小班教学与翻转课堂：

《费曼物理学Ⅱ》的10年教学实践

——纪念费曼先生百年诞辰

王青

本文发表在《物理与工程》2018年·第28卷·第3期

王青教授主要从事理论物理的科研和教学工作，研究方向为量子场论与基本粒子理论，wangq@mail.tsinghua.edu.cn。

编辑人语

著名物理学家理查德·费曼1918年5月11日出生，1988年2月15日去世。改革开放40年后的2018年是费曼诞辰100年，去世30年，还是清华大学物理系开设《费曼物理学》系列课程10周年。王青老师是清华大学参与《费曼物理学》系列课程教学的教师之一，他作此文以纪念费曼先生对基础物理教学改革的伟大贡献。

这篇文章是依据2017年9月8日作者在吉林大学物理学院所作的教学交流报告整理编纂而成的，主要以作者从2009年开始在清华大学讲授的《费曼物理学Ⅱ》课上开展的小班教学经历，与参与大学物理基础课教学的老师分享和交流一些参与教学改革的经历和体会，期待能为在大学物理基础课教学一线的老师提供些可以借鉴的看法和经验与教训，也算对费曼先生对基础物理教学改革伟大贡献的纪念。

文中写道：“ 作为一名教学上的非名师未专门研究过教育而且心向科研不愿意全身心进行教学，由于在教学上的投入不足够充分，作者似乎没有资格写文章专门谈论教学体会；但从另一个角度看，这种人似更能代表当今环境下大学里的一类典型教师群体，即有科研经历的中青年教师及那些有博士或博士后经历在高校任教、无团队及教改条件支撑又想搞科研的教师。从这类教师的视角来谈教学及教学改革也许会对有效促进我们当今大学基础物理教学的进步有益。本文从一个在教学改革上三心二意且单打独斗的教学改革个体户的角度谈谈个人是如何一步步并不十分情愿地从传统教学模式最后走向了翻转课堂。”

当前清华物理系物理基础理论课官方的教学改革是以大学物理教学负责人安宇教授领衔的基础物理教学团队进行的以慕课为基础的大学物理系列课程的SPOC教学，作者作为个人而非团队在一单一课程（只是费曼三册书中第二册的教学）上开展的试验同它在规模、投入和政策指导等各个方面都有相当差距。作者没参与教改的教学团队不是物理系不支持、不鼓励，而是个人主动的选择，主要是不愿担负过多教学改革责任且怕陷入投入的无底洞，希望留出些时间做科研或其他感兴趣的事情。正是这种个体的行为而不是单位或团队的组织、计划和要求，对那些不太愿意主动参与教改的教师从个人发展的角度来面对和研究教学也许能更有普适和实在的参考和操作价值。

目 录

1 教学改革和研究的背景

1.1  小班教学

1.2  翻转课堂

1.3《费曼物理学》与清华物理系开设的费曼物理课

1.4  本文的现实意义和目的

2  为什么要做翻转课堂？

2.1  当前的教育环境

2.2  Eric Mazur教授是如何走向翻转课堂的

2.3《费曼物理学Ⅱ》从讲课到翻转的原因

3  翻什么？怎么翻？

3.1  翻转课堂的内容

3.2  翻转课堂的做法

3.3  翻转课堂的原动力

4  尚待解决的难点与挑战

5  结语

1 教学改革和研究的背景

我们从本文的主题小班教学、翻转课堂和《费曼物理学Ⅱ》课程开始讨论。

1.1 小班教学

小班教学是现在高校经常可能采取的教学改革，它通常被看作把教学过程从以教师为中心转变到以学生为中心的一个必要举措。这个举措是作者在《费曼物理学Ⅱ》课上从传统教学最后走向翻转课堂的关键。当前有不少教师不认同以学生为中心的教学模式，认同的教师也基本都是从原来以教师为中心的教学体系中逐渐转变过来的。发明同伴教学的哈佛大学物理系教授Eric Mazur把教学分成了两个阶段：一个阶段是传统教学，其中教师把信息、知识讲授出来传递给学生，这是以教师为中心的阶段；另一个阶段是学生自己主动接受吸收和消化知识，也是以学生为中心的阶段。[1]  对教师为中心的阶段教师教得好，也就是讲授、表述得精彩就达到了教学的目的。而对以学生为中心的阶段，教学过程的主体从教师转向了学生。实际上教师讲得再好，学生不吸收或吸收不良也没用。反过来哪怕教师讲得不好或不够好，而学生如果有了主动性，他们也可以自己去寻觅和自主学习并且可能会学得很好，这个反差在当前信息社会环境下显得尤其突出。我们后面谈的翻转课堂属于典型的以学生为中心的阶段。回到小班教学，在小班上教师对每个学生的关注度会远大于大班，而每个学生又都有更多的机会在全体同学面前发表和展示自己的看法和能力。人们一般公认小班教学的效果会比大班好，代价是师生都要加大人力物力的投入；反过来大班教学无论在人力还是时间上的投入产出效率都比较高，适于量大面广学生多的课，如大学物理这样的基础课程。从教学改革的角度，任何一项改革举措最合理的路线是先在小班教学上进行实验，成功了再考虑向大班教学推广，因此小班教学应该在教改中处在先锋位置。在小班教学中，如果想要起到比大班教学有针对性更好的教学效果，师生双方都要有更多的投入。教师要更多地关注每个学生个体，对教学内容要有更加深入的掌握；同时，学生为了能更积极和有效地参与学习同样也要付出更多。对于这些更多的付出，本文第3部分会分别针对学生和教师讨论它们的动力来源所在。

1.2 翻转课堂

翻转课堂，现在大家多认为它起源于2007年，美国科罗拉多州“林地公园”高中的Jon Bergmann和Aaron Sams两位化学教师尝试颠倒传统的教学模式，即课前让学生在家观看教师提前录制的视频、课堂时间用来完成作业的教学模式，也有人考证说翻转课堂实际开始的时间远早于2007年。最近几年翻转课堂在国外搞得轰轰烈烈，在国内的很多中小学也开始实施，在国内大学虽有人搞但数量很少，多数大学教师都处于观望或排斥的状态。北师大的张萍教授在某个三四百人的大型教学研讨会上在作了关于翻转课堂的报告后询问台下的教师听众翻转课堂好还是不好？有什么看法？据说台下90%的教师都有明确的意见，翻转课堂好或者不好，模棱两可的只有10%。然后张老师再问，有多少人开始做了？90%人都说没做。也就是最多只有10%的人开始试探翻转课堂。大家都在观望，看看这玩意儿是否会像以往历次教改那样一阵风就过去了，都觉得等到若真是燎原起来了再去做也不迟。更有不少教师持否定的看法：一种认为对普通大学，现今能维持正常教学就不错了，没有精力来做这些研究和试验；另一种觉得翻转课课堂效率太低，若全部是翻转课则课程就讲不完了。更有教师觉得教无定势、学无定法，我们为什么老喜欢跟在别人屁股后面跑，别人翻转我们就跟着翻，为什么要翻？翻什么？怎么翻？教师们担心再次像20世纪80年代电化教学那样一哄而起，浪费大量人力物力。一些教师觉得这个翻转课堂不过是阳春白雪，都是拾人牙慧，搞搞研究也就罢了，在实际教学中不见得真有实效。为此，作者借助本文试图以自己的教学经历来对上面提到的问题阐述一下本人的观点，供大家参考借鉴。

（编辑注）关于Feynman 作为物理学名人的翻译：全国自然科学名词审定委员会（现更名为全国科学技术名词审定委员会）将Feynman译为费恩曼，出版界因此采用“费恩曼”的译法；但学界多把Feynman叫费曼，因为后者更符合英语的发音。在与作者和个别物理学专家交换意见后，尤其是因为作者的坚持，本文采用“费曼”这一翻译。

1.3 《费曼物理学》与清华物理系开设的费曼物理课

有人说著名物理学家费曼一生最重要的对物理学的贡献是他的一套三册《费曼物理学》书，学物理的人都知道这套书是世界上最顶级的普通物理教材。早年《科学美国人》杂志的评论员描写费曼的书的第一版为“难啃，但富于营养并且津津有味。25年后它仍是教师和最优秀的初学学生的指导书”。本人为上海科技出版社新近重新修订翻译出版的新千年版《费曼物理学讲义》撰写了如下书评：“《费曼物理学讲义》（The Feynman Lectures on Physics），世界上最高大上的普通物理教科书。清华物理系从2008年起针对本科低年级学生以此书为本，开设了专门课程，受到学霸、学神们的热烈欢迎。作为著名的物理学大咖、诺贝尔物理学奖获得者费恩曼半个多世纪之前在加州理工进行普物教学改革，促成了他本人一生的最大成就，此书一直被所有从事物理的人奉为经典和圣经。如果你厌倦了物理学教科书中的说教和晦涩难懂的公式，来读读这套书；如果你觉得已经能够驾驭大学物理和普通物理中的内容，希望能在物理而不是数学上更加深化和拓展你对物理的理解，来读读这套书；如果你已在物理中历经沧桑，回来再读读这套书。它会使你脑洞大开，给你另类看待物理世界的角度，体会物理学的韵味与刺激，享受物理学的精彩与奥妙。”因引力波而获2017年诺贝尔物理学奖的加州理工学院荣休费曼理论物理教授Kip S.Thorne在新千年版《费曼物理学讲义》的英文版前言中写道：“50年中，我们对物理世界的认识已经大大改变了，但是《费曼物理学讲义》的价值仍旧存在。由于费曼对物理学独到的领悟和教学方法，费曼的讲义今天仍像第一次出版时那样具有权威性。这些讲义已在全世界范围内被初学者，也被成熟的物理学家研读；它们已被翻译成至少12种语言，仅仅英文版的印刷就有150万册以上。或许至今为止还没有其他物理学书籍有这样广泛的影响”。[2] 费曼这套书在很多人看来从未成为过成功的教科书，在此书第一版出版以来的半个世纪后，为什么那么多物理学家仍总把它们放在触手可及的地方？Robert P Crease在physicsworld.com网站（2014年3月27日）以“费曼的失败”为题给出一个解释，其中提到：费曼的书是其对物理教育的最主要贡献——但是是对教师而不是对学生的。他是一名魔术师，而他的书则是魔术师的秘籍。这些书对像费曼这样的本科生不是太难，但是不存在这样的本科生。……这套书出版后几年有几位试着把它们用作教材，其中包括加州理工的物理学家David Goodstein。他的结论是“不行，我十分努力去尝试，但它们太复杂了。”Goostein最后只好编写他自己的本科教材——一本合著的《大学力学》（1986）教科书，这本书不仅成功地在美国和全世界被广泛使用，还被拍成了系列教育电视。在此文中作者对费曼的书作为学生的教材失败的原因给出如下解释：是什么使得费曼的讲义如此引人入胜和有启发性？作者认为是费曼对所讲授内容的掌控表现的不只是诠释和研究，而是让读者享受到了解物理的乐趣而不是取悦学生。由于费曼的思路远高于本科受众，而费曼讲义的强度——包括其复杂的概念和挖掘想象各物理课题间的联系的能力——是本科生的弱势；所以虽然是为本科生写的教科书，讲义却对教师最为有用，因为读者需要先理解书中的物理内容。按照费曼书的序言所说，当年费曼讲课时听众总是满满的，开始都是一二年级正选他课的本科生，他们大多因听不懂多数就慢慢地跑掉了,但越来越多的研究生和教师、他的同事慕名来听课，所以听众总还是满满的，总人数处在一个守恒的状态。研究生和教师很喜欢他的课，听得津津有味，是因为他们是过来人，有基础和阅历，所以听得特别带劲，他们能够理解费曼所讲内容里边的精彩和奥妙。虽然费曼的书对普通物理学本科生来说确实太难了，但对极少数超常的本科生却是十分合适的。这一点并不像前面Crease所说的不存在这种本科生。费曼说他课上有极少数一二十个学生能理解全部的讲授，并且积极攻读、兴奋地钻研，而这样的学生正是我们开设费曼系列课所要针对的对象。

