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中美物理教學(xué)的對比分析
一、中美大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)模式的比較
在斯坦福大學(xué)，DOUGLASDOS?HEROFF教授特意在黑板上寫(xiě)下“GOAL：Learnhowtodophysics，notspecifictechnique.”意思是說(shuō)要通過(guò)物理實(shí)驗使學(xué)生懂得如何去研究物理問(wèn)題，而不是只局限在知識的傳授和技能的訓練范圍內。究其這種觀(guān)念上的區別，原因有二：其一是與傳統教學(xué)方法有關(guān)。我國習慣于從抽象到特殊的教學(xué)方法，而美國則重視從特殊到抽象的教學(xué)方法。其二是與實(shí)踐意識有關(guān)。國內的學(xué)生學(xué)習純理論的較多，理論性、邏輯性較強，而美國的學(xué)生非常注重實(shí)驗，當遇到有爭論的問(wèn)題，往往不是先翻書(shū)，而是“讓學(xué)生實(shí)驗一下探個(gè)究竟”。正如楊振寧博士曾說(shuō)過(guò)的：“我到芝加哥大學(xué)攻讀博士學(xué)位，學(xué)到一種與中國完全不同的學(xué)習方法。教師要你注意的不是最高原則，而是一些新的現象，并抓住這些現象進(jìn)行探究、研究、歸納、思考�！边@給了我們很大的啟示，應該更加充分地認識到物理實(shí)驗教學(xué)的作用和性質(zhì)，在實(shí)驗教學(xué)中樹(shù)立更高的目標。
(一)實(shí)驗教學(xué)內容體系的比較
教學(xué)內容體系由知識素材、技巧能力和品質(zhì)道德三個(gè)基本因素組成。知識素材是教學(xué)內容的基礎，技巧能力和品質(zhì)道德蘊含在知識素材之中。而教材的差異，是導致課程設置、教學(xué)內容、教學(xué)方法和手段一系列差異的必然結果。在我國，大學(xué)物理實(shí)驗課程基本上是獨立設置，與之相適應的教材大多是正式出版的“規劃教材、面向21世紀課程教材”等，這些教材理論嚴謹，內容全面深入。在知識素材的選取上，大多注重傳統，經(jīng)典實(shí)驗、命題實(shí)驗較多。所選的實(shí)驗項目大多是與儀器設備相配套的經(jīng)典內容，演示實(shí)驗很少，即使有演示實(shí)驗，大多是在計算機上通過(guò)動(dòng)畫(huà)、模擬的形式來(lái)完成的。這些傳統的物理實(shí)驗項目規定了實(shí)驗內容、實(shí)驗儀器和實(shí)驗方法，甚至要達到的實(shí)驗結論，沒(méi)有選擇性且缺乏層次性。學(xué)生的實(shí)驗領(lǐng)域大多在力學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)部分，重點(diǎn)在于培養學(xué)生的實(shí)驗技能，正確使用儀器和取得正確結果。近代物理實(shí)驗是針對UpperDivision學(xué)生開(kāi)設的，按照力、熱、電、光、原子和原子物理的理論結構順序分別在相應的學(xué)期開(kāi)設，并且所選的實(shí)驗項目大多是以經(jīng)典的“驗證型”為主，與科技發(fā)展的前沿聯(lián)系不多，對于“研究型、設計型和綜合型”的實(shí)驗，只有少數高校開(kāi)設�，F在有條件的高校逐步在改變這種模式，正在由“驗證型”向“研究型”、由訓練學(xué)生的動(dòng)手能力向訓練學(xué)生的邏輯思維能力發(fā)展。在美國，教學(xué)與實(shí)驗合二為一。在知識素材的選取上，實(shí)驗沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的教材，實(shí)驗教材基本上是自編的講義，有些大學(xué)沒(méi)有自編教材，由教師從市場(chǎng)上選擇推薦給學(xué)生，根據教師和學(xué)生的需求，再由出版商出版。知識素材的顯著(zhù)特點(diǎn)是充分利用現代高新技術(shù)并貼近工作生活。對于近代物理實(shí)驗，大多只有相關(guān)的參考教材和實(shí)驗內容指導書(shū)，并且在課程網(wǎng)站上一般都會(huì )提供相關(guān)資料供學(xué)生閱讀和使用。