中美高校大学物理实验教学比较研究

陈红梅，孙文斌

(安徽工业大学 数理科学与工程学院，安徽 马鞍山 243002)

创新能力的培养是创新教育的核心。实验教学是实现创新教育的一个重要手段[1-2]。大学物理实验是一门实践性、应用性和操作性强的课程。通过动手操作，学生不仅加深了对理论知识的理解，更好掌握书本上所学的知识，同时还能够提高动手能力、观察能力以及独立解决实际问题能力，而且可以培养探究精神，为将来进一步从事实验科学研究打下良好的基础[3-6]。针对大学物理实验教学，以美国麻州州立大学罗威尔分校与安徽工业大学大学物理实验教学为例，对中美实验教学的理念、设备、教学方法、实验报告和考核等进行比较。

一、中美大学物理实验教学中的差异

(一)教学理念

大学物理实验教学旨在培养学生的动手能力，验证所学的知识原理，培养良好的实验素养，为进一步深入从事实验科学研究打下良好的基础。这是中美大学物理实验教学的共同点。在具体实施这一理念的过程中，还存在诸多差异。美国大学生的动手能力极强，合作精神较中国学生强。中国学生独立学习工作的能力较为明显，数学计算的能力高于美国学生。但中国学生总体上显得较为腼腆，这一点限制了创新能力的发展。学校开设大学物理实验课程，不仅在于培养学生的动手创新能力，为将来更好的工作、学习以及生活打下基础。可以说培养更好的观察及动手能力，为将来更好从事实验性的科学研究打下良好的基础。美国大学生基本上在听完老师讲述实验原理，演示完之后，立即大大方方开展实验，在实验过程中如遇到问题，同组同学之间能够互相讨论，解决问题，非常活跃、非常认真完成实验课程设计，基本上属于“问题解决”型。他们很少有问题问老师，基本可以通过独立实验操作和相互之间的讨论解决。学生们显得较为“成熟”，师生之间更像“合作”的关系，教师的工作任务完成比较轻松。而在中国大学物理的实验课堂，学生显得胆小，较为腼腆，课堂气氛相对较为沉闷。在教师讲述实验原理的时候，大部分学生默不作声，默默听老师讲解，即使回答问题也显得较为“稚气”。实验操作的时候，每个人都非常听话回到自己的座位上按照老师说的操作，完全是完成老师布置的“任务、作业”，没有明确的目的。在操作的过程中，遇到较多的问题，对于这些问题，他们大多直接问老师。面对这样的情形，老师较为忙碌，忙得像“陀螺”。总而言之，美国学生非常喜欢“物理实验课”，把大学物理实验当作一种“实践”；而中国学生更多把大学物理实验当作同其他课程一样的“理论课”完成任务。“操作、动手、实践、创作”的宗旨贯彻的较为不明显。

(二)仪器设备和教学方法

因为所做的实验内容有很大的差异，决定了所使用的仪器设备有很大的不同。中国大学物理实验所使用的仪器有：分光计(光栅，三棱镜)、马克尔逊干涉仪、电学仪器(万用表，电阻箱，电阻，检流计)、示波器、函数发生器、三线摆、超声声速测量仪(压电换能器)、比热容比测量仪，基本上一人一台，没有电脑。大屏幕电视用于播放幻灯片。美国大学物理实验所使用的仪器：气垫导轨(加速，减速运动)、三棱镜、光栅、驻波测量仪、电学仪器(万用表，电阻箱，电阻，检流计)、简谐振动不同直径的数个钢环。每两人一组，每组配备电脑(电脑里装有软件，供每个学生用于数据处理)，有投影仪用于演示讲解。从仪器设备上来看，除了电脑外，我们的配备比美国强，而且可以做到人手一台，从这个方面来说，我们国家已经配备得相当好了。但是我们还是不如美国先进，他们基本上人手一台电脑，安装了软件程序，用于处理数据，复杂的计算只需输入原始数据，结果立即出来。我们国家的大学生数学强，善于计算，即使没有计算机，也能算得很好，包括不确定度。但是没有计算机的帮助，计算的复杂度是有限的。 比如三线摆的实验，有很多同学因为计算公式的复杂，在实验报告中放弃计算转动惯量。

