陳紅梅，孫文斌

(安徽工業(yè)大學(xué) 數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是創(chuàng)新教育的核心。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新教育的一個(gè)重要手段[1-2]。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門(mén)實(shí)踐性、應(yīng)用性和操作性強(qiáng)的課程。通過(guò)動(dòng)手操作，學(xué)生不僅加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，更好掌握書(shū)本上所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)還能夠提高動(dòng)手能力、觀察能力以及獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題能力，而且可以培養(yǎng)探究精神，為將來(lái)進(jìn)一步從事實(shí)驗(yàn)科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)[3-6]。針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以美國(guó)麻州州立大學(xué)羅威爾分校與安徽工業(yè)大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，對(duì)中美實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念、設(shè)備、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和考核等進(jìn)行比較。

一、中美大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的差異

(一)教學(xué)理念

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，驗(yàn)證所學(xué)的知識(shí)原理，培養(yǎng)良好的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，為進(jìn)一步深入從事實(shí)驗(yàn)科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。這是中美大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的共同點(diǎn)。在具體實(shí)施這一理念的過(guò)程中，還存在諸多差異。美國(guó)大學(xué)生的動(dòng)手能力極強(qiáng)，合作精神較中國(guó)學(xué)生強(qiáng)。中國(guó)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)工作的能力較為明顯，數(shù)學(xué)計(jì)算的能力高于美國(guó)學(xué)生。但中國(guó)學(xué)生總體上顯得較為靦腆，這一點(diǎn)限制了創(chuàng)新能力的發(fā)展。學(xué)校開(kāi)設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程，不僅在于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手創(chuàng)新能力，為將來(lái)更好的工作、學(xué)習(xí)以及生活打下基礎(chǔ)?？梢哉f(shuō)培養(yǎng)更好的觀察及動(dòng)手能力，為將來(lái)更好從事實(shí)驗(yàn)性的科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。美國(guó)大學(xué)生基本上在聽(tīng)完老師講述實(shí)驗(yàn)原理，演示完之后，立即大大方方開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如遇到問(wèn)題，同組同學(xué)之間能夠互相討論，解決問(wèn)題，非?；钴S、非常認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)，基本上屬于“問(wèn)題解決”型。他們很少有問(wèn)題問(wèn)老師，基本可以通過(guò)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)操作和相互之間的討論解決。學(xué)生們顯得較為“成熟”，師生之間更像“合作”的關(guān)系，教師的工作任務(wù)完成比較輕松。而在中國(guó)大學(xué)物理的實(shí)驗(yàn)課堂，學(xué)生顯得膽小，較為靦腆，課堂氣氛相對(duì)較為沉悶。在教師講述實(shí)驗(yàn)原理的時(shí)候，大部分學(xué)生默不作聲，默默聽(tīng)老師講解，即使回答問(wèn)題也顯得較為“稚氣”。實(shí)驗(yàn)操作的時(shí)候，每個(gè)人都非常聽(tīng)話回到自己的座位上按照老師說(shuō)的操作，完全是完成老師布置的“任務(wù)、作業(yè)”，沒(méi)有明確的目的。在操作的過(guò)程中，遇到較多的問(wèn)題，對(duì)于這些問(wèn)題，他們大多直接問(wèn)老師。面對(duì)這樣的情形，老師較為忙碌，忙得像“陀螺”?？偠灾绹?guó)學(xué)生非常喜歡“物理實(shí)驗(yàn)課”，把大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)作一種“實(shí)踐”；而中國(guó)學(xué)生更多把大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)作同其他課程一樣的“理論課”完成任務(wù)?！安僮?、動(dòng)手、實(shí)踐、創(chuàng)作”的宗旨貫徹的較為不明顯。

(二)儀器設(shè)備和教學(xué)方法

因?yàn)樗龅膶?shí)驗(yàn)內(nèi)容有很大的差異，決定了所使用的儀器設(shè)備有很大的不同。中國(guó)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)所使用的儀器有：分光計(jì)(光柵，三棱鏡)、馬克爾遜干涉儀、電學(xué)儀器(萬(wàn)用表，電阻箱，電阻，檢流計(jì))、示波器、函數(shù)發(fā)生器、三線擺、超聲聲速測(cè)量?jī)x(壓電換能器)、比熱容比測(cè)量?jī)x，基本上一人一臺(tái)，沒(méi)有電腦。大屏幕電視用于播放幻燈片。美國(guó)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)所使用的儀器：氣墊導(dǎo)軌(加速，減速運(yùn)動(dòng))、三棱鏡、光柵、駐波測(cè)量?jī)x、電學(xué)儀器(萬(wàn)用表，電阻箱，電阻，檢流計(jì))、簡(jiǎn)諧振動(dòng)不同直徑的數(shù)個(gè)鋼環(huán)。每?jī)扇艘唤M，每組配備電腦(電腦里裝有軟件，供每個(gè)學(xué)生用于數(shù)據(jù)處理)，有投影儀用于演示講解。從儀器設(shè)備上來(lái)看，除了電腦外，我們的配備比美國(guó)強(qiáng)，而且可以做到人手一臺(tái)，從這個(gè)方面來(lái)說(shuō)，我們國(guó)家已經(jīng)配備得相當(dāng)好了。但是我們還是不如美國(guó)先進(jìn)，他們基本上人手一臺(tái)電腦，安裝了軟件程序，用于處理數(shù)據(jù)，復(fù)雜的計(jì)算只需輸入原始數(shù)據(jù)，結(jié)果立即出來(lái)。我們國(guó)家的大學(xué)生數(shù)學(xué)強(qiáng)，善于計(jì)算，即使沒(méi)有計(jì)算機(jī)，也能算得很好，包括不確定度。但是沒(méi)有計(jì)算機(jī)的幫助，計(jì)算的復(fù)雜度是有限的。 比如三線擺的實(shí)驗(yàn)，有很多同學(xué)因?yàn)橛?jì)算公式的復(fù)雜，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中放棄計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