對教師而言，教材只是作為一種教學(xué)工具，用于幫助師生交換意見(jiàn)和展開(kāi)討論;對學(xué)生而言，教材也僅僅作為一種輔助學(xué)習的工具，不是什么至高無(wú)上的考試寶典。據有關(guān)專(zhuān)家歸納，美國高校教材有以下特點(diǎn)[1]：(1)統籌安排實(shí)驗內容，避免不必要的重復和脫節;(2)重點(diǎn)突出，詳略得當，注意提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和能力;(3)注意與現代概念的銜接，引入現代的觀(guān)點(diǎn)和方法，反應科學(xué)的最新成果;(4)不搞統一模式，按不同要求、不同層次有不同安排，突出自身特點(diǎn)。其行文多為談話(huà)式、探討式，表達形式新穎、流暢，很有親和力。在課程設置方面主要包括四個(gè)部分[2]：(1)課堂演示實(shí)驗。他們的演示實(shí)驗的條件非常完善，且內容豐富。加州大學(xué)伯克利分校，多媒體教室可容納500人，教師的演示實(shí)驗過(guò)程清晰地投影到大屏幕上，學(xué)生的學(xué)習興趣濃厚，收效甚佳。(2)LowerDivision物理實(shí)驗。針對一、二年級學(xué)生基礎知識相對薄弱的特點(diǎn)，各校的開(kāi)課方式有所不同。有的學(xué)校把理論教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)統一為一門(mén)課程，而有的學(xué)校則獨立設課，學(xué)生成績(jì)單獨給出。對于不同學(xué)科的學(xué)生，在選擇實(shí)驗內容和要求上也是有區別的。(3)UpperDivision物理實(shí)驗。針對三、四年級學(xué)生知識面寬的特點(diǎn)，各高校均是獨立設課，獨立評定實(shí)驗成績(jì)。且實(shí)驗題目多、選題廣，基本上涵蓋了物理學(xué)的每一個(gè)領(lǐng)域。(4)科研型課題實(shí)驗。是針對高年級學(xué)生開(kāi)設的選修課，如哈佛大學(xué)，每年都會(huì )選拔一批本科生參與到科研課題當中，并且課題的內容大多是Project實(shí)驗，顯然其深度和廣度要高于我國高校開(kāi)設的設計、研究型實(shí)驗。
(二)實(shí)驗教學(xué)方法、手段的比較
教學(xué)方法是實(shí)驗教學(xué)中的重要一環(huán)，標新立異的教學(xué)方法能起到事半功倍的教學(xué)效果。教學(xué)手段是教學(xué)中師生相互傳遞信息的工具，多媒體網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和電子視聽(tīng)設備在教學(xué)手段中的應用，能大大提高教學(xué)的效果和水平。在我國，大學(xué)物理教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)各自有自己的教學(xué)計劃，二者根本不一致。這種教學(xué)模式無(wú)形中給教師的“教”提供了便利，而給學(xué)生的“學(xué)”卻帶來(lái)了難度。在實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中，大多是首先讓學(xué)生在課外預習實(shí)驗，并按規定的格式要求寫(xiě)出實(shí)驗報告。然后教師在學(xué)生實(shí)驗之前花上幾十分鐘針對實(shí)驗儀器分組講解實(shí)驗原理、方法和儀器使用等，再將學(xué)生進(jìn)行分組，由小組共同完成實(shí)驗任務(wù)。學(xué)生完全按照既定步驟和要求完成操作過(guò)程，效率較高，學(xué)生、教師都省心。實(shí)踐表明，有不少學(xué)生是在被動(dòng)地做實(shí)驗，盲目得到實(shí)驗結果。因此，這種缺少想象力和創(chuàng )新性的教學(xué)方法，對學(xué)生的思維、創(chuàng )新能力的培養是不利的。隨著(zhù)國力的增強，多媒體網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和計算機在教學(xué)中的廣泛應用，大大提高了教學(xué)的效果和水平。相比之下，我國高校實(shí)驗設備的自動(dòng)化程度還很低，計算機的普及率還遠沒(méi)有達到要求，學(xué)生擁有計算機的還不足2/3，并且利用計算機進(jìn)行娛樂(lè )的不在少數。