美國(guó)大學(xué)物理教學(xué)和管理考察報(bào)告

俞 熹，樂(lè)永康，冀 敏，馬世紅

（復(fù)旦大學(xué) 物理學(xué)系 物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，上海200433）

1 引 言

復(fù)旦大學(xué)物理教學(xué)考察組，于2012年1月30日至2月12日期間分別訪(fǎng)問(wèn)了美國(guó)斯坦福大學(xué)（Stanford University，簡(jiǎn)稱(chēng)Stanford）、加州大學(xué)伯克利分校（University of California at Berkeley，簡(jiǎn)稱(chēng)UCB）、田納西大學(xué)（University of Tennessee，簡(jiǎn)稱(chēng) UT）、約翰霍普金斯大學(xué) （Johns Hopkins University，簡(jiǎn)稱(chēng)JHU）、哈佛大學(xué)（Harvard University，簡(jiǎn)稱(chēng)Harvard）和麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology，簡(jiǎn) 稱(chēng)MIT）6所世界一流大學(xué)的物理學(xué)系.目的是學(xué)習(xí)和交流本科生的物理課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及管理等方面的做法和經(jīng)驗(yàn).

該次行程安排得充實(shí)、緊湊，在每個(gè)學(xué)校都花了幾乎一整天的時(shí)間，看到和聽(tīng)到很多感興趣內(nèi)容，對(duì)方也對(duì)中國(guó)的物理教學(xué)情況相當(dāng)關(guān)注，因此雙方的交流非常集中和熱烈，以致于時(shí)鐘已臨近傍晚，大家還意猶未盡.考察組此行收獲頗豐，故將此行的見(jiàn)聞和體會(huì)細(xì)致地整理后介紹給國(guó)內(nèi)的物理教學(xué)同仁，以供參考.

2 大學(xué)學(xué)制、課程教學(xué)安排及其人員配置

該部分著重突出大學(xué)的學(xué)制、課程教學(xué)及其人員配置，及中美大學(xué)之間的具體差異，以便讀者理解美國(guó)大學(xué)的物理課程安排.

2.1 學(xué)制和課程教學(xué)安排

美國(guó)大學(xué)的學(xué)期較短，一般一年分為春秋兩季，每學(xué)期為15周（實(shí)際教學(xué)安排為14周，另有1周用于考試）.

而斯坦福大學(xué)較為特殊，每學(xué)年分為春、夏、秋、冬4個(gè)短學(xué)期，每個(gè)學(xué)期為10周.一般夏季學(xué)期不授課（類(lèi)似于中國(guó)大學(xué)的暑假），常常用于學(xué)生自己申請(qǐng)校內(nèi)相關(guān)院系的科研實(shí)驗(yàn)室工作，或外出到校外其他科研組工作.所以總的來(lái)算，美國(guó)每所大學(xué)每年的正常教學(xué)時(shí)間為30周，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于國(guó)內(nèi)大學(xué)實(shí)行的40周學(xué)制，下文提到的學(xué)期除特別提出外，一般還是指15周的長(zhǎng)學(xué)期制）.

上述6所大學(xué)的物理系學(xué)生人數(shù)一般都很少，常常在10～40人不等，在所訪(fǎng)問(wèn)的幾所學(xué)校中MIT的學(xué)生人數(shù)最多，可以有80人之多，這個(gè)數(shù)字應(yīng)該也是全美最大的了.美國(guó)的大學(xué)數(shù)量相當(dāng)多（有幾千所），所以物理學(xué)專(zhuān)業(yè)總的人數(shù)來(lái)算也是不太少的.經(jīng)過(guò)了解這幾所大學(xué)的學(xué)費(fèi)約均在5萬(wàn)美元／年，相差不是很大，大學(xué)生們可以申請(qǐng)助學(xué)貸款或者獎(jiǎng)學(xué)金來(lái)償付學(xué)費(fèi).除華裔以外，美國(guó)一般家庭，如果有困難，均可能由于經(jīng)濟(jì)原因而放棄一流大學(xué)的入學(xué)機(jī)會(huì)，僅僅享受次一流大學(xué)的獎(jiǎng)學(xué)金來(lái)償付學(xué)費(fèi).

