2017-10-27 中国石油大学报

推陈出新，他将计算机模拟技术和创新的教学理念引入传统大学物理教学；矢志不渝，他为数字化教学改革工作提供了先进指导思想和成功范本。他就是2015-2017 年度学校特殊贡献奖获得者、首届国家级教学名师李元杰教授。李元杰是华中科技大学光学与电子信息学院教授，2016年3月被聘为我校特聘教授，75岁高龄的他有着一颗充满激情的“创新的心”，至今仍奔跑在数字化教学改革的最前线。

让学习更有“趣”的数字化教学平台

在多年的教学实践当中，李元杰发现，有的学生认为所学知识除了应试之外无其他用武之地，因而对所学知识不感兴趣、学习主动性不高。出于对学生学习和成长的关怀，李元杰下决心要改变这一现状。

经过一番摸索，他想到了借助计算机这一备受学生青睐的科技产品。1997年，李元杰创造性地提出：在大学物理教学中引入计算机，通过让学生自己编写程序，实现物理过程解析结果的可视化，让学生看到自己学习的效果。他希望让学生实现“学而有思、思而有行、行必有果、果自生趣、趣而有成”。

为此，李元杰在主持制作了 VC++语言的“科学计算与模拟平台”，使用者可以利用计算机数值计算和作图功能，对物理过程实现模拟仿真。在此基础上，他还设计出 Java 语言和 Android 系统的平台并应用于制作教学课件。同时，他选择从简单的编程案例入手，让学习者既能理解计算机解决问题的思想方法，也降低了对程序语言学习的要求。

2016 年春天，李元杰为我校 2015 级理科实验班讲授《基础物理》一课。在理论物理教学的基础上，鼓励学生主动地发现问题，研究解决思路，并利用“科学计算与模拟平台”来实现。“当自己的思维通过一定的物理和数学知识，在《科学计算与模拟平台》上呈现出来的时候，顿时成就感十足，学习起来也就特别带劲！”平台引入基础物理教学，理科实验班2015级2班的张国荣在初次尝试后欣喜地说道。依托“科学计算与模拟平台”，学生们进行了一系列有趣物理问题的数字化模拟，他们的探究性学习兴趣和自主创新意识在这一过程中得到培养和增强2016 年春天，李元杰为我校 2015 级理科实验班讲授《基础物理》一课。在理论物理教学的基础上，鼓励学生主动地发现问题，研究解决思路，并利用“科学计算与模拟平台”来实现。“当自己的思维通过一定的物理和数学知识，在《科学计算与模拟平台》上呈现出来的时候，顿时成就感十足，学习起来也就特别带劲！”平台引入基础物理教学，理科实验班2015级2班的张国荣在初次尝试后欣喜地说道。依托“科学计算与模拟平台”，学生们进行了一系列有趣物理问题的数字化模拟，他们的探究性学习兴趣和自主创新意识在这一过程中得到培养和增强。

“以思想和方法为主线”的创新教学模式

“如果这个世界存在上帝，那他们一定是决定论、随机论和混沌论……”讲台上的李元杰兴致勃勃地向学生讲述着“三个上帝”的物理思想，对这三种理论既高深又生动的描述让同学们听起来倍感新鲜。

“李教授讲课非常强调物理思想。”理科实验班2015级3班的王艺轩在听过李元杰的说，“给人的感觉像是从一个很高的点上去把握全局，抓住了最精髓的理论。”

在教学当中，李元杰积极倡导“以思想和方法为主线”研究物理问题的实践教学，鼓励学生从传统观念上的“学习知识，运用知识解决问题”转变至“运用思想和方法”分析研究和解决问题，注重不同学科方法的融合和思想文化的渗透。

刚开始，授课模式的巨大转变让有些学生感到头疼。但经过一个学期的训练，学生们对这种教学方法表示由衷的赞许，“通过李老师的指导，我们的自学能力提高了很多，不仅是物理，还有计算机和高等数学。”“很多老师都强调让我们学会举一反三，但没有人告诉我们怎样才能够做到。跟着李老师学习了一个学期，我们终于明白只有掌握了解决问题的思想和方法，才能真正做到触类旁通。”

“为了让学生加深对知识和研究方法的理解，我通常会从生活实例、数学物理方法和思想文化3个方面分别加以阐释。”李元杰举了教学电磁场这部分内容的例子。他会首先从水池中的水讲起，将水池中各点水流速的大小和方向作为速度场的分布，水流量对应速度通量，以水池内的漩涡对应环流，描进而述矢量场的有源性和有旋性。在形象认识的基础上，他又用计算机模拟的方法进行演示和解析，最后落脚于“边界信息决定内部信息”这个简单又神奇的数学思想。

理科实验班 2015 级 2 班的徐雯峤表示：“李老师用独特的思想和方法让我们学会了学习和解决问题的方法，更领略到了物理思想和文化的无穷魅力！”

“星火燎原”的数字化教学改革

李元杰作为全国数字化教学的倡导者之一，他的“科学计算与模拟平台”推出后，斩获了华中科技大学教学成果奖特等奖、湖北省教学成果奖一等奖及国家级教学成果二等奖。到目前，国内已经有数十所高校采用李元杰所创平台并将其应用于物理教学当中。

但李元杰的目标远不至于此，他希望利用“科学计算与模拟平台”进行创新性学习的优势惠及更多的学子。

在李元杰的指导下，我校物理数字化教学改革小组在全国首创性地将“科学计算与模拟平台”在实践教学中的应用从精英班级的学生推广到普通的理工科学生。计划在物理课程学时为128 课时的近800名理工科学生的教学当中，选取最典型的案例来进行平台的教学，让学生掌握计算机模拟的思想和方法并引导他们在此基础上自主创新。

在数字化教学改革的进程中，学校专门成立了数学、物理、化学三个数字化教学改革小组，李元杰也都分别进行了指导。

“李教授所倡导的科学文化与信息技术相结合的数字化教学思想，契合了信息时代对人才培养的基本要求，对推动我校教学内容和教学方法的改革具有重要指导意义。研究性教学的推进，促进了学生学习方式的转变，激发了学生的学习兴趣，提升了学生自主学习与实践创新能力。”教务处处长冯其红对李元杰的工作给予充分肯定。

数字化教学改革物理组组长张立红，李元杰教授的助理、物理系教师赵培河等理学院的教师对李元杰都产生由衷的敬佩，均表示受到很大的鼓舞和激励，推动数字化教学改革从星星之火形成燎原之势。

 “科学计算与模拟平台”的数字化教学手段加上教学模式和教育理念的创新，形成了“李元杰式”的教育风格。这些实践摸索和经验总结如铺路石一般，让李元杰在基础物理教育教学及其数字化改革与创新的道路上越走越远、越走越宽。

记者：杨安

学生记者：蔡丽华

编辑：潘鑫 刘倩 丁磊

主编：许晨杰