葛惟昆

（清華大學(xué)物理系，北京100084）

1 作為實(shí)驗(yàn)科學(xué)的物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

“清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)中心”，之所以如此命名，而不是沿襲一般稱謂“物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”的稱謂，是有一番思考的，也是蘊(yùn)含深意的．“物理實(shí)驗(yàn)”和“實(shí)驗(yàn)物理”，看似相同，其實(shí)內(nèi)涵迥異．就比如我們說(shuō)“物理化學(xué)”，它是化學(xué)的一個(gè)分支，而“化學(xué)物理”，則是物理的一個(gè)分支．前兩個(gè)字是子定義，后兩個(gè)字才是主定義．故此，“物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)”，意為教授實(shí)驗(yàn)，不過(guò)是物理的實(shí)驗(yàn)而已；而“實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)”，旨在教授物理，不過(guò)采用實(shí)驗(yàn)手段．細(xì)究起來(lái)，失之毫厘，差之千里！

從根本上說(shuō)，這種差別反映在兩個(gè)基本概念上．一方面是對(duì)作為實(shí)驗(yàn)科學(xué)的物理學(xué)的認(rèn)識(shí)；另一方面，是對(duì)實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)所賦予的使命的理解．眾所周知，物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，但在純物理專業(yè)（相對(duì)于應(yīng)用物理而言），大多數(shù)學(xué)生會(huì)選擇做理論物理．從我本人在上世紀(jì)50年代進(jìn)入北京大學(xué)學(xué)習(xí)物理，到目前的在校學(xué)生，對(duì)理論情有獨(dú)鐘成為一慣的傳統(tǒng)，也是我們物理教育失敗的重要標(biāo)志．其實(shí)在中國(guó)物理教育初始的年月，情形倒未必如此．清華物理系的創(chuàng)始者，也是中國(guó)物理教育的奠基人葉企孫先生，在清華大學(xué)物理系建系伊始，即開(kāi)宗明義，指出：“本系自最淺至最深之課程，均為注重于解決問(wèn)題及實(shí)驗(yàn)工作，力戒現(xiàn)實(shí)高調(diào)及虛空之弊”“科目之分配，理論與實(shí)驗(yàn)并重，重質(zhì)而不重量”．他十分重視學(xué)生動(dòng)手能力的訓(xùn)練，要求物理系學(xué)生學(xué)習(xí)木工、金工和機(jī)械制圖等課程，自己動(dòng)手制造實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并做畢業(yè)論文．他培養(yǎng)了我國(guó)兩彈一星23位元?jiǎng)字械拇蠖鄶?shù)，而其中多數(shù)又是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家．在早期中國(guó)赴歐美學(xué)習(xí)物理的人群中，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家也占多數(shù)．這些事實(shí)，都符合物理學(xué)家在實(shí)際專業(yè)工作上的分配，亦即物理工作的需要；就是說(shuō)，從事實(shí)驗(yàn)工作的，要多于從事理論工作的．這和學(xué)生時(shí)代的選擇正相徑庭．因此許多學(xué)物理的學(xué)生都經(jīng)歷過(guò)從“學(xué)理論”到“做實(shí)驗(yàn)”，甚至轉(zhuǎn)行的痛苦經(jīng)歷．這顯然是一個(gè)非常突出的矛盾．那么是什么原因造成了這種矛盾呢？

當(dāng)我們說(shuō)：“實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)”，旨在教授物理，不過(guò)采用實(shí)驗(yàn)手段而已，似乎降低了實(shí)驗(yàn)的身價(jià)，把它當(dāng)成工具而已．這當(dāng)然是一種錯(cuò)誤的理解．嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，理論和實(shí)驗(yàn)都是研究物理的手段，其最終目的，都是尋求物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，即物理學(xué)的終極目標(biāo)．同時(shí)，無(wú)論理論還是實(shí)驗(yàn)，都需要基本訓(xùn)練，都有自己不斷發(fā)展的技術(shù)手段．從這個(gè)角度來(lái)看，實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)必然有一項(xiàng)重要的使命，就是訓(xùn)練扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)作風(fēng)．進(jìn)而言之，無(wú)論做理論還是從事實(shí)驗(yàn)，從探究自然規(guī)律、發(fā)展物理學(xué)的要求來(lái)說(shuō)，創(chuàng)新型思維無(wú)疑具有根本的意義，在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，都需要注重培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和創(chuàng)造精神．有鑒于此，清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)中心確立了“傳授知識(shí)、啟迪心智、訓(xùn)練技能、培養(yǎng)作風(fēng)”的宗旨．

