第23卷第3期 大学物理 Vol. 23 No. 3 2004年3月 COLL EGE PHYSICS Mar.2004 美国高校物理实验教学和管理情况考察报告 段家忯,曹惠贤2,王煜3,潘元胜4,高立模, 陈子瑜°,张爱军7,苗润才8,周殿清°,胡险峰0,吴建华 (1,北京大学物理学院,北京100871;2.北京师范大学物理系,北京100875;3.复旦大学物理系,上海200433 4.南京大学物理系,江苏南京210093:5.南开大学物理系,天津300071;6.兰州大学物理系,甘肃兰州730000 7.中国海洋大学物理实验中心,山东青岛266003;8.陕西师范大学物理学院,陕西西安710062; 9.武汉大学物理系,湖北武汉430072;10.四川大学物理学院,四川成都610064) 摘要:根据对美国6所大学物理实验室的实地考察情况,介绍了美国大学物理实验教学情况、实验课程设置和实验室管理 等方面的一些做法和特点,讲述了考察后的收获和体会 关键词:物理实验;教学模式;实验室管理 中图分类号:O4.33:G649文献标识码B文章编号:1000712(2004)03-0042-04 根据世界银行贷款“高等教育发展”项目可行性1.1物理实验课程设置 研宄报告及项目技术援助工作执行计划,教育部世 美国高校物理实验课程设置主要包括几个部 界银行贷款办组织项目学校组成了高校物理实验教分:1)课堂演示实验;2) Lower division物理实验 学与管理考察团赴美国进行考察考察团由北京大(相当于我们的普通物理实验);3) Upper Division 学、北京师范大学、复旦大学,南京大学、南开大学、物理实验(相当于我们的近代物理实验);4)科研性 兰州大学、中国海洋大学、陕西师范大学、武汉大学、课题实验.各校的演示实验设施完善,内容丰富.例 四川大学等10所高校的物理实验中心主任组成考如加利福尼亚大学伯克利分校和哥伦比亚大学的多 察团于2002年10月26日至11月8日期间分别访媒体教室可容纳500人,演示条件非常完备.桌面上 问了美国加州大学洛杉矶分校、加州大学伯克利分的实验仪器和实验过程通过摄像投影系统投射到黑 校斯坦福大学、哈佛大学、麻省理工学院和哥伦比板上方的大屏幕上,500名学生都能看到桌面上的 亚大学等6所世界一流大学的物理系 实验演示.他们通常一堂课要做两三个演示实验,这 本次考察的目的是了解这些学校有关物理实验些内容丰富的演示实验无疑可以很好地激发学生的 的课程设置和教学模式、学生创新精神和综合能力学习兴趣 Lower Division物理实验是对一、二年级 的培养、实验室管理等方面的做法和经验以下是此学生开设的,各校的开课方式有些差异有的学校独 次考察的一些具体情况和体会 立设课,单独给实验课成绩有的学校则把课堂教学 1基本情况介绍 和实验教学作为同一门课程,统一给一个课程成绩 在实验内容和要求上,对不同学科的学生也是有差 考察期间考察团与这6所大学从事物理教学及别的 Upper Division物理实验是对三、四年级学生 物理实验教学的教师、实验室技术人员和教学管理开设的,各校都是独立设课,单独给实验课成绩.这 人员进行了广泛深入的交流,听取了他们有关物理部分实验的题目多,选题广泛,几乎涵盖了物理学各 专业及物理实验课程设置、教学管理、教学方法、实个领域,一般有20多个题目可供学生选择科研性 验室管理、教学岗位及教学管理岗位设置等方面的课题实验是对物理系高年级学生开设的选修课,例 情况介绍,参观了物理教学实验室和部分科研实验如斯坦福大学、哈佛大学对三、四年级学生开设的 室,并与部分学生进行了沟通,了解了他们的兴趣和“ Project”实验,内容要比国内高校开设的设计研究 学习情况.下面从几个方面对所了解到的情况作一性实验深 介绍 收稿日期:2003-03-25 作者简介段家低(1944→,女,河北蠡县人,北京大学物理学院基础物理实验教学中心主任教授 2 01995-2006 Tsinghua Tong/ang Optical Disc Co, Ltd. All rights reserved
收稿日期 :2003 - 03 - 25 作者简介 :段家 (1944 —) ,女 ,河北蠡县人 ,北京大学物理学院基础物理实验教学中心主任 ,教授. 美国高校物理实验教学和管理情况考察报告 段家 1 ,曹惠贤2 ,王 煜3 ,潘元胜4 ,高立模5 , 陈子瑜6 ,张爱军7 ,苗润才8 ,周殿清9 ,胡险峰10 ,吴建华1 (11 北京大学 物理学院 ,北京 100871 ;21 北京师范大学 物理系 ,北京 100875 ;31 复旦大学 物理系 ,上海 200433 ; 41 南京大学 物理系 ,江苏 南京 210093 ;51 南开大学 物理系 ,天津 300071 ;61 兰州大学 物理系 ,甘肃 兰州 730000 ; 7. 中国海洋大学 物理实验中心 ,山东 青岛 266003 ;8. 