當然，在物理實(shí)驗中，并非是使用計算機越多越好。因為許多物理現象的觀(guān)察、操作能力的培養、物理思想的掌握等都不能由計算機來(lái)代替。在美國，大學(xué)物理理論教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)一般都是整合在大學(xué)物理課程之中的，且講授內容與實(shí)驗一致。如麻省理工學(xué)院的普通物理學(xué)課程中，完全是在實(shí)驗室里完成的，按照學(xué)生每組3人進(jìn)行分組，以學(xué)生自學(xué)習為主，教師講解理論與指導實(shí)驗同步進(jìn)行。這樣的教學(xué)方法，學(xué)生能及時(shí)從實(shí)驗中驗證所學(xué)理論知識，并深刻理解和掌握實(shí)驗方法;對教師來(lái)說(shuō)無(wú)形中增加了工作量，并對教學(xué)設施提出了比較高的要求。歸納起來(lái)，美國高校在物理實(shí)驗教學(xué)中主要采用的方法有兩種：(1)分組探究式教學(xué)。這種方法是由華盛頓大學(xué)物理教學(xué)研究組MCDERMOTT教授等在過(guò)去的20多年實(shí)踐中研究和發(fā)展起來(lái)的[3]。在課堂教學(xué)中，教師將學(xué)生分成若干小組，通過(guò)啟發(fā)式的提問(wèn)，讓學(xué)生通過(guò)設計、實(shí)驗、觀(guān)察實(shí)驗現象，來(lái)解釋、驗證物理現象。2000年美國國家研究理事會(huì )組織編寫(xiě)出版了一本科學(xué)探究專(zhuān)注，其中將探究式教學(xué)的基本特征概括為提出問(wèn)題、證據、解釋、評價(jià)及交流[4]。(2)工作室物理實(shí)驗教學(xué)(StudioPhysicsteaching)。這種方法是JACKWILSON于1994年在倫斯勒理工學(xué)院首創(chuàng )的，并被美國一些高校廣泛應用[3]。這種教學(xué)模式是在高度合作、開(kāi)放的實(shí)驗環(huán)境中，利用先進(jìn)的實(shí)驗裝置和技術(shù)，讓學(xué)生自覺(jué)、主動(dòng)地學(xué)習，然后教師通過(guò)一對一的巡回指導幫助學(xué)生完成實(shí)驗。這樣的學(xué)生知識面要寬一些，解決實(shí)際問(wèn)題的能力也強一些。其自動(dòng)化程度較高的數據采集和處理的計算機等設備已廣泛應用到美國高校的實(shí)驗教學(xué)之中，使用計算機完成普通物理和近代物理實(shí)驗的比率幾乎是35%和100%。況且，他們的每門(mén)課程都有相應的網(wǎng)站，學(xué)生通過(guò)閱覽網(wǎng)站，能獲得課程大綱、學(xué)習輔導、考核方式等課程相關(guān)信息。對于大學(xué)物理實(shí)驗，網(wǎng)站上一般都有對實(shí)驗項目、實(shí)驗儀器、實(shí)驗方法、實(shí)驗原理、實(shí)驗步驟和實(shí)驗時(shí)間的詳細說(shuō)明，以及利用計算機編程語(yǔ)言編寫(xiě)的虛擬實(shí)驗，以向學(xué)生展示不同內容的實(shí)驗現象。所以，美國高校的實(shí)驗教學(xué)手段更先進(jìn)一些。
(三)實(shí)驗教學(xué)評價(jià)的比較
教學(xué)評價(jià)是現代教育教學(xué)管理的一種重要手段，是為改進(jìn)教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量提供決策依據的過(guò)程。能否對教學(xué)活動(dòng)作出科學(xué)、全面和準確的評價(jià)，不僅直接影響到教師的工作積極性和學(xué)生的學(xué)習主動(dòng)性，更重要的是關(guān)系到對人才培養方案的落實(shí)。本文只討論教師教學(xué)工作中對學(xué)生大學(xué)物理實(shí)驗課程成績(jì)的評價(jià)方式。在我國，大學(xué)物理實(shí)驗課程主要通過(guò)平時(shí)成績(jì)和期末考試進(jìn)行評價(jià)的。平時(shí)成績(jì)是對每個(gè)實(shí)驗的評價(jià)而進(jìn)行的，評價(jià)的方式是以學(xué)生的預習報告和實(shí)驗報告而進(jìn)行的。這一評價(jià)方式往往對實(shí)驗過(guò)程的評價(jià)沒(méi)有給予足夠的重視，包括實(shí)驗預習，實(shí)驗操作和實(shí)驗報告。