教學(xué)方法上，美國(guó)主要采用投影講解，講解計(jì)算機(jī)里軟件的使用，教師操作演示，輔之以板書(shū)。中國(guó)過(guò)去教師不乏“苦口婆心”的娓娓道來(lái)。近年來(lái)，ppt引入課堂，教師從乏味的辛苦勞作中解放出來(lái)，取而代之的是生動(dòng)有趣的ppt，但計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的軟件程序尚未引入課堂，一定程度上限制了課堂教學(xué)及學(xué)生的數(shù)據(jù)處理。雖然我國(guó)大學(xué)生大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)要作不確定度的處理，但是難易程度是相當(dāng)有限的。

(三)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和考核

實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)中美之間存在巨大的差異。在美國(guó)，抄襲是非?？蓯u的行為，所以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)基本上是沒(méi)有抄襲的。實(shí)驗(yàn)原理中的每一句話都是用自己的語(yǔ)言寫(xiě)出來(lái)，而且必須打印，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、步驟、數(shù)據(jù)處理、結(jié)論分析以及思考題。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告就像一本小論文，20多頁(yè)。完成時(shí)間是一個(gè)星期。由此可見(jiàn)，只有在理解的基礎(chǔ)上才能寫(xiě)出這樣的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。中國(guó)學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力十分大，中國(guó)學(xué)生十分聽(tīng)話，懂禮，在其他學(xué)科沉重學(xué)習(xí)壓力下，幾乎沒(méi)有太多的時(shí)間與精力分給大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)。在完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，原理、步驟基本上是原封不動(dòng)的抄襲課本，數(shù)據(jù)處理自己完成，沒(méi)有思考題。實(shí)驗(yàn)報(bào)告基本上是手寫(xiě)，不需電腦打印。

關(guān)于考核，每一次的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)就是美國(guó)學(xué)生的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的成績(jī)。他們更多的把“實(shí)驗(yàn)操作”當(dāng)做一種工作，成功的實(shí)驗(yàn)操作確保了高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成。考核是讓中國(guó)大學(xué)生緊張的，以前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)通常會(huì)有操作考核，而現(xiàn)在通常為平時(shí)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告各占25%，期末考核占50%。學(xué)生們都爭(zhēng)著第一個(gè)完成實(shí)驗(yàn)操作。各種考核讓中國(guó)理工科的大學(xué)生“誠(chéng)惶誠(chéng)恐”。即使實(shí)驗(yàn)課，也無(wú)法避免考試，難懂的實(shí)驗(yàn)原理，無(wú)數(shù)個(gè)長(zhǎng)而復(fù)雜的公式，不熟悉的儀器及原理，細(xì)致微妙的操作，數(shù)據(jù)的處理，不確定度的計(jì)算，導(dǎo)致中國(guó)大學(xué)生考試的壓力十分大。而美國(guó)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育卻顯得較為自由，愉快，壓力“潛移默化”于每一次實(shí)驗(yàn)，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。

對(duì)于教師的考核，美國(guó)較為嚴(yán)厲，學(xué)期結(jié)束，每一個(gè)學(xué)生給教師打分評(píng)價(jià)，系里根據(jù)學(xué)生的評(píng)價(jià)決定下個(gè)學(xué)期的任職。所以教師必須教好書(shū)，要有一種“服務(wù)”的思想，將“學(xué)生”當(dāng)做服務(wù)的上帝。在中國(guó)，教師充當(dāng)“老黃?！钡慕巧叭蝿谌卧埂?。

二、結(jié)論與展望

中美大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)各有優(yōu)缺點(diǎn)，各有長(zhǎng)處。根據(jù)中美大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，提出如下幾點(diǎn)建議。

第一，必要的考核。每一個(gè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)都是著名的物理學(xué)家經(jīng)典的物理學(xué)原理的實(shí)現(xiàn)，是重要的實(shí)驗(yàn)原理實(shí)現(xiàn)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(xué)生更加認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)操作，完成實(shí)驗(yàn)操作。

第二，以興趣為主導(dǎo)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)主要是培養(yǎng)大學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)大學(xué)理工科生對(duì)物理、對(duì)科學(xué)的興趣。頻繁的考核與考試會(huì)使學(xué)生失去對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“興趣”，學(xué)生以“完成任務(wù)”為主導(dǎo)，而不是以“興趣”為主導(dǎo)。

第三，精簡(jiǎn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。15個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)難度有點(diǎn)大，還來(lái)不及消化吸收所學(xué)的，又轉(zhuǎn)為下一個(gè)實(shí)驗(yàn)。以至于在筆試時(shí)，有時(shí)即使考的只是標(biāo)題，學(xué)生不知道的也是多數(shù)。

第四，“誠(chéng)信教學(xué)”。就是指大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中師生本著實(shí)事求是的態(tài)度，本著在教學(xué)科研中努力鉆研的精神，在教學(xué)中做到“誠(chéng)實(shí)無(wú)欺”。從學(xué)生的角度來(lái)說(shuō)，就是“不虛偽”，“不抄襲”，實(shí)驗(yàn)報(bào)告(實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)步驟，數(shù)據(jù)處理，思考題)用自己的語(yǔ)言撰寫(xiě)，“不抄襲課本”，“不篡改”數(shù)據(jù)。