每個(gè)大學(xué)物理系開(kāi)設(shè)的物理類(lèi)的基礎(chǔ)課程選課人數(shù)也很多，一般每年在500～800人，每周會(huì)開(kāi)設(shè)2～3次同樣進(jìn)度的課程.筆者認(rèn)為這是與大學(xué)內(nèi)部的資源分配有關(guān)，越多的課程將帶來(lái)更多預(yù)算.一、二年級(jí)普通物理的教學(xué)主要分為層次不同的三類(lèi)課程：第一類(lèi)是物理類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程，需要較高的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；第二類(lèi)是理科和工程類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程，也需要微積分基礎(chǔ)；第三個(gè)層次一般專(zhuān)為生命科學(xué)類(lèi)學(xué)生（Life Science）和醫(yī)科預(yù)備生（Premedical）專(zhuān)設(shè)，這類(lèi)課程在一些學(xué)校需要微積分基礎(chǔ)，另一些甚至直接用代數(shù)教學(xué).

以下以哈佛大學(xué)物理系所教授的普通物理學(xué)為例，詳細(xì)敘述物理類(lèi)學(xué)生的普通物理類(lèi)課程.哈佛針對(duì)物理類(lèi)學(xué)生所講授的課程名稱(chēng)為Physics 15A（力學(xué)，選課人數(shù)在150人／年），15B（電磁學(xué)和熱學(xué)基礎(chǔ)，選課人數(shù)在100人／年）以及15C（光學(xué)及近代物理介紹，選課人數(shù)在60人／年）；針對(duì)非物理類(lèi)的理工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生所開(kāi)設(shè)的是2個(gè)學(xué)期的物理課程，亦即Physics 11A和11B；而針對(duì)生命科學(xué)類(lèi)和醫(yī)科預(yù)備生開(kāi)設(shè)的課程名稱(chēng)為Physical Sciences PS2和 PS3.選擇15A／15B／15C類(lèi)課程的學(xué)生一般也不完全是物理專(zhuān)業(yè)的，哈佛的物理專(zhuān)業(yè)分3個(gè)方向，有物理學(xué)專(zhuān)業(yè)、雙學(xué)士學(xué)位中含物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生以及生物物理專(zhuān)業(yè)，以上合計(jì)也不過(guò)40～50人／年.選15A的課程還有一部分學(xué)生是為了獲得“榮譽(yù)畢業(yè)”（Honored）頭銜的學(xué)生.

哈佛在15A／15B／15C的課程安排上，也與國(guó)內(nèi)大學(xué)的普通物理教學(xué)有很大的不同，往往在這3個(gè)學(xué)期中均穿插著實(shí)驗(yàn)和討論課程.在課程時(shí)間設(shè)計(jì)上，基本上采用3＋3＋2的形式，即每周2次（1.5h／次）的課堂教學(xué)，1次3h的實(shí)驗(yàn)課，以及2次（1h／次）小組討論.

2.2 課程人員配置

在美國(guó)高校，教授每年需要考核教學(xué)工作量.他們承擔(dān)了主要的課堂教學(xué)任務(wù)，研究生TA（Teaching Assistant）也承擔(dān)了大量的教學(xué)工作，也有的學(xué)校叫做GSA（Graduated Student Assistant）.但是，這幾年也有學(xué)校（如MIT）開(kāi)始利用高年級(jí)的學(xué)生承擔(dān)起實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課程TA，好處是他們剛做完這些實(shí)驗(yàn)，印象比較深，知道問(wèn)題出在哪里，與學(xué)生溝通也比較容易.

對(duì)于講座類(lèi)課程配置1個(gè)教授，1～2個(gè)TA課堂輔助（1次250～300人，每周2次）.

每周的討論課程全部由TA負(fù)責(zé)教學(xué)過(guò)程和討論，內(nèi)容是習(xí)題講解和實(shí)驗(yàn)報(bào)告討論等，一般為6～10個(gè)學(xué)生組織在一間討論教室內(nèi)進(jìn)行.

實(shí)驗(yàn)課程配置1＋1＋1，一般為1個(gè)教授（Faculty member），1 個(gè)新進(jìn)教員（Junior member），1個(gè)TA，平均師生比為1:10.

3 課堂教學(xué)和課堂演示

這一部分主要介紹各個(gè)大學(xué)低年級(jí)的課堂教學(xué)及課堂演示.美國(guó)各個(gè)大學(xué)的課堂教學(xué)相比國(guó)內(nèi)大學(xué)來(lái)說(shuō)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的生動(dòng)活潑，特別注重學(xué)生的參與和相互之間的討論，以及師生之間的互動(dòng).為了更能在課堂上抓住學(xué)生的注意力，課堂演示的實(shí)驗(yàn)注重“碩大”（實(shí)驗(yàn)教具）、“新奇”（提高興趣）和“沖擊力”（加深印象），特別能引起學(xué)生的注意和思考.

