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中美物理教學的對比分析
一、中美大學物理實驗教學模式的比較
在斯坦福大學，DOUGLASDOS?HEROFF教授特意在黑板上寫下“GOAL：Learnhowtodophysics，notspecifictechnique.”意思是說要通過物理實驗使學生懂得如何去研究物理問題，而不是只局限在知識的傳授和技能的訓練范圍內。究其這種觀念上的區別，原因有二：其一是與傳統教學方法有關。我國習慣于從抽象到特殊的教學方法，而美國則重視從特殊到抽象的教學方法。其二是與實踐意識有關。國內的學生學習純理論的較多，理論性、邏輯性較強，而美國的學生非常注重實驗，當遇到有爭論的問題，往往不是先翻書，而是“讓學生實驗一下探個究竟”。正如楊振寧博士曾說過的：“我到芝加哥大學攻讀博士學位，學到一種與中國完全不同的學習方法。教師要你注意的不是最高原則，而是一些新的現象，并抓住這些現象進行探究、研究、歸納、思考。”這給了我們很大的啟示，應該更加充分地認識到物理實驗教學的作用和性質，在實驗教學中樹立更高的目標。
(一)實驗教學內容體系的比較
教學內容體系由知識素材、技巧能力和品質道德三個基本因素組成。知識素材是教學內容的基礎，技巧能力和品質道德蘊含在知識素材之中。而教材的差異，是導致課程設置、教學內容、教學方法和手段一系列差異的必然結果。在我國，大學物理實驗課程基本上是獨立設置，與之相適應的教材大多是正式出版的“規劃教材、面向21世紀課程教材”等，這些教材理論嚴謹，內容全面深入。在知識素材的選取上，大多注重傳統，經典實驗、命題實驗較多。所選的實驗項目大多是與儀器設備相配套的經典內容，演示實驗很少，即使有演示實驗，大多是在計算機上通過動畫、模擬的形式來完成的。這些傳統的物理實驗項目規定了實驗內容、實驗儀器和實驗方法，甚至要達到的實驗結論，沒有選擇性且缺乏層次性。學生的實驗領域大多在力學、電磁學和光學部分，重點在于培養學生的實驗技能，正確使用儀器和取得正確結果。近代物理實驗是針對UpperDivision學生開設的，按照力、熱、電、光、原子和原子物理的理論結構順序分別在相應的學期開設，并且所選的實驗項目大多是以經典的“驗證型”為主，與科技發展的前沿聯系不多，對于“研究型、設計型和綜合型”的實驗，只有少數高校開設�，F在有條件的高校逐步在改變這種模式，正在由“驗證型”向“研究型”、由訓練學生的動手能力向訓練學生的邏輯思維能力發展。在美國，教學與實驗合二為一。在知識素材的選取上，實驗沒有專門的教材，實驗教材基本上是自編的講義，有些大學沒有自編教材，由教師從市場上選擇推薦給學生，根據教師和學生的需求，再由出版商出版。知識素材的顯著特點是充分利用現代高新技術并貼近工作生活。對于近代物理實驗，大多只有相關的參考教材和實驗內容指導書，并且在課程網站上一般都會提供相關資料供學生閱讀和使用。對教師而言，教材只是作為一種教學工具，用于幫助師生交換意見和展開討論;對學生而言，教材也僅僅作為一種輔助學習的工具，不是什么至高無上的考試寶典。據有關專家歸納，美國高校教材有以下特點[1]：(1)統籌安排實驗內容，避免不必要的重復和脫節;(2)重點突出，詳略得當，注意提高學生的科學素質和能力;(3)注意與現代概念的銜接，引入現代的觀點和方法，反應科學的最新成果;(4)不搞統一模式，按不同要求、不同層次有不同安排，突出自身特點。其行文多為談話式、探討式，表達形式新穎、流暢，很有親和力。在課程設置方面主要包括四個部分[2]：(1)課堂演示實驗。他們的演示實驗的條件非常完善，且內容豐富。加州大學伯克利分校，多媒體教室可容納500人，教師的演示實驗過程清晰地投影到大屏幕上，學生的學習興趣濃厚，收效甚佳。(2)LowerDivision物理實驗。針對一、二年級學生基礎知識相對薄弱的特點，各校的開課方式有所不同。有的學校把理論教學和實驗教學統一為一門課程，而有的學校則獨立設課，學生成績單獨給出。對于不同學科的學生，在選擇實驗內容和要求上也是有區別的。(3)UpperDivision物理實驗。針對三、四年級學生知識面寬的特點，各高校均是獨立設課，獨立評定實驗成績。且實驗題目多、選題廣，基本上涵蓋了物理學的每一個領域。(4)科研型課題實驗。是針對高年級學生開設的選修課，如哈佛大學，每年都會選拔一批本科生參與到科研課題當中，并且課題的內容大多是Project實驗，顯然其深度和廣度要高于我國高校開設的設計、研究型實驗。
