中美理工科大学物理教育对比及启示

中美理工科大学物理教育对比及启示【摘要】经过20多年的教育改革，美国加强了基础教育，其大学教育依然走在世界前列，其中的很多经验值得我们学习，本文从学校重视程度、师生差别、教室、教材选择及授课方式等方面比较美国和中国的理工科大学物理教育，得到中国理工科高校大学物理教学改革的启示。

【关键词】教育对比教学改革大学物理【中图分类号】g649【文献标识码】a【文章编号】1006－9682（2012）04－0013－02美国的大学物理教学改革是在创新有余、基础不足的情况下进行的，我国的教学改革是在基础较好、缺乏创新的情况下提出的，因此两者教学改革的经验和成就可以相互借鉴、相互补充。

相比之下，我国的教学改革任务更加紧迫和繁重。

曾有专家指出，补基础比补创新要容易的多。

实际上，创新能力不是一时半会就能提高的，它要求我们全民族和所有的体制都要进行，动一发而系千钧，所以改革过程中出现的问题很多，“他山之石，可以攻玉”，如果我们能够很好地借鉴美国的教学改革，将会极大地促进我国的教学改革进度，而进行大学物理教育的对比，才能找出双方的差距，得出启示，进而应用于我国的教学改革。

一、中美大学物理教育对比1．学校的重视程度美国学校很重视教学，学校以学生、教学和科研为中心，所有的教授都要进行科研，当然，也有的教师一辈子写出一两本很好的教科书，而没有做出我们所谓的科研，他同样值得称颂，并会因此而评上教授。

同时，美国大学要求所有的教授（不管贡献有多突出，资格多么老）至少要带一门本科生的课，以使得本科学生能得到更多的科研熏陶，获得更多的前沿知识。

中国的大学以科研为主，所有的老师都被鼓励参加科研，科研突出的老师，即使他们的教学水平差，他们还是能获得更多的报酬和升职的机会，甚至可以不用进行本科教学，或者课表上是某位教授的课，实际上，却是由另外的教师来教学。

而教学能力突出、科研水平一般的老师在学校里是不提倡的，如果在科研上没有好的表现，他们永远不可能升职和提高职称，现阶段中国大学的现状是重科研轻教学。

2．教师在学校和社会的推动下，美国的教师在致力于科研的同时，也把教学当作一项很重任务。

费曼是美国的物理大师，诺贝尔物理学奖得主，即使是获得如此巨大的成就和荣誉，他仍痴迷于教学，他的《费曼物理学讲义》甚至有人认为超过了他对物理学所做的贡献。

美国的教师在课堂上也会涉及自己没有完全掌握的知识，也会鼓励学生参与讨论，有时候甚至在课堂上故意讲错来引起学生的注意。

中国的教师注重教师育人，强调自己有一桶水才能给学生一瓢水，基于这种理念，中国的教师在课堂上讲课仅限于自己已经理解和掌握的知识，对于一些有启发性，处于科学前沿但是自己没有把握的知识不讲。

教师在课堂上讲解的时间超过80%，留给学生自学的时间很少，学习活动是以教师为中心。

学生学习的目的是为了更好的理解概念，以便于能迅速做题，在考试中取得好成绩。

大部分学校学生的成绩由期末考试成绩（80%）和平时成绩（20%）构成，学生平时的学习态度和学习过程不占学习评价的主要因素，即使学生平时很认真努力，如果考试没有发挥好成绩不理想，就会极大地影响他的物理科目的成绩。

