教學(xué)的平臺探索的基地求知的樂園——實驗物理教學(xué)的追求

葛惟昆

（清華大學(xué)物理系，北京100084）

1 作為實驗科學(xué)的物理學(xué)的實驗教學(xué)

“清華大學(xué)實驗物理教學(xué)中心”，之所以如此命名，而不是沿襲一般稱謂“物理實驗教學(xué)中心”的稱謂，是有一番思考的，也是蘊含深意的．“物理實驗”和“實驗物理”，看似相同，其實內(nèi)涵迥異．就比如我們說“物理化學(xué)”，它是化學(xué)的一個分支，而“化學(xué)物理”，則是物理的一個分支．前兩個字是子定義，后兩個字才是主定義．故此，“物理實驗教學(xué)”，意為教授實驗，不過是物理的實驗而已；而“實驗物理教學(xué)”，旨在教授物理，不過采用實驗手段．細(xì)究起來，失之毫厘，差之千里！

從根本上說，這種差別反映在兩個基本概念上．一方面是對作為實驗科學(xué)的物理學(xué)的認(rèn)識；另一方面，是對實驗物理教學(xué)所賦予的使命的理解．眾所周知，物理學(xué)是實驗科學(xué)，但在純物理專業(yè)（相對于應(yīng)用物理而言），大多數(shù)學(xué)生會選擇做理論物理．從我本人在上世紀(jì)50年代進(jìn)入北京大學(xué)學(xué)習(xí)物理，到目前的在校學(xué)生，對理論情有獨鐘成為一慣的傳統(tǒng)，也是我們物理教育失敗的重要標(biāo)志．其實在中國物理教育初始的年月，情形倒未必如此．清華物理系的創(chuàng)始者，也是中國物理教育的奠基人葉企孫先生，在清華大學(xué)物理系建系伊始，即開宗明義，指出：“本系自最淺至最深之課程，均為注重于解決問題及實驗工作，力戒現(xiàn)實高調(diào)及虛空之弊”“科目之分配，理論與實驗并重，重質(zhì)而不重量”．他十分重視學(xué)生動手能力的訓(xùn)練，要求物理系學(xué)生學(xué)習(xí)木工、金工和機(jī)械制圖等課程，自己動手制造實驗設(shè)備，并做畢業(yè)論文．他培養(yǎng)了我國兩彈一星23位元勛中的大多數(shù)，而其中多數(shù)又是實驗物理學(xué)家．在早期中國赴歐美學(xué)習(xí)物理的人群中，實驗物理學(xué)家也占多數(shù)．這些事實，都符合物理學(xué)家在實際專業(yè)工作上的分配，亦即物理工作的需要；就是說，從事實驗工作的，要多于從事理論工作的．這和學(xué)生時代的選擇正相徑庭．因此許多學(xué)物理的學(xué)生都經(jīng)歷過從“學(xué)理論”到“做實驗”，甚至轉(zhuǎn)行的痛苦經(jīng)歷．這顯然是一個非常突出的矛盾．那么是什么原因造成了這種矛盾呢？

當(dāng)我們說：“實驗物理教學(xué)”，旨在教授物理，不過采用實驗手段而已，似乎降低了實驗的身價，把它當(dāng)成工具而已．這當(dāng)然是一種錯誤的理解．嚴(yán)格來說，理論和實驗都是研究物理的手段，其最終目的，都是尋求物質(zhì)運動的基本規(guī)律，即物理學(xué)的終極目標(biāo)．同時，無論理論還是實驗，都需要基本訓(xùn)練，都有自己不斷發(fā)展的技術(shù)手段．從這個角度來看，實驗物理教學(xué)必然有一項重要的使命，就是訓(xùn)練扎實的實驗技術(shù)和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炞黠L(fēng)．進(jìn)而言之，無論做理論還是從事實驗，從探究自然規(guī)律、發(fā)展物理學(xué)的要求來說，創(chuàng)新型思維無疑具有根本的意義，在理論和實驗教學(xué)中，都需要注重培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考和創(chuàng)造精神．有鑒于此，清華大學(xué)實驗物理教學(xué)中心確立了“傳授知識、啟迪心智、訓(xùn)練技能、培養(yǎng)作風(fēng)”的宗旨．

2 以學(xué)生為主體的實驗教學(xué)