陕西师范大学 物理学院 ,陕西 西安 710062 ; 9. 武汉大学 物理系 ,湖北 武汉 430072 ;10. 四川大学 物理学院 ,四川 成都 610064) 摘要 :根据对美国 6 所大学物理实验室的实地考察情况 ,介绍了美国大学物理实验教学情况、实验课程设置和实验室管理 等方面的一些做法和特点 ,讲述了考察后的收获和体会. 关键词 :物理实验 ;教学模式 ;实验室管理 中图分类号 :O 4 - 33 ; G 649 文献标识码 :B 文章编号 :100020712 (2004) 0320042204 根据世界银行贷款“高等教育发展”项目可行性 研究报告及项目技术援助工作执行计划 ,教育部世 界银行贷款办组织项目学校组成了高校物理实验教 学与管理考察团赴美国进行考察. 考察团由北京大 学、北京师范大学、复旦大学 ,南京大学、南开大学、 兰州大学、中国海洋大学、陕西师范大学、武汉大学、 四川大学等 10 所高校的物理实验中心主任组成. 考 察团于 2002 年 10 月 26 日至 11 月 8 日期间分别访 问了美国加州大学洛杉矶分校、加州大学伯克利分 校、斯坦福大学、哈佛大学、麻省理工学院和哥伦比 亚大学等 6 所世界一流大学的物理系. 本次考察的目的是了解这些学校有关物理实验 的课程设置和教学模式、学生创新精神和综合能力 的培养、实验室管理等方面的做法和经验. 以下是此 次考察的一些具体情况和体会. 1 基本情况介绍 考察期间考察团与这 6 所大学从事物理教学及 物理实验教学的教师、实验室技术人员和教学管理 人员进行了广泛深入的交流 ,听取了他们有关物理 专业及物理实验课程设置、教学管理、教学方法、实 验室管理、教学岗位及教学管理岗位设置等方面的 情况介绍 ,参观了物理教学实验室和部分科研实验 室 ,并与部分学生进行了沟通 ,了解了他们的兴趣和 学习情况. 下面从几个方面对所了解到的情况作一 介绍. 1. 1 物理实验课程设置 美国高校物理实验课程设置主要包括几个部 分 :1) 课堂演示实验; 2) Lower Division 物理实验 (相当于我们的普通物理实验) ; 3) Upper Division 物理实验(相当于我们的近代物理实验) ;4) 科研性 课题实验. 各校的演示实验设施完善 ,内容丰富. 例 如加利福尼亚大学伯克利分校和哥伦比亚大学的多 媒体教室可容纳 500 人 ,演示条件非常完备. 桌面上 的实验仪器和实验过程通过摄像投影系统投射到黑 板上方的大屏幕上 , 500 名学生都能看到桌面上的 实验演示. 他们通常一堂课要做两三个演示实验 ,这 些内容丰富的演示实验无疑可以很好地激发学生的 学习兴趣. Lower Division物理实验是对一、二年级 学生开设的 ,各校的开课方式有些差异. 有的学校独 立设课 ,单独给实验课成绩;有的学校则把课堂教学 和实验教学作为同一门课程 ,统一给一个课程成绩. 在实验内容和要求上 ,对不同学科的学生也是有差 别的. Upper Division物理实验是对三、四年级学生 开设的 ,各校都是独立设课 ,单独给实验课成绩. 这 部分实验的题目多 ,选题广泛 ,几乎涵盖了物理学各 个领域 ,一般有 20 多个题目可供学生选择. 科研性 课题实验是对物理系高年级学生开设的选修课 ,例 如斯坦福大学、哈佛大学对三、四年级学生开设的 “Project”实验 ,内容要比国内高校开设的设计研究 性实验深. 第 23 卷第 3 期 大 学 物 理 Vol. 23 No. 3 2004 年 3 月 COLL EGE PHYSICS Mar. 2004 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
第3 段家忯等:美国高校物理实验教学和管理情况考察报 1.2物理实验教学内容 只须拨动几个开关的集成式教学仪器却未见到 针对一、二年级学生的实验内容,这6所大学大1.4物理实验成绩评定 致是相同的.实验项目比国内综合性(含师范)大学 这6所大学的物理实验课均不进行考试,而是 的普通物理实验要少.哈佛大学将这部分实验中的根据学生实验操作、课堂讨论、实验报告以及口头报 些实验项目,作为学生的家庭作业,带回家去完告等诸方面的情况,由助教综合评定学生实验成绩 成他们发给学生一个实验箱,里面装有各类工具及个助教指导约20名学生,每周都要组织学生讨 一些简单实验部件,如万用电表、电阻、电感、电容、论,他们非常了解学生的学习情况,对学生能力的评 米尺、激光笔等,还有一张附有实验指导资料的CD价,要比一次考试更准确 盘学生可在家中完成一些简单实验针对三四年1.5物理实验教材 级学生的实验内容,每个学校各有特色,这与学校的 这6所大学都没有正式出版的实验教材.