講課采用的是大課堂教學(xué)（300～500人）階梯教室，課堂一般配置6～9塊大黑板，2個(gè)大屏幕投影和1個(gè)超大屏幕投影.有專(zhuān)門(mén)的攝像工作人員，負(fù)責(zé)將各塊黑板投影到大屏幕上.在物理演示實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，如果課堂演示的設(shè)備過(guò)小，也有專(zhuān)門(mén)的攝像機(jī)拍攝演示實(shí)驗(yàn)并投影到大屏幕上.攝像工作人員也在后臺(tái)編輯攝像（如圖1所示），課后剪輯好放置在學(xué)校網(wǎng)站供學(xué)生預(yù)習(xí)或者復(fù)習(xí)使用.

圖1 哈佛大學(xué)的多媒體技術(shù)服務(wù)中心

物理演示實(shí)驗(yàn)被廣泛地應(yīng)用在普通物理的教學(xué)過(guò)程中，物理演示實(shí)驗(yàn)室就位于黑板的后方，實(shí)驗(yàn)儀器的儲(chǔ)藏室位于階梯教室樓梯下.

每個(gè)階梯教室有旋轉(zhuǎn)講臺(tái)，便于課間準(zhǔn)備演示實(shí)驗(yàn)或課后教師與學(xué)生討論（如圖2），筆者看到的是2個(gè)相對(duì)的教室配備1間準(zhǔn)備室，各占120°.課間可以將在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備室里面所布置準(zhǔn)備好的物理演示儀器轉(zhuǎn)到下個(gè)教室，這樣就可不必錯(cuò)開(kāi)需要演示實(shí)驗(yàn)的課程了.

圖2 斯坦福大學(xué)的學(xué)生課后與授課教授討論

演示實(shí)驗(yàn)室充分利用了階梯教室階梯下面的空間進(jìn)行設(shè)備存儲(chǔ)，所有演示實(shí)驗(yàn)都有詳細(xì)的設(shè)備編號(hào)，可以在網(wǎng)上查到適用于哪些課程內(nèi)容，存儲(chǔ)在哪個(gè)柜子里面，以便教授課前備課查閱.不少大學(xué)的演示實(shí)驗(yàn)室還配有加工車(chē)間，可以自行設(shè)計(jì)和制作演示儀器和設(shè)備.很多演示實(shí)驗(yàn)都是各個(gè)大學(xué)獨(dú)有的，自行設(shè)計(jì)和制作的.

課堂演示實(shí)驗(yàn)所涉及到的幾個(gè)要素在于“碩大”、“新奇”和“暴力”，特別能夠吸引學(xué)生的注意力和引起學(xué)生主動(dòng)思考.筆者印象最深的一次是在Harvard的課堂上，教授們利用1個(gè)超大的充電電容，將1根直徑約0.5cm，長(zhǎng)30cm的金屬絲瞬間擊穿，在課堂里面放了一朵“大型禮花”（如圖3所示）.如此驚人的演示實(shí)驗(yàn)，配合i-Click的提問(wèn)環(huán)節(jié)，可以極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性.學(xué)生非常樂(lè)于在提問(wèn)后與身邊的同學(xué)相互之間討論5min后并投票.也有的教師往往將特別新奇的實(shí)驗(yàn)在課程結(jié)束前提出，讓學(xué)生在課后繼續(xù)思考，或者是告訴學(xué)生通過(guò)閱讀后面課程的某一章節(jié)去解釋這一現(xiàn)象，從而學(xué)生往往能夠有的放矢，帶著疑問(wèn)去快樂(lè)地學(xué)習(xí).