教学方法上，美国主要采用投影讲解，讲解计算机里软件的使用，教师操作演示，辅之以板书。中国过去教师不乏“苦口婆心”的娓娓道来。近年来，ppt引入课堂，教师从乏味的辛苦劳作中解放出来，取而代之的是生动有趣的ppt，但计算机及相应的软件程序尚未引入课堂，一定程度上限制了课堂教学及学生的数据处理。虽然我国大学生大学物理实验要作不确定度的处理，但是难易程度是相当有限的。

(三)实验报告和考核

实验报告的撰写中美之间存在巨大的差异。在美国，抄袭是非常可耻的行为，所以实验报告的撰写基本上是没有抄袭的。实验原理中的每一句话都是用自己的语言写出来，而且必须打印，包括实验目的、原理、步骤、数据处理、结论分析以及思考题。每一个实验报告就像一本小论文，20多页。完成时间是一个星期。由此可见，只有在理解的基础上才能写出这样的实验报告。中国学生的学习压力十分大，中国学生十分听话，懂礼，在其他学科沉重学习压力下，几乎没有太多的时间与精力分给大学物理实验。在完成实验报告时，原理、步骤基本上是原封不动的抄袭课本，数据处理自己完成，没有思考题。实验报告基本上是手写，不需电脑打印。

关于考核，每一次的实验报告成绩就是美国学生的大学物理实验课的成绩。他们更多的把“实验操作”当做一种工作，成功的实验操作确保了高质量的实验报告的完成。考核是让中国大学生紧张的，以前大学物理实验通常会有操作考核，而现在通常为平时操作和实验报告各占25%，期末考核占50%。学生们都争着第一个完成实验操作。各种考核让中国理工科的大学生“诚惶诚恐”。即使实验课，也无法避免考试，难懂的实验原理，无数个长而复杂的公式，不熟悉的仪器及原理，细致微妙的操作，数据的处理，不确定度的计算，导致中国大学生考试的压力十分大。而美国的大学物理实验教育却显得较为自由，愉快，压力“潜移默化”于每一次实验，每一个实验报告中。

对于教师的考核，美国较为严厉，学期结束，每一个学生给教师打分评价，系里根据学生的评价决定下个学期的任职。所以教师必须教好书，要有一种“服务”的思想，将“学生”当做服务的上帝。在中国，教师充当“老黄牛”的角色，“任劳任怨”。

二、结论与展望

中美大学物理实验教学各有优缺点，各有长处。根据中美大学物理实验教学的特点，提出如下几点建议。

第一，必要的考核。每一个大学物理实验都是著名的物理学家经典的物理学原理的实现，是重要的实验原理实现的精华。熟悉原理、仪器以及操作是十分有必要的，必要的操作考核可以保证学生更加认真对待实验操作，完成实验操作。

第二，以兴趣为主导。大学物理实验主要是培养大学生的动手能力，激发大学理工科生对物理、对科学的兴趣。频繁的考核与考试会使学生失去对大学物理实验教学的“兴趣”，学生以“完成任务”为主导，而不是以“兴趣”为主导。

第三，精简实验内容。15个实验对学生来说难度有点大，还来不及消化吸收所学的，又转为下一个实验。以至于在笔试时，有时即使考的只是标题，学生不知道的也是多数。

第四，“诚信教学”。就是指大学物理实验教学中师生本着实事求是的态度，本着在教学科研中努力钻研的精神，在教学中做到“诚实无欺”。从学生的角度来说，就是“不虚伪”，“不抄袭”，实验报告(实验目的，实验原理，实验步骤，数据处理，思考题)用自己的语言撰写，“不抄袭课本”，“不篡改”数据。