一、二 科研方向密切相关这部分的实验内容比国内高校年级学生实验课用的教材都是自编的实验讲义,讲 的近代物理实验内容要深,有很多反映学科前沿的义中有比较详细的实验仪器及计算机软件的使用说 实验 明对于三、四年级学生的实验课,实验室中备有较 1.3物理实验教学模式 齐全的参考文献和资料,学生做实验时可以随时查 在物理实验课教学模式和安排上,这6所大学找自己需要的资料所有的学生都可以很方便地在 各有特点他们专门给学生安排了“讨论”的时间,讨实验室的网页上查到自己所需的实验指导材料 论在同学之间或学生与教师之间进行,讨论贯穿在1.6教学人员岗位设置 他们的整个教学过程中对于每一个实验,他们都是 在这6所大学中,教师和技术人员岗位的设置 遵循先讨论,再实验,再讨论的步骤.实验课教学中是按课程和学生人数来确定的一位教授带6~7名 不要求学生必须一人一套实验仪器,一般是两个学研究生助教,研究生助教每学期选聘一次,一名助教 生共同做实验.一、二年级学生的实验一般比较简辅导16~20个学生加州大学伯克利分校还允许教 单,每个实验学时数约为2~3学时,对实验报告要授聘请高年级学生做“ Reader”,负责按教授提供的 求也比较简单,主要是实验数据和结果针对三、四蓝本,批阅学生的作业或实验报告.教授负责课堂教 年级学生所开的实验一般比较复杂,其中有些实验学实验教学和指导助教助教负责组织学生讨论、 题目与国内高校相同,但实验做得很深入,带有研究辅导学生实验和批阅学生的作业或实验报告.这样 性质,完成这些实验必须经过讨论,完成实验所需的的岗位配置能够保证以讨论交流为教学主体的教学 时间也很长,有的需要十几个小时.如麻省理工学院方式得以进行 的高级实验课程中的实验项目,一个实验学生要做1.7技术人员岗位设置 2~3周,每周6小时对于这些较复杂的实验,实验 对低年级和高年级学生的实验室,一般各配备 报告要求也很严格.斯坦福大学三年级学生做的光2个全职的实验技术人员.实验技术人员由学校选 学实验,要求学生按发表论文的格式写实验报告.斯聘,学校对他们的岗位定位很明确,他们做的是真正 坦福大学哈佛大学对三、四年级学生设有“ Project”高技术的工作.选聘到高水平的实验技术人员不是 实验课程这些“ Project”实验课程要求学生自己选件容易的事,一旦聘定就相对稳定.实验技术人员 定研究项目,设计实验方案,与助教讨论后确定方有很好的理论基础和丰富的实践经验,他们负责按 案.实验方案确定后,在学校里设置的各种小车间,教授的要求准备实验,设计配置新实验项目和实验 如 Machine Shop、 lectronic Shop、 lass Shop等的协室的管理实验仪器维修和实验装置的设计加工由 助下制作实验装置或电子线路等,然后进行实验测技术人员和学校里设置的各种小车间共同完成 试.实验完成后,除了按要求写出实验报告外,还要1.8几个明显特点 求学生作口头报告.教师在实验教学中注重要求学 根据对这6所大学的考察了解,我们认为他们 生对物理原理、方法和过程的认识,我们所见到的大的物理实验教学和管理有以下几个明显的特点 多数实验项目使用的实验仪器、实验技术和原理是 1)重视在课堂讲授中的演示实验教学,演示实 透明的,学生在实际操作过程中能够很直观地理解验内容由教授指定,实验技术人员负责实现. 仪器的工作原理尽管这些学校在教学实验中已大 2)对低年级学生,提倡实验的趣味性,将深奥 量使用计算机采集处理数据,但是像“黑匣子”那样的物理原理寓于趣味之中,学生学得很轻松 2 61995-2006 Tsinghua Tong/ang Optical Disc Co, Ltd. All rights reserved
1. 2 物理实验教学内容 针对一、二年级学生的实验内容 ,这 6 所大学大 致是相同的. 实验项目比国内综合性 (含师范) 大学 的普通物理实验要少. 哈佛大学将这部分实验中的 一些实验项目 ,作为学生的家庭作业 , 带回家去完 成. 他们发给学生一个实验箱 ,里面装有各类工具及 一些简单实验部件 ,如万用电表、电阻、电感、电容、 米尺、激光笔等 ,还有一张附有实验指导资料的 CD 盘 ,学生可在家中完成一些简单实验. 针对三、四年 级学生的实验内容 ,每个学校各有特色 ,这与学校的 科研方向密切相关. 这部分的实验内容比国内高校 的近代物理实验内容要深 ,有很多反映学科前沿的 实验. 1. 3 物理实验教学模式 在物理实验课教学模式和安排上 ,这 6 所大学 各有特点. 他们专门给学生安排了“讨论”的时间 ,讨 论在同学之间或学生与教师之间进行 ,讨论贯穿在 他们的整个教学过程中. 对于每一个实验 ,他们都是 遵循先讨论 ,再实验 ,再讨论的步骤. 实验课教学中 不要求学生必须一人一套实验仪器 ,一般是两个学 生共同做实验. 一、二年级学生的实验一般比较简 单 ,每个实验学时数约为 2～3 学时 ,对实验报告要 求也比较简单 ,主要是实验数据和结果. 针对三、四 年级学生所开的实验一般比较复杂 ,其中有些实验 题目与国内高校相同 ,但实验做得很深入 ,带有研究 性质 ,完成这些实验必须经过讨论 ,完成实验所需的 时间也很长 ,有的需要十几个小时. 