期末考試雖然在考試大綱中規定是實(shí)驗操作，但由于時(shí)間、人員、儀器和經(jīng)費的原因，往往流于形式。為了應付檢查，甚至把學(xué)生的某一次實(shí)驗作為期末考試。學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jì)的評價(jià)，大都是按“課程總評成績(jì)100%=平時(shí)成績(jì)60%+期末成績(jì)40%”的方式來(lái)評價(jià)。這種評價(jià)方式無(wú)疑給教師的工作帶來(lái)了方便，卻體現不出培養能力、提高素質(zhì)、突出創(chuàng )新為指導的評價(jià)理念。在美國，對學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jì)的評價(jià)，一般按“課程總評成績(jì)100%=期末考試成績(jì)30%～40%+平時(shí)測驗成績(jì)20%～30%+課后作業(yè)成績(jì)20%+實(shí)驗成績(jì)10%左右+考勤、課堂表現成績(jì)10%～20%”的方式來(lái)評價(jià)。顯然，這種增加平時(shí)成績(jì)權重的評價(jià)方式比較全面、客觀(guān)，強化了學(xué)生對實(shí)驗的重視。近代物理實(shí)驗的教學(xué)評價(jià)既嚴格認真又細致深入，如麻省理工學(xué)院(Massachu?settsInstituteofTechnology)，是按“課程總評成績(jì)(100%)=四次單獨口頭考察(40%)+期末公開(kāi)口頭表達(10%)+實(shí)驗記錄(15%)+預備問(wèn)題分析(10%)+考勤及表現(10%)+四頁(yè)書(shū)面總結(15%)”的方式來(lái)評價(jià)�？梢�(jiàn)，在整個(gè)教學(xué)評價(jià)中“四次單獨口頭考察”占的比重最大，其目的是培養學(xué)生做報告的能力;“四頁(yè)書(shū)面總結”是按照學(xué)術(shù)論文的格式來(lái)做;“期末公開(kāi)口頭表達”是按照學(xué)術(shù)報告的要求來(lái)進(jìn)行[5]。
二、美國大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)模式的突出特點(diǎn)及對我們的幾點(diǎn)啟示
通過(guò)對中、美大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)模式的比較，可以看出美國高校在大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中的突出特點(diǎn)，以期為我國的大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)改革提供有益的借鑒。
(一)美國大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)模式的突出特點(diǎn)實(shí)驗教學(xué)觀(guān)念標新立異;實(shí)驗教材不拘一格，引入現代的觀(guān)點(diǎn)和方法，反應科學(xué)的最新成果;教學(xué)方法靈活多樣，教學(xué)手段新穎別致，重視課前準備、課外輔導和課堂教學(xué)效果;教學(xué)評價(jià)科學(xué)、全面、準確、客觀(guān);具有高度合作、開(kāi)放的工作室物理實(shí)驗環(huán)境;實(shí)驗室學(xué)術(shù)氣氛濃厚，學(xué)術(shù)自由。
(二)中美大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)模式的啟示1?多渠道籌措辦學(xué)資金，改善實(shí)驗室教學(xué)條件一方面，需要政府不斷增加對教育的投入，盡早實(shí)現國家財政性教育經(jīng)費支出占國內生產(chǎn)總值比例為4%的目標;另一方面，充分利用社會(huì )力量以及依靠科技服務(wù)增加學(xué)校的收入。2?崇尚學(xué)術(shù)自由師生在校內享有完全的教學(xué)、學(xué)習和科研自由的權利，教師教學(xué)的真理性只接受理智和事實(shí)的檢驗，除此之外不受任何限制[6]。