圖3 哈佛大學(xué)課堂上演示實(shí)驗(yàn)綻放的“禮花”

值得一提的是：i-Click作為基于無(wú)線(xiàn)的投票系統(tǒng)，每個(gè)客戶(hù)端是學(xué)生新入學(xué)時(shí)購(gòu)買(mǎi)的，完成學(xué)業(yè)后學(xué)?？梢砸砸欢ㄕ劭刍厥?課堂上提問(wèn)給出選擇題的選項(xiàng)后發(fā)起投票，教師利用i-Click的接收裝置接收學(xué)生的投票.投票結(jié)束以后將結(jié)果通過(guò)投影儀公布給學(xué)生.由于i-Click裝置是與學(xué)生的學(xué)號(hào)綁定在一起的，這樣一來(lái)不僅僅是調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，還可以免去了課堂點(diǎn)名，另一方面如果學(xué)生在課堂上給出正確的答案，教師還可以給予一定的學(xué)分獎(jiǎng)勵(lì)，以評(píng)估學(xué)生的預(yù)習(xí)等情況，加強(qiáng)了上課的教學(xué)效果.

4 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)

這部分主要介紹低年級(jí)普通物理實(shí)驗(yàn)課程及實(shí)驗(yàn)室建設(shè)情況.大部分美國(guó)大學(xué)的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)都是穿插在普通物理的課程中間同步進(jìn)行的，盡管實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn)數(shù)目不是太多，但是非常注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)方法和科學(xué)素養(yǎng).

各所大學(xué)的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程叫法也不同，但是基本上都是每周穿插在課堂教學(xué)之間，以普通物理課堂教學(xué)輔助課程形式出現(xiàn)的，但是在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面也是完全做不到與課堂教學(xué)內(nèi)容的同步.一個(gè)說(shuō)法是：無(wú)非是先做實(shí)驗(yàn)還是先學(xué)理論而已，實(shí)驗(yàn)和理論是交錯(cuò)上行的.

各所大學(xué)的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容都很簡(jiǎn)單，以提高學(xué)生的興趣為主，實(shí)驗(yàn)數(shù)量也不多（1學(xué)期平均2周1個(gè)，一共6個(gè)實(shí)驗(yàn)左右），教學(xué)理念上更多的是教會(huì)他們?nèi)绾谓⒛Ｐ?，能夠科學(xué)地進(jìn)行思考.筆者看到的一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)是這樣的：3個(gè)同學(xué)1組，2個(gè)同學(xué)相互以各種方式拋擲小球，另1個(gè)同學(xué)負(fù)責(zé)錄像.隨后通過(guò)錄像分析，得出小球的運(yùn)行軌跡是拋物線(xiàn)的結(jié)論.

學(xué)生只有3h做物理實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，一般不要求撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，而是在課堂上完成填寫(xiě)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)表格，減輕了學(xué)生的工作量.當(dāng)然這樣的做法是否合理，還需要大家去斟酌.

5 高年級(jí)物理實(shí)驗(yàn)

這部分主要介紹高年級(jí)近代物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)及實(shí)驗(yàn)建設(shè)情況.高年級(jí)的課程各個(gè)大學(xué)的風(fēng)格都不盡相同，每個(gè)學(xué)校都保持著自己的特色.由于歷史的積累和沉淀，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和器材往往能夠體現(xiàn)出該大學(xué)的科研方向和實(shí)力.

美國(guó)高校物理類(lèi)學(xué)生在完成普通物理學(xué)課程和同時(shí)進(jìn)行的物理實(shí)驗(yàn)課程后，一般只有在三年級(jí)有1～2個(gè)學(xué)期的物理進(jìn)階實(shí)驗(yàn)課程（Ad-vanced Physics Lab），在MIT稱(chēng)作為Junior Lab.實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容涵蓋電子線(xiàn)路課程、光學(xué)、核物理和低溫方向.由于物理類(lèi)的學(xué)生很少，很多學(xué)生就有機(jī)會(huì)在1～2年級(jí)參與到科研實(shí)驗(yàn)組中，學(xué)校也是鼓勵(lì)推動(dòng)學(xué)生加入科研課題組，所以一般來(lái)說(shuō)學(xué)生做近代物理相關(guān)實(shí)驗(yàn)的積極性不是很高.各個(gè)學(xué)校在這個(gè)階段的教學(xué)相當(dāng)不同，不能一概而論.但是教學(xué)理念上還是傾向于讓學(xué)生接觸科學(xué)研究的方法，體驗(yàn)科研前沿領(lǐng)域的方向.也有很大的部分是在具體訓(xùn)練學(xué)生寫(xiě)paper的格式（writing up）等方面.