幾年前確立的上述宗旨，現(xiàn)在反過頭來進(jìn)一步審視，發(fā)現(xiàn)一個基本的問題，就是這4句話都是以教師為主體的．教學(xué)的主體是學(xué)生還是教師？這是一個根本性的觀念問題．

2012年夏天，由教育部大學(xué)物理教學(xué)指導(dǎo)委員會主辦，在清華大學(xué)舉辦了“中美高層物理教學(xué)論壇”，由中美雙方各派幾位教授，探討大學(xué)物理教學(xué)的模式和發(fā)展．我本人做了關(guān)于實驗教學(xué)的報告．

在實驗教學(xué)方面，中美存在巨大的差異．我國的實驗中心，以及相伴隨的示范中心等都是中國特色．從我自己在海外20多年的物理教學(xué)經(jīng)驗來看，最大的區(qū)別在于：在海外，實驗教學(xué)是每個教師的職責(zé)，大家輪流從事理論和實驗教學(xué)，而沒有一批教師長年累月、乃至畢生，從事實驗教學(xué)．一個年輕人，如果一輩子囿于實驗教學(xué)的環(huán)境，沒有機(jī)會接觸和實際參與物理學(xué)的前沿研究工作，那么不但他（她）本人的發(fā)展受到極大的局限，更重要的是實驗教學(xué)很難注入新鮮因素，反過來嚴(yán)重阻礙了教學(xué)的發(fā)展和提高．目前清華大學(xué)采取的辦法是，大量吸引科研一線教師參與實驗教學(xué)，逐步減少專事實驗教學(xué)的人員．現(xiàn)在，實驗物理教學(xué)教師隊伍的絕大多數(shù)，已經(jīng)是科研與教學(xué)兼顧的年輕人．

但是在中美高層論壇上，美方介紹的主要經(jīng)驗是如何調(diào)動學(xué)生在教學(xué)過程中的積極性．哈佛大學(xué)Eric Mazur教授發(fā)明的“結(jié)組教學(xué)”模式（Peer Instruction，PI）風(fēng)靡西方．他曾在美國主要的物理教學(xué)期刊《美國物理雜志》上撰文總結(jié)“結(jié)組教學(xué)”法［1］，他說：“我們在這里報告‘結(jié)組（PI）’教學(xué)法10年來用于非物理專業(yè)、微積分基礎(chǔ)上的物理教學(xué)的結(jié)果．我們的結(jié)果表明，PI模式提高了學(xué)生對概念推理以及定量解題的掌握．”他還談到了PI教學(xué)法的不斷改進(jìn)：“我們課堂上的提問，換成在課前要求學(xué)生給出這些問題的書面答案；引入一本以研究為基礎(chǔ)的力學(xué)教科書作為課程的一部分；在討論和授課時都開展互動式學(xué)習(xí)．這些改進(jìn)，旨在幫助學(xué)生在課前有更充分的準(zhǔn)備，加強(qiáng)學(xué)生在討論環(huán)節(jié)的主動性，從而改進(jìn)他們對課程內(nèi)容的深入理解．”

結(jié)組（PI）教學(xué)的方式，是把2～3個學(xué)生結(jié)為一組，在課堂上和討論課中，小組內(nèi)充分醞釀，然后由代表發(fā)言．水平不一的學(xué)生在一個小組內(nèi)展開交流，了解彼此對問題理解的異同，顯然會加深正確的理解，糾正錯誤的理解．某個小組達(dá)成的共識也未必正確，這樣在全班的討論中還會有爭論、探討．這樣的學(xué)習(xí)方式，既生動活潑，又加強(qiáng)理解和記憶，確實值得借鑒．而我們在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，一般是個體操作，目的是鍛煉獨立工作的能力．但是增加這樣的結(jié)組討論環(huán)節(jié)，或許會明顯提高學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)的效果．

清華近代物理實驗教學(xué)，現(xiàn)在試行由學(xué)生做課前引導(dǎo)報告．近代物理實驗室往往在同一實驗室中安排6個左右不同的實驗，每個學(xué)生分別做其中一個．我們輪流安排一兩個學(xué)生在開始時做預(yù)習(xí)報告，介紹其本人所做實驗的原理、設(shè)備和方法．其他同學(xué)雖然做不同的實驗，但也受益匪淺；對教師來說，也更了解學(xué)生預(yù)習(xí)的程度．這種做法活躍了實驗課堂，增進(jìn)了溝通，使學(xué)生對實驗課的印象更加深刻．