2 以學(xué)生為主體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

幾年前確立的上述宗旨，現(xiàn)在反過(guò)頭來(lái)進(jìn)一步審視，發(fā)現(xiàn)一個(gè)基本的問(wèn)題，就是這4句話都是以教師為主體的．教學(xué)的主體是學(xué)生還是教師？這是一個(gè)根本性的觀念問(wèn)題．

2012年夏天，由教育部大學(xué)物理教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主辦，在清華大學(xué)舉辦了“中美高層物理教學(xué)論壇”，由中美雙方各派幾位教授，探討大學(xué)物理教學(xué)的模式和發(fā)展．我本人做了關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的報(bào)告．

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，中美存在巨大的差異．我國(guó)的實(shí)驗(yàn)中心，以及相伴隨的示范中心等都是中國(guó)特色．從我自己在海外20多年的物理教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，最大的區(qū)別在于：在海外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是每個(gè)教師的職責(zé)，大家輪流從事理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而沒(méi)有一批教師長(zhǎng)年累月、乃至畢生，從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)．一個(gè)年輕人，如果一輩子囿于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的環(huán)境，沒(méi)有機(jī)會(huì)接觸和實(shí)際參與物理學(xué)的前沿研究工作，那么不但他（她）本人的發(fā)展受到極大的局限，更重要的是實(shí)驗(yàn)教學(xué)很難注入新鮮因素，反過(guò)來(lái)嚴(yán)重阻礙了教學(xué)的發(fā)展和提高．目前清華大學(xué)采取的辦法是，大量吸引科研一線教師參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，逐步減少專事實(shí)驗(yàn)教學(xué)的人員．現(xiàn)在，實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)教師隊(duì)伍的絕大多數(shù)，已經(jīng)是科研與教學(xué)兼顧的年輕人．

但是在中美高層論壇上，美方介紹的主要經(jīng)驗(yàn)是如何調(diào)動(dòng)學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的積極性．哈佛大學(xué)Eric Mazur教授發(fā)明的“結(jié)組教學(xué)”模式（Peer Instruction，PI）風(fēng)靡西方．他曾在美國(guó)主要的物理教學(xué)期刊《美國(guó)物理雜志》上撰文總結(jié)“結(jié)組教學(xué)”法［1］，他說(shuō)：“我們?cè)谶@里報(bào)告‘結(jié)組（PI）’教學(xué)法10年來(lái)用于非物理專業(yè)、微積分基礎(chǔ)上的物理教學(xué)的結(jié)果．我們的結(jié)果表明，PI模式提高了學(xué)生對(duì)概念推理以及定量解題的掌握．”他還談到了PI教學(xué)法的不斷改進(jìn)：“我們課堂上的提問(wèn)，換成在課前要求學(xué)生給出這些問(wèn)題的書面答案；引入一本以研究為基礎(chǔ)的力學(xué)教科書作為課程的一部分；在討論和授課時(shí)都開(kāi)展互動(dòng)式學(xué)習(xí)．這些改進(jìn)，旨在幫助學(xué)生在課前有更充分的準(zhǔn)備，加強(qiáng)學(xué)生在討論環(huán)節(jié)的主動(dòng)性，從而改進(jìn)他們對(duì)課程內(nèi)容的深入理解．”