清华物理系20年前开始办基础科学班（简称基科班），同时加强物理和数学的学习。数学系鼓励大一基科班的同学使用莫斯科大学数学系的教材——佐里奇的《数学分析》，那里面都是学生在中学里没见过全新的概念和方法，极为刺激和具有挑战性；而物理学中的精华量子物理和相对论由于需要大量前期的知识铺垫通常被安排在大学本科靠后的时间才能学到，新生入学开始物理系只能讲授普通物理中的力学、电磁学等十分传统的内容。这和费曼在他的书前面写的《费曼自序》中对加州理工的低年级学生的描述完全一样，“一旦他们学完两年我们以前的课程后，许多人就泄气了，因为教给他们意义重大、新颖的现代物理概念实在太少。他们被安排去学习像斜面、静电学以及诸如此类的内容，两年过去，没有什么收获。”[2]  相比全新的数学分析，普通物理的力、热、声、光、电内容都是学生在中学见过的古老内容；特别对那些基础比较好例如经过物理竞赛的学生，很多人在中学已经学过普通物理，少数学生甚至自学了理论物理的四大力学，传统的普通物理完全提不起他们的兴趣。基科班的学生们多数被更有挑战的全新的佐里奇《数学分析》所吸引，大部分精力放在了数学课上，对物理觉得是很熟悉的内容因此就只应付一下。付出得多就珍惜、喜爱得深，物理和数学相比的结果是，到二年级数学和物理专业分流时，好学生大多都选择了数学方向，选择物理和选择数学的学生人数极度不平衡。和费曼在他的《自序》中写到的“我们想要抓住的特殊问题是，要使充满热情而又相当聪明的中学生进入加州理工后仍旧保持他们的兴趣……问题在于，我们是否有可能设置一门课程能够顾全那些比较优秀的、兴致勃勃的学生，使其保持求知热情”完全一样[2]，为了能在一开始就抓住好学生的注意力吸引他们，作为能匹敌和超越佐里奇《数学分析》的物理教材对应，清华物理系从2008年起开设了《费曼物理学》系列课程，这也算物理系开始以学生为中心的首次尝试。我们建议基科班里数理基础好的学生喜欢数学的学佐里奇、喜欢物理的学费曼，形成了数学物理既竞争又平衡的局面。对选费曼课的学生我们用费曼课代替了传统的普通物理课，以费曼的三册书按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分3个学期3门课分别进行授课，这些年来这门系列课在清华物理课程的不断调整中作为一个品牌一直持续下来直至今天。2018年，物理系正计划将这门课设为清华物理系首门荣誉课程。当年作者由于多年主讲针对物理系学生的《电动力学》而被系里指定与安宇教授一起分别作为A、B角负责费曼第二册书的教学工作。当初接下这项任务除了作为系领导要起带头作用外，也是想一是体会一下与以演绎为主极端理论化的电动力学完全相反的以归纳为主极端现象学化的电磁学的教学，二是借此机会强迫自己认真地研读和体会费曼的原始物理思想看看到底费曼是如何的牛，毕竟令人崇拜的高深数学表述在物理学里最终还是要归根于基本的物理思想。作者在上大学时就在海淀书店抢购了一套英文版的费曼讲义，一直压在箱底没有认真看过挺遗憾的。在每次费曼课第一堂课时，本人跟学生说费曼开讲这门课的1962年正好是我出生的年份，因此我和这课同岁。2009年作者教了第一轮，2010—2012年连续3年是安宇教授教的，再往后安宇教授被系里安排领衔做SPOC教学，因此随后的年份都是作者教的《费曼物理学Ⅱ》。由于这个课的难度，物理系在每年的新生入学教育时都特别向学生强调要量力而行，只有那些基础很好的学生才建议选此课，其他同学都鼓励他们去学传统的普通物理课。由此每年选此课的学生一般都是年级里自认为物理学得最好的20多人形成典型的小班课。恰好2016年教育部设立的拔尖人才培养试验计划中专门开设了一个小班教学的命题研究项目，我们就把在此课上的多年实践纳入了这个项目开展研究和梳理，本文也是这项研究工作的成果之一。2012年清华开始建设校级挑战性课程，从2017年起《费曼物理学Ⅱ》作为物理系的首个挑战性课程开始参与第三批校级挑战性课程的建设。

《费曼物理学讲义》第2卷主要介绍电磁学，包括电场、磁场、波及其相互关系，以及材料、弹性、流体和弯曲时空等内容，共42章254节。当时美国大学物理教学改革试图解决的一个问题是按照当前物理学工作者在各个前沿研究领域所使用的方式来介绍物理学的内容。

1.4 本文的现实意义和目的

我们期望本文讨论的小班教学与翻转课堂能对基础物理教学改革有所帮助。目前国内高校基础物理课的教学现状如何呢？典型的情形是基础物理课的内容不够新颖没有吸引力；学校对基础物理课不重视，学校各个专业都在努力压缩基础物理课而扩大专业课学时。学生厌学，不知道学习基础物理的意义和价值，要么只要求不挂科，要么只看成绩；教师来自科研的压力很大，缺少交流，在教学上有固有的惰性。国家新推出的高考改革更是导致新生的物理基础极端参差不齐，基础物理教学相比以前面临更加复杂和分化的情形。传统的教学方式如不改革，这样的环境和状态也会难以为继，即使不要求可持续发展只维持基本生存，也需要发展和探索能有效适应目前环境和教学对象的新的教学方式。教学目标至少应该是让学生感觉有用，能够学懂，最好能了解和喜欢物理。上述观点是对广大的普通学生，而对少数尖子学生，随着我们国家的经济实力的提高和国家地位的上升，培养和造就更多的科学大师也成为越来越迫切的任务，在小班教学里通过实施特别的教学方案为我们国家培养出科学大师也在某种程度上成为了大学教育的国家需求。这是我们写此文的动机，希望通过我们的经历能针对物理专业本科学生及更加一般的大学物理的教学改革探索提供些借鉴。

人们会问，费曼课的对象是全国最拔尖的学生又是物理专业的，这样的经验有普适的价值吗？首先费曼课是物理学科的课，所有的物理专业都可以拿来做参考。再有本文是作者个人的实际教学经历，不论它是否有推广价值，至少它是在特定环境下的一个具体有操作性并持续实际运行成功的物理教学实例，而不是一个抽象的理论。多年来从师范院校专门从事教育研究的学者那里听到过很多高深和很复杂的教育理论，我们多数听不懂，感觉那些理论把简单的事搞得十分复杂，缺乏可操作性，对一线的实际教学起不了什么实际作用。因此对一线的教师来说更多地是关心采用什么方法能有效地提升实际教学效果。从2012年兴起的新一轮以信息技术为支撑的教育改革浪潮的主要推动者是在美国大学里从事物理教学的物理学家，他们所发展的方法和理念与传统的由纯搞抽象教育研究的人建立的体系有很多不同，相对比较接地气带有很强的物理味道，处理问题的方式与思路和我们讲的物理很类似，是同一个路数，所以我们物理教师相对比较容易熟悉也会感到亲切，用起来会很得心应手，特别适合物理教学。尽管如此，这些在国外发展起来的方法对国内的环境是否适用呢？哪些需要调整和修改？这仍需我们通过具体的实践来检验和确定。作者将《费曼物理学Ⅱ》课作为一个教改的试验场，希望通过具体的教学实践确立哪些改革措施是有效的，哪些又该进行变化和调整。在清华这样的学校开展教改实验相对比较容易，我们的学生属于颜氏家训里说的“上智者不教而成”那类人，他们不管怎样改革都不会学得太差，可以作为教改试点先行一步，然后再在结果中剔除学校和学生优势的影响努力发掘其普适性。从当前基础课教学现状看，学校不重视基础教学往往是通病，教学及教学改革通常是口号喊得响、实质措施少，面对这些共性问题的改革实践应该是有参考价值的。再有虽然学校和学生可能不同，但教育教学过程的改进却都有共通之处，无非通过教学改革要提高学生的学习兴趣，改进教学效果，锻炼和培养学生提出问题、分析问题、解决问题及思辨、表达和理解的能力，我们希望能通过共通的、有效的教改实践梳理出可借鉴的经验。

