǎn)課堂最核心的難點是搞好和做精課堂上的討論，討論做到的不同程度直接決定了翻轉(zhuǎn)課堂所達到的不同水平。目前我們的《費曼物理學Ⅱ》完整的翻轉(zhuǎn)課堂只進行了2016年、2017年兩輪，討論仍只處在最初級的層級，班上只有20多個學生沒有再細分討論小組，而是全班一起討論。在2016年的班上有兩個超級學霸，由于他倆與其他同學在基礎、學識和視野上具有明顯的差距，他們一說話，其他人就明顯感覺到了智力上的差別和碾壓，只有不斷地膜拜磕頭，就是某微信文章的題目《上了名校才知道，人和人的差距比人和狗都大》的那種，因此一般就不敢說話了，導致討論基本是一號大神和二號大神的對掐，而其他同學多半就處在選邊站隊的狀態(tài)。作為教師希望所有同學都能平等地參與討論交流，因此我曾努力試圖控制討論的場面，例如要求大神講話要簡潔，點名讓其他同學發(fā)表意見等，雖然情況有所改善但并未根本改變。2017年班上沒有特別突出的大神了，但有五六個比較積極活躍的同學，他們每每都積極發(fā)言因此課堂討論從2016年的兩位大神互掐轉(zhuǎn)變?yōu)橐粠托∩袢簹?jīng)常吵得昏天黑地場面混亂控也控制不住。另外，討論中有的同學語義表述不清、空泛長篇大論、循環(huán)論證，還有同學肆意打斷別人的發(fā)言，也有同學為顯示自己刻意抬杠、為反駁而反駁，更有爭論到極端往往耐不住開始人身攻擊，在討論過程中出現(xiàn)的負面行為需要我們不斷摸索經(jīng)驗去規(guī)范和矯正。目前在業(yè)界聽說的比較成功的討論模式有哈佛Mazur教授發(fā)明并著力推動的同伴教學，還有就是一般分成近10人小組SPOC教學模式，清華物理系的大學物理課最近幾年由安宇教授牽頭組織SPOC教學取得了很多成績和經(jīng)驗。這兩種教學模式都主要是針對大班教學設計的，我們計劃從2018年的教學中也開展分組討論的模式并事先規(guī)范好討論的規(guī)則，目標是讓所有同學都能有足夠的機會發(fā)表看法，平等、自由和充分地參與討論，并鍛煉同學的合作能力。

除了上面討論的課堂討論的形式外，還有就是對現(xiàn)場即席出現(xiàn)的新問題的臨場應對。因為現(xiàn)場討論，受到討論氣氛環(huán)境的影響，往往會激發(fā)出新的問題。這時候能否及時反應就完全看個人的以往積淀和臨場反應。主持人處置正確就可以把討論引導到標準或者是正確的答案(如果存在的話)，否則就可能進入不可控甚至無法收拾的地步：一種情形是一個問題最后沒有一個大家一致同意的答案，正方反方都各有各的道理。一直無窮無盡地討論，各方都在變著方式找理由強化自己的觀點，但又無法徹底擊垮和說服對方。由于對立雙方(甚至多方)理解很不一樣，似乎各有道理。沒參與站隊的同學聽這邊說有道理，聽那邊說也有道理，吵來吵去沒完沒了。最后發(fā)展到有同學提出要適可而止，覺得如此無窮盡地吵下去已經(jīng)沒有意義了，這時就需要主持人把握住時機適時截斷討論。另一種情形是由于作者所在的班上都是些最好的學生，學生之間的討論經(jīng)常會超出教師的想象，越升越高最后進入哲學再進入玄學。對這樣的結(jié)果有些同學興致勃勃而其他同學覺得這已不是物理，不該再往下討論，希望主持人出面制止。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于目前我們的實踐只是做了討論的第一步，對學生有了基本的激發(fā)，怎么做才更有效還得再去進行持續(xù)不斷的摸索。

