中美物理教学的对比分析
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一、中美大学物理实验教学模式的比较
在斯坦福大学，DOUGLASDOSHEROFF教授特意在黑板上写下“GOAL：Learnhowtodophysics，notspecifictechnique．”意思是说要通过物理实验使学生懂得如何去研究物理问题，而不是只局限在知识的传授和技能的训练范围内。究其这种观念上的区别，原因有二：其一是与传统教学方法有关。我国习惯于从抽象到特殊的教学方法，而美国则重视从特殊到抽象的教学方法。其二是与实践意识有关。国内的学生学习纯理论的较多，理论性、逻辑性较强，而美国的学生非常注重实验，当遇到有争论的问题，往往不是先翻书，而是“让学生实验一下探个究竟”。正如杨振宁博士曾说过的：“我到芝加哥大学攻读博士学位，学到一种与中国完全不同的学习方法。教师要你注意的不是最高原则，而是一些新的现象，并抓住这些现象进行探究、研究、归纳、思考。”这给了我们很大的启示，应该更加充分地认识到物理实验教学的作用和性质，在实验教学中树立更高的目标。
（一）实验教学内容体系的比较
教学内容体系由知识素材、技巧能力和品质道德三个基本因素组成。知识素材是教学内容的基础，技巧能力和品质道德蕴含在知识素材之中。而教材的差异，是导致课程设置、教学内容、教学方法和手段一系列差异的必然结果。在我国，大学物理实验课程基本上是独立设置，与之相适应的教材大多是正式出版的“规划教材、面向21世纪课程教材”等，这些教材理论严谨，内容全面深入。在知识素材的选取上，大多注重传统，经典实验、命题实验较多。所选的实验项目大多是与仪器设备相配套的经典内容，演示实验很少，即使有演示实验，大多是在计算机上通过动画、模拟的形式来完成的。这些传统的物理实验项目规定了实验内容、实验仪器和实验方法，甚至要达到的实验结论，没有选择性且缺乏层次性。学生的实验领域大多在力学、电磁学和光学部分，重点在于培养学生的实验技能，正确使用仪器和取得正确结果。近代物理实验是针对UpperDivision学生开设的，按照力、热、电、光、原子和原子物理的理论结构顺序分别在相应的学期开设，并且所选的实验项目大多是以经典的“验证型”为主，与科技发展的前沿联系不多，对于“研究型、设计型和综合型”的实验，只有少数高校开设。现在有条件的高校逐步在改变这种模式，正在由“验证型”向“研究型”、由训练学生的动手能力向训练学生的逻辑思维能力发展。在美国，教学与实验合二为一。在知识素材的选取上，实验没有专门的教材，实验教材基本上是自编的讲义，有些大学没有自编教材，由教师从市场上选择推荐给学生，根据教师和学生的需求，再由出版商出版。知识素材的显著特点是充分利用现代高新技术并贴近工作生活。对于近代物理实验，大多只有相关的参考教材和实验内容指导书，并且在课程网站上一般都会提供相关资料供学生阅读和使用。对教师而言，教材只是作为一种教学工具，用于帮助师生交换意见和展开讨论；对学生而言，教材也仅仅作为一种辅助学习的工具，不是什么至高无上的考试宝典。据有关专家归纳，美国高校教材有以下特点［1］：（1）统筹安排实验内容，避免不必要的重复和脱节；（2）重点突出，详略得当，注意提高学生的科学素质和能力；（3）注意与现代概念的衔接，引入现代的观点和方法，反应科学的最新成果；（4）不搞统一模式，按不同要求、不同层次有不同安排，突出自身特点。其行文多为谈话式、探讨式，表达形式新颖、流畅，很有亲和力。在课程设置方面主要包括四个部分［2］：（1）课堂演示实验。他们的演示实验的条件非常完善，且内容丰富。加州大学伯克利分校，多媒体教室可容纳500人，教师的演示实验过程清晰地投影到大屏幕上，学生的学习兴趣浓厚，收效甚佳。（2）LowerDivision物理实验。针对一、二年级学生基础知识相对薄弱的特点，各校的开课方式有所不同。有的学校把理论教学和实验教学统一为一门课程，而有的学校则独立设课，学生成绩单独给出。对于不同学科的学生，在选择实验内容和要求上也是有区别的。（3）UpperDivision物理实验。针对三、四年级学生知识面宽的特点，各高校均是独立设课，独立评定实验成绩。且实验题目多、选题广，基本上涵盖了物理学的每一个领域。（4）科研型课题实验。是针对高年级学生开设的选修课，如哈佛大学，每年都会选拔一批本科生参与到科研课题当中，并且课题的内容大多是Project实验，显然其深度和广度要高于我国高校开设的设计、研究型实验。