2 为什么要做翻转课堂？

首先谈一下我们现在所处的教育环境，再介绍一个国外教授是如何走入翻转课堂的具体例子，最后谈作者自己在费曼课上是如何逐步走进翻转课堂的。

2.1 当前的教育环境

在我们现在所处的教育环境中，国内高等教育的教育对象的特点已经和过去很不一样了。上海财经大学副教授曹东勃在人民日报上以《大学全面进入“95后时代”意味着什么？》为题撰文说：“95后可被视为中国家庭对子女投入，从“人多钱少”转入“人少钱多”的关键时期。95后的第一个特征是开放性。这一代是搭上改革开放的快车、在几乎每一个历史转折点上都踩准了时代节拍的一代。……作为互联网原住民，95后对真实世界的好奇心和求知欲可能更浓烈。95后的第二个特征是互动性。这一代大学生在成长过程中，没有遭遇国家困厄时期的负面影响。两种矛盾纠缠交织，构成其思想和思维特征的基本底色。他们不再只是单纯的信息接受者更是信息源和传播者。调查显示，95后比90后更乐于表达，更有主见。……当你一本正经认真以对的时候，才突然发现，“认真你就输了”。95后的第三个特征是解构性。推崇对话、阐释、断裂、解构、反讽、碎片化、非理性、异质性、不确定性、去中心化。今天的大学生思想活跃，有着强烈的学习兴趣、怀疑精神和创造能力，绝非玩世不恭、游戏人生、毫无信仰的一代。如教师不研究时代的变化、教学对象的变化，仍教条刻板地单向“供给”，可能造成如下悖论与窘境：学生枯坐课堂、心不在焉，认为老师死板老套，课程无聊乏味，全无学习兴趣；老师口不应心、言不由衷，认为学生顽劣厌学，缺乏自我认同，丧失教学动力。”[3]  总之现在的学生和以前不一样，教师不能再想着学生和自己当年上学的时候是一样的。现在的学生在传统讲授式和现在翻转课堂式的两种教学模式的比较中应当更适合后者。

现代社会变化得很快，尤其是信息技术日新月异，它使得信息的传递变得比原来快捷和容易了很多很多倍。这对我们传统课堂讲授那种建筑在以往信息传递比较困难的环境上的教学模式形成了很大的挑战。因为在很难得到相关的信息的情形下，讲授作为获得信息的唯一渠道受到欢迎和重视十分自然。而现在如果什么不知道就上百度、谷歌一下就全都知道了，维基通常也给出了相对权威和专业的解释，学生凭什么非得要听教师的讲解呢？现在课堂上很多学生都在底下玩手机就反映这样一个现实，教师讲的东西不如手机上的有吸引力！坐在讲台下面的学生如果有兴趣完全可能会从手机上得到比教师讲的更多更生动更深入的内容。如果在这样的环境下教师再不寻求改变，真的可能无法再永久地生存下去。教师是给学生上课，只有学生最后的感受真的是课程对他有用，教师这一职业才有一直持续存在的需求，否则让教师下岗没什么可质疑的。我们的知识传授在当今已经被信息技术的进步在某种意义上替代或者半替代了。把学生本来可以自己比较容易获取的知识非要坚持按传统的授课方式讲给学生是一种性价比很差的教学策略。哈佛大学物理教授Gary Feldman说：“教师在课上讲那些学生可以自学的内容是不负责任的，因为这样做的结果是在钝化学生的自学能力。”Mazur教授也说：“教师简单地重复教材上印刷的内容意味着教师认为学生不知道如何阅读教材，是对学生自学能力的轻视。”[4]

谈到学生的能力，北京大学医学院王夔院士参加中科院学部咨询项目调研了高中化学教师、大学化学教师和化学专业研究生导师对学生的看法：“近年来学生质量下降了吗？”……高中化学老师认为没有下降，和以前“差不多”；大一老师大多数认为差不多；大学高年级老师多数认为质量下降；研究生导师则明确回答：“较前质量下降”。……他们发现对这一问题的答案之所以出现分化，是因为高中主要是以升学率评价教学质量，“学生考试成绩逐年提高、升学率逐年提高，怎么说学生质量不行呢”？大学低年级因为学时和内容减少，学生质量问题并不突出。不过大一的老师们还是发现，有“20%~50%的学生学习有困难，多数学生处于懵懂状态，不适应大学学习方法，不会读书、不会做实验、不会提问题”。在大学高年级教师看来，这一问题更加突出，“大多数学生不会读书，不会提问题、讨论，对学习没兴趣”。研究生导师对学生质量最不满意，他们认为“学生不会查文献、写总结、综述，学习缺乏动力、对研究没兴趣”。[5]  虽是针对化学专业的调查，但结果却与来自其他领域专家的感受非常一致：中国学生在知识点的学习中出类拔萃，但在独立学习和创新的研究阶段，表现得却不尽如人意。

北京大学考试研究院院长秦春华、北京大学招办副主任兼考试研究院副院长林莉以“本科教学陷尴尬：学生正在丧失独立思考能力”为题撰文，写道：“我们正处在一个飞速变化的世界……大学所培养的人将要面对未来的世界……本科教学的本质，就不在于教给学生过去的具体知识和技能……而在于激发学生的潜能，提高他（她）们处理复杂资讯的能力，启发他（她）们探索未知世界的勇气和好奇心，使学生能够面对未来一个完全不同的世界，帮助他（她）们解决未知世界面临的难题。……中国的本科教学正面临着相当严峻的挑战，无法适应正在发生的深刻变化。……学生越来越不提问题，不会提问题，也提不出有价值的问题。学生很少有提问题的欲望，不知道问题在哪里，即使勉强提问，提出的也很难称其为问题。……后果：一是无法组织教学……二是教学质量降低……三是无法产生实际的教育效果……其次，学生正在丧失极为宝贵的思考能力。他（她）们习惯于跨越过程，直奔结果。……当他（她）们一旦面对巨大的不确定性时，将会手足无措，陷入迷茫和恐惧之中。……学生花费了大量时间上课、上网，却很少读书。由于思考能力的丧失，学生对未来产生了深深的迷茫和恐惧。他（她）们不得不选修大量课程，企图通过学习知识使自己充实起来，……学期结束时，却发现自己陷入了更深的迷茫和空虚之中，……除了拿到了一个分数外，还剩下些什么呢？……”[6]

毕业于伦敦政治经济学院社会人类学专业的张芳圆回忆自己在英伦的求学经历时写道：“哈佛大学名言：‘教育的真正目的就是让人不断地提出问题、思索问题。’……为什么要学会提问题？……善于提问的人，往往体现出知识获取的主动性，也有可能具备更强的学习能力和动力。提出一个好问题，意味着知识、经验和观念上可能即将要迈进一步，判断力和决策能力得到加强。……中国学生更擅长提取重点、概括总结和摘抄，但西方学生更善于提问，并用问题来组织和梳理笔记。……‘淘金式思维’能帮助你取舍信息，你得带着问题去聆听他人的讲话或者去阅读，这个过程充满互动，你需要主动地参与进来。这种思维在课堂上的表现是，学生可以随时举手打断老师的讲话，提出自己的问题。……参与讨论的意义在于，你能够检验自己对于文章的理解是否准确，也能够从他人的观点中获得更富有启发的洞见。……学习是一个互动、探索的过程。如果没有与他人的脑力碰撞，自己也许就是闭门造车。……西方的教育体系更欣赏有思想力的学生——能够对已有的知识和观念进行筛选和评价，并在这个过程中形成自己的独特观点。要想提出好问题，需要准确地理解作者的论点，他想要对话的理论以及他论证的过程。在这个过程中，批判性地思考是贯穿始终的。……从学会提问开始，我们收获的是获取知识的能力，探索外在世界的能力，提问也创造了进一步的沟通，有助于我们获得他人的理解以及理解他人。”[7]

我们教育的核心是育人。我们中国对一个全面发展的人的核心素养包括文化基础（进一步包括人文底蕴、科学精神），自主发展（进一步包括学会学习、健康生活），社会参与（进一步包括责任担当、实践创新）3个方面。美国对个人发展的未来技能提出6C概念，包括创造力与想象力、批判性思维与问题解决、沟通、合作、品质教育、公民的权利与义务。[8]  我们的教育成功与否就看是否通过教育给学生培养和塑造出这些基本素质。有鉴于这些背景，上至教育部下到国内好的高校的领导都对以素质培养和塑造为目标的教育改革非常重视，但一线的不少教师不喜欢去了解这些新的变化，不愿意行动不愿花精力，觉得和自己没什么关系。我们下面用Mazur教授和作者自己的具体例子来说明为什么要进行教学改革，为什么要搞翻转课堂。

2.2 Eric Mazur教授是如何走向翻转课堂的

前面提到的哈佛大学物理系Eric Mazur教授在网易公开课上说他1984年开始当教师讲的头7年课很成功，当时自认为是学校里讲得最好最受学生欢迎的老师。他给哈佛医学院的学生讲大学物理但学生不愿意学。学医的学生觉得物理和他们没关系没必要学物理，因此医学院的学生就只把他当成一个必须要从其获取分数的物理老师，因为不拿这个学分无法毕业。他感觉学生都挺讨厌物理老师的，虽然老师总是在课上宣传物理有什么什么用，怎么怎么重要，跟我们国内的物理教师完全一样。而从学生的角度觉得教师脑子进水有毛病，学生一般对教物理的老师都不太友好，甚至有敌意。但是Mazur是少数的例外，他比较受学生欢迎。他当时觉得他可能是世界上最好的物理教师。20世纪80年代中后期的7年，他都是按传统方式进行教学而且确实已经讲得很好。后来时间长了他开始注意学生如何吸收他所讲授的内容。讲了7年课以后有一次他给学生提了一些物理的问题，让学生必须把回答完全用文字写出来而不许使用公式。结果好多学生就不知道该怎么写答案了，甚至有一个学生问：我是应该按您在课上讲的那些把公式写给您，还是按我日常生活中对这个事情的理解来写我的答案呢？Mazur说他听后觉得脑袋轰了一下，觉得这两者难道不一样、有那么大差别吗？他教了半天学生怎么都是这样的呢？等于是完全没懂。注意这可是世界上最好的哈佛学生呀!但似乎学生就只是把公式背下来会做题而已，完全没理解其中的实质，也完全和自己的日常经验和直觉脱节。由此Mazur觉得按照这种方式当物理教师传递知识是很有问题的，需要让学生真正去懂，去了解教师讲的东西，并开启了他的改革历程。他从1991年就开始做翻转课堂，课堂不再讲课而是进行讨论。而他发明的同伴教学只是在课堂翻转了以后的一个手段，是后来才发展起来的。