(二)實驗教學方法、手段的比較
教學方法是實驗教學中的重要一環，標新立異的教學方法能起到事半功倍的教學效果。教學手段是教學中師生相互傳遞信息的工具，多媒體網絡技術和電子視聽設備在教學手段中的應用，能大大提高教學的效果和水平。在我國，大學物理教學和實驗教學各自有自己的教學計劃，二者根本不一致。這種教學模式無形中給教師的“教”提供了便利，而給學生的“學”卻帶來了難度。在實驗教學過程中，大多是首先讓學生在課外預習實驗，并按規定的格式要求寫出實驗報告。然后教師在學生實驗之前花上幾十分鐘針對實驗儀器分組講解實驗原理、方法和儀器使用等，再將學生進行分組，由小組共同完成實驗任務。學生完全按照既定步驟和要求完成操作過程，效率較高，學生、教師都省心。實踐表明，有不少學生是在被動地做實驗，盲目得到實驗結果。因此，這種缺少想象力和創新性的教學方法，對學生的思維、創新能力的培養是不利的。隨著國力的增強，多媒體網絡技術和計算機在教學中的廣泛應用，大大提高了教學的效果和水平。相比之下，我國高校實驗設備的自動化程度還很低，計算機的普及率還遠沒有達到要求，學生擁有計算機的還不足2/3，并且利用計算機進行娛樂的不在少數。當然，在物理實驗中，并非是使用計算機越多越好。因為許多物理現象的觀察、操作能力的培養、物理思想的掌握等都不能由計算機來代替。在美國，大學物理理論教學和實驗教學一般都是整合在大學物理課程之中的，且講授內容與實驗一致。如麻省理工學院的普通物理學課程中，完全是在實驗室里完成的，按照學生每組3人進行分組，以學生自學習為主，教師講解理論與指導實驗同步進行。這樣的教學方法，學生能及時從實驗中驗證所學理論知識，并深刻理解和掌握實驗方法;對教師來說無形中增加了工作量，并對教學設施提出了比較高的要求。歸納起來，美國高校在物理實驗教學中主要采用的方法有兩種：(1)分組探究式教學。這種方法是由華盛頓大學物理教學研究組MCDERMOTT教授等在過去的20多年實踐中研究和發展起來的[3]。在課堂教學中，教師將學生分成若干小組，通過啟發式的提問，讓學生通過設計、實驗、觀察實驗現象，來解釋、驗證物理現象。2000年美國國家研究理事會組織編寫出版了一本科學探究專注，其中將探究式教學的基本特征概括為提出問題、證據、解釋、評價及交流[4]。(2)工作室物理實驗教學(StudioPhysicsteaching)。這種方法是JACKWILSON于1994年在倫斯勒理工學院首創的，并被美國一些高校廣泛應用[3]。這種教學模式是在高度合作、開放的實驗環境中，利用先進的實驗裝置和技術，讓學生自覺、主動地學習，然后教師通過一對一的巡回指導幫助學生完成實驗。這樣的學生知識面要寬一些，解決實際問題的能力也強一些。其自動化程度較高的數據采集和處理的計算機等設備已廣泛應用到美國高校的實驗教學之中，使用計算機完成普通物理和近代物理實驗的比率幾乎是35%和100%。況且，他們的每門課程都有相應的網站，學生通過閱覽網站，能獲得課程大綱、學習輔導、考核方式等課程相關信息。對于大學物理實驗，網站上一般都有對實驗項目、實驗儀器、實驗方法、實驗原理、實驗步驟和實驗時間的詳細說明，以及利用計算機編程語言編寫的虛擬實驗，以向學生展示不同內容的實驗現象。所以，美國高校的實驗教學手段更先進一些。
(三)實驗教學評價的比較
教學評價是現代教育教學管理的一種重要手段，是為改進教學、提高教學質量提供決策依據的過程。能否對教學活動作出科學、全面和準確的評價，不僅直接影響到教師的工作積極性和學生的學習主動性，更重要的是關系到對人才培養方案的落實。本文只討論教師教學工作中對學生大學物理實驗課程成績的評價方式。在我國，大學物理實驗課程主要通過平時成績和期末考試進行評價的。平時成績是對每個實驗的評價而進行的，評價的方式是以學生的預習報告和實驗報告而進行的。這一評價方式往往對實驗過程的評價沒有給予足夠的重視，包括實驗預習，實驗操作和實驗報告。期末考試雖然在考試大綱中規定是實驗操作，但由于時間、人員、儀器和經費的原因，往往流于形式。為了應付檢查，甚至把學生的某一次實驗作為期末考試。學生學業成績的評價，大都是按“課程總評成績100%=平時成績60%+期末成績40%”的方式來評價。