結(jié)組（PI）教學(xué)的方式，是把2～3個(gè)學(xué)生結(jié)為一組，在課堂上和討論課中，小組內(nèi)充分醞釀，然后由代表發(fā)言．水平不一的學(xué)生在一個(gè)小組內(nèi)展開(kāi)交流，了解彼此對(duì)問(wèn)題理解的異同，顯然會(huì)加深正確的理解，糾正錯(cuò)誤的理解．某個(gè)小組達(dá)成的共識(shí)也未必正確，這樣在全班的討論中還會(huì)有爭(zhēng)論、探討．這樣的學(xué)習(xí)方式，既生動(dòng)活潑，又加強(qiáng)理解和記憶，確實(shí)值得借鑒．而我們?cè)趥鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一般是個(gè)體操作，目的是鍛煉獨(dú)立工作的能力．但是增加這樣的結(jié)組討論環(huán)節(jié)，或許會(huì)明顯提高學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)的效果．

清華近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，現(xiàn)在試行由學(xué)生做課前引導(dǎo)報(bào)告．近代物理實(shí)驗(yàn)室往往在同一實(shí)驗(yàn)室中安排6個(gè)左右不同的實(shí)驗(yàn)，每個(gè)學(xué)生分別做其中一個(gè)．我們輪流安排一兩個(gè)學(xué)生在開(kāi)始時(shí)做預(yù)習(xí)報(bào)告，介紹其本人所做實(shí)驗(yàn)的原理、設(shè)備和方法．其他同學(xué)雖然做不同的實(shí)驗(yàn)，但也受益匪淺；對(duì)教師來(lái)說(shuō)，也更了解學(xué)生預(yù)習(xí)的程度．這種做法活躍了實(shí)驗(yàn)課堂，增進(jìn)了溝通，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的印象更加深刻．

學(xué)生應(yīng)當(dāng)是教學(xué)活動(dòng)的中心，這是我們?cè)絹?lái)越深切的體會(huì)，也是指導(dǎo)我們發(fā)展提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的中心思想．我們以一張圖（見(jiàn)圖1）來(lái)勾畫實(shí)驗(yàn)中心發(fā)展的構(gòu)思：一切以學(xué)生為中心，教師、技術(shù)人員和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，都圍繞學(xué)生的需要，為學(xué)生服務(wù)．非常重要的一點(diǎn)是使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課產(chǎn)生興趣，使實(shí)驗(yàn)室成為他們求知、探究和研討的樂(lè)園．一項(xiàng)相應(yīng)的措施，是為清華物理學(xué)堂班的學(xué)生特別建設(shè)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)基地，一方面利用這個(gè)基地進(jìn)行真空、低溫，電子學(xué)和光學(xué)，以及機(jī)械加工的基本訓(xùn)練；另一方面提供一個(gè)自由自主實(shí)驗(yàn)的舞臺(tái)，同學(xué)們可以用來(lái)大膽設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)，也可以為實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽準(zhǔn)備．這就是本文標(biāo)題所宣示的追求，讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心成為“教學(xué)的平臺(tái)和求知的樂(lè)園”的主要含義．

圖1 實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)中心的建設(shè)

3 發(fā)展的重點(diǎn)在質(zhì)而不在量

在“教學(xué)的平臺(tái)和求知的樂(lè)園”之外，為什么我們又提出實(shí)驗(yàn)中心要成為“研究的基地”？因?yàn)閷?shí)驗(yàn)教學(xué)要發(fā)展，要與時(shí)俱進(jìn)．對(duì)于一所一流大學(xué)來(lái)說(shuō)，教學(xué)研究和科學(xué)研究同樣重要．要以教學(xué)研究來(lái)推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的科學(xué)發(fā)展［2］．

在國(guó)家的層面上，科學(xué)發(fā)展日益深入人心，發(fā)展已不再簡(jiǎn)單地理解為純粹“增長(zhǎng)”的概念，發(fā)展方式和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變成為最迫切的課題．這是科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在要求，是改革開(kāi)放的邏輯延伸，也是歷史的必然趨勢(shì)．