2.3《费曼物理学Ⅱ》从讲课到翻转的原因

Mazur教授提到的情形实际上很多教师都碰到过，教师在课上讲得慷慨激昂，如果教师讲得好学生也会听得心满意足，或者说学生被灌得很舒服。但实际学生未必真的就懂了，他们课后还是只会做题和重复教师或书上的语言，与自己独立思考地理解和解释这个世界还有很大的距离。长此下去，学生缺乏自主的思考和辨识能力只是应付考试，结果越学越没兴趣，也就造成了通常说的“毁人不倦”。我们以往进校时对物理感兴趣的学生的比例大大高于毕业时的比例就说明我们的物理教学的问题。实际上费曼的这套教材也源于当年费曼对加州理工的基础物理课教学使学生越学兴趣越下降现象的不满。他当年碰到的是类似的情况，费曼的同事当时就忽悠他说你那么不满意、那么牛，那就按照你的想法来改革基础物理教学呗！费曼虽已不年轻但气仍正盛就放下其他事情真的来亲自教了，由此才产生了这套世界著名的经典的物理教科书。但是费曼真正教了以后也体会到做基础课教学这件事实在是太辛苦，所以教了一次后也跑掉不再教了。费曼自己明确地说他的这次教学改革是失败的，而且特别强调是第二册电磁学的部分。因为对第一册的力学和第三册的量子物理费曼找出了与传统不一样具有颠覆性的讲法，而对第二册的电磁学费曼没有找到全新的讲法（从这个角度也说明这一册书的教学难度，根据2013年教育部大学物理课程指导委员会华东地区工作委员会在山东、江苏、安徽、浙江、福建、江西、上海的53所高校的1837张调查问卷统计，认为电磁学是大学物理最困难的部分的达到56%，比认为大学物理的其他部分最难的高出13~32个百分点），虽然费曼实际在第二册讲的也有变化但变化比较小，没有像另外两册那样实现了颠覆。费曼在其书的自序中写道“第一年的情形看起来还是十分满意的。但在第二年，我就不那么满意了。课程的第一部分涉及电学和磁学，我想不出什么真正独特的或不同的处理方法，也想不出什么比通常的讲授方式格外引人入胜的方法。因此在讲授电磁学时，我并不认为自己做了很多事情。”[2]  对作者所教的《费曼物理学Ⅱ》来说，就内容说不再像另外两册费曼讲义那样可以通过改变讲法大幅改进原来教学的效果，第二册的教学所面临的还是与传统电磁学不足够吸引学生相差不多的情况。

作者从1989年博士毕业留校任教到现在快30年了，从参加工作起最初的十几年都希望教学尽量少投入，留出时间做科研。作者从1992年起任理论物理教研组副主任、1996年任主任，理论物理组参与搞科研的教师多数都跟作者的观点相似，理论物理教研室的教师一半纯搞教学另一半既教学也搞科研。教学科研都搞的教师一般能不教课就不教课，都希望留出时间搞科研，作为教研组主任如果教学任务完不成就得到组外低三下四地求人代替理论组老师去教课。这和科研形成很大的反差，科研上学新东西是自发的，而对教学特别是教学改革多是被动的，因为不愿意过多投入。作者从一留校到理论物理教研组工作就被分配去教老教师们都不愿意教最难的电动力学课，第一轮整个教学内容都是作者按照自己的理解和思路把教案从头写到尾，以科研的方式按自己理解梳理出一套自洽体系，然后再在以后的教学中不断修改完善。以后每次上课讲完就走，再现了小时候听大人描述的大学老师的样子。此种教学方式教师只管自己的讲授（当然会尽量努力讲得精彩）享受完对自己梳理出来体系的表达就ok了，基本不在意学生的感受和学生接受和理解课程内容的过程。当然在开始教学的前几年作者也试着与学生课下交流，但安排的专门答疑时间学生基本都不来（考试前除外），因此后来就干脆取消了平时的答疑，这现象本人理解为学生没有兴趣主动学习和求教，剩下当然只有课上的强行灌输了。作者的专业是理论物理，授课特别像电动力学课几乎全都是写公式，早年极端崇拜公式，刚开始教电动力学时曾很得意自己在黑板上及后来的PPT上全是公式没有文字和图，以至于物理系学生在学生节排“三国杀”的节目时为本人专门设计了一张功能就是推倒（导）的扑克牌。后来随着教学时间的增长，PPT中的图、文字开始越来越多，主观上觉得这些东西越来越重要因为它们对学生理解物理内容有重要的帮助，而公式的重要性反而逐渐降低了，低年级的课程尤其如此。虽然在本人电动力学课的PPT上仍是公式多于图片和文字，但到《费曼物理学Ⅱ》授课时制作PPT上就演变为图片优先度高于文字，文字优先度又高于公式了。本人的电动力学课程教得很难。担心学生可能听不懂就强制要求他们做很多作业（早年除了把郭硕鸿书的习题全做外还补充了很多额外难度更大的推导类习题），最后考试也考得很难，在物理系的学生中一直流传本人早年的电动从早考到晚的传说。考的难在最后的成绩上就需要适当调整，一般是在最后实际成绩分布上利用一个三参数的二次函数在保证成绩顺序不变的条件下把实际成绩分布调整到所希望的分布情形，这远比广为流传的开根号乘十有效。学生学了那么难的课，考了那么难的考试，最后看到自己的得分比自己估计的分数高，通常也就不来找老师理论找分了。这样教出来的学生和前面Mazur提到的只会做题不知其所以然是十分类似的，他们当中只有少数极有天分的学生能理解课上讲授的知识的奥妙，多数是机械被动地完成任务拿分数，没有真正理解物理的奥妙，很多人越学越厌烦。本人2009年第一次开《费曼物理学Ⅱ》课不久就有同学问有什么参考题给他们做。当时为扭转这种情形，本人在课上一再强调对内容的理解和思考远重要于做题，尤其是费曼课，学生仍是对数学公式的偏好明显大于对物理机制的理解，相比给出物理图像和数学公式，他们显然更喜欢给公式。对那些教师刻意做成的图片或文字介绍，学生多认为那只是说说而已。本人不断强调所有这些陈述都有严格的数学和理论描述存在于背后，但学生好像不完全能听进去。一个典型的例子是2009年《费曼物理学Ⅱ》期末考试简答题里问：为什么自发磁化时总有无磁化的零解？同学们多是列下方程说，显然方程中有零解存在，而不是去发掘零解存在的物理解释，那年期末考试是靠三道简答题特别注重解释物理图像因而才打破了同学之间成绩简并的。早年作者在做系主要领导时带着几位同事代表物理系去看望在郊区部队进行培训的物理系学生干部，大家座谈时问学生对物理系的教学感受，学生干部们都说觉得越学越没劲越没兴趣，让本人心里极度难受脸上也很挂不住，因为作为学生中的精英学生干部都持如此观点，我们的学生系统及受他们影响的广大学生的看法显而易见。我们招来了最好的学生，通过我们的教育，学生却对物理越学越没兴趣，这是我们教育的失败，也是我们的失职！本来学生是冲着物理来物理系的，由于我们教的不好导致学生最后放弃物理。这和当初费曼不满意加州理工的普物教学使学生越学越没兴趣何其相似！就拿作者的教学来看，要是像以往那种自我娱乐自我欣赏的传统教学方式，除了很少数极有天赋路数对上的学生会非常喜欢和享受外，多数学生会对物理产生排斥和逆反，因为教师讲的和他希望听到的对不上，由此会对物理失去兴趣。这些导致本人逐渐越来越在乎学生的感受：他们到底听进去没有？听明白没有？教师自己在讲台上表演即使再嗨，如果学生没有兴趣也是没有达到教学的目的的。这是作者在上费曼课前的电动力学课上已经有的感觉（注：本人的电动力学现在已经录制成了慕课，并于2017年秋季在学堂在线上线，2018年也计划部分地开展翻转课堂实验）。到2009年第一次上《费曼物理学Ⅱ》后，问题变得更加突出。作者的基本想法是尽量尊重原著，让学生和教师自己通过上课能够感受和体会到费曼的原始物理思想，而作为教师则努力把费曼的想法按本人的理解给大家原汁原味地讲授。开始的费曼课和本人上的其他课一样主要是讲授，但发现学生不满意，费曼课上的学生是清华物理系物理学得最好的学生，他们最反感老师上课照本宣科，他们要听没听过没见过的新东西，凡是书上有的重复地讲，他们就没兴趣，觉得那样做还不如自己看书。虽然我在课上一再强调学生自己感觉的对经典电磁学的了解离真实差得很远，我对学生说我自己讲授和研究电动力学几十年都不认为我对电磁学了解透彻了，何况你们。但这些言辞打动不了学生，只凭讲授无法让学生真正有效地感受到费曼书上讲的电磁学中确有学生还没理解到的更深入的内容，因而也就无法提升学生的兴趣。对像电动力学那样的大课由于学生基础相差比较大（经常有外系的学生选修此课），为了照顾基础差的学生针对基础内容进行细致讲解似乎是必须的，而对费曼课的学生不再有这种照顾的需要，为了能让学生满意也让这门课不至于在学生中口碑太差，必须进行改革。改革的出路有两个方向：一个方向是加入前沿的新进展，这肯定可以吸引同学的兴趣，可是对普通物理级别的电磁学，能在不新增加过多超出普物级别内容的情形下把前沿的新进展清楚有机地融合进教学并不是一件容易的事，需要很长时间的积淀和研究，因此这个方向至少短时间内无法覆盖第二册费曼书的全部内容；另一个方向就是变讲课为讨论，既然学生认为电磁学的那些内容他们都懂了，而教师不这么认为，那么干脆就费曼书上电磁学的内容开展讨论和辩论，看看学生到底是真懂还是假懂。当然这样做多少还是有些担心，就是在讨论中如果教师回答不了学生的问题会挺难堪，如果学生们讨论了很长时间找不出来合适的答案问老师的看法，结果教师也说不知道，一次不知道也就罢了，可是如果若干次教师都是不知道，教师自己就会感觉没有在讨论的课堂存在的必要了。在这个问题上作者由于有多年的科研和教学积淀，还是相对有信心能应付各种挑战性的问题，同时也希望通过这些挑战扩充和激发自己对物理的更深入理解（这一点在后面还会深入讨论），因此我下定决心在课程里增加讨论环节以锻炼学生的提问、表达、倾听、思辨等能力并激发他们的兴趣。