如麻省理工学院 的高级实验课程中的实验项目 ,一个实验学生要做 2～3 周 ,每周 6 小时. 对于这些较复杂的实验 ,实验 报告要求也很严格. 斯坦福大学三年级学生做的光 学实验 ,要求学生按发表论文的格式写实验报告. 斯 坦福大学、哈佛大学对三、四年级学生设有“Project” 实验课程. 这些“Project”实验课程要求学生自己选 定研究项目 ,设计实验方案 , 与助教讨论后确定方 案. 实验方案确定后 ,在学校里设置的各种小车间 , 如 Machine Shop 、Electronic Shop 、Glass Shop 等的协 助下制作实验装置或电子线路等 ,然后进行实验测 试. 实验完成后 ,除了按要求写出实验报告外 ,还要 求学生作口头报告. 教师在实验教学中注重要求学 生对物理原理、方法和过程的认识 ,我们所见到的大 多数实验项目使用的实验仪器、实验技术和原理是 透明的 ,学生在实际操作过程中能够很直观地理解 仪器的工作原理. 尽管这些学校在教学实验中已大 量使用计算机采集处理数据 ,但是像“黑匣子”那样 只须拨动几个开关的集成式教学仪器却未见到. 1. 4 物理实验成绩评定 这 6 所大学的物理实验课均不进行考试 ,而是 根据学生实验操作、课堂讨论、实验报告以及口头报 告等诸方面的情况 ,由助教综合评定学生实验成绩. 一个助教指导约 20 名学生 , 每周都要组织学生讨 论 ,他们非常了解学生的学习情况 ,对学生能力的评 价 ,要比一次考试更准确. 1. 5 物理实验教材 这 6 所大学都没有正式出版的实验教材. 一、二 年级学生实验课用的教材都是自编的实验讲义 ,讲 义中有比较详细的实验仪器及计算机软件的使用说 明. 对于三、四年级学生的实验课 ,实验室中备有较 齐全的参考文献和资料 ,学生做实验时可以随时查 找自己需要的资料. 所有的学生都可以很方便地在 实验室的网页上查到自己所需的实验指导材料. 1. 6 教学人员岗位设置 在这 6 所大学中 ,教师和技术人员岗位的设置 是按课程和学生人数来确定的. 一位教授带 6～7 名 研究生助教 ,研究生助教每学期选聘一次 ,一名助教 辅导 16～20 个学生. 加州大学伯克利分校还允许教 授聘请高年级学生做“Reader”,负责按教授提供的 蓝本 ,批阅学生的作业或实验报告. 教授负责课堂教 学、实验教学和指导助教. 助教负责组织学生讨论、 辅导学生实验和批阅学生的作业或实验报告. 这样 的岗位配置能够保证以讨论交流为教学主体的教学 方式得以进行. 1. 7 技术人员岗位设置 对低年级和高年级学生的实验室 ,一般各配备 2 个全职的实验技术人员. 实验技术人员由学校选 聘 ,学校对他们的岗位定位很明确 ,他们做的是真正 高技术的工作. 选聘到高水平的实验技术人员不是 一件容易的事 ,一旦聘定就相对稳定. 实验技术人员 有很好的理论基础和丰富的实践经验 ,他们负责按 教授的要求准备实验 ,设计配置新实验项目和实验 室的管理. 实验仪器维修和实验装置的设计加工由 技术人员和学校里设置的各种小车间共同完成. 1. 8 几个明显特点 根据对这 6 所大学的考察了解 ,我们认为他们 的物理实验教学和管理有以下几个明显的特点. 1) 重视在课堂讲授中的演示实验教学 ,演示实 验内容由教授指定 ,实验技术人员负责实现. 2) 对低年级学生 ,提倡实验的趣味性 ,将深奥 的物理原理寓于趣味之中 ,学生学得很轻松. 第 3 期 段家 等 :美国高校物理实验教学和管理情况考察报告 43 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
大学物理 第23卷 3)重视在实验动手过程中贯穿讨论和交流,重的这个做法后来被许多美国的大学所仿效时隔多 视高年级学生的口头报告和实验报告 年,科学技术在不断地进步,实验内容也在不断地更 4)重视对物理专业学生研究能力的培养 新,但他们重视物理实验的这一传统始终没有改变 5)实验设备中通用仪器(如:示波器,信号源2)物理实验课目的明确 等)均为大公司产品,而专用仪器中有很大一部分是 在访问这几所大学期间,我们可以感受到他们 自制的,仪器透明度高,不采用集成化仪器 为学生开设实验课的目的十分明确.在斯坦福大学 6)计算机广泛应用于教学实验中,其作用是丰当我们讨论到开设物理实验课的作用时, Douglas 富和深化教学内容,而不是代替学生动手 D. osher教授特意在黑板上写下“GOAL: Learn 7)没有统一的正式出版教材,自编的实验教材 how to do Physics, not specific technique.”意思是说 能适应教学内容和仪器的不断更新和新技术的应要通过物理实验使学生懂得如何去研究物理问题 用 而不是只局限在知识的传授和技能的训练范围内 8)考核方式不采用一般意义上的笔试和操作但这并不意味着他们不重视实验基本技能的训练 考试,学生成绩由平时实验、讨论和实验报告,或口在参观实验室时我们发现他们的学生基本实验技能 头报告等综合评定 都相当好.