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中美物理教學(xué)的對比分析
一、中美大學(xué)物理實驗教學(xué)模式的比較
在斯坦福大學(xué)，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(xué)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(xùn)練范圍內(nèi)。究其這種觀念上的區(qū)別，原因有二：其一是與傳統(tǒng)教學(xué)方法有關(guān)。我國習(xí)慣于從抽象到特殊的教學(xué)方法，而美國則重視從特殊到抽象的教學(xué)方法。其二是與實踐意識有關(guān)。國內(nèi)的學(xué)生學(xué)習(xí)純理論的較多，理論性、邏輯性較強，而美國的學(xué)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(xué)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(xué)攻讀博士學(xué)位，學(xué)到一種與中國完全不同的學(xué)習(xí)方法。教師要你注意的不是最高原則，而是一些新的現(xiàn)象，并抓住這些現(xiàn)象進行探究、研究、歸納、思考�！边@給了我們很大的啟示，應(yīng)該更加充分地認識到物理實驗教學(xué)的作用和性質(zhì)，在實驗教學(xué)中樹立更高的目標。
(一)實驗教學(xué)內(nèi)容體系的比較
教學(xué)內(nèi)容體系由知識素材、技巧能力和品質(zhì)道德三個基本因素組成。知識素材是教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)，技巧能力和品質(zhì)道德蘊含在知識素材之中。而教材的差異，是導(dǎo)致課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段一系列差異的必然結(jié)果。在我國，大學(xué)物理實驗課程基本上是獨立設(shè)置，與之相適應(yīng)的教材大多是正式出版的“規(guī)劃教材、面向21世紀課程教材”等，這些教材理論嚴謹，內(nèi)容全面深入。在知識素材的選取上，大多注重傳統(tǒng)，經(jīng)典實驗、命題實驗較多。所選的實驗項目大多是與儀器設(shè)備相配套的經(jīng)典內(nèi)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(tǒng)的物理實驗項目規(guī)定了實驗內(nèi)容、實驗儀器和實驗方法，甚至要達到的實驗結(jié)論，沒有選擇性且缺乏層次性。學(xué)生的實驗領(lǐng)域大多在力學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)部分，重點在于培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能，正確使用儀器和取得正確結(jié)果。近代物理實驗是針對UpperDivision學(xué)生開設(shè)的，按照力、熱、電、光、原子和原子物理的理論結(jié)構(gòu)順序分別在相應(yīng)的學(xué)期開設(shè)，并且所選的實驗項目大多是以經(jīng)典的“驗證型”為主，與科技發(fā)展的前沿聯(lián)系不多，對于“研究型、設(shè)計型和綜合型”的實驗，只有少數(shù)高校開設(shè)。現(xiàn)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(xùn)練學(xué)生的動手能力向訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維能力發(fā)展。在美國，教學(xué)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(xué)沒有自編教材，由教師從市場上選擇推薦給學(xué)生，根據(jù)教師和學(xué)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(xiàn)代高新技術(shù)并貼近工作生活。對于近代物理實驗，大多只有相關(guān)的參考教材和實驗內(nèi)容指導(dǎo)書，并且在課程網(wǎng)站上一般都會提供相關(guān)資料供學(xué)生閱讀和使用。對教師而言，教材只是作為一種教學(xué)工具，用于幫助師生交換意見和展開討論;對學(xué)生而言，教材也僅僅作為一種輔助學(xué)習(xí)的工具，不是什么至高無上的考試寶典。據(jù)有關(guān)專家歸納，美國高校教材有以下特點[1]：(1)統(tǒng)籌安排實驗內(nèi)容，避免不必要的重復(fù)和脫節(jié);(2)重點突出，詳略得當，注意提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和能力;(3)注意與現(xiàn)代概念的銜接，引入現(xiàn)代的觀點和方法，反應(yīng)科學(xué)的最新成果;(4)不搞統(tǒng)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(shè)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(nèi)容豐富。加州大學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣濃厚，收效甚佳。(2)LowerDivision物理實驗。針對一、二年級學(xué)生基礎(chǔ)知識相對薄弱的特點，各校的開課方式有所不同。有的學(xué)校把理論教學(xué)和實驗教學(xué)統(tǒng)一為一門課程，而有的學(xué)校則獨立設(shè)課，學(xué)生成績單獨給出。對于不同學(xué)科的學(xué)生，在選擇實驗內(nèi)容和要求上也是有區(qū)別的。(3)UpperDivision物理實驗。針對三、四年級學(xué)生知識面寬的特點，各高校均是獨立設(shè)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(xué)的每一個領(lǐng)域。(4)科研型課題實驗。是針對高年級學(xué)生開設(shè)的選修課，如哈佛大學(xué)，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(nèi)容大多是Project實驗，顯然其深度和廣度要高于我國高校開設(shè)的設(shè)計、研究型實驗。
