发达国家工科大学物理实验教学特色研究

收稿日期:2008󰀁04󰀁03作者简介:陈冬颖(1964-),女,安徽阜阳人,副教授。第22卷第6期合肥工业大学学报(社会科学版)Vol.22No.62008年12月JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY(SocialSciences)Dec.2008发达国家工科大学物理实验教学特色研究陈冬颖,󰀁任󰀁红,󰀁袁󰀁玲(合肥工业大学应用物理系,合肥󰀁230009)摘󰀁要:物理学是一门实验科学,大学物理实验在培育学生的科学素养、创新能力和实验能力方面起着不可替代的作用。文章分析了美国、澳大利亚、德国、日本、加拿大等发达国家工科大学物理实验教学特色,以有益于我国工科大学物理实验教学改革。关键词:发达国家;物理实验;教学特色分析中图分类号:G51󰀁󰀁󰀁󰀁文献标志码:A󰀁󰀁󰀁文章编号:1008󰀁3634(2008)06󰀁0129󰀁04OnTeachingFeaturesofPhysicsExperimentinEngineeringUniversityinDevelopedCountriesCHENDong󰀁ying,󰀁RENHong,󰀁YUANLing(SchoolofAppliedPhysics,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:Physicsisanexperimentscience.ThePhysicsexperimentofcollegeholdsauniquepositioninthefieldsofdevelopmentofstudents'scientificquality,creativityandexperimentability.Thispa󰀁peranalyzesteachingfeaturesofphysicsexperimentinengineeringuniversityinsuchdevelopedcoun󰀁triesasUS,Australia,Germany,Japan,Canada,whichishelpingforteachinginnovationofcollegeengineeringphysicsexperimentinourcountry.Keywords:developedcountry;physicsexperiment;teachingfeatureanalysis高等教育要以培养学生的创新能力为核心。在物理实验教学中如何培养学生的科学实验素质和创新意识,如何把创新教育贯穿在物理实验教学中,对此发达国家的各高校进行了长期的探索和实践,在培养学生动手能力和创新意识等方面有着各自的特色。一、发达国家工科大学物理实验教学特色1.美国工科大学物理实验教学特色[1-3]美国工科大学大部分学校一二年级物理实验不独立开课,近代物理实验独立开课,供二三年级学生选修。一二年级实验内容比国内的大学物理实验内容少,三四年级实验内容比国内近代物理实验内容深,实验课时占物理课时的1/3-1/4,所用教材都是自编的实验讲义。其主要教学特色如下:第一,注重实验动手能力和创新意识的培养,学生的实验动手意识和能力普遍较强。物理实验课的教学过程大体上分为三个阶段:一是基础训练阶段。在这个阶段中,学生主要进行基本实验技能、基础实验方法和基本实验仪器使用的学习和训练,该阶段主要由助教和工程技术人员来指导。二是教师指导性阶段。在这个阶段中,主要由教师指导学生利用基础阶段已掌握的基本知识和技能,学习和掌握一些高一层次的物理思想、物理模型、物理方法和物理实验。在这个阶段中,学生被要求掌握典型物理实验的基本思路、操作方法、实验技巧和研究方法。教师的任务是引导和启发学生通过具体的物理实验来学会如何剖析实验问题、如何制定最佳实验方案,并给学生留下很多具有启发性、能够开阔视野的思路和问题。三是学生的设计型实验阶段。在这个阶段中,教师布置一些专题实验供学生选择,由学生自己在指定的时间内独立完成。学生需要独立进行实验方案的设计、实验仪器的选配、实验结果的分析和对实验问题的进一步研究。第二,重视教育观念更新,教学方法灵活。教师的物理实验教学方法很活,学生通过集体讨论的方式交流各自的实验预习报告、介绍实验方案、汇报实验测试和分析结果,教师主要是提出问题、启发思路和引导争论。对于设备仪器的使用,教师一般是不做介绍的,主要靠学生自己阅读说明书以掌握其使用方法。第三,因材施教,重视分层教学。物理实验教学从博士生层次,一直延伸到专科生、成教生层次。第四,注重对学生的科研能力的培养。