熊 倫

(武漢工程大學理學院,湖北武漢 430073)

中美非物理專業(yè)大學物理教育的比較與對策

熊 倫

(武漢工程大學理學院,湖北武漢 430073)

大學物理作為理工科專業(yè)學生必修的一門基礎課,在培養(yǎng)學生的科學素質、思維方式和創(chuàng)新精神方面起著十分重要的作用.本文主要從教材、教學方式、教學內容、實驗教學、教學研究和考核方式等方面,詳細比較了中美大學的物理教育現(xiàn)狀,找出我國目前大學物理教育存在的不足,并根據(jù)目前國內的現(xiàn)狀給出若干改革的建議,從而提高大學物理教學的效果和提高學生的創(chuàng)新素質.

大學物理;中美比較;創(chuàng)新;素質教育

從自然科學的發(fā)展的歷史和趨勢都可以看出,科學每往前邁一步,都離不開物理學的貢獻.其他學科的發(fā)展和絕大部分技術的發(fā)展都和物理學有著直接或者不可或缺的間接關系,物理學的發(fā)展是自然科學發(fā)展的主要的驅動力.大學物理作為非物理專業(yè)理工科學生必修的專業(yè)基礎課,對于培養(yǎng)學生的科學素質、理性的思維方式和創(chuàng)新精神都起著十分重要的作用.教好與學好大學物理,對于學生素質教育與培養(yǎng)都是非常有益的.

我國的大學物理的教學現(xiàn)狀不容樂觀,基礎地位正受到挑戰(zhàn),教學學時減少,受重視的程度也在降低[1,2].對于物理教師而言,由于高校過于重視科研和教學規(guī)模,而忽視對基礎教學的投入和監(jiān)管.在這種大環(huán)境下,教師的工作重心發(fā)生了傾斜,缺少“以培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng),提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力為目標”的教學理念.往往把主要精力放在科研上,而對教學工作投入精力較少.對于學生而言,由于目前就業(yè)壓力越來越大,學生的社會價值取向更加務實,這就使得部分學生目光短淺、急功近利,把精力單純地投入到專業(yè)課學習和專業(yè)技能培訓上,忽視基礎課的學習,大學物理不被重視也就“順理成章”.

如何改進大學物理教學適應當前社會發(fā)展,一直是物理教育工作者熱衷探討的問題.本人以訪問學者身分到美國愛荷華州立大學物理系進行了為期半年的大學物理教育交流訪問,通過觀摩學習、親身體驗和調查研究,對中美的非物理專業(yè)大學物理教學進行比較,通過借鑒發(fā)現(xiàn)自身不足,吸取有益的經(jīng)驗,尋找適合當前國情和科學發(fā)展的改革突破口,為我們的大學物理教育提供可借鑒的改革思路.

1 中美非物理專業(yè)大學物理教育教學現(xiàn)狀比較

中美非物理專業(yè)的理工科大學物理教育的不同主要體現(xiàn)在下面幾個方面.

1.1 教材的內容和結構不同

教材作為教學內容的載體,一本好的大學物理教材對于教好和學好這門功課起著特別重要的作用.美國非物理專業(yè)的理工科學生的大學物理教材[3],注重教學內容的更新和教學方法的改進與提高,注重學生創(chuàng)造性的培養(yǎng).其有文字通俗易懂、圖文并茂,與現(xiàn)實生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密的特點.美國教材在內容上更新很快,特別是近代物理的教學內容,大約兩年更新一次,老師的講義甚至一年一次.新出版的教材都把最新發(fā)展的科學技術納入其中,熱衷于介紹當前物理發(fā)展的前沿和物理學新動態(tài).教材內容涉及面廣,銜接緊湊,在論述方式上多采用整體到部分的形式.譬如力學,他們的結構就包括平動力學、轉動力學、引力學、周期性振動力學、流體力學.不生搬硬套物理概念,物理概念的使用是為了給實驗證據(jù)以準確而簡潔的解釋.這樣做雖然缺乏數(shù)學演繹上的美感,但是這些概念對于學生不再抽象,容易調動學生的主觀能動性.

