景 佳 林 輝 劉彩霞 王春華

(合肥工業(yè)大學(xué)物理系 安徽 合肥 230009)

(收稿日期：2016-06-01)

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中加大學(xué)物理教育模式比較與分析*
——以多倫多大學(xué)和合肥工業(yè)大學(xué)為例

景 佳 林 輝 劉彩霞 王春華

(合肥工業(yè)大學(xué)物理系 安徽 合肥 230009)

(收稿日期：2016-06-01)

從教材、教學(xué)法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、考核及物理學(xué)史等5個(gè)方面對(duì)加拿大和中國(guó)的大學(xué)物理教育模式進(jìn)行了探討.呈現(xiàn)了兩國(guó)大學(xué)物理教育上的明顯差異.為國(guó)內(nèi)的大學(xué)物理教育提供了啟示和值得借鑒之處.

大學(xué)物理 教材 實(shí)驗(yàn) 物理學(xué)史

1 引言

大學(xué)物理是國(guó)內(nèi)外大學(xué)的一門傳統(tǒng)基礎(chǔ)課程，作用不僅僅是為學(xué)生打好必要的物理基礎(chǔ)，更是讓學(xué)生能夠領(lǐng)悟科學(xué)的思維及研究方法，激發(fā)探索與創(chuàng)新精神.2000年12月在德國(guó)柏林舉辦的第三屆世界物理學(xué)大會(huì)的決議[1]指出：“物理學(xué)是其他科學(xué)(如制藥、生物、化學(xué)、地球科學(xué)等)和絕大部分技術(shù)發(fā)展的直接的或不可缺少的基礎(chǔ)，物理學(xué)曾經(jīng)是、現(xiàn)在是、將來也是全球技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力.”世界各國(guó)都十分重視大學(xué)物理教育，把物理學(xué)作為大學(xué)的重要基礎(chǔ)學(xué)科，是絕大多數(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中的必修課.鑒于大學(xué)物理教育對(duì)科技和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展有重要意義，本文結(jié)合作者在加拿大多倫多大學(xué)訪學(xué)的實(shí)踐，通過觀摩學(xué)習(xí)、親身體驗(yàn)和調(diào)查研究, 對(duì)多倫多大學(xué)與合肥工業(yè)大學(xué)的大學(xué)物理教學(xué)進(jìn)行比較, 通過借鑒發(fā)現(xiàn)自身不足，以期為我國(guó)的大學(xué)物理教學(xué)改革提供有益的借鑒.

2 教材對(duì)比

多倫多大學(xué)面向本科生常用的普通物理教材有如下幾種：Sears and Zemansky′s University Physics，Principles & Practice of Physics，College Physics，Computers in Physics at the University of Toronto等,來源不拘一格[2]，并不局限于加拿大出版的教材，也有美國(guó)出版的教材，還有教師自編的講義.其中Hugh D．Young和Roger A．Freedman編著的《Sears and Zemansky′s University Physics》一書便強(qiáng)調(diào)物理學(xué)不是公式和數(shù)字，而是為我們提供了一種觀察世界的方法，讓我們了解各種事物運(yùn)行的規(guī)律以及其間的相互關(guān)聯(lián)．教材努力幫助學(xué)生理解物理概念，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理世界的洞察力.教材中物理內(nèi)容由大量與實(shí)際生活密切相關(guān)的圖片和彩色圖表引導(dǎo)、展示出來.從基本粒子到宇宙星際, 從日常生活到高科技應(yīng)用, 從自然現(xiàn)象到實(shí)驗(yàn)技術(shù), 圖片內(nèi)容極為廣泛, 教材顯得更加生動(dòng)活潑, 讓學(xué)生饒有興趣、愛不釋手, 從而有效地激發(fā)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情.而我們國(guó)家的物理教材從總體上看, 文字比較嚴(yán)謹(jǐn), 風(fēng)格比較樸素, 缺乏生動(dòng)形象且與實(shí)際聯(lián)系密切、內(nèi)容豐富多彩的插圖，習(xí)題研究對(duì)象往往為“質(zhì)點(diǎn)”、“理想的彈簧”、“無限長(zhǎng)直導(dǎo)線”等等，很難讓學(xué)生將研究對(duì)象與生活中的實(shí)際對(duì)象聯(lián)系起來，降低了學(xué)生對(duì)習(xí)題進(jìn)行深入探究的興趣，因此不利于讓學(xué)生通過習(xí)題來深刻體會(huì)物理原理的含義與應(yīng)用范圍.

國(guó)外物理教材的價(jià)格因素也不容小覷，一本物理教材折合人民幣500元左右(100加元上下)，是一筆不小的開支.多倫多大學(xué)的學(xué)生購(gòu)買了各類教材或參考書后，待課程結(jié)束，多倫多大學(xué)書店可以以折扣價(jià)格回購(gòu)，來年再以舊書折扣價(jià)繼續(xù)出售給下一屆的學(xué)生，這是一種較為經(jīng)濟(jì)的解決方案[3].