(二)實驗教學(xué)方法、手段的比較
教學(xué)方法是實驗教學(xué)中的重要一環(huán)，標新立異的教學(xué)方法能起到事半功倍的教學(xué)效果。教學(xué)手段是教學(xué)中師生相互傳遞信息的工具，多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電子視聽設(shè)備在教學(xué)手段中的應(yīng)用，能大大提高教學(xué)的效果和水平。在我國，大學(xué)物理教學(xué)和實驗教學(xué)各自有自己的教學(xué)計劃，二者根本不一致。這種教學(xué)模式無形中給教師的“教”提供了便利，而給學(xué)生的“學(xué)”卻帶來了難度。在實驗教學(xué)過程中，大多是首先讓學(xué)生在課外預(yù)習(xí)實驗，并按規(guī)定的格式要求寫出實驗報告。然后教師在學(xué)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(xué)生進行分組，由小組共同完成實驗任務(wù)。學(xué)生完全按照既定步驟和要求完成操作過程，效率較高，學(xué)生、教師都省心。實踐表明，有不少學(xué)生是在被動地做實驗，盲目得到實驗結(jié)果。因此，這種缺少想象力和創(chuàng)新性的教學(xué)方法，對學(xué)生的思維、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是不利的。隨著國力的增強，多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機在教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，大大提高了教學(xué)的效果和水平。相比之下，我國高校實驗設(shè)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(xué)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(shù)。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(xiàn)象的觀察、操作能力的培養(yǎng)、物理思想的掌握等都不能由計算機來代替。在美國，大學(xué)物理理論教學(xué)和實驗教學(xué)一般都是整合在大學(xué)物理課程之中的，且講授內(nèi)容與實驗一致。如麻省理工學(xué)院的普通物理學(xué)課程中，完全是在實驗室里完成的，按照學(xué)生每組3人進行分組，以學(xué)生自學(xué)習(xí)為主，教師講解理論與指導(dǎo)實驗同步進行。這樣的教學(xué)方法，學(xué)生能及時從實驗中驗證所學(xué)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(xué)設(shè)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(xué)中主要采用的方法有兩種：(1)分組探究式教學(xué)。這種方法是由華盛頓大學(xué)物理教學(xué)研究組MCDERMOTT教授等在過去的20多年實踐中研究和發(fā)展起來的[3]。在課堂教學(xué)中，教師將學(xué)生分成若干小組，通過啟發(fā)式的提問，讓學(xué)生通過設(shè)計、實驗、觀察實驗現(xiàn)象，來解釋、驗證物理現(xiàn)象。2000年美國國家研究理事會組織編寫出版了一本科學(xué)探究專注，其中將探究式教學(xué)的基本特征概括為提出問題、證據(jù)、解釋、評價及交流[4]。(2)工作室物理實驗教學(xué)(StudioPhysicsteaching)。這種方法是JACKWILSON于1994年在倫斯勒理工學(xué)院首創(chuàng)的，并被美國一些高校廣泛應(yīng)用[3]。這種教學(xué)模式是在高度合作、開放的實驗環(huán)境中，利用先進的實驗裝置和技術(shù)，讓學(xué)生自覺、主動地學(xué)習(xí)，然后教師通過一對一的巡回指導(dǎo)幫助學(xué)生完成實驗。這樣的學(xué)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(shù)據(jù)采集和處理的計算機等設(shè)備已廣泛應(yīng)用到美國高校的實驗教學(xué)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(yīng)的網(wǎng)站，學(xué)生通過閱覽網(wǎng)站，能獲得課程大綱、學(xué)習(xí)輔導(dǎo)、考核方式等課程相關(guān)信息。對于大學(xué)物理實驗，網(wǎng)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?qū)W生展示不同內(nèi)容的實驗現(xiàn)象。所以，美國高校的實驗教學(xué)手段更先進一些。
(三)實驗教學(xué)評價的比較
教學(xué)評價是現(xiàn)代教育教學(xué)管理的一種重要手段，是為改進教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量提供決策依據(jù)的過程。能否對教學(xué)活動作出科學(xué)、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(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，更重要的是關(guān)系到對人才培養(yǎng)方案的落實。本文只討論教師教學(xué)工作中對學(xué)生大學(xué)物理實驗課程成績的評價方式。在我國，大學(xué)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(xué)生的預(yù)習(xí)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(yù)習(xí)，實驗操作和實驗報告。期末考試雖然在考試大綱中規(guī)定是實驗操作，但由于時間、人員、儀器和經(jīng)費的原因，往往流于形式。為了應(yīng)付檢查，甚至把學(xué)生的某一次實驗作為期末考試。