這種評價方式無疑給教師的工作帶來了方便，卻體現不出培養能力、提高素質、突出創新為指導的評價理念。在美國，對學生學業成績的評價，一般按“課程總評成績100%=期末考試成績30%～40%+平時測驗成績20%～30%+課后作業成績20%+實驗成績10%左右+考勤、課堂表現成績10%～20%”的方式來評價。顯然，這種增加平時成績權重的評價方式比較全面、客觀，強化了學生對實驗的重視。近代物理實驗的教學評價既嚴格認真又細致深入，如麻省理工學院(Massachu?settsInstituteofTechnology)，是按“課程總評成績(100%)=四次單獨口頭考察(40%)+期末公開口頭表達(10%)+實驗記錄(15%)+預備問題分析(10%)+考勤及表現(10%)+四頁書面總結(15%)”的方式來評價�？梢姡谡麄�教學評價中“四次單獨口頭考察”占的比重最大，其目的是培養學生做報告的能力;“四頁書面總結”是按照學術論文的格式來做;“期末公開口頭表達”是按照學術報告的要求來進行[5]。
二、美國大學物理實驗教學模式的突出特點及對我們的幾點啟示
通過對中、美大學物理實驗教學模式的比較，可以看出美國高校在大學物理實驗教學中的突出特點，以期為我國的大學物理實驗教學改革提供有益的借鑒。
(一)美國大學物理實驗教學模式的突出特點實驗教學觀念標新立異;實驗教材不拘一格，引入現代的觀點和方法，反應科學的最新成果;教學方法靈活多樣，教學手段新穎別致，重視課前準備、課外輔導和課堂教學效果;教學評價科學、全面、準確、客觀;具有高度合作、開放的工作室物理實驗環境;實驗室學術氣氛濃厚，學術自由。
(二)中美大學物理實驗教學模式的啟示1?多渠道籌措辦學資金，改善實驗室教學條件一方面，需要政府不斷增加對教育的投入，盡早實現國家財政性教育經費支出占國內生產總值比例為4%的目標;另一方面，充分利用社會力量以及依靠科技服務增加學校的收入。2?崇尚學術自由師生在校內享有完全的教學、學習和科研自由的權利，教師教學的真理性只接受理智和事實的檢驗，除此之外不受任何限制[6]。學校體制能否為學術自由打開綠燈，也是同仁們比較關注的問題。3?實行開放式實驗教學模式實行全方位、多層次的開放式實驗教學，不只在于時間和空間的開放，更側重的是教學內容、教學方法和教學手段上的開放，是觀念意識上的開放。這種教學模式能為學生的主動學習和個性發展創造一個較好的外部環境，能滿足學生求知、探索、和創新的欲望，側重創新精神與能力培養，體現了以人為本的教學理念，有效地解決當前實驗教學中存在的問題。4?構建合理的實驗評價體系對學生學業成績的評價，按“課程總評成績100%=平時成績60%+期末成績40%”的方式來評價。針對學生不注重平時實驗的操作過程、抄襲(修改或編造)數據的不良作風，采用基于過程評價的新模式，對學生實驗全過程進行評價。具體做法是：將實驗過程分為實驗預習、實驗操作和實驗報告三個階段進行評價，每個階段都有具體的評價指標。(1)實驗預習的測評項目包括：實驗預習報告和實驗課堂提問。這部分成績占平時成績的20%。(2)實驗操作測評項目包括：實驗操作及動手能力情況、實驗原始數據等。實驗操作及動手能力的考核，是教師對學生實驗過程的關鍵操作環節進行巡視考察。這部分成績占平時成績的40%。(3)實驗報告的測評項目包括：實驗數據的真實、實驗數據的處理、根據數據分析得出實驗結果、應用科學知識解析實驗結果、對實驗中出現的問題作出合理的解析以及課后思考題的回答。這部分成績占平時成績的40%。這樣評價體系，能公正客觀、真實有效地評價學生的實驗成績和實驗能力，體現了以提高素質、培養能力、突出創新為宗旨的評價理念。
三、結束語
教學方法和教學內容的更新，是大學物理實驗教學改革的出發點，教學評價則是大學物理實驗改革的衡量標尺和督促力量。若沒有切實可行的教學評價體系，那么辛辛苦苦設計的大學物理實驗教學模式將重走舊路。因此，教學觀念和教學評價，是大學物理實驗教學改革的主觀因素;而教學內容、教學方法和手段則是教學改革中的客觀因素。所以，只有首先在主觀上改變對傳統大學物理實驗教學的認識，再改善教學實踐中的客觀條件，才能在人才培養方面取得突破性進展。
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