具體到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和發(fā)展，似乎也面臨改革的實(shí)現(xiàn)方式．曾經(jīng)一談到發(fā)展，就是增題目、增設(shè)備．但是盲目擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)范圍，又真的對(duì)教學(xué)有用嗎？

發(fā)展，不僅在量，更重要的是質(zhì)，對(duì)于教育這種非生產(chǎn)性的事業(yè)來(lái)說(shuō)，尤其如此．在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，“質(zhì)”又落實(shí)在什么地方呢？我想，應(yīng)當(dāng)在以下幾個(gè)方面：

3．1 教學(xué)理念的提升

教學(xué)相長(zhǎng)，是傳統(tǒng)的中國(guó)教育思想．《禮記·學(xué)記》提出：“是故學(xué)然后知不足，教然后知困．知不足然后能自反也，知困然后能自強(qiáng)也．故曰教學(xué)相長(zhǎng)也．”華中科技大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心主任熊永紅教授曾經(jīng)專門撰文探討“實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教與學(xué)”，她認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師與學(xué)生面對(duì)面，更有利于互動(dòng)式的教學(xué)［3］．熊老師他們提出“以問(wèn)題為導(dǎo)向，以興趣為驅(qū)動(dòng)，形成課內(nèi)課外有機(jī)結(jié)合的研究性教學(xué)模式．”把教學(xué)簡(jiǎn)單地理解為傳授知識(shí)，顯然是片面的，沒(méi)有揭示教學(xué)的本質(zhì)．“教”是形式，“學(xué)”才是本質(zhì)．一切教學(xué)的終極目的，是使學(xué)生掌握知識(shí)，增長(zhǎng)能力．在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生的主動(dòng)和自主往往被忽略．在清華，我們也在不斷推動(dòng)開(kāi)放，建設(shè)開(kāi)放性和研究性實(shí)驗(yàn)，建立為學(xué)生自主創(chuàng)新創(chuàng)造條件的平臺(tái)，允許他們天馬行空地設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)．

3．2 教學(xué)態(tài)度和方法的改進(jìn)

啟發(fā)式而不是灌輸式的教學(xué)，是我們追求的目標(biāo)．在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們特別反對(duì)和避諱所謂“黑匣子”而不是“積木式”的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備．要讓學(xué)生首先理解實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)的設(shè)備原理，然后自己動(dòng)手搭建實(shí)驗(yàn)流程．

從預(yù)習(xí)到操作和采集數(shù)據(jù)，再到數(shù)據(jù)處理和撰寫報(bào)告，每個(gè)環(huán)節(jié)都有各自的要求和訓(xùn)練的目的，都是著眼于為未來(lái)科研和實(shí)際工作奠定基礎(chǔ)．

我們?cè)趯?shí)踐中，發(fā)現(xiàn)助教（博士生）所帶的實(shí)驗(yàn)，往往可能會(huì)結(jié)束得早，似乎進(jìn)行得更順利．仔細(xì)了解，發(fā)現(xiàn)主要原因是助教們樂(lè)意手把手地“幫”同學(xué)做實(shí)驗(yàn)，幫他們解決問(wèn)題、調(diào)整裝置、找出信號(hào)，等等．實(shí)驗(yàn)完成得快，助教們也輕松．這就類似于在硬件方面的“黑匣子”式實(shí)驗(yàn)裝置，只要按下電鈕、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，數(shù)據(jù)就出來(lái)了，甚至曲線就畫好了．這樣做的實(shí)驗(yàn)，看起來(lái)漂亮，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到應(yīng)有的效果，學(xué)生得不到應(yīng)有的訓(xùn)練、掌握不了相應(yīng)的知識(shí)和技能，也不可能留下深刻的印象．這樣做實(shí)驗(yàn)，就是應(yīng)付差事，完成學(xué)分，很快就會(huì)被學(xué)生忘得一干二凈．只有在實(shí)驗(yàn)中克服了許多困難、經(jīng)歷過(guò)“掙扎”的痛苦的同學(xué)，才印象深刻、確有所獲，這是我們從畢業(yè)生對(duì)各種課程的評(píng)價(jià)感言中深深體會(huì)到的．