因此，就目前这种重结果轻过程、考试成绩更重要的情况而言，大学物理教育很大程度上还是一种应试教育。

很多的学生学完大学物理后感到这门课程枯燥无味，实用性不大，失去兴趣，甚至有物理系的学生放弃了自己喜欢的物理，转为其他专业。

3．学生美国家庭的教育更加注重孩子的自由与平等相处，从小就尊重孩子，给孩子自主权，独立解决遇到的问题，让孩子学会在允许的条件下自己做决定。

而学校的教育也是鼓励孩子能有独到的见解，他们勇于表达自己，想象和创造力被极大的鼓励。

因此，学生从小就被教育成竞争、自立、自由、怀疑的态度。

中国传统的教育是仁爱与服从，要求学生虚心向老师和书本学习，学生被训练成习惯听从泰斗、先驱、老师和书本的教育，很大程度上剥夺了他们自由选择的权利，因此，学生通常是守规矩、进取心强、学习墨守成规，不习惯去怀疑和动手验证。

物理是一门实验科学，讲究手脑结合，学生学习的特点也极大地影响着他们学习物理的方法和思路。

美国的教育注重学生的解决问题的能力，学生的分数比实际能力要重要，在与美国学生一起学习时，中国学生的优点是理论基础牢固，逻辑思维强，但是动手能力解决实际问题的能力比较差。

bloom在《教育目标的分类》中，对认知水平进行了以下分类：［1］认知水平学生的思维活动1 了解记忆事实、术语、概念、定义和原理2 理解解释知识的含义3 应用利用概念和原理去解决问题4 分析将问题分解/了解相互关系和梳理关系5 综合从问题的不同组分/产生新知识6 评价基于已有的标准进行评判我们的大部分学生学习了大学物理以后，很少人能达到第4层次，更别说是第5、6层次。

在教学过程中发现，很多人连第2层次都达不到，也就是说，很多学生能够生搬照套去做题，但对定义、原理不能解释清楚。

很多学生概念模糊不清，老师讲过的题目当时会做，等到自己做的时候，却不知怎么解决了。

4．教学方法美国的大学物理教学有教学团队，一般由一名主讲教师、一名首席助教和两三名助教组成，他们负责不同方面的教学。

主讲＊基金项目：广西教育科学”十一五”规划项目（编号：2008c64、2008c65）桂林电子科技大学2010年度网络资源建设项目（编号：zwl064）教师主要负责课堂教学，首席助教则是批改作业、回答学生的问题，其他的助教负责题目答疑、帮助学生改进课程学习、指导他们掌握实验与课堂学习的衔接。

在课堂上，外国的教师很注重课堂互动，每讲一个问题前，会给学生提个问题，讲完后，给学生留一点思考的空间和提问时间。

而且，他们大多会在课堂上做与该节课内容相关的实验。

他们的课后作业也具有探索性，完成一个报告或者去解决生活中遇到的实际问题。

曾有过这样的情况，物理老师给定某个时间段，时针、分针和秒针分别走过几圈，中国学习都是通过用笔来计算得到结果，而美国的学生则通过拨手表来得到答案。

近年来，美国的知名大学还在网上开设了公开课，使全世界的人都能通过网络感受和体验美国高校的课堂。

试想，学校对自己的老师不自信，老师对自己的教学不自信，那就无从开设公开课。

这对教学改革起到了很好的推进作用，也极大地推动了老师去改进教学方法。

中国的物理教学大多重视课堂教学，课堂上以老师为中心，进行讲授，学生记笔记，课堂纪律比较好，但是主动提问的学生基本没有，教师只能从他们的反应、表情判断他们学习和掌握的情况。

课堂上讲授的内容也基本上围绕考试内容进行，教师的任务就是教会学生更好、更快地计算更多的习题，当然，学生的目的也是能快速地做题。

教学效果是依据学生的做题能力来衡量，做题能力强就意味着这个学生能考好成绩。

课后基本上没有对学生进行有效的指导和帮助，在平时的课后辅导答疑时间里，绝大部分的学生不来，只有在考试前的几次答疑才会有比较多的学生来问问题。

本来中国学生的思维能力较强、计算能力较强、动手能力弱，这样的教学方法会让学生误以为物理只是演算、解题，与实际无关。

5．教材美国大学甚至是同一个学校授同一门课的老师都没有统一的教材，大学物理也是如此，当学生获得老师给予的信息后才知道购买哪本教材。

美国的教材分类比较细，如专门针对医科学生用的《大学物理》（college physics，paul peter urone），理论方面没有国内教材深，没有太复杂的计算。