作者从2009年第一次讲费曼课后，再开始上这门课已是2013年，2013年这一轮作为4年后第二次讲此课主要是恢复已忘得差不多的内容，犹豫再三没敢贸然实验开展讨论，课程结束后才下定决心下一轮课开展讨论，当时的想法是试一下，即使失败了也算知道了此路不通因而也是有价值的。本人咨询系里其他课开展讨论的经验，初步得到的结果是系里没人做这事无经验可循。后来了解量子力学课大课之外开设了单独的小班讨论课，让学生凭兴趣自由选，开始还有些学生，后来就越来越少直到课开不下去了。从学生那里得到的信息是他们认为上讨论课没有用就不去了。现在学生的价值观多数都是先看有没有用，本人在校内外各处去做科普报告，例如讲暗物质，报告后被问得最多的问题是这东西有什么用？这是现在年轻人普遍的价值观，不是有趣和好奇心，而是有没有用。本来量子力学因为离科研前沿最近，新东西也最多，因而是我们作为物理教师首选最愿意教的课，对这门课好奇心会引发很多的问题和疑问，这些问题很多直接联系当今科学的最前沿最适合开展讨论，连这个最具讨论潜力课的讨论尝试都失败了，看起来不是任何课开展讨论就能成功的。接受了量子力学讨论课的教训不能全让学生靠自觉还是得对他们施加强迫性的要求，也就是说要求学生必须参与。2014年的费曼课，我在第二册总共254节中挑了自己比较有心得的几节，也就是我有足够的积淀有信心能控制得住场面，提前布置给学生在课前做预习阅读准备，上课时不再细讲，主要进行讨论。第一次讨论课上，在简要介绍过课程内容后，我对学生说你们都已经看过这节的内容了有什么问题可以提，结果讲台下沉默半天没有人提问题。我只好把自己事先准备的问题抛出来，回答问题的同学不是很多，讨论基本很勉强地进行。这轮课我试了两次讨论，情况类似都不成功，显然这两次试验失败了，但学生的反馈却让我有些意外。多年来我习惯在期末考试100分的卷子上拿出5分的一道题让学生分别写下对本学期课程的一件最满意和最不满意的事。那一年的期末考试几乎所有学生最满意的事都是写的那两次讨论对他们的印象很深，收获非常大。我非常震撼，觉得与自己的感觉完全反过来，试验不是搞得很糟糕吗？从教师的角度感觉讨论的过程经常冷场完全都是靠教师在那里勉强支撑着，没看出学生有怎样的刺激和激动。我自认为是心理年龄还年轻的教师，可事实上居然和学生之间在同一件事情上的看法感受完全不一样。既然确认自己的感受不是很靠谱，学生的事还是要以学生的感受为主，因此我决定把原本准备放弃在下一轮2015年课上开展的讨论试验改为扩充进行更大范围的讨论。2015年这一轮课我在总共42章里选择了几章安排讨论，感觉比上一年的情况好了一些但还不是特别理想，而来自学生期末考试卷子上的反馈还是一如既往地觉得讨论好。由此我对费曼课确立了讨论的形式远比授课的形式受欢迎这一事实，既然自己那么不满意的讨论学生都觉得比教师那花费很大气力去准备的传统授课方式受欢迎，那么把优势最大化干脆到第三轮的2016年的课，我一咬牙就决定把全部费曼第二册书的内容都改成了讨论。这样做是很有挑战性的，因为选某一段或几段教师最有心得的章节进行示范性讨论就类似于做科研学术报告，是可以做得很好很出彩的，而对那些教师不太有体会和底气的章节，要能下决心开展讨论是需要勇气的。某知名物理网红大咖私下告诉我他之所以不愿意系统地教一门课，除了要多花费时间和精力外，主要原因就是任何一门完整的课程里多少都会有一些令讲授者感到无趣和头疼的鸡肋部分。对教学来说不可以像做学术报告那样只挑自己喜欢的内容讲，而是必须要内容全覆盖，讲授这些鸡肋内容可能会与其他精彩的部分的讲授形成很大反差，因而损毁教师已有的名声和风采。对讲授都是这样，对开展讨论则更令教师面临很大的挑战。能否成功变部分章节的讨论为全部讨论是我们的教学超越表面试验性教改的最关键环节。作者当时没有回避困难选择了正面应对，实际的教学经历也确给作者以意外的惊喜。后面会提我们在课上除了讨论还安排了学生讲课，对费曼第二册书总共的42章，作者自己觉得有好多章的内容挺无趣无聊的，可是班上的学生真是不一样，他们每个人的兴趣各不相同，有些教师觉得无趣的内容对有些同学来说特别好玩，例如有一章讲显微镜我就没什么兴趣，而班上一个学生特喜欢那章的内容，找了特别多的一手前沿资料带着激情把最新的进展讲给大家，连我这个不感兴趣的教师都受到感染，感觉这章内容还真有它的内在有趣之处。还有一次在讲利用电磁涡流制造的感应电动机时费曼给了一个磁极屏蔽式感应电动机的例子，这部分内容我觉得挺不好讲也不很直观，可到课上一个同学说他在中学参加物理竞赛期间自己做过这个电机，现场我就让他找出了还存在其笔记本电脑里的当初制作电机的视频并给大家讲解，大家听得津津有味。再一次是在讨论到大气中的电场时我提出讨论一下人类曾建造生物圈一号、二号来试图人为模-制造气候环境结果都失败的原因。有同学就站起来介绍在他们中学到美国游学的经历中曾碰到一些专家介绍过要形成现实的雷雨需要对云有一个几公里最小的极限限制，在人造生物圈里无法满足因而形不成自然的雷雨。如此种种，这些在翻转的课堂上发生的令人意想不到的事情，让课堂远比教师独自在那里讲授丰富和精彩了许多。从某种意义上说，课堂上这样的讨论互动和交流过程并不是教师教育影响改造了学生，反而是学生教育影响和改造了我们老师。我们这个从讲授全部变为讨论的过程也不是一点反复都没有，两年里我时不时不自然地想“复辟”一下，2016年和2017年的教学中我曾经几次做了恢复再部分讲授一段的尝试，结果每次都失败了！得到的感受是传统授课的方式让教师自己感觉不好了，而且学生对“复辟”也没有好的反馈，最后坚定了我在费曼课上进行彻底的全部内容都开展讨论的决心。随着全部授课内容都改为讨论，在教师的感情上多少还有些遗憾，觉得教师原来的讲授都取消了好像有点没尽到责任。再有失去了大篇幅的讲授环节，没有了那慷慨激昂的展示舞台，作为教师也颇为失落。为了弥补这些缺憾，我在这一年就利用录屏软件Camtasia Studio自己对着笔记本电脑把讲课的视屏一节节地分别录成几分到十几分钟的微课放到网上，作为讨论的补充让学生在课前或课后根据自己的需要观看，这样算是了却了没有讲课的遗憾。当然录微课这一轮为赶录制和编辑进度十分辛苦，微课也录制和编辑得比较粗糙。由于录制时是面对冰冷毫无生气的笔记本电脑屏幕而不是活生生有动态反馈的学生，莫名其妙的紧张使得微课上的讲授了无生气，没有课堂上讲的得意之处的张牙舞爪，倒是经常出现家里小狗的犬吠和窗外马路上汽车的开动声。草草自制出来的“土”微课并未完全疏解本人身体里犹存的表演欲，只是勉强算是讲了课，学生们认为先看微视频再读书能提高阅读费曼原著的效率。本人制作的微课属于最最初级的版本，它平平淡淡非常适合催眠，有时自己想检查一遍听着听着就打起了瞌睡。学生也说若按正常速度看微课则容易昏昏欲睡，2倍速则能够比较有效地促使精力集中，但相应的回放次数也会增多。熬过这一轮，到2017年就实现了把以前录制好的微课视频在课前提前放到网上供学生预习，课上开展完全的讨论。就这样一步步并非事先设计好地最后走到了真正的翻转课堂。作者开始时的本意并不是想去做现在的以微课视频为基础的翻转课堂，只是为了自己的荣誉和名声，激发学生对费曼课更多的激情，使他们学完这门课能对物理更有兴趣而非其他。改变这个状态的操作过程中使得作者逐步走向了现在完全的翻转课堂。

在走向翻转课堂的过程中还有一些其他的因素也在客观上起到了促进的作用。

我从2013年起担任教育部大学物理课程指导委员会的副主任，同时也成为大学物理课指委的机关刊物《物理与工程》期刊的主编之一，这些工作使我进入了国内基础物理教学的圈子，了解了很多国内外物理教学的发展现状，对这一轮的教育革命有了很多了解和认识，这些为在费曼课上的实验提供了很多信息和参考。此外，最近几年教育部和学校设立了不少教改研究项目，作者原本已开始自发地做了一些相关的探索和研究，以现成的内容和工作为基础，顺其自然在系里相关人员的鼓励下申报了本文一开始提到的相关项目。这些项目一旦加入虽然可以获得一定的经费支持，但相应的教改工作就从自由的探索和试验转变为必须按时定量完成的任务，这种强制性对本人开展的教改活动产生了推动，这篇文章也是这些项目总结所必须的产品之一。