在为高年级本科生开设的实验课中,教师注重为学生提供足够的条件,使学生置身于一种富有探索和创造性的学习环境中,使其受到一种类似于专业科研人员的训练。第五,动态调整实验内容,及时将科研成果转化为新的实验内容。物理实验教学的内容,每年都有一定比例的调整。由于实验教学始终处于动态变化之中,所以在内容上、方法上和技术上,每年总有新思想和新东西产生出来。第六,动态调整教师队伍,提高教学质量。承担物理实验教学的教师队伍始终是动态的,所有的教师都必须是既搞科研、又搞教学的双料人才。第七,有高水平的专职实验技术人员。第八,引入现代教育技术,优化教学环境。学生在实验学习中可以利用计算机进行实验仪器设备的控制、数据采集和处理等。实验报告也基本上是在计算机上完成的,并通过校园网络传递给教师;利用计算机模拟,开发与高新科技相关的物理实验,进行仿真实验教学,以开阔学生的眼界。2.澳大利亚大学工科物理实验教学特色[4]澳大利亚大学工科物理实验独立开课,连开三年,一年级完成20个普通物理实验和4个考试性实验,二三年级相关专业选修。其主要教学特色如下:第一,重视物理实验。澳大利亚工科大学在课时的分配上,理论课学时和实验课学时基本均等。第二,注重分层教学。从实验内容来看,一年级学生的实验并不很复杂,但二三年级的实验则跟物理科学的前沿比较接近。学校对二三年级的学生要求较高,学生要从许多仪器中选择自己所需要的,同时自己制定实验步骤。第三,注重学生实验能力的培养。学生做实验时教师不预先讲解,只讲一些注意事项和安全问题。第四,注重学生科研能力的培养。实验报告的格式与一般的科研论文一样。3.德国大学工科物理实验教学特色[5-6]德国大学工科物理实验独立开课,每学期做15个实验,两学期做30个实验,主要教学特色如下:第一,物理实验受到充分重视。普通物理课分为󰀁理论物理󰀁和󰀁实验物理󰀁两门课,而󰀁物理实验󰀁则又是另一门课。󰀁实验物理󰀁课中有大量的演示实验,演示实验不仅是󰀁实验物理󰀁这门课所必需的,而且还是一门独立的选修课。实验物理这门课是专门为准备将来从事中学物理教学的学生开设的,没有修过这门课的人毕业后就不能担任中学物理教师。德国的一些大学还把中级物理实验课上的表现作为选拔博士生的重要依据。第二,演示实验有特色,演示实验水平相当高。物理实验室除有一套完整的演示实验CAI软件(几乎包含了普通物理的全部内容)外,真实的演示实验仪器也非常齐全,并且相当多的实验内容是学校自行设计的,有些实验十分有趣。此外,演示实验还有十分完整的资料,每个实验都有好几页的说明材料。130󰀁󰀁󰀁󰀁合肥工业大学学报(社会科学版)󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2008年12月第三,物理系配有金工车间。金工车间能加工所有种类的金属零件,配有数控车床和数控铣床,有水平很高的金工师傅。大学的实验仪器中自制仪器达到了1/3以上。第四,重视与科研机构及校外的合作。学校有不少实验仪器是从科研组淘汰下来的,而这些科研组的研究内容一般是比较前沿的,经适当改造后,可让本科学生较早接触到科学研究前沿的工作。4.日本大学工科物理实验教学特色[7]日本大学一二年级物理实验独立开设󰀁基础实验󰀁课,包括物理实验、化学实验和生物实验,三年级工科学生开设应用物理学实验课程。日本东京理工科大学物理系学生的物理实验报告有书面报告和󰀁发表与讨论󰀁两种形式。一部分实验要完成书面报告,一部分实验不需要完成书面报告,而只要做口头发表和讨论。这种口头报告能锻炼学生的口头表述能力,为他们今后作正式的科学报告打下一定的基础,并能促使学生认真完成和理解实验,能增加学生之间合作共事的机会,有利于增强学生对物理实验的兴趣和积极性。5.加拿大大学工科物理实验教学特色[8]加拿大大学工科物理实验一年级不独立开课,二三年级独立开课,供工科学生选修。一年级为验证型实验,实验项目20个,学生选做其中的大部分实验,占物理课程的1/3-1/4。其教学特色主要表现在:第一,重视最基本的实验和基本的训练;第二,计算机大量应用于物理实验教学中;第三,各校都要有高能物理实验项目;第四,由研究生做助教;第五,实验室管理人员少、效率高,在管理上以方便学生为主;第六,物理实验考核严格,计分实行累加式。6.英国大学物理实验教学特色[9]英国大学物理实验独立开课,开设两个学期的物理实验,完成6个普物实验和6个近代物理实验,教学特色主要表现在:第一,重视物理实验教学;第二,物理实验课学时占学生总学时的比例较大;第三,实验项目难度较大。综上所述,美国、加拿大、德国、英国、澳大利亚、日本等发达国家的著名高校普遍所具有的物理实验课教学特色归纳起来主要有以下几点:第一,重视物理实验;第二,注重学生实验能力的培养;第三,开设实验选修课,注重分层教学;第四,注重学生科研能力的培养;第五,教学方式和手段灵活多样;第六,物理实验考核严格,能反映学生的实验能力;第七,计算机大量用于物理实验教学;第八,动态调整教师队伍;第九,有高水平的实验专职技术人员。