应用方面主要以大量实例说明物理在人类、医学及生物领域的应用，让读者感觉到物理与现实联系紧密。

这样的教材编排将概念、分析和计算三者统一起来，使学生更好地理解物理、应用物理。

中国大学一般是一所学校所有专业不同层次的学生都用同样的大学物理教材，甚至不同学校都会用同样的大学物理教材。

教材的内容大体上按分支学科分类［2］，大体分成力学、热学、光学、电磁学和近代物理五个部分，教材普遍要求学生的微积分和矢量代数有较好的基础。

［3］有的学生数学基础不好，学习物理的难度很大，对物理的学习要求仅仅是通过考试而已，所以他们一般都逃避物理学习，仅仅在考试之前临时抱佛脚去复习或者是死记硬背一些考试类型题。

从高中开始，物理给人的感觉就是除了计算还是计算，不同的是，大学物理计算上多了微积分和矢量代数的应用，可以计算更加复杂的物体运动。

在大型的有关物理教学改革的会议上，也有知名专家和教授提出教材编写要有新意，才能吸引学生，组织学生进行更好的学习，但是一谈到要他们出教材时，大都是笑着摇摇头。

这主要还是因为编教材费心费力，耗时巨大，但是效益不明显的缘故。

6．教室的差异美国的教室除了黑板、讲台和多媒体设备，一般还配备实验台，上课时，老师可以用准备好的胶片给学生演示，也可以做相关的课堂实验，这些都增加了学生上物理课时的趣味性和发挥主观能动性。

而从1993年以来，一种叫做工作室物理（studio physics）的教学理念由美国伦塞勒工学院首创，后来在mit得到很好应用和发展。

［4］工作室物理配备有网络连接的电脑及桌面实验装置，还有传统教室的基本设备，利用工作室可以做到以下几点：把理论讲授和实验课高度结合，师生之间有高度互动，学习小组合作性好。

这种教学模式能够帮助学生更好地发挥学习主观能动性，也更直观地理解物理概念和建立物理模型。

中国上大学物理的教室一般是公共教室，即黑板、讲台，老师的上课方法就是黑板加粉笔；条件好些的多了多媒体设备，因此，很多老师就依赖ppt讲稿，板书惜字如金，学生在下面听讲、记笔记，完全是以教师为中心的教学活动场所。

7．评价制度在美国，实行教学分级制度，如果物理基础好的可以选择层次深的课程，而不喜欢物理以及物理成绩差的学生可以选择要求较低的课程。

分层次教学的好处是能让学生尽可能挖掘自己的潜力，帮他们树立自尊心，在学习当中处于更大的主动性。

从小学教育开始，美国就不以分数来衡量人，当然，一门课的考试也不仅仅取决于一次考试，他们的成绩由很多次机会很多次考试来衡量，因此考试不是压力，也就没有必要应试考试。

在中国，对于物理是考试定终身，即使平时学的再好再努力，只要考试没有过线，就只能补考，或者重修。

而教育方式的单一化，使得很多学生倾向于依赖考前的复习，即使平时学得很差，只要他把以往的考试卷子做熟练或者记下答案，那么他通过考试的几率也会大大增加。

也因此有些平时学习不用功的学生，考试当中反比用功的学生考的好，这就打击了学生的学习积极性。

现在甚至还有些学校是用期末考试成绩来衡量一个老师的教学好坏。

国内也有高校在探讨分级教学，但是多年来的应试教育使得很多学校雷声大、雨点小，仅仅是部分老师提出来的比较理想化的想象罢了。

二、启示中国大学物理的教学改革已经走过了十多年，有些成效，如南方科技大学的李元杰教授在物理教学中融入数值计算的新方法，使得华中科技大学、清华大学等高校的学生受益，但是，他的方法要求本科生具有较扎实的数学基础，对于普通高校的学生不一定适用。