學(xué)生應(yīng)當(dāng)是教學(xué)活動的中心，這是我們越來越深切的體會，也是指導(dǎo)我們發(fā)展提高實驗教學(xué)的中心思想．我們以一張圖（見圖1）來勾畫實驗中心發(fā)展的構(gòu)思：一切以學(xué)生為中心，教師、技術(shù)人員和實驗平臺，都圍繞學(xué)生的需要，為學(xué)生服務(wù)．非常重要的一點是使學(xué)生對實驗課產(chǎn)生興趣，使實驗室成為他們求知、探究和研討的樂園．一項相應(yīng)的措施，是為清華物理學(xué)堂班的學(xué)生特別建設(shè)了一個實驗基地，一方面利用這個基地進(jìn)行真空、低溫，電子學(xué)和光學(xué)，以及機(jī)械加工的基本訓(xùn)練；另一方面提供一個自由自主實驗的舞臺，同學(xué)們可以用來大膽設(shè)計和實施實驗，也可以為實驗競賽準(zhǔn)備．這就是本文標(biāo)題所宣示的追求，讓實驗教學(xué)中心成為“教學(xué)的平臺和求知的樂園”的主要含義．

圖1 實驗物理教學(xué)中心的建設(shè)

3 發(fā)展的重點在質(zhì)而不在量

在“教學(xué)的平臺和求知的樂園”之外，為什么我們又提出實驗中心要成為“研究的基地”？因為實驗教學(xué)要發(fā)展，要與時俱進(jìn)．對于一所一流大學(xué)來說，教學(xué)研究和科學(xué)研究同樣重要．要以教學(xué)研究來推動實驗教學(xué)的科學(xué)發(fā)展［2］．

在國家的層面上，科學(xué)發(fā)展日益深入人心，發(fā)展已不再簡單地理解為純粹“增長”的概念，發(fā)展方式和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變成為最迫切的課題．這是科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在要求，是改革開放的邏輯延伸，也是歷史的必然趨勢．

具體到實驗教學(xué)的改革和發(fā)展，似乎也面臨改革的實現(xiàn)方式．曾經(jīng)一談到發(fā)展，就是增題目、增設(shè)備．但是盲目擴(kuò)展實驗范圍，又真的對教學(xué)有用嗎？

發(fā)展，不僅在量，更重要的是質(zhì)，對于教育這種非生產(chǎn)性的事業(yè)來說，尤其如此．在實驗教學(xué)中，“質(zhì)”又落實在什么地方呢？我想，應(yīng)當(dāng)在以下幾個方面：

3．1 教學(xué)理念的提升

教學(xué)相長，是傳統(tǒng)的中國教育思想．《禮記·學(xué)記》提出：“是故學(xué)然后知不足，教然后知困．知不足然后能自反也，知困然后能自強(qiáng)也．故曰教學(xué)相長也．”華中科技大學(xué)物理實驗教學(xué)中心主任熊永紅教授曾經(jīng)專門撰文探討“實驗教學(xué)的教與學(xué)”，她認(rèn)為在實驗教學(xué)中，教師與學(xué)生面對面，更有利于互動式的教學(xué)［3］．熊老師他們提出“以問題為導(dǎo)向，以興趣為驅(qū)動，形成課內(nèi)課外有機(jī)結(jié)合的研究性教學(xué)模式．”把教學(xué)簡單地理解為傳授知識，顯然是片面的，沒有揭示教學(xué)的本質(zhì)．“教”是形式，“學(xué)”才是本質(zhì)．一切教學(xué)的終極目的，是使學(xué)生掌握知識，增長能力．在這個過程中，學(xué)生的主動和自主往往被忽略．在清華，我們也在不斷推動開放，建設(shè)開放性和研究性實驗，建立為學(xué)生自主創(chuàng)新創(chuàng)造條件的平臺，允許他們天馬行空地設(shè)計和實施實驗．

3．2 教學(xué)態(tài)度和方法的改進(jìn)

啟發(fā)式而不是灌輸式的教學(xué)，是我們追求的目標(biāo)．在實驗教學(xué)中，我們特別反對和避諱所謂“黑匣子”而不是“積木式”的教學(xué)實驗設(shè)備．要讓學(xué)生首先理解實驗的理論基礎(chǔ)，實驗的設(shè)備原理，然后自己動手搭建實驗流程．