3 翻什么？怎么翻？

既然走向了翻转课堂，自然会问究竟要翻转些什么内容？又如何进行翻转？

3.1 翻转课堂的内容

在费曼课上一开始最自然的就是将原来课堂的讲授前移到课前学生看微课视频，课上变原来的讲课为讨论。一般的翻转课堂都翻些什么呢？按照北师大张萍教授的诠释[9]，翻转课堂翻的是教与学的关系，它将教学任务中最容易的部分即知识的传递移到课堂外让学生自主学习，充分利用课堂上教师和学生之间，学生和学生之间面对面的机会进行积极的社会化的互动，实现深度学习，培养学生问题解决、创造性思维、高水平推理和批判性思维能力等教育目标。传统教学模式是以教师为中心的学生被动学习，翻转课堂教学模式则变“教”为“学”，是对传统教学的全面改革，本质强调学生为中心、问题引导、学生自主学习和合作学习的主动学习模式。按照这些解释，各种翻转是手段，核心是要学生变被动学习为主动与合作学习。在费曼课上，我们已经开启了课上课下教与学的翻转，即学生在课前阅读学习材料和观看课程视频等方式的自主学习，在课堂上进行师生、生生的共同讨论和交流，那么是否还有更多的手段进一步加强扩大这些自主与合作学习的成分呢？我们在《费曼物理学Ⅱ》上探索了另类的师生翻转的模式，也就是将传统教学中教师所担负的角色部分地改由学生承担，通过这种另类翻转让学生增强主动性，体会、参与和主导教学的全过程并在其中受到锻炼和刺激。其中包括如下几个方面：一是变学生听讲为主讲。我们让每个学生在课程总共42章的中后部选择一章，然后在课上按照自己觉得合适的方式在课堂上介绍相关的内容（不必一定重复书上的内容），为了不过于浪费时间影响听众我们把学生授课的时间限制在10分钟之内（最开始没做时间限制效果不好进行了改进）。具体实践发现这短短的10分钟给学生极大的压力，当老师特别是学习做好的老师实际是最好的学习，学生讲课自己不明白是不可能讲出来和讲清楚的。大部分学生花费了很大的精力很早就开始准备这10分钟的演讲，由此得到极大的锻炼。二是把原本要教师在课堂上做的课堂演示实验改为学生在助教带领下分组分别预习不同的演示实验，在课堂上由做过准备的学生把演示实验演示给其他学生。做演示的同学不仅要完成实验还要负责给大家讲解实验的原理。三是对轮到讲课的同学，在讲完自己所负责的那一章的10分钟后，接着要代替原来教师的角色负责主持随后对这一章内容的讨论。这时主持讨论的同学要选择合适的讨论问题，要学着控制讨论的场面保持课堂内讨论正常有效地开展，并在课程结束后总结整理所讨论问题的答案上报教师。四是让学生参与整个教学过程的评价，由于学生对分数十分敏感，为保证学生能积极参与所有的教学过程，我们对学生参与讨论、学生讲课、学生主持讨论都分配了分数，并让全体学生参与评定，具体的赋分情况后面介绍。在加进了这个另类的翻转进入我们的《费曼物理学Ⅱ》的教学流程后，我们的修正和扩充了的翻转课堂教学就囊括了标准的学习金字塔理论中的所有内容，包括被动学习中的听讲、阅读、视听和演示；主动学习中的讨论、实践和教授给他人。而如果不考虑这些另类的翻转，我们的翻转课堂教学就缺失了学习金字塔中主动学习部分里学习留存率最高至关重要的实践（学习留存率75%）和教授他人（学习留存率90%）环节。

针对上面介绍的具体翻转内容在这里回应一下在第一部分中提到没时间和精力来搞翻转课堂和做了翻转讨论课程就讲不完的问题。由于在目前的教育理念中，培养学生的素质、能力和兴趣是被放在第一位的，而知识本身的学习反而不再是最最重要的了。理念在于如果学生通过目前的学习素质、能力和兴趣提高了，那些传统教学耗时耗精力的很多过程就可以被简化甚至省略因而可以腾出精力做翻转课堂教学形成良性循环。那些来不及学的知识学生如感兴趣会自己补上来，或者是在他们感到需要的时候补上来，关键在于学生建立起了有效的自我学习的能力。从这个角度看，对很多普通高校来说，若能根据自己的特点有针对性地开展有效的翻转课堂，让学生真正领悟物理学思想和方法的精神实质改变物理课没用的观念，相比机械、照本宣科耗时耗力地讲授铺天盖地的各种物理学知识似乎更加符合物理教学的根本目的。在翻转课堂的教学体系中重要的是选择一些核心知识点开展深入的讨论，努力让学生通过讨论交流达到真正的理解，进而融会贯通。对《费曼物理学Ⅱ》，我们每周有两次课共5学时需要完成3章的教学任务，扣掉这3章让学生每章10分钟的讲课时间及每次课要做的课堂演示实验（有时同学做嗨了会占大半堂的课时）时间，每一章平均只有一节课多或一节不到的讨论时间，在这么短的时间里实际是不可能完全覆盖一章（费曼第二册书平均每章有6个多小节）的所有需要讨论的问题的，因此只能选择极少数重要的问题在课上开展讨论。而那些没有在课上讨论的问题和课堂上没有涉及的课程内容就完全有赖学生课前课后的自主学习和交流。相比费曼本人对第二册书用近一年的时间来教，我们目前只用不到半年的一个学期就完成教学，压缩了一半的学时显然完全不足以覆盖第二册所有的章节内容。实际上在2009年作者按照传统课堂授课的方式讲完第一轮《费曼物理学Ⅱ》课后，课程的助教也是物理系即将毕业留校的博士生就在课程助教工作总结中提出：课堂讲授应减少内容，找出必学章节和自学（选学）章节。上课仅仅讲授必学章节，内容少讲但可以深入些。选学章节有兴趣有能力的学生可以自己看。从一个即将博士毕业的人来看，在初学阶段不是学得越多越好的，因为良性的学习过程是一个“指数函数”——开始速度慢，后来速度快。在学习速度比较慢的时候，不宜过多地要求，否则只会扼杀兴趣和信心。从助教的建议也可以看出，对费曼课即使采用传统教学要全部覆盖讲完也很困难且效果不好，那么在翻转课堂体系中就更不可能让十分紧张的讨论时间覆盖所有内容了。在2017年的《费曼物理学Ⅱ》课上征求学生意见时学生就提出：“不建议将同学所有的问题都全部放到课堂上讨论，有一些不适合讨论、讨论价值不高或者过于难讨论的问题可以不在课上讨论。在预习报告中可以专门列出一个项目让同学回答一些思考问题，这样主讲者能够了解同学们对少数提前放在微信群中的问题的了解，也可以在一定程度上督促同学们思考课前提出的问题。”实际上在这种翻转课堂的教学体系中，课堂上的讲解和讨论都不再可能和需要覆盖到所有的教学内容，有限的课堂讲解和讨论只需要聚焦到内容的关键点，课上把关键点打通、讨论理解清楚即可。有人抱怨这样的教学缺乏系统性，作者早期也如此认为。现在转变了看法，认为系统性本来就是得学生自己去逐步从碎片化爆炸的知识海洋里建立和理解的，如果学生不体会或不会梳理，教师讲得再系统也没有用。实际上费曼书的讲法就很不系统，很多同学不习惯接受不了他这种东一榔头西一棒子的跳跃式讲法。费曼自己也在其《自序》中说“我也看不出有任何理由要按一定的次序来讲授。就是说没有详细讨论某些内容之前，不可以提到这些内容。在讲授中，有许多当时还没有充分讨论过的内容出现。这些内容比较完整的讨论要到以后学生的预备知识更齐全时再进行。电感和能级的概念就是例子，起先，只是以非常定性的方式引入这些概念，后来再进行较全面的讨论。”[2]  目前体系的教学策略是让学生通过若干个关键点的讨论了解认识、描述和处理所面对问题的思路和解法，由此举一反三建立起他们自己对物理世界的理解体系，这也许是在知识爆炸的今天效率比较高的教学方式。而这种针对关键点有针对性的讨论可以根据学生的水平因班级对象而异设置不同的层次，好学生就讨论难而深入的问题，差一些的学生就讨论基础浅显一些的问题，这样就可以使翻转课堂适用于各种不同层次和级别的高校和学生对象。即使系统性的问题在特定情形下真变得如此突出和重要，教师也完全可以把它作为一个单独议题在课堂上组织学生开展专门的讨论。

3.2 翻转课堂的做法

有了上面这些翻转的内容，下面介绍我们具体的做法。我们要求学生课前预习，包括阅读费曼的书、看微课视频和教师提供的相关教学参考材料、思考教师发布的以往搜集编纂的课程讨论问题集锦。为了确保学生按时完成预习，我们要求学生在每周第一次课的前一天必须向教师提交本周要讨论的3章内容的预习报告（费曼第二册书共有42章，平均每周要完成3章的讨论才能在一个学期里覆盖整个第二册书的全部内容），每一个预习报告占学生最后总成绩的1分，因为一学期16周上课，扣掉开学第一周的准备及总是存在的节假日的一周，正常每个学生要写14次预习报告。在这个预习报告里包括：学习内容；需进一步讨论的问题；取得的收获；可能还需要学习的东西；对上周讨论思考过、仍想继续讨论研究并希望老师给予回答的问题；上周课讨论的、本周已发给大家的问题集锦中的哪个问题是最佳讨论问题，共6个方面的问题。预习报告除了供教师了解学生的预习情况外，最重要的作用就是对课程内容中问题的搜集和凝炼。因为在课堂上的讨论成功与否和所讨论的问题的选择有十分密切的关系，虽然少数国内外教材中有提供一些供讨论的问题，但并不容易搞到，即使搞到也多半不适合当前课程和班上的学生，而教师自己编制问题就更要绞尽脑汁费尽心机，需长时间积累往往还不一定对学生的胃口。通过预习报告所搜集的问题能紧贴当前课程和班上同学的实际，而对所搜集到的问题的凝练也是体现讨论主持人的物理功底和水平的关键地方。教师在学期开始把以往搜集到各章的问题发布在网上，学生在预习时可以思考这些问题并提出更进一步的问题，同时对以往讨论过的问题给予评价。这些对课内讨论问题的意见和建议给后面课内的讨论主持人提供了非常重要的参考。在课堂上的进程是：每次上课按照教学进度首先由学生做本章的演示实验，然后教师花10分钟简介或评述一下要讨论的内容，再罗列一些筛选出来认为是重要的问题开始讨论。在教师示范过几周后，开始由学生替代教师，讲10分钟然后主持讨论。我们安排学生自己选择愿意负责哪一章，最后排列组合成每个学生各负责互不重叠的一章的主讲和主持讨论，所有学生加起来覆盖全部后大半部第二册的章节。当学生开始讲课和主持讨论后，预习报告里还要额外补充对上一周讲课和主持讨论的3位同学的评价意见，其中10分钟的讲课满分5分，主持讨论满分也是5分，另外还有教师对讲课并主持讨论学生在课后提交的对本章所讨论问题的答案总结的评价，也是满分5分。而对课堂上讨论过程中同学的表现，我们分3次分别在第6、11、16周间隔5周一次安排了学生对课上所有同学参与讨论的表现按满分5分进行评议，并同时回答一系列事先设定好的对课程教学各种设置的看法和建议问题。为了促使学生认真做这3次评议并回答设定问题，每次评议完成就会在最后总成绩中得到2分。除此之外，我们的课程仍包含传统的由助教上的习题课4次；同学还要做作业并由助教进行评议，最后满分总成绩10分；期中期末考试各自占最后总成绩20分。因此总成绩中传统教学部分的平时作业和期中期末考试总体只占了50%，剩下的50%用于评价整个翻转课堂的学习讨论和交流的过程，包括：预习报告14%，课堂讨论分3次总共15%，讲课5%，主持讨论5%，问题答案总结5%，参与评议6%。当然如果同学做经过教师认可的小论文，还可以额外获得加分。在这里强调一下，学生必须要有投入才能真正学到东西，但学生有惰性，他们现在面对的各种诱惑又很多，目前只有采用给分的办法来强制约束学生进行学习，否则他们可能根本进入不了翻转课堂的自主合作学习体系，也就没机会体会物理的乐趣并提高自身的素质。从这个角度，我们的赋分方法只是利用学生对分数的看重来驱动学生进入自主合作学习的手段，目前除了分数之外作者还看不到有什么更好有效保持整个翻转课堂教学过程顺利进行的办法。原则上现在发展的各种信息手段，例如清华做的雨课堂软件等，可以手机实时监控学生的预习情况，但这样把大学生监控的跟中学生似的，虽然也许有效但管得太多总让人感觉心理上不太舒服。关于考核和检查，本文最后还会进行深入的讨论。从课程的实践看，目前这套评价体系最后给出的课程成绩确可以消除通常考试中出现的偶然涨落，真实地反映出学生的物理水平和在课程中的表现。