近代物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)器材方面還是在于歷史的積累和沉淀，實(shí)際在使用的教學(xué)設(shè)備都比較有年頭，甚至有60多年的設(shè)備還在使用.實(shí)驗(yàn)室相對(duì)于基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)相對(duì)擁擠一些（可能由于實(shí)驗(yàn)儀器較多的原因），同一個(gè)實(shí)驗(yàn)的套數(shù)也很少，一般為1～2套.在近代物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)上，各個(gè)學(xué)校都投入了很多精力，平均2年建設(shè)出一個(gè)現(xiàn)代科研領(lǐng)域的物理實(shí)驗(yàn).以哈佛為例，這幾年他們特別重視實(shí)驗(yàn)建設(shè)，投入了相當(dāng)多的人力和財(cái)力，以至于每年開(kāi)會(huì)討論后，特別指定1名教授開(kāi)發(fā)1個(gè)實(shí)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)時(shí)間按照實(shí)際情況，可以視為完成當(dāng)年的教學(xué)任務(wù).這點(diǎn)類(lèi)似英國(guó)一些學(xué)校的做法.由于JHU擁有全美第一流的醫(yī)學(xué)院，所以他們這幾年在生命科學(xué)類(lèi)和醫(yī)學(xué)院預(yù)備生的物理實(shí)驗(yàn)建設(shè)上投入較多，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)非常重視物理與生命科學(xué)的結(jié)合，教學(xué)效果相當(dāng)好.

6 金工車(chē)間、機(jī)械加工及環(huán)境布置

這部分主要介紹金工車(chē)間及物理系的環(huán)境布置.這2個(gè)方面似乎是我們大學(xué)不太注重和關(guān)心的，而美國(guó)大學(xué)卻花了很大精力在做和關(guān)注，所以特別列出這一節(jié)的內(nèi)容來(lái)做詳細(xì)地介紹.

6.1 金工車(chē)間和機(jī)械加工

美國(guó)各個(gè)大學(xué)的物理系均有很強(qiáng)的機(jī)械加工背景，一般來(lái)說(shuō)至少有1個(gè)專(zhuān)為科研服務(wù)的精工車(chē)間（如圖4所示），以及給高年級(jí)學(xué)生和博士生使用的學(xué)生金工車(chē)間；還有給演示實(shí)驗(yàn)室制作演示實(shí)驗(yàn)儀器所使用的機(jī)械加工車(chē)間，一般在演示實(shí)驗(yàn)倉(cāng)庫(kù)附近.

每所大學(xué)都鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手，比如UC Berkley有專(zhuān)設(shè)給學(xué)生專(zhuān)設(shè)的機(jī)械加工課程，學(xué)生能夠獨(dú)立完成1件“作品”以后，就授予學(xué)生該金工車(chē)間的鑰匙.

圖4 UCB的金工車(chē)間

6.2 環(huán)境布置

筆者所訪(fǎng)問(wèn)的幾所大學(xué)的物理系均有很強(qiáng)的科學(xué)研究背景，一走進(jìn)物理學(xué)系所在的大樓里面，能夠馬上感受到該院系的學(xué)術(shù)氛圍和學(xué)術(shù)傳統(tǒng).以JHU為例，他們有較強(qiáng)的光學(xué)和天文學(xué)背景，在大廳中央陳列的是19世紀(jì)所使用的制作光柵器件的機(jī)械設(shè)備和1902年所使用的分光計(jì)（如圖5所示），而在另一處則陳列著他們所制作的哈勃望遠(yuǎn)鏡上使用的一個(gè)主要光學(xué)部件的模型.哈佛大學(xué)在大廳陳列的是世界上第一臺(tái)軍用計(jì)算機(jī).

圖5 約翰霍普金斯大學(xué)1902年所使用的分光計(jì)

另一方面，各所大學(xué)將演示實(shí)驗(yàn)放在大廳，設(shè)備較大，而且大多數(shù)都能給路過(guò)的學(xué)生直接擺弄，以提高學(xué)生對(duì)于物理的興趣.如哈佛大學(xué)在走廊陳列的“水透鏡”，直徑有1m（如圖6所示）.這些演示實(shí)驗(yàn)往往是該學(xué)校教授提出想法，由他們自己制作，只此1套！

哈佛大學(xué)還專(zhuān)門(mén)有1間科學(xué)歷史博物館：Harvard’s Collection of Historical Scientific Instrument，其 網(wǎng) 址 在：http：／／dssmhi1.fas.harvard. edu／emuseumdev／code／eMuseum. asp？lang＝EN，其中有相當(dāng)多的歷史收藏，如果訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間充足，值得一看.