從預(yù)習(xí)到操作和采集數(shù)據(jù)，再到數(shù)據(jù)處理和撰寫報告，每個環(huán)節(jié)都有各自的要求和訓(xùn)練的目的，都是著眼于為未來科研和實際工作奠定基礎(chǔ)．

我們在實踐中，發(fā)現(xiàn)助教（博士生）所帶的實驗，往往可能會結(jié)束得早，似乎進(jìn)行得更順利．仔細(xì)了解，發(fā)現(xiàn)主要原因是助教們樂意手把手地“幫”同學(xué)做實驗，幫他們解決問題、調(diào)整裝置、找出信號，等等．實驗完成得快，助教們也輕松．這就類似于在硬件方面的“黑匣子”式實驗裝置，只要按下電鈕、啟動開關(guān)，數(shù)據(jù)就出來了，甚至曲線就畫好了．這樣做的實驗，看起來漂亮，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到應(yīng)有的效果，學(xué)生得不到應(yīng)有的訓(xùn)練、掌握不了相應(yīng)的知識和技能，也不可能留下深刻的印象．這樣做實驗，就是應(yīng)付差事，完成學(xué)分，很快就會被學(xué)生忘得一干二凈．只有在實驗中克服了許多困難、經(jīng)歷過“掙扎”的痛苦的同學(xué)，才印象深刻、確有所獲，這是我們從畢業(yè)生對各種課程的評價感言中深深體會到的．

助教的工作是不可或缺的，這也是實驗教學(xué)發(fā)展的趨勢．但是助教必須在教師（包括有經(jīng)驗的實驗技術(shù)人員）指導(dǎo)下工作，必須經(jīng)過培訓(xùn)，必須有監(jiān)督、考核和獎懲．這也是國外普遍的經(jīng)驗．

在教學(xué)中采用新的手段，例如適當(dāng)?shù)挠耙?、仿真軟件等等，也是提高教學(xué)效果的有效措施．清華實驗物理教學(xué)中心正在努力推廣諾貝爾物理學(xué)獎獲得者威曼 （Carl E Weiman）發(fā)明和倡導(dǎo)的PhET仿真軟件教學(xué)［4］，通過《物理》雜志廣為宣傳，并到中學(xué)普及推廣．仿真教學(xué)由于不受具體設(shè)施的限制、沒有任何在實際實驗中可能出現(xiàn)的危險，所以更具有靈活性和探索性，與學(xué)生在實驗室上課的方式非常不同．在實驗課上，他們很少能做真正的實驗研究．在典型的實驗課中，學(xué)生知道實驗結(jié)果是設(shè)計好的，所以他們的目標(biāo)是盡快找到實驗結(jié)果．而如何真正從事實際的實驗研究并不是他們心之所往．這并不是學(xué)生的錯——它是實驗課的講授和做實驗的設(shè)計方式的直接后果以及自然的反饋．

3．3 實驗內(nèi)容的革新

實驗內(nèi)容要有基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、科學(xué)性和開拓性．在前幾年的清華近代物理實驗室，我們致力于豐富和擴(kuò)展實驗的學(xué)科內(nèi)容，使之涵蓋近代物理的主要分支，反映以量子力學(xué)和相對論為核心的近代物理的發(fā)展．近幾年來，無論在普通物理還是近代物理實驗室，都發(fā)展和建設(shè)了一批新穎、先進(jìn)的實驗，彰顯了科研與教學(xué)相結(jié)合的巨大優(yōu)勢，也適應(yīng)了突飛猛進(jìn)的學(xué)科發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步．

比較有典型代表性的實驗，如近代物理實驗室的量子糾纏實驗［5］，通過光子糾纏的實驗演示，證明了量子力學(xué)的基本判據(jù)，提供了量子通信的基礎(chǔ)原理．普通物理實驗室的耦合擺實驗［6］，通過設(shè)計和制作耦合擺系統(tǒng)，顯示了波動的基本性質(zhì)，例如正則模式、駐波、色散關(guān)系和隱失波等，對于學(xué)生形象地認(rèn)識波動理論有極大的幫助．又如普通物理實驗室的“頻率可調(diào)諧光柵反饋式擴(kuò)展腔二極管激光器的搭建與測試”［7］，通過激光器外腔的搭建與調(diào)試，使學(xué)生對激光原理和光學(xué)實驗中的各種元器件、儀器體表，特別是光路等，有了切實的了解和實際的經(jīng)驗．