助教的工作是不可或缺的，這也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)．但是助教必須在教師（包括有經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員）指導(dǎo)下工作，必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，必須有監(jiān)督、考核和獎(jiǎng)懲．這也是國(guó)外普遍的經(jīng)驗(yàn)．

在教學(xué)中采用新的手段，例如適當(dāng)?shù)挠耙暋⒎抡孳浖鹊?，也是提高教學(xué)效果的有效措施．清華實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)中心正在努力推廣諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者威曼 （Carl E Weiman）發(fā)明和倡導(dǎo)的PhET仿真軟件教學(xué)［4］，通過(guò)《物理》雜志廣為宣傳，并到中學(xué)普及推廣．仿真教學(xué)由于不受具體設(shè)施的限制、沒(méi)有任何在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)，所以更具有靈活性和探索性，與學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室上課的方式非常不同．在實(shí)驗(yàn)課上，他們很少能做真正的實(shí)驗(yàn)研究．在典型的實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果是設(shè)計(jì)好的，所以他們的目標(biāo)是盡快找到實(shí)驗(yàn)結(jié)果．而如何真正從事實(shí)際的實(shí)驗(yàn)研究并不是他們心之所往．這并不是學(xué)生的錯(cuò)——它是實(shí)驗(yàn)課的講授和做實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方式的直接后果以及自然的反饋．

3．3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的革新

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要有基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、科學(xué)性和開(kāi)拓性．在前幾年的清華近代物理實(shí)驗(yàn)室，我們致力于豐富和擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)的學(xué)科內(nèi)容，使之涵蓋近代物理的主要分支，反映以量子力學(xué)和相對(duì)論為核心的近代物理的發(fā)展．近幾年來(lái)，無(wú)論在普通物理還是近代物理實(shí)驗(yàn)室，都發(fā)展和建設(shè)了一批新穎、先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)，彰顯了科研與教學(xué)相結(jié)合的巨大優(yōu)勢(shì)，也適應(yīng)了突飛猛進(jìn)的學(xué)科發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步．

比較有典型代表性的實(shí)驗(yàn)，如近代物理實(shí)驗(yàn)室的量子糾纏實(shí)驗(yàn)［5］，通過(guò)光子糾纏的實(shí)驗(yàn)演示，證明了量子力學(xué)的基本判據(jù)，提供了量子通信的基礎(chǔ)原理．普通物理實(shí)驗(yàn)室的耦合擺實(shí)驗(yàn)［6］，通過(guò)設(shè)計(jì)和制作耦合擺系統(tǒng)，顯示了波動(dòng)的基本性質(zhì)，例如正則模式、駐波、色散關(guān)系和隱失波等，對(duì)于學(xué)生形象地認(rèn)識(shí)波動(dòng)理論有極大的幫助．又如普通物理實(shí)驗(yàn)室的“頻率可調(diào)諧光柵反饋式擴(kuò)展腔二極管激光器的搭建與測(cè)試”［7］，通過(guò)激光器外腔的搭建與調(diào)試，使學(xué)生對(duì)激光原理和光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的各種元器件、儀器體表，特別是光路等，有了切實(shí)的了解和實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)．

由于一些新技術(shù)領(lǐng)域的出現(xiàn)，在清華近代物理實(shí)驗(yàn)中，逐步引入諸如巨磁電阻、掃描隧道顯微鏡、拉曼（包括拉曼增強(qiáng)）光譜、高溫超導(dǎo)特性等新實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也應(yīng)教學(xué)儀器廠商的需要，開(kāi)辟了半導(dǎo)體少數(shù)載流子壽命測(cè)量、LED（發(fā)光二極管）結(jié)溫測(cè)量等新設(shè)備、新實(shí)驗(yàn)．

3．4 教學(xué)隊(duì)伍的成長(zhǎng)