再有一個問題就是青年教師是否合適去做翻轉(zhuǎn)課堂的討論？一種看法是要控制討論的局面還有引導討論似乎需要很多的積累和經(jīng)驗及個人的身份或氣場，俗稱鎮(zhèn)得住場子，這些青年教師比較缺乏啥都沒有看起來似乎不太適合做。作者的看法恰恰相反！實際上青年教師更合適組織討論。一是面對師生、生生這種思想碰撞甚至是激烈的對抗，不能什么都推到課后想想，想清楚后下次再討論往往就錯過大家的熱情和機遇了，本人很多次碰到過在上節(jié)課爭論得臉紅脖子粗的問題，到下節(jié)課再提及起來大家就冷場都不再有興趣和激情了。因此課堂討論非常講究趁熱打鐵，需要反應敏捷，而這正是青年教師的長處；再有畢竟青年教師跟學生的代溝相對小一些更容易和學生打成一片，也更容易了解和體會學生的想法；現(xiàn)在的年輕教師一般都是博士畢業(yè)有自己的科研經(jīng)歷，他們對未知物理的探索有過自己的經(jīng)歷和經(jīng)驗，這在討論交流中有助于對新事物的探索；實際上年輕人講課和主持討論并不少見：北京大學的一些重要基礎物理大課后面專設的討論課就都是由中青年教師上的，清華物理系的大部分習題課包括我上的《費曼物理學Ⅱ》的習題課都是研究生助教上的，只是那里聚焦的主要是習題而已；我們《費曼物理學Ⅱ》后大半部都是班里的學生自己主講自己主持的討論的。連本科低年級學生都可以做的事，青年教師不管怎樣總比學生經(jīng)驗會更多一些。反過來倒是那些資深沒參加科研的純教學教師由于沒有探索未知的科研經(jīng)歷在主持翻轉(zhuǎn)課堂討論時可能會因為研究底蘊和物理深度不足適應不了這種探索新事物的挑戰(zhàn)。從某種意義上說翻轉(zhuǎn)課堂為青年教師或剛開始從事教學的教師提供了一個實現(xiàn)彎道超車的機會，因為按照傳統(tǒng)教學模式他們可能永遠也無法超越那些有經(jīng)驗的老教師，而在這種翻轉(zhuǎn)課堂教學中確為他們提供了一個揚長避短、快速進步的教學模式。

圍繞課堂討論或更一般的整個翻轉(zhuǎn)課堂教學，最后一個重要的問題就是如何評價教學的效果？從長期的角度我們只要看最后畢業(yè)的學生在社會上所取得的成就就行，但那需要幾十年的時間，為了能給出指導，需要盡快地對教學改革的效果給出評價以便實施反饋和進一步的改進。以往的教學評價多為相當任意和主觀人為，我們在費曼課上通過問卷也確實收集到很多學生的看法和意見，但這些多是定性的描述。而定量化評價是當今國際教育評價的趨勢和潮流，這新一輪教育革命由于有很多物理學家的參與，因而對教學中的接受和消化知識的過程也揉進了類似物理實驗的定量描述。原來搞純教育的人也在不斷往物理這邊的定量評價靠攏，而做物理教育的同時也在逐漸與以往搞純教育的那邊接軌。具體很細節(jié)地發(fā)展出了對整個知識被接受消化的過程的各種定量描述，開展了對學習興趣、態(tài)度、努力程度以及自主、合作和創(chuàng)新能力等全過程的評價，出現(xiàn)了相應各種各樣的數(shù)學公式，并用它們來定量檢測翻轉(zhuǎn)課堂、混合式、項目式教學等各種各樣的教學模式的實際效果。典型的做法是某個教學活動開展之前選擇一些涉及教學內(nèi)容的問題進行一次前測，然后再在教學活動開展完畢之后針對同樣的問題進行一次后測，比較兩次測驗分數(shù)之差用以評價教學活動的效果。前后測為了能進行相互比較，往往需要專門的教學研究機構(gòu)統(tǒng)一進行。我們的《費曼物理學Ⅱ》課程也計劃從2018年開始進行前后測評價。

5 結(jié)語

在使用費曼當年為改變基礎物理課教學令人不滿現(xiàn)狀而編寫出來的《費曼物理學》書進行了10年的《費曼物理學Ⅱ》小班課堂教學中，我們逐漸從以教師為中心的傳統(tǒng)課堂授課式教學演變成以學生為中心的完全的推廣的翻轉(zhuǎn)課堂教學，其中有很多經(jīng)驗亦有很多的教訓，很多問題尚未解決仍有待下個10年的繼續(xù)探索。以作者個人的觀點，教育作為一門專門的學問從人類誕生起就開始被關注和研究了，到現(xiàn)在各種理論體系數(shù)不勝數(shù)，但是既適合中國大陸當今的社會人文環(huán)境和科技發(fā)展水平，又符合人的自然本性滿足公眾的期望而不是通過各種道德說教強制要求和約束的有效教育方式和方法仍是當今社會十分缺乏和人們所迫切需要的東西，問題的核心難點在于具體而順其自然的有效實踐而不是理論甚至是觀念上的發(fā)展與提升。作者把自己這些年來在教學中經(jīng)歷的痛苦、迷茫、失落、反差導致的脫胎換骨蛻變轉(zhuǎn)化過程通過此篇略帶調(diào)侃的大白話文字奉獻給大家，謹以此文借費曼誕辰百年的機會對作者自己的教學實踐做一回顧和總結(jié)，一是表示對費曼先生對基礎物理教學改革偉大貢獻的敬意和紀念，同時也希望此文能對在基礎物理教學一線的教師有所參考和借鑒。由于作者學識和經(jīng)驗有限，錯誤在所難免希望得到大家的批評和指正。

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