目前我國很多高等院校都出版了理工科大學物理教材,版本很多,但并沒有達到百花齊放的效果,反而造成重復性投入的浪費.這些教材基本上都能做到內容結構體系完整,邏輯嚴密,條理清楚.但是絕大多數(shù)內容陳舊,結構大同小異,缺乏新意.理工科主要以力、熱、電磁、光和近代物理為主體,經(jīng)典物理占80%的篇幅,注重理論推導、缺乏現(xiàn)代物理的觀點和概念.同時一些好的教材,卻又因為種種原因得不到推廣.而我國絕大多數(shù)高校教師對教材的選取沒有充分的自主權,由學院教研組安排統(tǒng)一教材和統(tǒng)一的教學內容,甚至教學進度也要求一致,整個教學過程一切盡在計劃中,以致老師很被動,只能按照學校的要求完成規(guī)定動作,缺乏靈活性,抹殺教師教學的個性和特點.

美國教師可以決定教材,也可以自編講義或向不同專業(yè)學生介紹相關的參考書,很少看見老師用一本參考書完成教學.譬如“費曼物理學講義”,費曼在他的講義的第一卷引言里指出的:“講授這門物理課,是著眼于你——讀者將要成為物理學家”.顯然并不是每一個接受大學物理教育的人都要成為物理學家.因此,“費曼物理學講義”被認為“只適合少數(shù)數(shù)學基礎好、科學思維能力強的學生”,費曼物理學講義也被認為“不能很好地適用于大部分學生”也就不足為怪了.這就告訴我們教材和教材內容的選取是非常重要的,每本參考書都有其自身側重點,只有博覽群書才能取其精華.

1.2 教學方式不同

好的教材只是為教與學搭建了一個平臺,精彩的好戲能否上演更重要的是老師和學生扮演的各自的角色.如何開展和組織教學,怎樣才能取得好的教學效果,這都取決于教學方式的選取.中美在課堂教學組織形式上有很大的差異,中美兩國大學物理教育主要都還是以課堂為主,但差別就是課堂教學的組織形式.中國的課堂教育是整個過程的主體,以課堂講解為主,注重理論推導,追求數(shù)學邏輯的嚴密,教學模式是以老師為中心,老師講,學生聽,師生互動少.學生以書本學習為主,理論聯(lián)系實踐少,課堂演示實驗少.課后作業(yè)都是為鞏固理論學習內容而設置,創(chuàng)造性差.從而引發(fā)學生讀死書和死讀書,甚至讓學生感覺到學習物理就是記公式,失去學習物理的本意,也達不到學習與培養(yǎng)的目的.

美國大學物理教育課堂教學比較自由,以學生為中心,推演和講授教學內容不受鼓勵,老師在課堂教學過程中只是一個引導者的作用,扮演調動學生積極性、組織學生參與學習活動這樣的角色.他們非常注重演示和動手操作,鼓勵學生提出問題,用事實和現(xiàn)象說明物理問題,他們側重引導學生歸納和總結,逐步找到蘊含在現(xiàn)象中的物理規(guī)律和客觀事實.課后練習分為多種,有理論計算,也有分組討論課題,還有一些研究設計性的課外小制作,同時提供機會讓學生展示自己的成果.這樣就極大地增強學生的獨立思考能力和激發(fā)了學生的創(chuàng)造性.

1.3 教學內容和側重點不同

通過課堂觀摩和調研,中美對于非物理專業(yè)不同專業(yè)教學的內容和側重點有很大的不同.美國對于非物理不同專業(yè)的學生,選取的教學內容不同,教學的方式和側重點也不太一樣,有很強的針對性.譬如工程機械類偏重于力學、熱學和電磁學;電子類側重電磁學、光學、近代物理;生物化工類側重原子物理、熱學和流體力學等.教師把物理思維與專業(yè)教育結合得很好,既開展基礎理論教學,又拓展知識層面,增強了運用物理理論和實踐來解決和驗證專業(yè)問題的意識和能力,增強他們對大學物理的認知性.

國內的非物理專業(yè)的理工科學生,教學內容和教學側重點區(qū)別不大,大多數(shù)理工科專業(yè)都是采用統(tǒng)一的教學大綱,相同的教學內容,學時分配數(shù)也一樣.物理應用和物理前沿更是撇在一旁.這種教學內容和方式,在某種程度上是會挫傷學生的學習積極性的.我們課堂的主要內容是對課本內容的推演和闡述,側重于對物理理論完整、嚴謹?shù)淖C明和充分的練習,對物理知識應用的拓展做得不夠,讓學生體會不到學習物理的樂趣,也感覺不到物理的強大的應用性.