他们之所以这样强调,是要把着眼点放在 9实验技术人员具有很强的业务能力和很高培养学生用实验方法解决物理问题的能力上.这给 的实验室管理水平 了我们很大的启示,我们应该更加充分地认识到物 2收获和体会 理实验教学的作用和性质,在实验教学中树立更高 的目标 在近两周的考察中,我们收集到大量的第一手 3)实验课程设置各有特色 资料.通过听取情况介绍,参观实验室,与负责实验 这几所著名大学的物理实验课程设置各有特 室的教授讨论及与学生的交谈,我们对美国大学的色教学组织形式多样,没有一个固定统一的模式 物理实验教学情况有了一个较全面的了解,从中得这一特点也给我们留下了深刻的印象有的学校将 到了不少宝贵的启示,学到了不少经验.归纳起来主基础物理实验与理论课结合在一起,上完部分章节 要有下面几点收获和体会 后做几个实验;有的学校分不同层次单独开设实验 1)物理实验受到充分重视 课;有的学校干脆将部分实验由学生带回家去做.对 我们考察的几所大学都把物理实验放在十分重高年级学生更是灵活,有的开设“ Project”实验课程 要的位置上,他们为物理系本科生开设了必修的实有的组织学生在暑期到实验室工作等.在高年级的 验课,实验课采取教授负责制.在参观过程中我们了近代物理实验中要求学生做实验的数目不多,主要 解到即使是专攻理论物理的学生,实验课也是不可采取少而精和触类旁通的方式.对学生的实验报告 缺少的而从事实验工作的学生则要在实验上投入要求也按年级和不同学生有所不同有的只要求学 更多的时间,但理论课可以不必全修.他们非常重视生在实验中完成一个简单的报告,有的要求一、二周 演示实验,在课堂教学上大量采用精心准备的演示后交上一份详细实验报告有的大学对高年级学生 实验在访问斯坦福大学时,接待我们的 Douglas D.的实验报告规定了格式,要求按发表科研文章的格 Osheroff教授给我们演示了一个他自己设计的有关式写报告.有的大学还要求高年级学生每人作口头 偏振光的演示实验,实验设计非常巧妙,演示效果十报告.这样的课程设置完全体现以学生为本的原则 分明显. Douglas d. Osheroff教授还亲自负责高年级对我们很有启发 本科生的“ Project”实验这位在当今可以称得上物4)注重科研能力的培养 理大师的诺贝尔奖获得者亲自参与物理实验课程的 这几所大学在为本科生高年级开设的实验课 建设与教学,令人十分钦佩在访问麻省理工学院中,无论是哥伦比亚大学、麻省理工学院的“ Upper 时,我们了解到该院首任院长、物理系教授罗杰斯先 Division”实验课,还是斯坦福大学、哈佛大学的 生早年就强烈倡导开设正式的实验课程,在他的推“ Project”实验课,其中共同的特点都是注重为学生 动下,主持物理系工作的皮克林教授创办了麻省理提供足够的条件,以便在实验过程中充分发挥他们 工学院的物理实验室,并编写了实验指导书,使实验的主观能动性,使学生置身于一种富有探索和创造 成为物理系本科生必修的一门课程.麻省理工学院性的学习环境中,积极主动地思考、分析问题,使他 2 61995-2006 Tsinghua Tong/ang Optical Disc Co, Ltd. All rights reserved
3) 重视在实验动手过程中贯穿讨论和交流 ,重 视高年级学生的口头报告和实验报告. 4) 重视对物理专业学生研究能力的培养. 5) 实验设备中通用仪器 (如 :示波器 , 信号源 等) 均为大公司产品 ,而专用仪器中有很大一部分是 自制的 ,仪器透明度高 ,不采用集成化仪器. 6) 计算机广泛应用于教学实验中 ,其作用是丰 富和深化教学内容 ,而不是代替学生动手. 7) 没有统一的正式出版教材 ,自编的实验教材 能适应教学内容和仪器的不断更新和新技术的应 用. 8) 考核方式不采用一般意义上的笔试和操作 考试 ,学生成绩由平时实验、讨论和实验报告 ,或口 头报告等综合评定. 9) 实验技术人员具有很强的业务能力和很高 的实验室管理水平. 2 收获和体会 在近两周的考察中 ,我们收集到大量的第一手 资料. 通过听取情况介绍 ,参观实验室 ,与负责实验 室的教授讨论及与学生的交谈 ,我们对美国大学的 物理实验教学情况有了一个较全面的了解 ,从中得 到了不少宝贵的启示 ,学到了不少经验. 归纳起来主 要有下面几点收获和体会. 1) 物理实验受到充分重视 我们考察的几所大学都把物理实验放在十分重 要的位置上 ,他们为物理系本科生开设了必修的实 验课 ,实验课采取教授负责制. 在参观过程中我们了 解到即使是专攻理论物理的学生 ,实验课也是不可 缺少的. 而从事实验工作的学生则要在实验上投入 更多的时间 ,但理论课可以不必全修. 他们非常重视 演示实验 ,在课堂教学上大量采用精心准备的演示 实验. 