而目前國(guó)內(nèi)包括合肥工業(yè)大學(xué)在內(nèi)許多高校教師對(duì)教材的選取沒有充分的自主權(quán)，整個(gè)教學(xué)過程處在計(jì)劃之中，甚至細(xì)化到某一天、某一節(jié)課講什么內(nèi)容.加拿大的大學(xué)教師可以決定教材，或自編講義或向不同專業(yè)學(xué)生介紹相關(guān)的參考書，很少看見教師用一本教材完成教學(xué).教學(xué)中不斷加入新思想、新計(jì)劃、新方案，一切處在動(dòng)態(tài)之中，對(duì)教學(xué)質(zhì)量和水平是很有益處的.

3 教學(xué)方法比較

我們的課堂教學(xué)基本是傳統(tǒng)的教學(xué)模式.粉筆加黑板及多媒體，以教師講述為主，學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí)，沒有提問的空間，從而形成教師“一言堂”的局面.有時(shí)學(xué)生認(rèn)真聽講，但對(duì)一些問題有自己的想法沒有機(jī)會(huì)說出，很少提問.長(zhǎng)此以往，就會(huì)扼殺學(xué)生的探索精神.在多倫多大學(xué)的物理課堂上，常常以討論班的形式授課.討論班的主持教授在新課開始的一兩周，把學(xué)習(xí)計(jì)劃布置下去，由學(xué)生事先安排輪流主持每次討論課.學(xué)生在課下自己查閱資料，找器材，做大量準(zhǔn)備工作.在課堂上師生用所學(xué)物理知識(shí)激烈討論日常生活中所遇到的物理問題.每個(gè)教師每周在固定辦公室都安排有物理答疑時(shí)段(Office Hour)，教師和學(xué)生交流頻繁.

而國(guó)內(nèi)物理教學(xué)比較注重系統(tǒng)推理和邏輯嚴(yán)密性的授課方式，教學(xué)上以教師為主體，采用“填鴨式”滿堂灌的授課方式，會(huì)按照教學(xué)日歷和教學(xué)任務(wù)按部就班地完成教學(xué)任務(wù).這種方式信息量大，邏輯縝密性和授課進(jìn)度得到很好的保證，但學(xué)生學(xué)習(xí)比較被動(dòng)，缺乏師生交互性和學(xué)生的積極主動(dòng)參與，從而導(dǎo)致課堂氣氛比較單調(diào).甚至被學(xué)生評(píng)為“逃課率最高”的課程之一[4].教師上完課和學(xué)生也沒有什么聯(lián)系，甚至出現(xiàn)上完一學(xué)期課很多學(xué)生和教師沒說過一句話的情況.期末考試前一兩周安排集中答疑，學(xué)生也多是咨詢習(xí)題解法等，為了考試而提問.

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)比較

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是大學(xué)物理教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)和組成部分，實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證理論，更可以鍛煉實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力.與多倫多大學(xué)相似，合肥工業(yè)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)也分為課堂演示實(shí)驗(yàn)、普通物理實(shí)驗(yàn)、近代物理實(shí)驗(yàn)等幾類.多倫多大學(xué)在每堂物理課上一般都進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的演示，而國(guó)內(nèi)高校相對(duì)演示實(shí)驗(yàn)就少一些，一般能夠用語(yǔ)言描述清楚的現(xiàn)象就很少來做演示實(shí)驗(yàn).且多倫多大學(xué)實(shí)驗(yàn)室可以通過在線預(yù)約系統(tǒng)和簡(jiǎn)單培訓(xùn)，本科生可以去大型實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)和研究[2].相比之下國(guó)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室開放程度就差得多，一般實(shí)驗(yàn)室都被專人專用或共享性差很多.學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，一般是教師把原理講清，給學(xué)生示范一遍.學(xué)生照葫蘆畫瓢.對(duì)一些原理象征性驗(yàn)證，很少做探究性實(shí)驗(yàn).而在多倫多大學(xué)一般都是實(shí)驗(yàn)教師自己編寫的內(nèi)部講義，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行探索和實(shí)踐.在條件允許的情況下，提高實(shí)驗(yàn)室開放程度及提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力都是我們今后實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的內(nèi)容和方向.

