中美高校大學(xué)物理實驗教學(xué)比較研究

陳紅梅，孫文斌

(安徽工業(yè)大學(xué) 數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是創(chuàng)新教育的核心。實驗教學(xué)是實現(xiàn)創(chuàng)新教育的一個重要手段[1-2]。大學(xué)物理實驗是一門實踐性、應(yīng)用性和操作性強(qiáng)的課程。通過動手操作，學(xué)生不僅加深了對理論知識的理解，更好掌握書本上所學(xué)的知識，同時還能夠提高動手能力、觀察能力以及獨(dú)立解決實際問題能力，而且可以培養(yǎng)探究精神，為將來進(jìn)一步從事實驗科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)[3-6]。針對大學(xué)物理實驗教學(xué)，以美國麻州州立大學(xué)羅威爾分校與安徽工業(yè)大學(xué)大學(xué)物理實驗教學(xué)為例，對中美實驗教學(xué)的理念、設(shè)備、教學(xué)方法、實驗報告和考核等進(jìn)行比較。

一、中美大學(xué)物理實驗教學(xué)中的差異

(一)教學(xué)理念

大學(xué)物理實驗教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，驗證所學(xué)的知識原理，培養(yǎng)良好的實驗素養(yǎng)，為進(jìn)一步深入從事實驗科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。這是中美大學(xué)物理實驗教學(xué)的共同點(diǎn)。在具體實施這一理念的過程中，還存在諸多差異。美國大學(xué)生的動手能力極強(qiáng)，合作精神較中國學(xué)生強(qiáng)。中國學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)工作的能力較為明顯，數(shù)學(xué)計算的能力高于美國學(xué)生。但中國學(xué)生總體上顯得較為靦腆，這一點(diǎn)限制了創(chuàng)新能力的發(fā)展。學(xué)校開設(shè)大學(xué)物理實驗課程，不僅在于培養(yǎng)學(xué)生的動手創(chuàng)新能力，為將來更好的工作、學(xué)習(xí)以及生活打下基礎(chǔ)?？梢哉f培養(yǎng)更好的觀察及動手能力，為將來更好從事實驗性的科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。美國大學(xué)生基本上在聽完老師講述實驗原理，演示完之后，立即大大方方開展實驗，在實驗過程中如遇到問題，同組同學(xué)之間能夠互相討論，解決問題，非?；钴S、非常認(rèn)真完成實驗課程設(shè)計，基本上屬于“問題解決”型。他們很少有問題問老師，基本可以通過獨(dú)立實驗操作和相互之間的討論解決。學(xué)生們顯得較為“成熟”，師生之間更像“合作”的關(guān)系，教師的工作任務(wù)完成比較輕松。而在中國大學(xué)物理的實驗課堂，學(xué)生顯得膽小，較為靦腆，課堂氣氛相對較為沉悶。在教師講述實驗原理的時候，大部分學(xué)生默不作聲，默默聽老師講解，即使回答問題也顯得較為“稚氣”。實驗操作的時候，每個人都非常聽話回到自己的座位上按照老師說的操作，完全是完成老師布置的“任務(wù)、作業(yè)”，沒有明確的目的。在操作的過程中，遇到較多的問題，對于這些問題，他們大多直接問老師。面對這樣的情形，老師較為忙碌，忙得像“陀螺”?？偠灾?，美國學(xué)生非常喜歡“物理實驗課”，把大學(xué)物理實驗當(dāng)作一種“實踐”；而中國學(xué)生更多把大學(xué)物理實驗當(dāng)作同其他課程一樣的“理論課”完成任務(wù)?！安僮鳌邮?、實踐、創(chuàng)作”的宗旨貫徹的較為不明顯。

(二)儀器設(shè)備和教學(xué)方法

因為所做的實驗內(nèi)容有很大的差異，決定了所使用的儀器設(shè)備有很大的不同。中國大學(xué)物理實驗所使用的儀器有：分光計(光柵，三棱鏡)、馬克爾遜干涉儀、電學(xué)儀器(萬用表，電阻箱，電阻，檢流計)、示波器、函數(shù)發(fā)生器、三線擺、超聲聲速測量儀(壓電換能器)、比熱容比測量儀，基本上一人一臺，沒有電腦。大屏幕電視用于播放幻燈片。美國大學(xué)物理實驗所使用的儀器：氣墊導(dǎo)軌(加速，減速運(yùn)動)、三棱鏡、光柵、駐波測量儀、電學(xué)儀器(萬用表，電阻箱，電阻，檢流計)、簡諧振動不同直徑的數(shù)個鋼環(huán)。每兩人一組，每組配備電腦(電腦里裝有軟件，供每個學(xué)生用于數(shù)據(jù)處理)，有投影儀用于演示講解。從儀器設(shè)備上來看，除了電腦外，我們的配備比美國強(qiáng)，而且可以做到人手一臺，從這個方面來說，我們國家已經(jīng)配備得相當(dāng)好了。但是我們還是不如美國先進(jìn)，他們基本上人手一臺電腦，安裝了軟件程序，用于處理數(shù)據(jù)，復(fù)雜的計算只需輸入原始數(shù)據(jù)，結(jié)果立即出來。我們國家的大學(xué)生數(shù)學(xué)強(qiáng)，善于計算，即使沒有計算機(jī)，也能算得很好，包括不確定度。但是沒有計算機(jī)的幫助，計算的復(fù)雜度是有限的。 比如三線擺的實驗，有很多同學(xué)因為計算公式的復(fù)雜，在實驗報告中放棄計算轉(zhuǎn)動慣量。