由于一些新技術(shù)領(lǐng)域的出現(xiàn)，在清華近代物理實驗中，逐步引入諸如巨磁電阻、掃描隧道顯微鏡、拉曼（包括拉曼增強(qiáng)）光譜、高溫超導(dǎo)特性等新實驗，同時也應(yīng)教學(xué)儀器廠商的需要，開辟了半導(dǎo)體少數(shù)載流子壽命測量、LED（發(fā)光二極管）結(jié)溫測量等新設(shè)備、新實驗．

3．4 教學(xué)隊伍的成長

長期以來，內(nèi)地高校一般都形成了專門的實驗教師隊伍，他們辛勤工作在實驗教學(xué)的第一線，做出了默默無聞的貢獻(xiàn)．但是他們個人的發(fā)展往往受到限制，同時由于他們逐漸同科研第一線脫節(jié)，對前沿知識了解不夠，造成自己在知識層面上的局限，和對新事物缺乏敏感，也反過來影響了實驗教學(xué)的質(zhì)量和進(jìn)一步的發(fā)展．

反觀先進(jìn)國家和地區(qū)，實驗課程由教授們輪流執(zhí)教．例如MIT由若干教授組成小組，各負(fù)責(zé)幾年的實驗教學(xué)．而實驗室則靠高級實驗技術(shù)人員運轉(zhuǎn)維持．這種模式，既保障了實驗室和實驗教學(xué)的穩(wěn)定性，又把科研一線教師的知識、成果，甚至治學(xué)風(fēng)格，都引進(jìn)實驗教學(xué)，使之更接近科研實踐，更富有啟發(fā)性和前瞻性，更有利于學(xué)生通過實驗課而得到提高和成長，在獲得扎實訓(xùn)練的同時，也激發(fā)出他們對研究的興趣和熱情．

通過努力，清華實驗物理教學(xué)中心的教師隊伍，已經(jīng)由科研一線的教師為主，歷史形成的單純教學(xué)人員逐漸減少，并且中心鼓勵工作人員積極參與科研實踐，密切與科研團(tuán)隊的聯(lián)系．我們的目標(biāo)，就是使實驗教學(xué)隊伍成為一支流動的、具有高度科研素養(yǎng)的隊伍，使他們既不脫離科研前沿，又勝任愉快地從事實驗教學(xué)．

實現(xiàn)這種過渡的一個重要前提，就是要有一支支撐教學(xué)實驗室的高水平的實驗技術(shù)隊伍，和相對穩(wěn)定的管理人員．清華實驗物理教學(xué)中心在這方面具有得天獨厚的條件，但是人員老化的潛在危機(jī)也值得警惕．一批年輕而且學(xué)歷高的實驗技術(shù)人員正適時地補充進(jìn)來，為實驗教學(xué)的穩(wěn)定和發(fā)展提供了保障．對于教學(xué)技術(shù)隊伍的職稱待遇和業(yè)務(wù)提高，也積極呼吁有關(guān)部門采取切實的措施．

4 差距、問題與出路

高等學(xué)校的實驗物理教學(xué)面臨著一系列待解的問題．

首先，從比較中可以顯示差距．中國是一個發(fā)展中國家，我們的高等教育，與世界名校還有著明顯的差距．但是這個差距究竟在什么地方？是不是只在實驗設(shè)備的好壞和實驗題目的多寡？實際上近年來國家對高校明顯地加大了投入，許多學(xué)校，特別是重點大學(xué)的實驗室，已經(jīng)今非昔比，在硬件建設(shè)上大致不遜于美歐國家的大學(xué)．硬件建設(shè)的問題在于應(yīng)當(dāng)對癥下藥，按實際需要安排．應(yīng)當(dāng)說，高等教育的差距，主要是在質(zhì)量上，而質(zhì)量提高的關(guān)鍵在軟件方面．

把實驗課片面地僅僅用于驗證所學(xué)的理論知識，會使實驗教學(xué)失去它的原創(chuàng)精神，并造成理論先于實驗的錯覺．僅僅按實驗員的標(biāo)準(zhǔn)，訓(xùn)練學(xué)生的實驗技能，又會脫離物理思想的崇高境界，淪為培養(yǎng)照貓畫虎的工匠．在實驗課中，學(xué)生的各種品性、作風(fēng)都一目了然，這樣就使教學(xué)實驗室成為培養(yǎng)學(xué)生的縝密科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)工作作風(fēng)、虛心合作精神的最好機(jī)會和場所．最后，啟發(fā)和激勵學(xué)生的自主能力、探索精神，啟迪他們勇于創(chuàng)新的科學(xué)作風(fēng)，而不是僅限于測量數(shù)據(jù)、囿于實驗結(jié)果的獲得，無疑應(yīng)當(dāng)是實驗教學(xué)努力追求的境界．這些先進(jìn)的理念，體現(xiàn)在國際一流大學(xué)的實驗教學(xué)中．