3.3 翻转课堂的原动力

为了把翻转课堂的理由说得更充分一些，以下再分别从学生和教师的角度谈谈能够促进他们参与翻转课堂的动力。

从学生的角度看，虽然形式上我们是通过分数来驱动学生参与各个过程，但学生在参与这些过程中受到来自各个方面的刺激能逐渐实现自主合作学习，能慢慢地体会到物理的魅力。从搜集到的学生的感受了解到他们在讨论、质疑和激辩的过程中，当其听到了其他同学与自己或书中完全不同角度的看法时，特别是学霸们所表达的观点时往往会十分震撼，同样年龄的同学居然还能这样地思考问题！慢慢地学生们从开始的震撼发展到自己也有欲望要以同样的方式去思考和分析问题。在参加辩论时往往会分成几派，正方反方为了把己方观点表述清楚、说服对方就得竭尽全力地找各种论据，这样的状态与听老师平平淡淡地讲授对学生的刺激和激励是不在一个档次的。下面罗列一些2016年、2017年两轮课上的学生对课堂讨论的感受：“喜欢课堂活跃、开放的氛围；以前学习电磁学时以做题为主，很少触及深刻的物理内涵，而通过学习费曼的书和与班里同学的交流，对物理内涵有了深层次的理解；能够自由地表达自己的见解，听到别人的处理问题的思路；同学有时候会提出一些从来没有想到过的问题；大家各抒己见碰撞出的火花以及有些很好的观点和发言；能看到同学们问出的具有深度的物理/哲学问题，喜欢在积极讨论的过程中思维飞速运转的感觉（讨论中的思想效率比平时高太多）、思维碰撞逻辑争辩的感觉；讨论中可以明显地发现自己不熟悉的概念或者方法，思考一些平时自己没想过的问题；讨论的时候同学们各抒己见，互相沟通对某个物理概念、物理问题的理解；课堂上各种各样的问题给我一种全新的思维方式，有很多根本没有想过的问题自以为懂了，被大家提出来后才发现其实很多没有理解，或者说目前来说只能这样理解，但是有很大的进步空间；有时候自以为对一些知识已经掌握得很好了，结果老师一发问，同学们一争论，就挑出了毛病；讨论的内容天马行空但听着很有收获：感觉在课上即便没有结果也在思考；自己的见解得到同学的肯定也有成就感。”在2016年那轮的课讲到最后一章弯曲空间时，我在课上针对费曼给出的针对一块质量为M的物体的引力场方程为它对空间曲率半径的影响是GM/c²（其中，G是牛顿万有引力常数；c是光速）指出这个引力场方程和我们经常看到的用时空曲率和能动量张量来表达的著名的爱因斯坦场方程看起来很不一样，希望有兴趣的同学调研一下这两个方程之间的关系。班上一号大神课后去图书馆借了本黎曼几何的书花了几天“研究”，他后来得意地告诉我虽然那个数学书里的内容多半看不懂，特别是那些具体的数学定理证明过程，但他大致可以理解他所需要的定理的结论。依据这个定理的结论，通过他自己的计算最后给出了一个两种引力场方程完全等价的证明。他把其手写的证明拍成照片微信给我，我当时看不懂就让他到办公室专门给我在黑板上一步一步地推导讲解。他告诉我他的证明结果很快就搞出来了，但发现所得到的引力场方程和标准的爱因斯坦场方程相差了一个负号，为了找到负号的来源他花费了很多天的时间，最后终于发现是由于数学上对曲率半径与物理上的定义不一样所致。这个课堂问题对学生的激励及其导致学生自主学习的结果让我深感震撼。

另外一个涉及学生的问题是翻转课堂是否导致学生更多的投入？能否提高学习效率？一般说在翻转课堂中，学生为能在课堂上正常有效地介入讨论，课前肯定要相比传统教学花更多的预习和思考的时间，更别说我们的《费曼物理学Ⅱ》还增加了很多另类的师生角色互换的翻转内容。通常学生多投入就会有多的感受，一分耕耘一分收获，因此在目前学生课外各种活动非常多的情形下，多挤占其他活动的时间特别是那些被荒废掉的时间和精力用于课程学习无疑对课程本身是好事。也有人质疑说如果所有课程都进行了翻转课堂教学因而都额外要求学生加大时间和精力的投入时，这种做法也许就不太合理和可行了。这首先不是现在的实际情形，国内高校对翻转课堂目前仍处在讨论和实验阶段，远没达到大规模实施的阶段，在这个阶段实行翻转课堂的课程自然可以利用其先发优势，让学生多花些时间和精力在其课程学习上；再者，即使真到了所有课程都翻转的阶段，利用前面讨论过的翻转课堂注重培养的能力、素质和兴趣这一特点，适当压缩一些非核心的课程内容也应该能够完成课程的教学目标。

从教师的角度看，我们提到过高校的普遍现象，科研是老师追学校，老师有主动性拼命地往前跑，因而找学校要支持；教学是学校追老师，老师把教学当成不得不完成的工作，虽然在高校教学是饭碗，但由于不是提职扬名和心灵刺激的主要因素因而教师缺乏主动性，搞教学人们常说是良心活儿是做奉献。只有部分教师会觉得教学挺好玩，或者因为教学跟学生接触能促进招收研究生，这些可以作为驱动参与教学的部分理由，但不太能作为参与翻转课堂的理由，特别是对那些以科研为主的教师以这些理由作为支撑是不行的，最多只能是个锦上添花。作者认为驱动教师参与翻转课堂教学的理由主要来自：对物理基础课教师每教一轮就和学生重新温习一遍物理学的基础。特别如果是讨论而不是教师自己照本宣科地讲一遍，教师就和学生一起从头反省一遍人类对基础物理学的认识和理解，这个反省是教师重新做的在当前对物理认知最新背景上新一遍的反省。学生作为一个知道不多不深的半局外人来看物理学基础的角度和教师通常是不一样的，往往是很另类或左道旁门的，经常是说者无意听者有心，学生说过的话表达过的观点不过随口一说，多数讲过就忘记了，而教师特别是事先对所讨论的问题有过深入思考的往往会因学生的言论受到很多的启发和刺激。教师原本都是些被以往多年的物理学教育、工作和研究洗脑洗了一辈子，会不自然地用传统的物理学的标准方式来思考和看待物理学的基础。教师在和学生一起一遍遍地讨论、解释物理学基础的过程中，最低可以去享受对物理学美与力量的诠释，高的就可能因受到学生另类看法的刺激和激发去获得和发现对物理学的美和力量的新的理解和体会，甚至去解决某些基本的问题。著名的物理学家戴森有一个著名的关于《鸟与青蛙》论述说：“鸟翱翔在高高的天空，俯瞰延伸至遥远地平线的广袤的数学远景。他们喜欢那些统一我们思想、并将不同领域的诸多问题整合起来的概念。青蛙生活在天空下的泥地里，只看到周围生长的花儿.他们乐于探索特定问题的细节，一次只解决一个问题。”[10]  也就是从飞在高高天空的鸟的视野看到的是一个系统整体的构架和态势，而蜗居在地上或沟里的青蛙只能看见周围的局部细节。物理学也有这么两个视角：鸟的视角和青蛙的视角。我们绝大多数人都是青蛙，只有极少数大物理学家才可能是鸟。实际上不是我们不想做鸟，多年的经验和教训告诉我们做不了鸟，或者说即使做了鸟也不会有什么结果，也就是若你去关心研究基础、根本性的大问题是解决不了它们的，反而做青蛙还可能会有所建树，所以即使志向再高再远大都得从眼前的具体小的琐碎问题做起，否则可能根本无法生存，能像张益唐那样常年聚焦大问题又最后生存下来并取得成就的人在这个世界上实属凤毛麟角。在这样的大众生存法则和规律下，即使是有鸟的志向可能也会与鸟实际无缘，而成为永远的现实的青蛙。但如果一个不管是鸟还是青蛙的研究人员，让他去教基础物理学课，通过教学和讨论至少给他以鸟的感受，因为在教学过程中他需要带领学生重新去审视物理学的基础。这么说似乎有点安慰的性质，但却有实际的效果。举一个例子：原来学物理出身后来转搞计算机并拿了图灵奖的姚期智先生被聘请到了清华大学任教，他的目标是让清华的计算机专业做到全世界最好。虽然清华的计算机专业是国内第一，但姚先生并不满意，主要觉得目前国内第一的计算机专业都是些传统的东西。为此他下决心从人才培养上进行根本的改变，他让一批新入学的清华本科生从一开始就按照他的全新设计进行培养和塑造，期望能在一张张优质的白纸上描绘出清华计算机专业未来最美丽的画卷。从本科一年级起，姚先生安排并亲自上阵教基础课，不是他不想找别人而是别人教的达不到他所期望的要求。在教计算机基础课的过程中，他把某个计算机最前沿的多少年都没有解决的问题融进大学低年级的课程去讲。问题居然被讲台下的年轻学生用其另类的方法解决了，后来他就跟这个学生一块写文章发表了这个重大的结果。这个例子虽然是计算机方面的，但对物理学同样适用。很多物理学很前沿的东西实际上是可以融合到基础物理课中的，这本身当然是一个很大的课题。作者至少在自己所教的课近30年的经历中深深地体会、实践和认同这个结论，已经并还将发表一系列的研究成果[11-19]。有人会说最前沿的新进展在基础课里无法讲，因为需要太多的更深入的专业知识。这点作者虽无法完全否认，但我通过自己多年的实践经验认为当一个高深的东西无法用基本的初级内容解释时，通常就说明我们对它还理解得不够深入和彻底，反过来当你能用简单直观的图像理解和诠释前沿的进展时，才会感觉是真正地懂了其内在。爱因斯坦就曾经说过“假如你不能简单说清楚，就说明你还没有完全明白”。如果这个论断正确，把前沿的进展诠释成基础物理课能够讲解和讨论的内容除了其在教学方面的价值之外，本身就具有了加深对前沿进展的深入理解的科研意义，而通常能与基础物理教学有关系的前沿问题多半都是大问题，因而从基础物理教学的角度讨论、诠释它本身就有了鸟瞰世界的含义。如果做到了这步再去讲出来特别是在翻转课堂上跟学生进行交流讨论，不仅会吸收来自学生各个角度的五花八门的另类理解和看法，还真有可能有些问题就以另类的方式提出了解决的可能性，退一步说即使没解决教师也可以从另类的角度来重新审视这些问题，至少获得了心理上的享受、愉悦和刺激。这样，在翻转课堂的实施过程中，教师就有了与科研类似的探索自然的内在的动力。