圖6 哈佛大學(xué)走廊陳列的“水透鏡”

6.3 教學(xué)樓和實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)

各所大學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)室及教室均設(shè)計(jì)得相當(dāng)好，據(jù)了解是在實(shí)驗(yàn)室方案的具體設(shè)計(jì)階段中反復(fù)推敲過(guò)而確定下來(lái)的，與中國(guó)的大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室相比的幾個(gè)特點(diǎn)在于：1）實(shí)驗(yàn)教室比較集中，布局有序合理，而且相當(dāng)大，空間上非常寬敞，教室里面往往僅有幾張大桌子（如圖7所示）.2）樓層特別高，所有管道和電纜都在上方裸露，房間從不吊頂，電線(xiàn)和網(wǎng)線(xiàn)通過(guò)上方垂直下放鋪設(shè)（不怕漏水），可以根據(jù)情況隨時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)室布局（如圖8所示）.3）教室周?chē)且幌盗械膶?shí)驗(yàn)柜子，各類(lèi)常用的儀器分類(lèi)合理整潔，每間教室都有大量的各類(lèi)導(dǎo)線(xiàn)懸掛在墻上供學(xué)生選用.4）擁有大量的供1 0個(gè)人左右討論的小教室，往往是大教室通過(guò)簡(jiǎn)單的隔離，便于助教輔導(dǎo)1個(gè)小組的學(xué)生時(shí)使用.

圖7 JHU的普通物理實(shí)驗(yàn)室（位于地下室）的布局

圖8 UCB的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)室的具體布局

7 小 結(jié)

7.1 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理幾個(gè)明顯的特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)美國(guó)6所大學(xué)的考察和了解，筆者們認(rèn)為對(duì)方的物理教學(xué)與管理有比較明顯的特點(diǎn).具體如下：

1）非常重視在課堂講授中的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，演示的具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由授課的教授親自指定，實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員負(fù)責(zé)具體實(shí)施，在課堂中共同完成演示教學(xué)過(guò)程.

2）對(duì)低年級(jí)的學(xué)生，主張和提倡實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的趣味性，將深?yuàn)W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(lè)與輕松.

3）重視低年級(jí)學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)動(dòng)手過(guò)程中，教師（或助教）融入學(xué)生之中且貫穿討論和交流中；重視高年級(jí)學(xué)生的口頭報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告.

4）重視對(duì)物理學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的科學(xué)研究能力的培養(yǎng).

5）實(shí)驗(yàn)設(shè)備中通用儀器（如示波器，信號(hào)源等）均為大公司產(chǎn)品，而專(zhuān)用儀器中有很大一部分是自制的，可以組合或便于拆裝，實(shí)驗(yàn)儀器的透明度較高，不采用“集成化”儀器，多為“積木式”教學(xué)儀器.

6）計(jì)算機(jī)（主要是Mac系統(tǒng)電腦）廣泛應(yīng)用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，其作用是豐富和深化教學(xué)內(nèi)容，而不是代替學(xué)生動(dòng)手.

7）各校均沒(méi)有統(tǒng)一的正式出版實(shí)驗(yàn)教材，自編的實(shí)驗(yàn)教材能夠適應(yīng)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)儀器的不斷更新和新技術(shù)的應(yīng)用.

8）利用實(shí)驗(yàn)題目的編號(hào)來(lái)處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)室所開(kāi)設(shè)過(guò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的歷史沉淀和底蘊(yùn).

9）考核方式不采用一般意義上的筆試和操作考試，學(xué)生成績(jī)由平時(shí)實(shí)驗(yàn)、討論和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，或口頭報(bào)告等綜合評(píng)定.

10）實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員具有很強(qiáng)的業(yè)務(wù)能力和很高的實(shí)驗(yàn)室管理水平.

11）非常重視實(shí)驗(yàn)室的安全教育和培訓(xùn)，警鐘長(zhǎng)鳴，在實(shí)驗(yàn)課程概論或講義中列出專(zhuān)門(mén)的章節(jié)介紹，并且簽署安全培訓(xùn)回執(zhí)單.

12）注重科學(xué)文化底蘊(yùn)的傳承，且定期開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，對(duì)社會(huì)大眾開(kāi)展科普教育.