長(zhǎng)期以來(lái)，內(nèi)地高校一般都形成了專門的實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍，他們辛勤工作在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第一線，做出了默默無(wú)聞的貢獻(xiàn)．但是他們個(gè)人的發(fā)展往往受到限制，同時(shí)由于他們逐漸同科研第一線脫節(jié)，對(duì)前沿知識(shí)了解不夠，造成自己在知識(shí)層面上的局限，和對(duì)新事物缺乏敏感，也反過(guò)來(lái)影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和進(jìn)一步的發(fā)展．

反觀先進(jìn)國(guó)家和地區(qū)，實(shí)驗(yàn)課程由教授們輪流執(zhí)教．例如MIT由若干教授組成小組，各負(fù)責(zé)幾年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)．而實(shí)驗(yàn)室則靠高級(jí)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員運(yùn)轉(zhuǎn)維持．這種模式，既保障了實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的穩(wěn)定性，又把科研一線教師的知識(shí)、成果，甚至治學(xué)風(fēng)格，都引進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使之更接近科研實(shí)踐，更富有啟發(fā)性和前瞻性，更有利于學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)課而得到提高和成長(zhǎng)，在獲得扎實(shí)訓(xùn)練的同時(shí)，也激發(fā)出他們對(duì)研究的興趣和熱情．

通過(guò)努力，清華實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)中心的教師隊(duì)伍，已經(jīng)由科研一線的教師為主，歷史形成的單純教學(xué)人員逐漸減少，并且中心鼓勵(lì)工作人員積極參與科研實(shí)踐，密切與科研團(tuán)隊(duì)的聯(lián)系．我們的目標(biāo)，就是使實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍成為一支流動(dòng)的、具有高度科研素養(yǎng)的隊(duì)伍，使他們既不脫離科研前沿，又勝任愉快地從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)．

實(shí)現(xiàn)這種過(guò)渡的一個(gè)重要前提，就是要有一支支撐教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的高水平的實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍，和相對(duì)穩(wěn)定的管理人員．清華實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)中心在這方面具有得天獨(dú)厚的條件，但是人員老化的潛在危機(jī)也值得警惕．一批年輕而且學(xué)歷高的實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員正適時(shí)地補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的穩(wěn)定和發(fā)展提供了保障．對(duì)于教學(xué)技術(shù)隊(duì)伍的職稱待遇和業(yè)務(wù)提高，也積極呼吁有關(guān)部門采取切實(shí)的措施．

4 差距、問(wèn)題與出路

高等學(xué)校的實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)面臨著一系列待解的問(wèn)題．

首先，從比較中可以顯示差距．中國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，我們的高等教育，與世界名校還有著明顯的差距．但是這個(gè)差距究竟在什么地方？是不是只在實(shí)驗(yàn)設(shè)備的好壞和實(shí)驗(yàn)題目的多寡？實(shí)際上近年來(lái)國(guó)家對(duì)高校明顯地加大了投入，許多學(xué)校，特別是重點(diǎn)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室，已經(jīng)今非昔比，在硬件建設(shè)上大致不遜于美歐國(guó)家的大學(xué)．硬件建設(shè)的問(wèn)題在于應(yīng)當(dāng)對(duì)癥下藥，按實(shí)際需要安排．應(yīng)當(dāng)說(shuō)，高等教育的差距，主要是在質(zhì)量上，而質(zhì)量提高的關(guān)鍵在軟件方面．

把實(shí)驗(yàn)課片面地僅僅用于驗(yàn)證所學(xué)的理論知識(shí)，會(huì)使實(shí)驗(yàn)教學(xué)失去它的原創(chuàng)精神，并造成理論先于實(shí)驗(yàn)的錯(cuò)覺(jué)．僅僅按實(shí)驗(yàn)員的標(biāo)準(zhǔn)，訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，又會(huì)脫離物理思想的崇高境界，淪為培養(yǎng)照貓畫虎的工匠．在實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生的各種品性、作風(fēng)都一目了然，這樣就使教學(xué)實(shí)驗(yàn)室成為培養(yǎng)學(xué)生的縝密科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)工作作風(fēng)、虛心合作精神的最好機(jī)會(huì)和場(chǎng)所．最后，啟發(fā)和激勵(lì)學(xué)生的自主能力、探索精神，啟迪他們勇于創(chuàng)新的科學(xué)作風(fēng)，而不是僅限于測(cè)量數(shù)據(jù)、囿于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的獲得，無(wú)疑應(yīng)當(dāng)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)努力追求的境界．這些先進(jìn)的理念，體現(xiàn)在國(guó)際一流大學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中．