在访问斯坦福大学时 ,接待我们的Douglas D. Osheroff 教授给我们演示了一个他自己设计的有关 偏振光的演示实验 ,实验设计非常巧妙 ,演示效果十 分明显. Douglas D. Osheroff教授还亲自负责高年级 本科生的“Project”实验. 这位在当今可以称得上物 理大师的诺贝尔奖获得者亲自参与物理实验课程的 建设与教学 ,令人十分钦佩. 在访问麻省理工学院 时 ,我们了解到该院首任院长、物理系教授罗杰斯先 生早年就强烈倡导开设正式的实验课程 ,在他的推 动下 ,主持物理系工作的皮克林教授创办了麻省理 工学院的物理实验室 ,并编写了实验指导书 ,使实验 成为物理系本科生必修的一门课程. 麻省理工学院 的这个做法后来被许多美国的大学所仿效. 时隔多 年 ,科学技术在不断地进步 ,实验内容也在不断地更 新 ,但他们重视物理实验的这一传统始终没有改变. 2) 物理实验课目的明确 在访问这几所大学期间 ,我们可以感受到他们 为学生开设实验课的目的十分明确. 在斯坦福大学 , 当我们讨论到开设物理实验课的作用时 , Douglas D. Osheroff 教授特意在黑板上写下“GOAL : Learn how to do Physics ,not specific technique. ”意思是说 要通过物理实验使学生懂得如何去研究物理问题 , 而不是只局限在知识的传授和技能的训练范围内. 但这并不意味着他们不重视实验基本技能的训练 , 在参观实验室时我们发现他们的学生基本实验技能 都相当好. 他们之所以这样强调 ,是要把着眼点放在 培养学生用实验方法解决物理问题的能力上. 这给 了我们很大的启示 ,我们应该更加充分地认识到物 理实验教学的作用和性质 ,在实验教学中树立更高 的目标. 3) 实验课程设置各有特色 这几所著名大学的物理实验课程设置各有特 色 ,教学组织形式多样 ,没有一个固定统一的模式 , 这一特点也给我们留下了深刻的印象. 有的学校将 基础物理实验与理论课结合在一起 ,上完部分章节 后做几个实验;有的学校分不同层次单独开设实验 课;有的学校干脆将部分实验由学生带回家去做. 对 高年级学生更是灵活 ,有的开设“Project”实验课程 , 有的组织学生在暑期到实验室工作等. 在高年级的 近代物理实验中要求学生做实验的数目不多 ,主要 采取少而精和触类旁通的方式. 对学生的实验报告 要求也按年级和不同学生有所不同. 有的只要求学 生在实验中完成一个简单的报告 ,有的要求一、二周 后交上一份详细实验报告. 有的大学对高年级学生 的实验报告规定了格式 ,要求按发表科研文章的格 式写报告. 有的大学还要求高年级学生每人作口头 报告. 这样的课程设置完全体现以学生为本的原则 , 对我们很有启发. 4) 注重科研能力的培养 这几所大学在为本科生高年级开设的实验课 中 ,无论是哥伦比亚大学、麻省理工学院的“Upper Division”实验课 , 还是斯坦福大学、哈佛大学的 “Project”实验课 ,其中共同的特点都是注重为学生 提供足够的条件 ,以便在实验过程中充分发挥他们 的主观能动性 ,使学生置身于一种富有探索和创造 性的学习环境中 ,积极主动地思考、分析问题 ,使他 44 大 学 物 理 第 23 卷 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
第3 段家忯等:美国高校物理实验教学和管理情况考察报告 们受到一种类似于专业科研人员搞科研的那种训 6)因材施教培养优秀学生 练学生在做这类实验时,需要自己完成阅读文献资 在斯坦福大学,选修“ Project”实验课的学生积 料选择实验题目、拟定实验方案、配置实验设备、制极性很高,工作相当投入,这是因为这个课的选题都 作仪器部件或搭建电子线路测量实验数据、分析实是科学前沿学生在教授的指导下,从事创造性的实 验结果完成实验报告等工作,这对他们是一个非常验工作,从而极大地激发了学生对实验工作的兴趣 好的训练过程在实验中出现的问题完全由学生自许多学生每周都要在实验室中度过30多个小时 己解决,教师只是在必要时加以适当的指导.对实验个项目实验要花费10周时间,总计300个小时以 的时间和最终结果不作硬性的规定,学生可以根据上.给我们介绍情况的 Kam moler教授讲到,助教经 自己的时间、能力及兴趣来安排.这种注重培养学生常从实验室打电话跟她讨论实验问题,有时是在半 科研能力的做法,是极有远见的,有利于学生创新能夜教授与学生的交流十分密切,教授对每一个来实 力的培养 验室工作的学生的兴趣及特长了如指掌,因而能够 5)及时将科研成果转化为新实验 因材施教.他们之所以能够培养出许多优秀的物理 在访问过程中我们发现他们近代物理实验的内人才,与他们能够充分发挥学生的主动性和积极性 容新颖,实验题目分布在物理学的各个领域,而且各因材施教是分不开的 有特色,与我们目前近代物理实验基本上还是做 7)有高水平的专职实验技术人员 些经典的、传统的实验相比,显得更有生气和更有活 美国这几所大学的物理实验室中都有一支人数 力,既有广度,又有深度他们之所以能不断地更新不多的专职实验技术人员队伍.