7.2 收獲和體會(huì)

根據(jù)收集到的第一手資料，并通過(guò)聽(tīng)取對(duì)方的情況介紹、近距離參觀實(shí)驗(yàn)室、與實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人員面對(duì)面的教授討論，以及與學(xué)生一對(duì)一的交談，筆者們對(duì)美國(guó)大學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況有了比較全面的了解，從中也得到了寶貴的啟示，學(xué)到了教學(xué)與管理方面的經(jīng)驗(yàn).歸納起來(lái)，主要有下面幾點(diǎn)收獲和體會(huì).

1）物理實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室安全受到充分重視.各校均把物理實(shí)驗(yàn)放在十分重要的位置上，為物理系本科生開(kāi)設(shè)了必修的實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)課采取教授負(fù)責(zé)制.即使是專(zhuān)攻理論物理的學(xué)生，實(shí)驗(yàn)課也是不可缺少的.而從事實(shí)驗(yàn)工作的學(xué)生則要在實(shí)驗(yàn)上投入更多的時(shí)間，但理論課可以不必全修.有的學(xué)校具體安排實(shí)驗(yàn)室的安全培訓(xùn)活動(dòng)，或在講義中專(zhuān)門(mén)講授注意事項(xiàng).

非常重視演示實(shí)驗(yàn)，在課堂教學(xué)上大量采用精心準(zhǔn)備的演示實(shí)驗(yàn)，演示效果十分明顯和震撼.科學(xué)技術(shù)在不斷地進(jìn)步，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也在不斷地更新，但他們重視物理實(shí)驗(yàn)以及演示實(shí)驗(yàn)的這一傳統(tǒng)始終沒(méi)有改變.

2）物理實(shí)驗(yàn)課目的明確.物理實(shí)驗(yàn)課的目的就是要通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)使學(xué)生懂得如何去研究物理問(wèn)題，而不是只局限在知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練.但是，這并不意味著他們不重視實(shí)驗(yàn)基本技能的訓(xùn)練，在參觀實(shí)驗(yàn)室時(shí)筆者們發(fā)現(xiàn)他們的學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能都相當(dāng)好.對(duì)方之所以這么強(qiáng)調(diào)，是要把著眼點(diǎn)放在培養(yǎng)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)方法解決物理問(wèn)題的能力上.

3）實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置各有特色.這幾所大學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置各有特色，教學(xué)組織形式多樣，沒(méi)有固定統(tǒng)一的模式.有的學(xué)校將基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)與理論課結(jié)合在一起，上完部分章節(jié)后做幾個(gè)實(shí)驗(yàn)；有的學(xué)校分不同層次單獨(dú)開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課.

對(duì)高年級(jí)學(xué)生更是靈活，有的開(kāi)設(shè)“Project”實(shí)驗(yàn)課程，有的組織學(xué)生在暑期到實(shí)驗(yàn)室工作等.在高年級(jí)的近代物理實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的數(shù)目不多，主要采取“少而精”和“觸類(lèi)旁通”的方式.對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求也按年級(jí)和不同學(xué)生有所不同，這樣的課程設(shè)置完全體現(xiàn)以學(xué)生為本的原則，對(duì)我們很有啟發(fā).

4）注重科研能力的培養(yǎng).各校在為本科生高年級(jí)開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課中，無(wú)論是麻省理工學(xué)院的“Upper Division”實(shí)驗(yàn)課，還是斯坦福大學(xué)、哈佛大學(xué)的“Project”實(shí)驗(yàn)課，他們的共同特點(diǎn)都是實(shí)驗(yàn)室非常注重為學(xué)生提供足夠的條件，以便在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中充分發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生置身于富有探索和創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)環(huán)境中，積極主動(dòng)地思考、分析問(wèn)題，使他們受到類(lèi)似于專(zhuān)業(yè)科研人員搞科研的訓(xùn)練.

學(xué)生在做上述這類(lèi)實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要親自完成調(diào)研和閱讀文獻(xiàn)資料、選擇實(shí)驗(yàn)題目、擬定實(shí)驗(yàn)方案、配置實(shí)驗(yàn)設(shè)備、制作儀器部件（或者搭建電子線(xiàn)路）、測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告等工作，這對(duì)他們是非常好的科學(xué)研究的訓(xùn)練過(guò)程.

在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題完全由學(xué)生自己解決，教師只是在必要時(shí)加以適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo).對(duì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和最終結(jié)果不作硬性的規(guī)定，學(xué)生可以根據(jù)自己的時(shí)間、能力及興趣來(lái)安排.這種注重培養(yǎng)學(xué)生科研能力的做法，是極有遠(yuǎn)見(jiàn)的，非常有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提升.