（二）实验教学方法、手段的比较
教学方法是实验教学中的重要一环，标新立异的教学方法能起到事半功倍的教学效果。教学手段是教学中师生相互传递信息的工具，多媒体网络技术和电子视听设备在教学手段中的应用，能大大提高教学的效果和水平。在我国，大学物理教学和实验教学各自有自己的教学计划，二者根本不一致。这种教学模式无形中给教师的“教”提供了便利，而给学生的“学”却带来了难度。在实验教学过程中，大多是首先让学生在课外预习实验，并按规定的格式要求写出实验报告。然后教师在学生实验之前花上几十分钟针对实验仪器分组讲解实验原理、方法和仪器使用等，再将学生进行分组，由小组共同完成实验任务。学生完全按照既定步骤和要求完成操作过程，效率较高，学生、教师都省心。实践表明，有不少学生是在被动地做实验，盲目得到实验结果。因此，这种缺少想象力和创新性的教学方法，对学生的思维、创新能力的培养是不利的。随着国力的增强，多媒体网络技术和计算机在教学中的广泛应用，大大提高了教学的效果和水平。相比之下，我国高校实验设备的自动化程度还很低，计算机的普及率还远没有达到要求，学生拥有计算机的还不足2／3，并且利用计算机进行娱乐的不在少数。当然，在物理实验中，并非是使用计算机越多越好。因为许多物理现象的观察、操作能力的培养、物理思想的掌握等都不能由计算机来代替。在美国，大学物理理论教学和实验教学一般都是整合在大学物理课程之中的，且讲授内容与实验一致。如麻省理工学院的普通物理学课程中，完全是在实验室里完成的，按照学生每组3人进行分组，以学生自学习为主，教师讲解理论与指导实验同步进行。这样的教学方法，学生能及时从实验中验证所学理论知识，并深刻理解和掌握实验方法；对教师来说无形中增加了工作量，并对教学设施提出了比较高的要求。归纳起来，美国高校在物理实验教学中主要采用的方法有两种：（1）分组探究式教学。这种方法是由华盛顿大学物理教学研究组MCDERMOTT教授等在过去的20多年实践中研究和发展起来的［3］。在课堂教学中，教师将学生分成若干小组，通过启发式的提问，让学生通过设计、实验、观察实验现象，来解释、验证物理现象。2000年美国国家研究理事会组织编写出版了一本科学探究专注，其中将探究式教学的基本特征概括为提出问题、证据、解释、评价及交流［4］。（2）工作室物理实验教学（StudioPhysicsteaching）。这种方法是JACKWILSON于1994年在伦斯勒理工学院首创的，并被美国一些高校广泛应用［3］。这种教学模式是在高度合作、开放的实验环境中，利用先进的实验装置和技术，让学生自觉、主动地学习，然后教师通过一对一的巡回指导帮助学生完成实验。这样的学生知识面要宽一些，解决实际问题的能力也强一些。其自动化程度较高的数据采集和处理的计算机等设备已广泛应用到美国高校的实验教学之中，使用计算机完成普通物理和近代物理实验的比率几乎是35％和100％。况且，他们的每门课程都有相应的网站，学生通过阅览网站，能获得课程大纲、学习辅导、考核方式等课程相关信息。对于大学物理实验，网站上一般都有对实验项目、实验仪器、实验方法、实验原理、实验步骤和实验时间的详细说明，以及利用计算机编程语言编写的虚拟实验，以向学生展示不同内容的实验现象。所以，美国高校的实验教学手段更先进一些。
（三）实验教学评价的比较
教学评价是现代教育教学管理的一种重要手段，是为改进教学、提高教学质量提供决策依据的过程。能否对教学活动作出科学、全面和准确的评价，不仅直接影响到教师的工作积极性和学生的学习主动性，更重要的是关系到对人才培养方案的落实。本文只讨论教师教学工作中对学生大学物理实验课程成绩的评价方式。在我国，大学物理实验课程主要通过平时成绩和期末考试进行评价的。平时成绩是对每个实验的评价而进行的，评价的方式是以学生的预习报告和实验报告而进行的。这一评价方式往往对实验过程的评价没有给予足够的重视，包括实验预习，实验操作和实验报告。期末考试虽然在考试大纲中规定是实验操作，但由于时间、人员、仪器和经费的原因，往往流于形式。为了应付检查，甚至把学生的某一次实验作为期末考试。学生学业成绩的评价，大都是按“课程总评成绩100％＝平时成绩60％＋期末成绩40％”的方式来评价。这种评价方式无疑给教师的工作带来了方便，却体现不出培养能力、提高素质、突出创新为指导的评价理念。在美国，对学生学业成绩的评价，一般按“课程总评成绩100％＝期末考试成绩30％～40％＋平时测验成绩20％～30％＋课后作业成绩20％＋实验成绩10％左右＋考勤、课堂表现成绩10％～20％”的方式来评价。显然，这种增加平时成绩权重的评价方式比较全面、客观，强化了学生对实验的重视。近代物理实验的教学评价既严格认真又细致深入，如麻省理工学院（MassachusettsInstituteofTechnology），是按“课程总评成绩（100％）＝四次单独口头考察（40％）＋期末公开口头表达（10％）＋实验记录（15％）＋预备问题分析（10％）＋考勤及表现（10％）＋四页书面总结（15％）”的方式来评价。可见，在整个教学评价中“四次单独口头考察”占的比重最大，其目的是培养学生做报告的能力；“四页书面总结”是按照学术论文的格式来做；“期末公开口头表达”是按照学术报告的要求来进行［5］。
二、美国大学物理实验教学模式的突出特点及对我们的几点启示
通过对中、美大学物理实验教学模式的比较，可以看出美国高校在大学物理实验教学中的突出特点，以期为我国的大学物理实验教学改革提供有益的借鉴。
（一）美国大学物理实验教学模式的突出特点实验教学观念标新立异；实验教材不拘一格，引入现代的观点和方法，反应科学的最新成果；教学方法灵活多样，教学手段新颖别致，重视课前准备、课外辅导和课堂教学效果；教学评价科学、全面、准确、客观；具有高度合作、开放的工作室物理实验环境；实验室学术气氛浓厚，学术自由。
（二）中美大学物理实验教学模式的启示1多渠道筹措办学资金，改善实验室教学条件一方面，需要政府不断增加对教育的投入，尽早实现国家财政性教育经费支出占国内生产总值比例为4％的目标；另一方面，充分利用社会力量以及依靠科技服务增加学校的收入。2崇尚学术自由师生在校内享有完全的教学、学习和科研自由的权利，教师教学的真理性只接受理智和事实的检验，除此之外不受任何限制［6］。学校体制能否为学术自由打开绿灯，也是同仁们比较关注的问题。3实行开放式实验教学模式实行全方位、多层次的开放式实验教学，不只在于时间和空间的开放，更侧重的是教学内容、教学方法和教学手段上的开放，是观念意识上的开放。这种教学模式能为学生的主动学习和个性发展创造一个较好的外部环境，能满足学生求知、探索、和创新的欲望，侧重创新精神与能力培养，体现了以人为本的教学理念，有效地解决当前实验教学中存在的问题。4构建合理的实验评价体系对学生学业成绩的评价，按“课程总评成绩100％＝平时成绩60％＋期末成绩40％”的方式来评价。针对学生不注重平时实验的操作过程、抄袭（修改或编造）数据的不良作风，采用基于过程评价的新模式，对学生实验全过程进行评价。具体做法是：将实验过程分为实验预习、实验操作和实验报告三个阶段进行评价，每个阶段都有具体的评价指标。（1）实验预习的测评项目包括：实验预习报告和实验课堂提问。这部分成绩占平时成绩的20％。（2）实验操作测评项目包括：实验操作及动手能力情况、实验原始数据等。实验操作及动手能力的考核，是教师对学生实验过程的关键操作环节进行巡视考察。这部分成绩占平时成绩的40％。（3）实验报告的测评项目包括：实验数据的真实、实验数据的处理、根据数据分析得出实验结果、应用科学知识解析实验结果、对实验中出现的问题作出合理的解析以及课后思考题的回答。这部分成绩占平时成绩的40％。这样评价体系，能公正客观、真实有效地评价学生的实验成绩和实验能力，体现了以提高素质、培养能力、突出创新为宗旨的评价理念。
三、结束语
教学方法和教学内容的更新，是大学物理实验教学改革的出发点，教学评价则是大学物理实验改革的衡量标尺和督促力量。若没有切实可行的教学评价体系，那么辛辛苦苦设计的大学物理实验教学模式将重走旧路。因此，教学观念和教学评价，是大学物理实验教学改革的主观因素；而教学内容、教学方法和手段则是教学改革中的客观因素。所以，只有首先在主观上改变对传统大学物理实验教学的认识，再改善教学实践中的客观条件，才能在人才培养方面取得突破性进展。
作者：王化忠单位：云南农业大学基础与信息工程学院