二、我国工科大学物理实验教学现状我国工科大学物理实验教学的主要目的是培养学生的科学素质、创新能力和实验能力。围绕如何在物理实验教学中培养学生的科学实验素质、创新意识和实验能力,如何把创新教育贯穿在物理实验教学中,我国各高校结合实际进行了一系列教学改革,和发达国家物理实验相比较,目前我国高校工科物理实验教学存在的不足主要表现在:第一,从课时安排上看,实验课占的比重较小,结果使培养出来的学生对物理理论很熟悉,但动手能力不强,影响了学生在实际工作中的创造力。第二,在实验内容上,我国大学物理实验的验证性实验较多,跟物理科学的前沿比较接近的实验较少。第三,在分层教学上,我国物理实验教学的层次没有拉开,只在本科阶段的一二年级开设两学期的物理实验,在高年级中几乎不开设物理选修课。实验仪器主要是由教师预先配置好,这和发达国家高校要求二三年级学生从许多仪器中选择自己所需要的并且自己制定实验步骤的做法相比,不利于培养学生的主动性和创造性。第四,在学生实验能力的培养上,实验开始前,教师要花较长时间对学生讲解基本理论,介绍实验仪器、操作方法和实验步骤,强调注意事项,和发达国家学生做实验时教师不预先讲解、只讲一些注意事项和安全问题相比,这容易使一部分学生只按教师讲述机械地测一些结果便交差了事。学生在实验中碰到故障也不想办法排除,而完全依赖于教师,这种情形很不利于学生能力的培养。第五,在学生科研能力的培养上,131第6期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁陈冬颖,等:发达国家工科大学物理实验教学特色研究学校不能为学生提供足够的条件,使学生置身于一种富有探索和创造性的学习环境中,让他们受到一种类似于专业科研人员搞科研的训练。第六,在教学手段上,CAI教学作用未能得到充分发挥,计算机技术和网络技术在教学中的应用程度较低。三、国外高校物理实验教学对我国工科大学物理实验教学改革的启示近年来,各高校对大学物理实验教学进行了全方位、多层次的改革,在肯定当前工科大学物理实验教学及改革取得成绩的同时,也要看到存在的问题。发达国家工科大学物理实验教学的特色对我国工科大学物理实验教学改革有如下启示:第一,在教学思想上,应把加强基础、培养能力、开拓思维、突出创新、提高素质作为教学指导思想,在教学中强化学生的物理实验能力和实验技能训练力度,重视培养学生的物理思维和科学研究能力。第二,在教学内容上,要做到物理实验课程教学内容与科研、工程和社会应用实践密切联系,使实验项目不断更新。第三,在课程设置上,要建立实验教学与理论教学有机结合,丰富和加强选修实验课程,动态调整教学计划和教材内容。第四,在教学方法和教学手段上,要建立以学生为中心的实验教学模式,形成以自主式、合作式、研究式为主的学习方式。要更新教学手段和技术,引进现代技术,融入多种方式的辅助教学手段。第五,在教学效果的评价上,要建立多元实验考核方法,激发学生学习兴趣,提高学生实验能力和自主学习能力。第六,在实验教学队伍建设上,要建设实验教学与理论教学队伍互通,教学、科研、技术兼容,结构合理的实验教学团队。第七,在实验室建设上,要加大实验教学的投入,使物理实验具有先进的实验设备,能满足现代实验教学要求。参考文献:[1]󰀁王小力.美国大学物理实验教学特色分析[J].大学物理实验,2000,(2):71-73.[2]󰀁段家氏.美国高校物理实验教学和管理情况考察报告[J].大学物理,2004,(3):42-45.[3]󰀁沈元华.访美归来谈物理实验的教学改革[J].物理实验,2001,(4):44-46.[4]󰀁谢志文.介绍澳大利亚莫纳什大学物理实验教学[J].工科物理,1995,(2):29-31.[5]󰀁沈元华.访德报告[J].物理实验,2002,(2):46-48.[6]󰀁乐永康.德国大学教学情况介绍[J].物理实验,2001,(3):42-46.[7]󰀁马兴坤.东京理科大学物理系的物理实验教学[J].物理实验,2000,(10):35-40.[8]󰀁金恩培.浅谈美国、加拿大几所大学物理实验教学情况[J].物理实验,2002,(1):45-48.[9]󰀁张慧云.浅谈曼彻斯特理工大学物理系的实验教学[J].物理实验,2004,(7):42-44.(责任编辑󰀁蒋涛涌)132󰀁󰀁󰀁󰀁合肥工业大学学报(社会科学版)󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2008年12月