復(fù)旦大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的幾位負(fù)責(zé)人，張新夷、馬世紅和樂(lè)永康教授等，到美國(guó)和歐洲考察［8，9］，獲取了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，并發(fā)表專文與同行分享．概括起來(lái)，他們對(duì)歐美物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的體會(huì)是：

（1）“熱愛(ài)”是工作的動(dòng)力源泉；

（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)是團(tuán)隊(duì)作業(yè)（Team work）；

（3）提問(wèn)和討論是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)；

（4）注重科研能力的培養(yǎng)和及時(shí)把科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)實(shí)驗(yàn)；

（5）因材施教培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生；

（6）用評(píng)估代替考試．

以提問(wèn)為例，他們的歐洲考察報(bào)告介紹說(shuō)：歐洲的大學(xué)“重視提問(wèn)，在他們的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)上明確寫著‘The more you talk to your demonstrators，the more you will enjoy the laboratory，and the better you will perform．Keep asking questions．As a student it is your right to ask questions（there is no such thing as a silly question！）’（你與助教交談得越多，你就會(huì)越加喜愛(ài)實(shí)驗(yàn)室，你的實(shí)驗(yàn)也會(huì)做得更好．盡量提出問(wèn)題！作為學(xué)生，提出問(wèn)題是你的權(quán)力（沒(méi)有任何問(wèn)題是愚蠢的））”．而且，“所到之處，都不大聽(tīng)到‘創(chuàng)造性’和‘創(chuàng)新’這樣的說(shuō)法，但他們?cè)趯?shí)實(shí)在在地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，時(shí)時(shí)處處在啟發(fā)學(xué)生要多加思考．”

在他們的美國(guó)考察報(bào)告中，也列舉了多達(dá)12條特色．比如；“非常重視在課堂講授中的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)”，這一點(diǎn)在清華大學(xué)也是一個(gè)優(yōu)良的傳統(tǒng)，有效地保障了大學(xué)物理課程的高質(zhì)量．再比如，“對(duì)低年級(jí)的學(xué)生，主張和提倡實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的趣味性，將深?yuàn)W的物理原理寓于趣味之中，以便讓學(xué)生們學(xué)得非常快樂(lè)與輕松．”這一點(diǎn)與我們關(guān)于“學(xué)習(xí)的樂(lè)園”的理念不謀而合，但在實(shí)際上，恐怕是我們中國(guó)高校很難學(xué)習(xí)到的．最后，“注重科學(xué)文化底蘊(yùn)的傳承，且定期開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，對(duì)社會(huì)大眾開(kāi)展科普教育．”這一點(diǎn)，也反映了中美教育的一個(gè)根本差別，就是美國(guó)學(xué)校強(qiáng)調(diào)“通識(shí)教育”，而中國(guó)學(xué)校注重專業(yè)訓(xùn)練．實(shí)際上，高等教育強(qiáng)調(diào)通識(shí)教育，培養(yǎng)具有深厚文化素養(yǎng)的人才，而不僅是某一個(gè)狹窄領(lǐng)域的專才，才有可能出現(xiàn)“大師”，才有可能在一個(gè)健康的社會(huì)中，有無(wú)數(shù)受過(guò)良好教育、傳承優(yōu)秀文化底蘊(yùn)的精英，作為整個(gè)國(guó)家的中流砥柱．通識(shí)教育是遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)，專才教育是目光短淺．