學(xué)生學(xué)業(yè)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(xiàn)不出培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)、突出創(chuàng)新為指導(dǎo)的評價理念。在美國，對學(xué)生學(xué)業(yè)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(yè)成績20%+實驗成績10%左右+考勤、課堂表現(xiàn)成績10%～20%”的方式來評價。顯然，這種增加平時成績權(quán)重的評價方式比較全面、客觀，強化了學(xué)生對實驗的重視。近代物理實驗的教學(xué)評價既嚴格認真又細致深入，如麻省理工學(xué)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(yù)備問題分析(10%)+考勤及表現(xiàn)(10%)+四頁書面總結(jié)(15%)”的方式來評價�？梢�，在整個教學(xué)評價中“四次單獨口頭考察”占的比重最大，其目的是培養(yǎng)學(xué)生做報告的能力;“四頁書面總結(jié)”是按照學(xué)術(shù)論文的格式來做;“期末公開口頭表達”是按照學(xué)術(shù)報告的要求來進行[5]。
二、美國大學(xué)物理實驗教學(xué)模式的突出特點及對我們的幾點啟示
通過對中、美大學(xué)物理實驗教學(xué)模式的比較，可以看出美國高校在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的突出特點，以期為我國的大學(xué)物理實驗教學(xué)改革提供有益的借鑒。
(一)美國大學(xué)物理實驗教學(xué)模式的突出特點實驗教學(xué)觀念標新立異;實驗教材不拘一格，引入現(xiàn)代的觀點和方法，反應(yīng)科學(xué)的最新成果;教學(xué)方法靈活多樣，教學(xué)手段新穎別致，重視課前準備、課外輔導(dǎo)和課堂教學(xué)效果;教學(xué)評價科學(xué)、全面、準確、客觀;具有高度合作、開放的工作室物理實驗環(huán)境;實驗室學(xué)術(shù)氣氛濃厚，學(xué)術(shù)自由。
(二)中美大學(xué)物理實驗教學(xué)模式的啟示1?多渠道籌措辦學(xué)資金，改善實驗室教學(xué)條件一方面，需要政府不斷增加對教育的投入，盡早實現(xiàn)國家財政性教育經(jīng)費支出占國內(nèi)生產(chǎn)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(wù)增加學(xué)校的收入。2?崇尚學(xué)術(shù)自由師生在校內(nèi)享有完全的教學(xué)、學(xué)習(xí)和科研自由的權(quán)利，教師教學(xué)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(xué)校體制能否為學(xué)術(shù)自由打開綠燈，也是同仁們比較關(guān)注的問題。3?實行開放式實驗教學(xué)模式實行全方位、多層次的開放式實驗教學(xué)，不只在于時間和空間的開放，更側(cè)重的是教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段上的開放，是觀念意識上的開放。這種教學(xué)模式能為學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和個性發(fā)展創(chuàng)造一個較好的外部環(huán)境，能滿足學(xué)生求知、探索、和創(chuàng)新的欲望，側(cè)重創(chuàng)新精神與能力培養(yǎng)，體現(xiàn)了以人為本的教學(xué)理念，有效地解決當前實驗教學(xué)中存在的問題。4?構(gòu)建合理的實驗評價體系對學(xué)生學(xué)業(yè)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(xué)生不注重平時實驗的操作過程、抄襲(修改或編造)數(shù)據(jù)的不良作風(fēng)，采用基于過程評價的新模式，對學(xué)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(yù)習(xí)、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(yù)習(xí)的測評項目包括：實驗預(yù)習(xí)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(shù)據(jù)等。實驗操作及動手能力的考核，是教師對學(xué)生實驗過程的關(guān)鍵操作環(huán)節(jié)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(shù)據(jù)的真實、實驗數(shù)據(jù)的處理、根據(jù)數(shù)據(jù)分析得出實驗結(jié)果、應(yīng)用科學(xué)知識解析實驗結(jié)果、對實驗中出現(xiàn)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(xué)生的實驗成績和實驗?zāi)芰�，體現(xiàn)了以提高素質(zhì)、培養(yǎng)能力、突出創(chuàng)新為宗旨的評價理念。
三、結(jié)束語
教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的更新，是大學(xué)物理實驗教學(xué)改革的出發(fā)點，教學(xué)評價則是大學(xué)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(xué)評價體系，那么辛辛苦苦設(shè)計的大學(xué)物理實驗教學(xué)模式將重走舊路。因此，教學(xué)觀念和教學(xué)評價，是大學(xué)物理實驗教學(xué)改革的主觀因素;而教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段則是教學(xué)改革中的客觀因素。所以，只有首先在主觀上改變對傳統(tǒng)大學(xué)物理實驗教學(xué)的認識，再改善教學(xué)實踐中的客觀條件，才能在人才培養(yǎng)方面取得突破性進展。
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