復(fù)旦大學(xué)物理實驗教學(xué)中心的幾位負(fù)責(zé)人，張新夷、馬世紅和樂永康教授等，到美國和歐洲考察［8，9］，獲取了寶貴的經(jīng)驗，并發(fā)表專文與同行分享．概括起來，他們對歐美物理實驗教學(xué)的體會是：

（1）“熱愛”是工作的動力源泉；

（2）實驗教學(xué)是團(tuán)隊作業(yè)（Team work）；

（3）提問和討論是實驗教學(xué)的重要環(huán)節(jié)；

（4）注重科研能力的培養(yǎng)和及時把科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)實驗；

（5）因材施教培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生；

（6）用評估代替考試．

以提問為例，他們的歐洲考察報告介紹說：歐洲的大學(xué)“重視提問，在他們的實驗指導(dǎo)手冊上明確寫著‘The more you talk to your demonstrators，the more you will enjoy the laboratory，and the better you will perform．Keep asking questions．As a student it is your right to ask questions（there is no such thing as a silly question?。闩c助教交談得越多，你就會越加喜愛實驗室，你的實驗也會做得更好．盡量提出問題！作為學(xué)生，提出問題是你的權(quán)力（沒有任何問題是愚蠢的））”．而且，“所到之處，都不大聽到‘創(chuàng)造性’和‘創(chuàng)新’這樣的說法，但他們在實實在在地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，時時處處在啟發(fā)學(xué)生要多加思考．”

在他們的美國考察報告中，也列舉了多達(dá)12條特色．比如；“非常重視在課堂講授中的演示實驗教學(xué)”，這一點在清華大學(xué)也是一個優(yōu)良的傳統(tǒng)，有效地保障了大學(xué)物理課程的高質(zhì)量．再比如，“對低年級的學(xué)生，主張和提倡實驗內(nèi)容的趣味性，將深奧的物理原理寓于趣味之中，以便讓學(xué)生們學(xué)得非常快樂與輕松．”這一點與我們關(guān)于“學(xué)習(xí)的樂園”的理念不謀而合，但在實際上，恐怕是我們中國高校很難學(xué)習(xí)到的．最后，“注重科學(xué)文化底蘊的傳承，且定期開放實驗室，對社會大眾開展科普教育．”這一點，也反映了中美教育的一個根本差別，就是美國學(xué)校強(qiáng)調(diào)“通識教育”，而中國學(xué)校注重專業(yè)訓(xùn)練．實際上，高等教育強(qiáng)調(diào)通識教育，培養(yǎng)具有深厚文化素養(yǎng)的人才，而不僅是某一個狹窄領(lǐng)域的專才，才有可能出現(xiàn)“大師”，才有可能在一個健康的社會中，有無數(shù)受過良好教育、傳承優(yōu)秀文化底蘊的精英，作為整個國家的中流砥柱．通識教育是遠(yuǎn)見卓識，專才教育是目光短淺．

在2012年的第一屆中美物理教學(xué)高層論壇上，美國俄亥俄州立大學(xué)的包雷教授特別奉獻(xiàn)了他對中美學(xué)生在知識掌握和思辯能力兩方面的細(xì)致比較研究．包雷教授曾任美國國家物理教育協(xié)會國際委員會主任，對物理教育有深入的研究和獨到的見解．鑒于中美兩國的初等教育體制完全不同（例如，在中國，中學(xué)教育的出發(fā)點就是為了高考），包雷教授想從推理能力的角度考察這種體制不同所造成的后果［10］．他們的研究顯示，中國學(xué)生受到數(shù)學(xué)和自然科學(xué)的嚴(yán)格訓(xùn)練，在具體科學(xué)內(nèi)容的檢測中明顯占優(yōu)．但是在推理能力方面，中美學(xué)生的能力卻不分伯仲，如圖2所示．顯而易見，具體知識的掌握，不是本質(zhì)性的，也未必終身受益，而思維能力的培養(yǎng)才是成材的根本．當(dāng)我們的孩子們苦于每天海量的作業(yè)、經(jīng)常不斷的摸底考試等等，美國孩子在享受著童年的歡樂，和發(fā)展自己喜愛的專長．最后結(jié)果，思維能力一點也不比苦海中的中國孩子差．我們的教育是不是出了問題呢？我們的高等教育有沒有類似的問題呢？！天賦稟異的大師會不會就因為啟蒙教育的差異而被發(fā)現(xiàn)，或被扼殺呢？個性的輝煌，或被彰顯、或被掩埋呢？錢學(xué)森之問：“為什么沒有大師”，是不是從這里可以又得到一些啟示呢？德國甚至明禁學(xué)前教育，認(rèn)為孩子智力被過度開發(fā)不是好事，必須給孩子的大腦留下想象空間，否則孩子們的大腦就會變成存儲器，不會思考了．