在2012年的第一屆中美物理教學(xué)高層論壇上，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的包雷教授特別奉獻(xiàn)了他對(duì)中美學(xué)生在知識(shí)掌握和思辯能力兩方面的細(xì)致比較研究．包雷教授曾任美國(guó)國(guó)家物理教育協(xié)會(huì)國(guó)際委員會(huì)主任，對(duì)物理教育有深入的研究和獨(dú)到的見(jiàn)解．鑒于中美兩國(guó)的初等教育體制完全不同（例如，在中國(guó)，中學(xué)教育的出發(fā)點(diǎn)就是為了高考），包雷教授想從推理能力的角度考察這種體制不同所造成的后果［10］．他們的研究顯示，中國(guó)學(xué)生受到數(shù)學(xué)和自然科學(xué)的嚴(yán)格訓(xùn)練，在具體科學(xué)內(nèi)容的檢測(cè)中明顯占優(yōu)．但是在推理能力方面，中美學(xué)生的能力卻不分伯仲，如圖2所示．顯而易見(jiàn)，具體知識(shí)的掌握，不是本質(zhì)性的，也未必終身受益，而思維能力的培養(yǎng)才是成材的根本．當(dāng)我們的孩子們苦于每天海量的作業(yè)、經(jīng)常不斷的摸底考試等等，美國(guó)孩子在享受著童年的歡樂(lè)，和發(fā)展自己喜愛(ài)的專長(zhǎng)．最后結(jié)果，思維能力一點(diǎn)也不比苦海中的中國(guó)孩子差．我們的教育是不是出了問(wèn)題呢？我們的高等教育有沒(méi)有類似的問(wèn)題呢？！天賦稟異的大師會(huì)不會(huì)就因?yàn)閱⒚山逃牟町惗话l(fā)現(xiàn)，或被扼殺呢？個(gè)性的輝煌，或被彰顯、或被掩埋呢？錢學(xué)森之問(wèn)：“為什么沒(méi)有大師”，是不是從這里可以又得到一些啟示呢？德國(guó)甚至明禁學(xué)前教育，認(rèn)為孩子智力被過(guò)度開(kāi)發(fā)不是好事，必須給孩子的大腦留下想象空間，否則孩子們的大腦就會(huì)變成存儲(chǔ)器，不會(huì)思考了．

圖2 中美學(xué)生知識(shí)擁有量和推理能力比較

目前實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)還碰到一個(gè)糾結(jié)的問(wèn)題，就是一些工科院系在減低學(xué)生學(xué)習(xí)壓力時(shí)，把壓縮甚至取消物理實(shí)驗(yàn)課作為首選．這樣做，顯然會(huì)使工科教學(xué)更加狹隘，缺少作為一切工程科學(xué)的基礎(chǔ)的物理熏陶．正像一位清華教授所說(shuō)，現(xiàn)在的工科教育先把好材料都扯成布條，最后怎么能制成西服呢？以生物學(xué)為例，清華大學(xué)榮獲愛(ài)明諾夫獎(jiǎng)的施一公教授的杰出成就，很大程度上得益于他堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)，他本人也強(qiáng)調(diào)物理學(xué)對(duì)現(xiàn)代生物學(xué)的重要性．而現(xiàn)實(shí)中清華生物系已經(jīng)取消了物理實(shí)驗(yàn)課．為了解決這個(gè)矛盾，實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)中心正在醞釀構(gòu)建有針對(duì)性的工科基礎(chǔ)物理教學(xué)平臺(tái)，譬如面向生物科學(xué)，能源科學(xué)，材料科學(xué)的平臺(tái)等等．

作為結(jié)語(yǔ)，我們把“教學(xué)的平臺(tái)，探索的基地，求知的樂(lè)園”當(dāng)成實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)的宗旨，希望把實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)提高到一個(gè)新的層次．

本文雖以清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)的實(shí)踐為基礎(chǔ)，但所論所議，只是個(gè)人的思考，不代表本單位．文責(zé)自負(fù)，歡迎批評(píng)指正和討論切磋．

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