1.4 物理實驗教學不同

中美大學物理實驗教學在教學理念、教學模式和教學內容等各方面都存在著比較大的差異[4].在教學理念上,美國開設實驗課的目的不是訓練學生掌握各種儀器的設備的使用,學會一些實驗方法和手段,而是通過物理實驗來解決實際問題,用實驗的方法驗證理論的學習.在教學過程中,老師往往提供的只有實驗課題,引導學生通過調查研究,自行設計,從實踐上來解決物理問題.老師注重的是實驗過程以及解決實際操作過程遇到問題的能力的培養(yǎng),讓學生在探索過程中培養(yǎng)和發(fā)展自己的個性和創(chuàng)新能力,并不把實驗結果作為檢驗實驗教學的好壞.在教學內容上,既注重基礎實驗的學習,也注重一些綜合實驗和創(chuàng)新型的實驗鍛煉和提高;在內容設置上也比較新穎,老師在實驗教學中也十分注意最新實驗方法和實驗技術的介紹,重大實驗結果的披露.這些對于提升學生的實驗興趣是非常有益的.

中國大學物理實驗往往和理論教學脫節(jié),達不到理論與實驗相結合的效果.實驗內容陳舊,傳統(tǒng)、經(jīng)典實驗多,體現(xiàn)現(xiàn)代科學技術的實驗少,設計和創(chuàng)新實驗更少.很多學校實驗教學資金投入有限,實驗設備老化,高新實驗設備缺乏,近代物理和創(chuàng)新實驗無法開展.教學模式老套,實驗員準備好所需的實驗儀器,教師設計好的實驗內容、實驗方法、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理,學生所扮演的角色就是對于實驗過程的體驗,對學生的創(chuàng)新思維和獨立探索能力的培養(yǎng)是極為不利的.

1.5 教學研究

在物理教學研究方面,中美也有一定的差別.物理教育研究是美國各大學物理系重要的研究領域之一[5].其特色就是由各個大學、學院的物理系中的專家與其他對物理教育研究感興趣的單位或者個人組成物理教育研究小組,對物理教學中的實際問題進行研究.他們的物理教育研究團體通常是由專家和一線的教學人員構成,把研究的成果直接應用到實踐教學中,使好的教學方法得以推廣.哈佛大學、華盛頓大學、馬里蘭大學和愛荷華州立大學等都設有大學物理教育研究小組.每個大學都有自己研究領域和項目.譬如愛荷華州立大學主要側重開發(fā)物理課程資源和資源的應用研究.每個研究小組都能獲得美國各方面的經(jīng)費支持,為研究的順利開展掃清障礙.

在國內,大學物理教學研究做得很不到位,只有少數(shù)師范類大學有專門的研究大學物理教育的團隊和研究方向.其他很多大學,特別是一些偏工科院校,物理教師基本上都屬于基礎課老師,處在教學第一線,了解當前大學物理教育的實情,但是他們教學任務重,在時間和精力上都無法保證,教學研究開展起來就比較困難.另外,一些物理教育專家,長期脫離教學一線,其研究成果與一線教學實際狀況往往脫節(jié),不利于教育實踐.國家對此投入較少,又難以從其他方面獲得經(jīng)費支持,使得教師的研究興趣也轉向其他的專業(yè)方向研究.所以在當前教學團隊建設方面,一定要注重大學物理教育的研究.在課改和推進過程中,我們尤其需要專家和一線人員通力協(xié)作研究,需要研究與行動、理論與實踐結合.這樣我們的教學理念、教學內容、教學方法都能適應當前的科學技術的發(fā)展大潮,為中國教育理清發(fā)展之道.

1.6 考核方式不同

美國整個學期一般都有至少四次正規(guī)的考核,注重過程考核,其考核方式多樣化,有上課的表現(xiàn),主要體現(xiàn)學生在課堂的思維活躍度;有分組討論考核,每個小組分工明確,每個人都承擔不同的任務,通過小組討論的結果,對學生的工作進行評判;有口試,通過一些綜合性或者理論聯(lián)系實際很強的一些題目,讓學生自己調研和設計,找到解決方案,由教師或者課題組來口試答辯.當然,他們也有期末的筆試,但筆試成績只占考試成績的一部分.

國內的物理考試還是延續(xù)了高中的一種做法,都是期終考試一錘定音.其實,這樣應試教育的體制一直是中國教育的痼疾.這種考核方式就是看學生記住了多少公式和原理,做了多少習題,考試得了多少分數(shù).在這種情況下,對教師和學校的評價也是根據(jù)學生考試的及格率和優(yōu)秀率來進行的.所謂的“高分低能”主要就是這種被動、封閉的學習方式所造成的.其結果就是學生為了考試而學習,可以不追求學習過程,老師也缺乏對學習過程的監(jiān)控.這種考核方式,導致了考核的結果不能說明學生的學習情況,從另一方面講這種考核方式其實已經(jīng)失去考核的意義.縱然我國的國情和他們不同,我們的師生比要遠遠低于他們,但是現(xiàn)在這種考核方式到了非改不可的地步,那我們就應該借鑒別人,找到適合自己的一種綜合的考核方式.