5 成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體制的對(duì)比分析

大學(xué)物理的教學(xué)一般包括課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，兩部分單獨(dú)設(shè)課進(jìn)行考核，在多倫多大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課也是單獨(dú)設(shè)課和考核評(píng)價(jià)的.對(duì)于成績(jī)考核一般根據(jù)小組討論和作業(yè)完成、學(xué)習(xí)總結(jié)和平時(shí)測(cè)試、論文寫作和期末考試等各個(gè)方面來均衡評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)課一般根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作水平、小組討論貢獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫等各方面來給出評(píng)價(jià).國(guó)內(nèi)高校的期末成績(jī)和平時(shí)成績(jī)(理論課)、實(shí)驗(yàn)筆試和實(shí)驗(yàn)報(bào)告(實(shí)驗(yàn)課)就構(gòu)成了期末分?jǐn)?shù)，學(xué)生期末突擊復(fù)習(xí)情況比較嚴(yán)重，分?jǐn)?shù)至上更加關(guān)注結(jié)果而不是過程考核.筆者曾試圖將學(xué)生分為若干組，按小組討論完成實(shí)驗(yàn)課題，但是效果不佳，往往最后成了小組內(nèi)平時(shí)成績(jī)最好的學(xué)生的獨(dú)角戲，其他人袖手旁觀.改革物理課程考核評(píng)價(jià)和過程考核的問題，也是我們今后大學(xué)物理教學(xué)改革的一項(xiàng)重要內(nèi)容.

6 物理學(xué)史

物理學(xué)史作為物理科學(xué)發(fā)展的歷史,包含著許多原創(chuàng)性的科學(xué)研究方法、科學(xué)理論產(chǎn)生的背景以及所體現(xiàn)的科學(xué)精神.因此，物理學(xué)史在物理教學(xué)中,對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)有著重要的作用.國(guó)內(nèi)物理教學(xué)較多側(cè)重介紹與物理學(xué)史相關(guān)的科學(xué)事件的時(shí)間、地點(diǎn)、人物本身，或者介紹幾個(gè)科學(xué)家的軼事，對(duì)物理學(xué)家他們當(dāng)時(shí)是如何思考的，遇到的困難等敘述往往略去.而作者旁聽多倫多大學(xué)物理課和實(shí)驗(yàn)課，物理學(xué)史往往是根據(jù)概念敘述的需要加入，以物理學(xué)史為素材，揭示物理概念、物理規(guī)律和物理思想的內(nèi)在發(fā)展規(guī)律.激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望，不但能促進(jìn)學(xué)生較好地掌握物理學(xué)的學(xué)科體系、探究過程和研究方法,有助于學(xué)生養(yǎng)成良好的科學(xué)情感、態(tài)度及價(jià)值觀.

7 結(jié)束語(yǔ)

物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，講究手腦結(jié)合，學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)也極大地影響著他們學(xué)習(xí)物理的方法和思路.多倫多大學(xué)的物理教育更注重學(xué)生解決問題的能力，在與國(guó)外學(xué)生一起學(xué)習(xí)時(shí)，來自中國(guó)大陸的學(xué)生的優(yōu)點(diǎn)是理論基礎(chǔ)牢固，解題能力強(qiáng)，但是動(dòng)手能力、解決實(shí)際問題的能力相對(duì)較差.

今后國(guó)內(nèi)物理教材中例題和習(xí)題的選擇應(yīng)盡量貼近現(xiàn)實(shí)，題型多樣化，讓學(xué)生在解題的過程中, 多樣能力都得到訓(xùn)練.教材中要突出物理的實(shí)驗(yàn)性, 盡量做到理論和實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合.將提高學(xué)生對(duì)物理的興趣和學(xué)習(xí)熱情作為教材編寫的宗旨, 激發(fā)學(xué)生的求知欲才是人才培養(yǎng)的源動(dòng)力.

大學(xué)物理作為一門傳統(tǒng)基礎(chǔ)課程, 它代表著人類探索自然規(guī)律、一步步走向進(jìn)步的光輝歷程.大學(xué)物理一方面是為學(xué)生打好必要的物理基礎(chǔ)，另外一方面是讓學(xué)生能夠?qū)W習(xí)科學(xué)的思維方法和研究方法，激發(fā)探索與創(chuàng)新精神，提高科學(xué)素質(zhì)并對(duì)學(xué)生畢業(yè)后在工作中進(jìn)一步的知識(shí)更新，都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響.

1 古麗亞，錢俊.第三次世界物理學(xué)會(huì)大會(huì)決議.物理，2001,30(8):59

2 https://www.physics.utoronto.ca

3 http://uoftbookstore.com/textbooks/

4 張擁軍，林輝，呂道文，等.將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于大學(xué)物理教學(xué)的實(shí)踐研究.物理通報(bào)，2015(4):5

*安徽省教育廳質(zhì)量工程研究項(xiàng)目,項(xiàng)目編號(hào)：2014JYXM027，2015JYXM031;安徽省高校人文社科研究重點(diǎn)項(xiàng)目,項(xiàng)目編號(hào)：SK2015A457

景佳(1977- )，男，博士，研究方向?yàn)榇髮W(xué)物理教育和醫(yī)學(xué)物理計(jì)算.