这些人员没有教授 实验内容,就是因为他们能及时地将一些前沿科研职称,因此不计在 FACUL TY中,但他们属于系里 成果转化成新的物理实验如麻省理工学院的“量子的 STAFF.这些人员不仅负责平时教学实验的管 信息处理”实验,斯坦福大学的“超流”实验,哥伦比理,还负责按照教授对实验的设想来组建新实验他 亚大学的“混沌实验”、“光镊子”实验和UCLA的一们动手能力强,知识面广,在实验室建设中发挥着十 系列核物理实验,哈佛大学有关物质表面的实时观分重要的作用.而我国目前的实验室工作人员队伍 察实验项目等等都使我们大开眼界,我们体会到只非常薄弱,这种情况与实验室的发展极不相配,因此 有将实验教学与学科建设和发展紧密结合起来,将建立一支责任心强、业务水平高的专职实验技术人 前沿科研的成果不断转化,才能使近代物理实验内员队伍是非常重要的 容不断地发展和进步 Re port of the study tour for teaching and manage ment of physics experiment in US colleges and universities DUAN Jiaqi, CAO Hui xian, WANG Yu, PAN Yuar*, GAO Limo CHEN Ziyu, ZHANG Arjun, MIAO Rucai, ZHOU Diarqing HU Xiafeng°, WU Jiar hua (1. School of Physics, Peking University, Beijing 100871, China; 2. Department of Physics, Beijing Normal U 100875, China; 3. Department of Physics, Fudan University, Shanghai 200433, China; 4. Department of University, Nanjing 210093, China; 5. Department of Physics, Nankai University, Tianjin 300071, China; 6. D partment of Physics Lanzhou University, Lanzhou 730000, China; 7. Experiment Center of Physics, China Ocean University, Qingdao 266003, China; 8. College of Physics, Shaanxi Normal Universty Xi 10062, China; 9. Department of Physics, Wuhan University, Wuhan430072, China, 10 College of Physics, Sichuan University, Chengdu 610064, China) Abstract: The information of physics experiment teaching and management in US colleges and universities are reported, the gains in the st udy tour is narrated Key words: physics experiment; teaching model lab management 2 01995-2006 Tsinghua Tongfang Oplical Disc Co, Ltd All rights reserved
们受到一种类似于专业科研人员搞科研的那种训 练. 学生在做这类实验时 ,需要自己完成阅读文献资 料、选择实验题目、拟定实验方案、配置实验设备、制 作仪器部件或搭建电子线路、测量实验数据、分析实 验结果、完成实验报告等工作 ,这对他们是一个非常 好的训练过程. 在实验中出现的问题完全由学生自 己解决 ,教师只是在必要时加以适当的指导. 对实验 的时间和最终结果不作硬性的规定 ,学生可以根据 自己的时间、能力及兴趣来安排. 这种注重培养学生 科研能力的做法 ,是极有远见的 ,有利于学生创新能 力的培养. 5) 及时将科研成果转化为新实验 在访问过程中我们发现他们近代物理实验的内 容新颖 ,实验题目分布在物理学的各个领域 ,而且各 有特色 ,与我们目前近代物理实验基本上还是做一 些经典的、传统的实验相比 ,显得更有生气和更有活 力 ,既有广度 ,又有深度. 他们之所以能不断地更新 实验内容 ,就是因为他们能及时地将一些前沿科研 成果转化成新的物理实验. 