4 尚待解决的难点与挑战

作者认为翻转课堂最核心的难点是搞好和做精课堂上的讨论，讨论做到的不同程度直接决定了翻转课堂所达到的不同水平。目前我们的《费曼物理学Ⅱ》完整的翻转课堂只进行了2016年、2017年两轮，讨论仍只处在最初级的层级，班上只有20多个学生没有再细分讨论小组，而是全班一起讨论。在2016年的班上有两个超级学霸，由于他俩与其他同学在基础、学识和视野上具有明显的差距，他们一说话，其他人就明显感觉到了智力上的差别和碾压，只有不断地膜拜磕头，就是某微信文章的题目《上了名校才知道，人和人的差距比人和狗都大》的那种，因此一般就不敢说话了，导致讨论基本是一号大神和二号大神的对掐，而其他同学多半就处在选边站队的状态。作为教师希望所有同学都能平等地参与讨论交流，因此我曾努力试图控制讨论的场面，例如要求大神讲话要简洁，点名让其他同学发表意见等，虽然情况有所改善但并未根本改变。2017年班上没有特别突出的大神了，但有五六个比较积极活跃的同学，他们每每都积极发言因此课堂讨论从2016年的两位大神互掐转变为一帮小神群殴，经常吵得昏天黑地场面混乱控也控制不住。另外，讨论中有的同学语义表述不清、空泛长篇大论、循环论证，还有同学肆意打断别人的发言，也有同学为显示自己刻意抬杠、为反驳而反驳，更有争论到极端往往耐不住开始人身攻击，在讨论过程中出现的负面行为需要我们不断摸索经验去规范和矫正。目前在业界听说的比较成功的讨论模式有哈佛Mazur教授发明并着力推动的同伴教学，还有就是一般分成近10人小组SPOC教学模式，清华物理系的大学物理课最近几年由安宇教授牵头组织SPOC教学取得了很多成绩和经验。这两种教学模式都主要是针对大班教学设计的，我们计划从2018年的教学中也开展分组讨论的模式并事先规范好讨论的规则，目标是让所有同学都能有足够的机会发表看法，平等、自由和充分地参与讨论，并锻炼同学的合作能力。

除了上面讨论的课堂讨论的形式外，还有就是对现场即席出现的新问题的临场应对。因为现场讨论，受到讨论气氛环境的影响，往往会激发出新的问题。这时候能否及时反应就完全看个人的以往积淀和临场反应。主持人处置正确就可以把讨论引导到标准或者是正确的答案（如果存在的话），否则就可能进入不可控甚至无法收拾的地步：一种情形是一个问题最后没有一个大家一致同意的答案，正方反方都各有各的道理。一直无穷无尽地讨论，各方都在变着方式找理由强化自己的观点，但又无法彻底击垮和说服对方。由于对立双方（甚至多方）理解很不一样，似乎各有道理。没参与站队的同学听这边说有道理，听那边说也有道理，吵来吵去没完没了。最后发展到有同学提出要适可而止，觉得如此无穷尽地吵下去已经没有意义了，这时就需要主持人把握住时机适时截断讨论。另一种情形是由于作者所在的班上都是些最好的学生，学生之间的讨论经常会超出教师的想象，越升越高最后进入哲学再进入玄学。对这样的结果有些同学兴致勃勃而其他同学觉得这已不是物理，不该再往下讨论，希望主持人出面制止。这些现象的出现是由于目前我们的实践只是做了讨论的第一步，对学生有了基本的激发，怎么做才更有效还得再去进行持续不断的摸索。

再有一个问题就是青年教师是否合适去做翻转课堂的讨论？一种看法是要控制讨论的局面还有引导讨论似乎需要很多的积累和经验及个人的身份或气场，俗称镇得住场子，这些青年教师比较缺乏啥都没有看起来似乎不太适合做。作者的看法恰恰相反！实际上青年教师更合适组织讨论。一是面对师生、生生这种思想碰撞甚至是激烈的对抗，不能什么都推到课后想想，想清楚后下次再讨论往往就错过大家的热情和机遇了，本人很多次碰到过在上节课争论得脸红脖子粗的问题，到下节课再提及起来大家就冷场都不再有兴趣和激情了。因此课堂讨论非常讲究趁热打铁，需要反应敏捷，而这正是青年教师的长处；再有毕竟青年教师跟学生的代沟相对小一些更容易和学生打成一片，也更容易了解和体会学生的想法；现在的年轻教师一般都是博士毕业有自己的科研经历，他们对未知物理的探索有过自己的经历和经验，这在讨论交流中有助于对新事物的探索；实际上年轻人讲课和主持讨论并不少见：北京大学的一些重要基础物理大课后面专设的讨论课就都是由中青年教师上的，清华物理系的大部分习题课包括我上的《费曼物理学Ⅱ》的习题课都是研究生助教上的，只是那里聚焦的主要是习题而已；我们《费曼物理学Ⅱ》后大半部都是班里的学生自己主讲自己主持的讨论的。连本科低年级学生都可以做的事，青年教师不管怎样总比学生经验会更多一些。反过来倒是那些资深没参加科研的纯教学教师由于没有探索未知的科研经历在主持翻转课堂讨论时可能会因为研究底蕴和物理深度不足适应不了这种探索新事物的挑战。从某种意义上说翻转课堂为青年教师或刚开始从事教学的教师提供了一个实现弯道超车的机会，因为按照传统教学模式他们可能永远也无法超越那些有经验的老教师，而在这种翻转课堂教学中确为他们提供了一个扬长避短、快速进步的教学模式。

围绕课堂讨论或更一般的整个翻转课堂教学，最后一个重要的问题就是如何评价教学的效果？从长期的角度我们只要看最后毕业的学生在社会上所取得的成就就行，但那需要几十年的时间，为了能给出指导，需要尽快地对教学改革的效果给出评价以便实施反馈和进一步的改进。以往的教学评价多为相当任意和主观人为，我们在费曼课上通过问卷也确实收集到很多学生的看法和意见，但这些多是定性的描述。而定量化评价是当今国际教育评价的趋势和潮流，这新一轮教育革命由于有很多物理学家的参与，因而对教学中的接受和消化知识的过程也揉进了类似物理实验的定量描述。原来搞纯教育的人也在不断往物理这边的定量评价靠拢，而做物理教育的同时也在逐渐与以往搞纯教育的那边接轨。具体很细节地发展出了对整个知识被接受消化的过程的各种定量描述，开展了对学习兴趣、态度、努力程度以及自主、合作和创新能力等全过程的评价，出现了相应各种各样的数学公式，并用它们来定量检测翻转课堂、混合式、项目式教学等各种各样的教学模式的实际效果。典型的做法是某个教学活动开展之前选择一些涉及教学内容的问题进行一次前测，然后再在教学活动开展完毕之后针对同样的问题进行一次后测，比较两次测验分数之差用以评价教学活动的效果。前后测为了能进行相互比较，往往需要专门的教学研究机构统一进行。我们的《费曼物理学Ⅱ》课程也计划从2018年开始进行前后测评价。

5 结语

在使用费曼当年为改变基础物理课教学令人不满现状而编写出来的《费曼物理学》书进行了10年的《费曼物理学Ⅱ》小班课堂教学中，我们逐渐从以教师为中心的传统课堂授课式教学演变成以学生为中心的完全的推广的翻转课堂教学，其中有很多经验亦有很多的教训，很多问题尚未解决仍有待下个10年的继续探索。以作者个人的观点，教育作为一门专门的学问从人类诞生起就开始被关注和研究了，到现在各种理论体系数不胜数，但是既适合中国大陆当今的社会人文环境和科技发展水平，又符合人的自然本性满足公众的期望而不是通过各种道德说教强制要求和约束的有效教育方式和方法仍是当今社会十分缺乏和人们所迫切需要的东西，问题的核心难点在于具体而顺其自然的有效实践而不是理论甚至是观念上的发展与提升。作者把自己这些年来在教学中经历的痛苦、迷茫、失落、反差导致的脱胎换骨蜕变转化过程通过此篇略带调侃的大白话文字奉献给大家，谨以此文借费曼诞辰百年的机会对作者自己的教学实践做一回顾和总结，一是表示对费曼先生对基础物理教学改革伟大贡献的敬意和纪念，同时也希望此文能对在基础物理教学一线的教师有所参考和借鉴。由于作者学识和经验有限，错误在所难免希望得到大家的批评和指正。

基金项目:  本研究得到教育部基础学科拔尖学生培养试验计划2016年课题资助”（课题号：20160701）、教育部高等教育司“基础学科拔尖学生培养试验计划”项目的研究课题专题三：小班教学方法研究课题20160309“《费曼物理学》小班教学方法研究”、清华大学挑战性学习课程建设项目与研究专项——课程建设课题DX02_11“《费曼物理学Ⅱ》挑战性学习研究”、清华大学2017本科教改项目——理论教学类教改研究课题ZY01_01“微课与翻转课堂的实践”的支持。

引文格式：

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