學(xué)校體制能否為學(xué)術(shù)自由打開(kāi)綠燈，也是同仁們比較關(guān)注的問(wèn)題。3?實(shí)行開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)模式實(shí)行全方位、多層次的開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)，不只在于時(shí)間和空間的開(kāi)放，更側重的是教學(xué)內容、教學(xué)方法和教學(xué)手段上的開(kāi)放，是觀(guān)念意識上的開(kāi)放。這種教學(xué)模式能為學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習和個(gè)性發(fā)展創(chuàng )造一個(gè)較好的外部環(huán)境，能滿(mǎn)足學(xué)生求知、探索、和創(chuàng )新的欲望，側重創(chuàng )新精神與能力培養，體現了以人為本的教學(xué)理念，有效地解決當前實(shí)驗教學(xué)中存在的問(wèn)題。4?構建合理的實(shí)驗評價(jià)體系對學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jì)的評價(jià)，按“課程總評成績(jì)100%=平時(shí)成績(jì)60%+期末成績(jì)40%”的方式來(lái)評價(jià)。針對學(xué)生不注重平時(shí)實(shí)驗的操作過(guò)程、抄襲(修改或編造)數據的不良作風(fēng)，采用基于過(guò)程評價(jià)的新模式，對學(xué)生實(shí)驗全過(guò)程進(jìn)行評價(jià)。具體做法是：將實(shí)驗過(guò)程分為實(shí)驗預習、實(shí)驗操作和實(shí)驗報告三個(gè)階段進(jìn)行評價(jià)，每個(gè)階段都有具體的評價(jià)指標。(1)實(shí)驗預習的測評項目包括：實(shí)驗預習報告和實(shí)驗課堂提問(wèn)。這部分成績(jì)占平時(shí)成績(jì)的20%。(2)實(shí)驗操作測評項目包括：實(shí)驗操作及動(dòng)手能力情況、實(shí)驗原始數據等。實(shí)驗操作及動(dòng)手能力的考核，是教師對學(xué)生實(shí)驗過(guò)程的關(guān)鍵操作環(huán)節進(jìn)行巡視考察。這部分成績(jì)占平時(shí)成績(jì)的40%。(3)實(shí)驗報告的測評項目包括：實(shí)驗數據的真實(shí)、實(shí)驗數據的處理、根據數據分析得出實(shí)驗結果、應用科學(xué)知識解析實(shí)驗結果、對實(shí)驗中出現的問(wèn)題作出合理的解析以及課后思考題的回答。這部分成績(jì)占平時(shí)成績(jì)的40%。這樣評價(jià)體系，能公正客觀(guān)、真實(shí)有效地評價(jià)學(xué)生的實(shí)驗成績(jì)和實(shí)驗能力，體現了以提高素質(zhì)、培養能力、突出創(chuàng )新為宗旨的評價(jià)理念。
三、結束語(yǔ)
教學(xué)方法和教學(xué)內容的更新，是大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)改革的出發(fā)點(diǎn)，教學(xué)評價(jià)則是大學(xué)物理實(shí)驗改革的衡量標尺和督促力量。若沒(méi)有切實(shí)可行的教學(xué)評價(jià)體系，那么辛辛苦苦設計的大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)模式將重走舊路。因此，教學(xué)觀(guān)念和教學(xué)評價(jià)，是大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)改革的主觀(guān)因素;而教學(xué)內容、教學(xué)方法和手段則是教學(xué)改革中的客觀(guān)因素。所以，只有首先在主觀(guān)上改變對傳統大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)的認識，再改善教學(xué)實(shí)踐中的客觀(guān)條件，才能在人才培養方面取得突破性進(jìn)展。
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