2 對我國教育改革的啟示

通過上面的比較,我們發(fā)現(xiàn)我們的非物理專業(yè)的大學物理教育比別人落后很多是一個不爭的事實,通過比較,給我們目前的大學物理教學改革提供了思路和方向.

首先要選用先進教材,淘汰落后的教材.堅持以學生為本,雙管齊下,一方面引進一些優(yōu)秀的原版教材或者翻譯教材,實行拿來主義.另一方面,根據(jù)我國教育現(xiàn)狀和實際需求,撇開各個高校的小圈子利益,組織專家編寫具有競爭力的新物理教材.教材應該加入更多的教學方法的內容,加大現(xiàn)代應用內容的比重,把現(xiàn)代科技與經(jīng)典理論結合起來.注重介紹經(jīng)典物理知識在高新技術中的應用以及滲透現(xiàn)代物理學的觀點、概念和方法,讓學生感覺到經(jīng)典物理在21世紀仍然煥發(fā)出勃勃生機.還要注重提高學生的實際能力,教材內容形象化并且與生產(chǎn)、生活實際緊密聯(lián)系,讓學生感覺到生活中到處都有物理,學習物理知識很有用,從而激發(fā)他們學習的動力.

其次要充實教學內容和改進教學方法.針對不同的理工科專業(yè)的學生,在教學內容選取上側重點應不同.既要體現(xiàn)知識的完整性,也要體現(xiàn)大學物理的基礎性,不同專業(yè)教學內容的側重點應有所不同.同時拓展物理知識的應用,提高學生的學習興趣.在教學方法上,借助學校的教學投入,開展多方位的教學方式相結合.課堂教學、多媒體教學和網(wǎng)絡課堂互補,通過課堂教學,講清物理概念的來龍去脈和數(shù)學處理的過程,讓學生學會從現(xiàn)象入手,運用物理手段分析,采用數(shù)學語言描述,然后建立模型和求解并推廣應用.借助多媒體課件演示在網(wǎng)絡中實現(xiàn)實時互動.加強理論與實踐教學的結合,將大學物理實驗與大學物理理論課程部分有機地結合,把實驗搬進課堂,引導學生參與實驗,這樣既鍛煉了學生的動手能力,也加深了對理論部分的理解,避免理論教學與實驗教學兩張皮.同時可以考慮學生專業(yè)的特點,更新實驗內容,充實一些與現(xiàn)代生產(chǎn)聯(lián)系密切的實用性和綜合性實驗,既能開闊學生眼界,又能將物理理論與現(xiàn)代技術和生活融合起來,這些都對調動學生的學習積極性、主動性、創(chuàng)新性有著重要的作用.

對于教學研究,國家應加大投入,鼓勵和支持從事教學研究,并倡導把研究結果應用于實際教學中,讓學生受益.改變現(xiàn)今的考核方式,提倡考核的多樣化和強調過程化,可以布置小論文、實驗課題、課后研究、課外制作,綜合技能考核等.

總而言之,大學物理對于非物理專業(yè)的理工科學生的知識、能力、素質的提高都起著重要的作用,特別是對于理性思維、物理建模和聯(lián)系實踐的訓練都是有積極意義的.我們只有順應科學發(fā)展的潮流,找到適合自己的發(fā)展方向,大膽進行課程改革,更好地發(fā)揮大學物理在自然科學中的基礎地位,為培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新能力做出貢獻.

[1] 向寧靜,鄭修林等.中外大學物理教學研究比較[J].長春師范學院學報,2007,26(4):147～151

[2] 姚青榮,潘順康等.工科大學物理教學改革的研究[J].教學研究,2009,32(3):59～61

[3] Hugh D.Young Roger A.Freedman.University Physics[M].San Francisco:Pearson Addison-wesley,2008

[4] 李靜,王祖源.中美大學物理實驗教學的比較與分析[J].中國大學教學,2008,(2):95～96

[5] 胡曉娟,朱鐵成.美國物理教育研究現(xiàn)狀管窺[J].物理教學,2005,27(12):33～34

2010-07-02)