圖2 中美學(xué)生知識擁有量和推理能力比較

目前實驗物理教學(xué)還碰到一個糾結(jié)的問題，就是一些工科院系在減低學(xué)生學(xué)習(xí)壓力時，把壓縮甚至取消物理實驗課作為首選．這樣做，顯然會使工科教學(xué)更加狹隘，缺少作為一切工程科學(xué)的基礎(chǔ)的物理熏陶．正像一位清華教授所說，現(xiàn)在的工科教育先把好材料都扯成布條，最后怎么能制成西服呢？以生物學(xué)為例，清華大學(xué)榮獲愛明諾夫獎的施一公教授的杰出成就，很大程度上得益于他堅實的物理基礎(chǔ)，他本人也強(qiáng)調(diào)物理學(xué)對現(xiàn)代生物學(xué)的重要性．而現(xiàn)實中清華生物系已經(jīng)取消了物理實驗課．為了解決這個矛盾，實驗物理教學(xué)中心正在醞釀構(gòu)建有針對性的工科基礎(chǔ)物理教學(xué)平臺，譬如面向生物科學(xué)，能源科學(xué)，材料科學(xué)的平臺等等．

作為結(jié)語，我們把“教學(xué)的平臺，探索的基地，求知的樂園”當(dāng)成實驗物理教學(xué)的宗旨，希望把實驗物理教學(xué)提高到一個新的層次．

本文雖以清華大學(xué)實驗物理教學(xué)的實踐為基礎(chǔ)，但所論所議，只是個人的思考，不代表本單位．文責(zé)自負(fù)，歡迎批評指正和討論切磋．

［1］ Crouch C H，Mazur E．Peer instruction：Ten years of experience and results［J］．American Journal of Physics，2001，69（9）：970．

［2］ 葛惟昆，張留碗．建設(shè)一流實驗物理教學(xué)中心的探討［J］．實驗技術(shù)與管理，2012，29（4）：3－7．

［3］ 熊永紅．淺談實驗教學(xué)的教與學(xué)［J］．物理與工程，2013，23（4）：32－33．

［4］ 俞熹，樂永康，冀敏，等．美國大學(xué)物理教學(xué)和管理考察報告［J］．物理實驗，2013，33（4）：14－20．

［5］ 蘇衛(wèi)鋒，姚紅英，高淵，等．歐洲物理實驗教學(xué)考察報告［J］．物理，2014，43（4）：52－57．

［6］ Wieman C E．提高主動性、參與性和學(xué)習(xí)效果的PhET仿真教學(xué)軟件［J］．丁小冬譯，葛惟昆校．物理，待發(fā)表．

［7］ Liang Changlin，Ke Weiping，F(xiàn)u Minxue，et al．An undergraduate experiment of wave motion using coupled pendulum chain［J］．American Journal of Physics，in press．

［8］ 劉瀅瀅，蔣碩，葛惟昆．頻率可調(diào)諧光柵反饋式擴(kuò)展腔二極管激光器的搭建與測試［J］．物理實驗，2012，32（12）：5－9．

［9］ 王合英，孫文博，陳宜寶，等．光量子糾纏態(tài)的制備與測量實驗［J］．物理實驗，2009，29（3）：1－5．

［10］ 孫文博，王合英，陳宜寶，等．分析SPDC光場結(jié)構(gòu)輔助搭建雙光子糾纏源［J］．物理實驗，待發(fā)表．

［11］ Lei Bao，et al．Learning and Scientific Reasoning［J］．Science：2009，323（5914）：586－587．