如麻省理工学院的“量子 信息处理”实验 ,斯坦福大学的“超流”实验 ,哥伦比 亚大学的“混沌实验”、“光镊子”实验和 UCLA 的一 系列核物理实验 ,哈佛大学有关物质表面的实时观 察实验项目等等都使我们大开眼界 ,我们体会到只 有将实验教学与学科建设和发展紧密结合起来 ,将 前沿科研的成果不断转化 ,才能使近代物理实验内 容不断地发展和进步. 6) 因材施教培养优秀学生 在斯坦福大学 ,选修“Project”实验课的学生积 极性很高 ,工作相当投入 ,这是因为这个课的选题都 是科学前沿. 学生在教授的指导下 ,从事创造性的实 验工作 ,从而极大地激发了学生对实验工作的兴趣. 许多学生每周都要在实验室中度过 30 多个小时 ,一 个项目实验要花费 10 周时间 ,总计 300 个小时以 上. 给我们介绍情况的 Kam Moler教授讲到 ,助教经 常从实验室打电话跟她讨论实验问题 ,有时是在半 夜. 教授与学生的交流十分密切 ,教授对每一个来实 验室工作的学生的兴趣及特长了如指掌 ,因而能够 因材施教. 他们之所以能够培养出许多优秀的物理 人才 ,与他们能够充分发挥学生的主动性和积极性、 因材施教是分不开的. 7) 有高水平的专职实验技术人员 美国这几所大学的物理实验室中都有一支人数 不多的专职实验技术人员队伍. 这些人员没有教授 职称 ,因此不计在 FACUL T Y 中 ,但他们属于系里 的 STAFF. 这些人员不仅负责平时教学实验的管 理 ,还负责按照教授对实验的设想来组建新实验. 他 们动手能力强 ,知识面广 ,在实验室建设中发挥着十 分重要的作用. 而我国目前的实验室工作人员队伍 非常薄弱 ,这种情况与实验室的发展极不相配 ,因此 建立一支责任心强、业务水平高的专职实验技术人 员队伍是非常重要的. Report of the study tour for teaching and management of physics experiment in US colleges and universities DUAN Jia2qi1 ,CAO Hui2xian2 ,WAN G Yu3 ,PAN Yuan2sheng 4 , GAO Li2mo 5 , CHEN Zi2yu 6 ,ZHAN G Ai2jun7 ,M IAO Run2cai8 ,ZHOU Dian2qing 9 , HU Xian2feng 10 ,WU Jian2hua1 (1. School of Physics , Peking University , Beijing 100871 ,China ; 2. Department of Physics , Beijing Normal University , Beijing 100875 ,China ; 3. Department of Physics , Fudan University , Shanghai 200433 , China ; 4. Department of Physics , Nanjing University , Nanjing 210093 ,China ;5. Department of Physics , Nankai University , Tianjin 300071 ,China ;6. Department of Physics , Lanzhou University , Lanzhou 730000 ,China ;7. Experiment Center of Physics , China Ocean University , Qingdao 266003 ,China ;8. College of Physics , Shaanxi Normal University , Xi′an7 1 0 0 6 2 , China ; 9 . Departmentof Physics , WuhanUniversity , Wuhan4 3 0 0 7 2 , China ; 1 0 . College of Physics , Sichuan University ,Chengdu 610064 ,China) Abstract : The information of physics experiment teaching and management in US colleges and universities are reported , the gains in the study tour is narrated. Key words:physics experiment ;teaching model ;lab management 第 3 期 段家 等 :美国高校物理实验教学和管理情况考察报告 45 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved