中美高校大學物理實驗教學比較研究

陳紅梅，孫文斌

(安徽工業大學 數理科學與工程學院，安徽 馬鞍山 243002)

創新能力的培養是創新教育的核心。實驗教學是實現創新教育的一個重要手段[1-2]。大學物理實驗是一門實踐性、應用性和操作性強的課程。通過動手操作，學生不僅加深了對理論知識的理解，更好掌握書本上所學的知識，同時還能夠提高動手能力、觀察能力以及獨立解決實際問題能力，而且可以培養探究精神，為將來進一步從事實驗科學研究打下良好的基礎[3-6]。針對大學物理實驗教學，以美國麻州州立大學羅威爾分校與安徽工業大學大學物理實驗教學為例，對中美實驗教學的理念、設備、教學方法、實驗報告和考核等進行比較。

一、中美大學物理實驗教學中的差異

(一)教學理念

大學物理實驗教學旨在培養學生的動手能力，驗證所學的知識原理，培養良好的實驗素養，為進一步深入從事實驗科學研究打下良好的基礎。這是中美大學物理實驗教學的共同點。在具體實施這一理念的過程中，還存在諸多差異。美國大學生的動手能力極強，合作精神較中國學生強。中國學生獨立學習工作的能力較為明顯，數學計算的能力高于美國學生。但中國學生總體上顯得較為靦腆，這一點限制了創新能力的發展。學校開設大學物理實驗課程，不僅在于培養學生的動手創新能力，為將來更好的工作、學習以及生活打下基礎?？梢哉f培養更好的觀察及動手能力，為將來更好從事實驗性的科學研究打下良好的基礎。美國大學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，同組同學之間能夠互相討論，解決問題，非?；钴S、非常認真完成實驗課程設計，基本上屬于“問題解決”型。他們很少有問題問老師，基本可以通過獨立實驗操作和相互之間的討論解決。學生們顯得較為“成熟”，師生之間更像“合作”的關系，教師的工作任務完成比較輕松。而在中國大學物理的實驗課堂，學生顯得膽小，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、作業”，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?，美國學生非常喜歡“物理實驗課”，把大學物理實驗當作一種“實踐”；而中國學生更多把大學物理實驗當作同其他課程一樣的“理論課”完成任務?！安僮?、動手、實踐、創作”的宗旨貫徹的較為不明顯。

(二)儀器設備和教學方法

因為所做的實驗內容有很大的差異，決定了所使用的儀器設備有很大的不同。中國大學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、電學儀器(萬用表，電阻箱，電阻，檢流計)、示波器、函數發生器、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。美國大學物理實驗所使用的儀器：氣墊導軌(加速，減速運動)、三棱鏡、光柵、駐波測量儀、電學儀器(萬用表，電阻箱，電阻，檢流計)、簡諧振動不同直徑的數個鋼環。每兩人一組，每組配備電腦(電腦里裝有軟件，供每個學生用于數據處理)，有投影儀用于演示講解。從儀器設備上來看，除了電腦外，我們的配備比美國強，而且可以做到人手一臺，從這個方面來說，我們國家已經配備得相當好了。但是我們還是不如美國先進，他們基本上人手一臺電腦，安裝了軟件程序，用于處理數據，復雜的計算只需輸入原始數據，結果立即出來。我們國家的大學生數學強，善于計算，即使沒有計算機，也能算得很好，包括不確定度。但是沒有計算機的幫助，計算的復雜度是有限的。 比如三線擺的實驗，有很多同學因為計算公式的復雜，在實驗報告中放棄計算轉動慣量。

教學方法上，美國主要采用投影講解，講解計算機里軟件的使用，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，但計算機及相應的軟件程序尚未引入課堂，一定程度上限制了課堂教學及學生的數據處理。雖然我國大學生大學物理實驗要作不確定度的處理，但是難易程度是相當有限的。

(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，包括實驗目的、原理、步驟、數據處理、結論分析以及思考題。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，只有在理解的基礎上才能寫出這樣的實驗報告。中國學生的學習壓力十分大，中國學生十分聽話，懂禮，在其他學科沉重學習壓力下，幾乎沒有太多的時間與精力分給大學物理實驗。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，數據處理自己完成，沒有思考題。實驗報告基本上是手寫，不需電腦打印。

關于考核，每一次的實驗報告成績就是美國學生的大學物理實驗課的成績。他們更多的把“實驗操作”當做一種工作，成功的實驗操作確保了高質量的實驗報告的完成?？己耸亲屩袊髮W生緊張的，以前大學物理實驗通常會有操作考核，而現在通常為平時操作和實驗報告各占25%，期末考核占50%。學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，無數個長而復雜的公式，不熟悉的儀器及原理，細致微妙的操作，數據的處理，不確定度的計算，導致中國大學生考試的壓力十分大。而美國的大學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，美國較為嚴厲，學期結束，每一個學生給教師打分評價，系里根據學生的評價決定下個學期的任職。所以教師必須教好書，要有一種“服務”的思想，將“學生”當做服務的上帝。在中國，教師充當“老黃?！钡慕巧?，“任勞任怨”。

二、結論與展望

中美大學物理實驗教學各有優缺點，各有長處。根據中美大學物理實驗教學的特點，提出如下幾點建議。

第一，必要的考核。每一個大學物理實驗都是著名的物理學家經典的物理學原理的實現，是重要的實驗原理實現的精華。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生更加認真對待實驗操作，完成實驗操作。

第二，以興趣為主導。大學物理實驗主要是培養大學生的動手能力，激發大學理工科生對物理、對科學的興趣。頻繁的考核與考試會使學生失去對大學物理實驗教學的“興趣”，學生以“完成任務”為主導，而不是以“興趣”為主導。

第三，精簡實驗內容。15個實驗對學生來說難度有點大，還來不及消化吸收所學的，又轉為下一個實驗。以至于在筆試時，有時即使考的只是標題，學生不知道的也是多數。

第四，“誠信教學”。就是指大學物理實驗教學中師生本著實事求是的態度，本著在教學科研中努力鉆研的精神，在教學中做到“誠實無欺”。從學生的角度來說，就是“不虛偽”，“不抄襲”，實驗報告(實驗目的，實驗原理，實驗步驟，數據處理，思考題)用自己的語言撰寫，“不抄襲課本”，“不篡改”數據。