5）及時(shí)將科研成果轉(zhuǎn)化為新實(shí)驗(yàn).各校的近代物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容新穎，實(shí)驗(yàn)題目分布在物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，且各有特色，顯得更有生氣和更有活力，既有廣度，又有深度.對(duì)方學(xué)校能夠不斷地更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，就是因?yàn)樗麄兡芗皶r(shí)地將一些前沿或先進(jìn)的科研成果轉(zhuǎn)化成新的物理實(shí)驗(yàn).例如：MIT的“量子信息處理”實(shí)驗(yàn)，斯坦福大學(xué)的“超流”實(shí)驗(yàn)，Harvard的“混沌實(shí)驗(yàn)”、“光鑷子”實(shí)驗(yàn)，UCB的一系列核物理實(shí)驗(yàn)，以及JHU的“布朗運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)和“生物醫(yī)學(xué)物理芯片”實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容.

這說(shuō)明只有將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)科建設(shè)和發(fā)展緊密結(jié)合起來(lái)，將前沿科研的成果不斷轉(zhuǎn)化，才能使近代物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不斷地發(fā)展和進(jìn)步.

6）因材施教培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生.在斯坦福大學(xué)，選修“Project”實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生積極性很高，工作相當(dāng)投入，這是因?yàn)檫@個(gè)課的選題都是科學(xué)前沿.學(xué)生在教授的指導(dǎo)下，從事創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)工作，從而極大地激發(fā)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)工作的興趣.

教授與學(xué)生的交流十分密切，教授對(duì)每個(gè)來(lái)實(shí)驗(yàn)室工作的學(xué)生的興趣及特長(zhǎng)了如指掌，因而能夠以人為本和因材施教.他們之所以能夠培養(yǎng)出許多優(yōu)秀的物理人才，與他們能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和積極性、因材施教是分不開(kāi)的.

7）有高水平的專(zhuān)職實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員.各校的物理實(shí)驗(yàn)室中都有一支人數(shù)不多的專(zhuān)職實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員隊(duì)伍.這些人員沒(méi)有教授職稱(chēng)，因此不計(jì)在FACULTY中，但他們屬于系里的STAFF.這些人員不僅負(fù)責(zé)平時(shí)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的管理工作，還負(fù)責(zé)按照任課教授對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)想來(lái)組建新實(shí)驗(yàn).這批人的動(dòng)手能力較強(qiáng)，知識(shí)面較廣，在實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮著十分重要的組織和管理作用，故建立和穩(wěn)定一支責(zé)任心強(qiáng)、業(yè)務(wù)水平高的專(zhuān)職實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員隊(duì)伍是實(shí)驗(yàn)室工作的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié).

8）設(shè)備齊全的金工車(chē)間.各校物理系均有自己的金工車(chē)間，而且加工機(jī)械設(shè)備非常齊全，工人的素質(zhì)較高.一般學(xué)生可以自己去做，也可以請(qǐng)工人做，比較自由而方便.同時(shí)，在UCB的理工科研究生，如果經(jīng)過(guò)幾周的金工培訓(xùn)，這些研究生都可以自己加工一些簡(jiǎn)單的部件.這對(duì)科研工作，特別是創(chuàng)新性（原創(chuàng)性）的科研工作是十分重要的.

9）計(jì)算機(jī)在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的“三原則”.各校在近代物理實(shí)驗(yàn)中大部分使用計(jì)算機(jī)，而在基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中用計(jì)算機(jī)進(jìn)行必要的采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程的約占1／3，而作圖、計(jì)算等用到計(jì)算機(jī)的幾乎是100%，并非所有的實(shí)驗(yàn)工作均由計(jì)算機(jī)來(lái)代替或完成，有些應(yīng)該學(xué)生實(shí)際動(dòng)手的事（如手動(dòng)作圖和某些具體數(shù)值運(yùn)算或演算等），盡管可以利用計(jì)算機(jī)，仍然要讓學(xué)生動(dòng)手去做（學(xué)會(huì)做），不應(yīng)全部“電腦化”，而“人腦廢”.

各校在有利于對(duì)物理原理的解釋和理解、有利于實(shí)驗(yàn)方法的掌握和有利于實(shí)驗(yàn)精確度的提高“三原則”的前提下，才用計(jì)算機(jī).

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