教學(xué)方法上，美國主要采用投影講解，講解計算機(jī)里軟件的使用，教師操作演示，輔之以板書。中國過去教師不乏“苦口婆心”的娓娓道來。近年來，ppt引入課堂，教師從乏味的辛苦勞作中解放出來，取而代之的是生動有趣的ppt，但計算機(jī)及相應(yīng)的軟件程序尚未引入課堂，一定程度上限制了課堂教學(xué)及學(xué)生的數(shù)據(jù)處理。雖然我國大學(xué)生大學(xué)物理實驗要作不確定度的處理，但是難易程度是相當(dāng)有限的。

(三)實驗報告和考核

實驗報告的撰寫中美之間存在巨大的差異。在美國，抄襲是非?？蓯u的行為，所以實驗報告的撰寫基本上是沒有抄襲的。實驗原理中的每一句話都是用自己的語言寫出來，而且必須打印，包括實驗?zāi)康?、原理、步驟、數(shù)據(jù)處理、結(jié)論分析以及思考題。每一個實驗報告就像一本小論文，20多頁。完成時間是一個星期。由此可見，只有在理解的基礎(chǔ)上才能寫出這樣的實驗報告。中國學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力十分大，中國學(xué)生十分聽話，懂禮，在其他學(xué)科沉重學(xué)習(xí)壓力下，幾乎沒有太多的時間與精力分給大學(xué)物理實驗。在完成實驗報告時，原理、步驟基本上是原封不動的抄襲課本，數(shù)據(jù)處理自己完成，沒有思考題。實驗報告基本上是手寫，不需電腦打印。

關(guān)于考核，每一次的實驗報告成績就是美國學(xué)生的大學(xué)物理實驗課的成績。他們更多的把“實驗操作”當(dāng)做一種工作，成功的實驗操作確保了高質(zhì)量的實驗報告的完成?？己耸亲屩袊髮W(xué)生緊張的，以前大學(xué)物理實驗通常會有操作考核，而現(xiàn)在通常為平時操作和實驗報告各占25%，期末考核占50%。學(xué)生們都爭著第一個完成實驗操作。各種考核讓中國理工科的大學(xué)生“誠惶誠恐”。即使實驗課，也無法避免考試，難懂的實驗原理，無數(shù)個長而復(fù)雜的公式，不熟悉的儀器及原理，細(xì)致微妙的操作，數(shù)據(jù)的處理，不確定度的計算，導(dǎo)致中國大學(xué)生考試的壓力十分大。而美國的大學(xué)物理實驗教育卻顯得較為自由，愉快，壓力“潛移默化”于每一次實驗，每一個實驗報告中。

對于教師的考核，美國較為嚴(yán)厲，學(xué)期結(jié)束，每一個學(xué)生給教師打分評價，系里根據(jù)學(xué)生的評價決定下個學(xué)期的任職。所以教師必須教好書，要有一種“服務(wù)”的思想，將“學(xué)生”當(dāng)做服務(wù)的上帝。在中國，教師充當(dāng)“老黃?！钡慕巧?，“任勞任怨”。

二、結(jié)論與展望

中美大學(xué)物理實驗教學(xué)各有優(yōu)缺點(diǎn)，各有長處。根據(jù)中美大學(xué)物理實驗教學(xué)的特點(diǎn)，提出如下幾點(diǎn)建議。

第一，必要的考核。每一個大學(xué)物理實驗都是著名的物理學(xué)家經(jīng)典的物理學(xué)原理的實現(xiàn)，是重要的實驗原理實現(xiàn)的精華。熟悉原理、儀器以及操作是十分有必要的，必要的操作考核可以保證學(xué)生更加認(rèn)真對待實驗操作，完成實驗操作。

第二，以興趣為主導(dǎo)。大學(xué)物理實驗主要是培養(yǎng)大學(xué)生的動手能力，激發(fā)大學(xué)理工科生對物理、對科學(xué)的興趣。頻繁的考核與考試會使學(xué)生失去對大學(xué)物理實驗教學(xué)的“興趣”，學(xué)生以“完成任務(wù)”為主導(dǎo)，而不是以“興趣”為主導(dǎo)。

第三，精簡實驗內(nèi)容。15個實驗對學(xué)生來說難度有點(diǎn)大，還來不及消化吸收所學(xué)的，又轉(zhuǎn)為下一個實驗。以至于在筆試時，有時即使考的只是標(biāo)題，學(xué)生不知道的也是多數(shù)。

第四，“誠信教學(xué)”。就是指大學(xué)物理實驗教學(xué)中師生本著實事求是的態(tài)度，本著在教學(xué)科研中努力鉆研的精神，在教學(xué)中做到“誠實無欺”。從學(xué)生的角度來說，就是“不虛偽”，“不抄襲”，實驗報告(實驗?zāi)康?，實驗原理，實驗步驟，數(shù)據(jù)處理，思考題)用自己的語言撰寫，“不抄襲課本”，“不篡改”數(shù)據(jù)。