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   • 2005 年 全国高等学校非物理类专业物理教育学术研讨会
  •物理实验课程教学基本要求(草案)
  •2004年全国高等学校基础物理骨干教师培训班暨教学改革研讨会通知
   •世界银行贷款“高等教育发展”项目物理实验教学与实验室管理考察团赴美国考察报
  •世界银行贷款“高等教育发展”项目高校物理实验教学与管理考察团赴加拿大考察报告

  •第三届全国高校物理实验教学研讨会
  •2004年全国高等学校非物理类专业物理教育学术研讨会


 

  世界银行贷款“高等教育发展”项目物理实验教学与实验
室管理考察团赴加拿大考察报告

    全团一行十人于 2002.11.23-12.7 赴加拿大考察,重点考察了加拿大四所著名大学:多伦多大学,加拿大英属哥伦比亚大学, 渥太华大学,麦克玛斯特大学。全团人员进行了认真考察、并结合我国的物理教学情况进行了对比、讨论,总结了这些高校的教学和管理的特点,对今后我国的物理实验教学改革和实验室管理提出了建议。现总结汇报如下:

一、加拿大四所高校的概况和特色:

    (一)多伦多大学( University of Toronto )

概况:

    多伦多大学约有学生 5.5 万人, 2002 年已建校 175 周年,虽不是全加最古老的学校(最古老的学校已建校 400 周年),但是全加最大最好的学校。

    全校分设三个校区,主校区以本科生为主,其它二个校区以研究生为主全校共设 29 个系

    物理系属科学与艺术学院,已有 100 多年发展历史,重要学科方向有:

    物理学 化学物理 星体科学

    应用物理 计算机科学与物理 地球系统:物理与环境

    天文与物理 地理与物理

    生物物理 数学与物理

    物理系设主任 1 人,副主任 2 人,教师共 45 人,其中

    助理教授 10 人

    副教授 8 人

    正教授 27 人

    另外有行政与技术人员 45 人

    物理实验教学的特点:

    物理课是全校学生的必选课,物理实验课为全校大多数专业的必修课:

    全校每年有 2200 学生至少要选修一门物理课(指理论课)

    每年实验课:生命科学类 1000 多人

    工 程 类 250 人

    物 理 类 150 人

    实验课分级分类开设:

    实验按四个年级和专业分为基础实验、高级实验、研究性实验,实验难度和成绩评定的结构也相应变化。例如,

    一年级 成绩评定

    实验 操作 35%

    In-lab mark 20%

    实验报告 30 %

    计算机数据处理 10%

    误差分析 5%

    二年级 成绩评定 实验 操作 70%

    练习(考核) 10%

    实验报告 20%

    三年级:高级实验

    目的在于提高实验技术和解释新的物理现象,既动手又动脑,这一高级实验是基础实验和研究实验之间的桥梁,实验较复杂。

    四年级 研究性实验

    成绩评定 实验 64%

    报告 16%

    考核 20%

上课模式及教师的组成:

    1 )开放式教学模式,有条件地开放时间和地点,在开放时间内,学生可预约随时来做实验,并且允许多做实验,以利培养优秀学生。

    2 )每级实验成立教学组,每个教学组的构成为:

    教授 1 — 2 人

    教师 若干人

    TA 若干人

    教学工作主要由 TA 完成, TA 的教学质量由教授负责, TA 要上课,批准阅报告,评定成绩,考核由教授负责。

4 .实验注意先进性同时保留经典实验,实验室设备有专人负责:

    1 )实验室面积较大,十分宽松,人均 4m 2 以上

    2 )高级实验尤其是经典实验,注意保留原来的老设备,让学生认识发展过程,如一个 X 光机是 1935 年的

    库房管理 1 人,负责上课借用仪器等

(二)加拿大英属哥伦比亚大学(简称 UBC )

    加拿大英属哥伦比亚大学(简称 UBC )是加拿大最好的大学之一。

    物理教学主要特点:

    1 .层次化教学:

    针对学生入学情况的不同, UBC 的物理实验分为不同的层次。在高中没有系统学过物理课,而在大学第一年学习“科学”“工程”类课程的学生,要先选物两门实验课,每门课有六个实验,一个实验要做三小时,学生要在实验课上学习如何进行准确的测量;如何从实验中提取最大量的信息;如何写报告;及最基本的实验技能。

    学生的每一个实验都有一个成绩,如果第一次成绩不好,可以和教师协商,重做实验,以取得更好的成绩。这样就给学生提供了改进自己学习效果的机会。

    2 .理论课与实验课的结合——教授负责制:

    两门实验课是与大课同步进行的,课上讲了什么物理原理,学生在实验课上进行相应的实验,一方面学习实验技巧,一方面巩固了课上所学的理论知识。上大课的教授同时是这两门实验课的负责人,学生上实验课时,具体的指导任务由 TA 担任,但该负责教授也到场,针对课堂的实际情况进行具体指导,并负责实验项目的更新、改进。

3 .实验项目的不断更新:

    据 UBC 的教授讲,他们的实验项目每年都有更新,实验讲义每年都要重写,在网上发表。学生做实验前,从网上查阅有关的实验说明,自力学习;到实验室后,自己动手实验。我们看到,在三年级的实验中,已有μ介子自旋共振实验,超导材料性能测试实验,这些实验都属于从科研发展成的教学实验,由于实验内容与科研发展结合较紧密,易于引起学生学习兴趣,同时对培养学生参与研究性工作的能力有益处。

4 .物理与工程的结合:

    UBC 在“应用科学”学院设有“工程物理”(不同于我国搞核技术的“工程物理”)专业( program ),其学制为五年,比传统专业多一年。选择此专业的学生要学习有关机械、电子、电工线路、物理、材料类的课程,在校的十个学期中有四个学期要走出校门在工厂、公司进行“合作学习”课程。在第三年的暑期学期中,学生分组进行机器人设计制作大赛,学校为其提供相应的实验用品及实验室(设在物理系),并为其配备辅导教师(编制在物理系)。制作过程中,学生只需进行机加工,可在培训后,自己进入系里的车间(“ work shop ”)自己动手制做。在最后一年学生要做 project (类似我们的毕业设计),其课题全部来自于进行“合作学习”的工厂和公司的实际需要,有时牵涉到知识产权,学生要与公司签订协议,研究成果属公司所有。该专业由于所学知识面宽,与实际联系紧密,学生的能力培养成绩突出。目前毕业生有三分之一继续深造;有相当一部分是自己创业,开公司,自己当老板;还有一些找工作时,深受企业欢迎。

    这种面对市场需要,打破专业界限,交叉学科培养,全面提高学生能力的做法十分值得我们借鉴。

5 .实验室管理及人员配备:

    UBC 的实验课大量使用 TA , TA 可以是研究生,也可以是成绩较好的高年级本科生。 TA 上实验课时,先讲十几分钟,学生做实验时巡回辅导,并负责改学生实验报告。每个 TA 上课后,学生要给 TA 分项打分,成绩好的 TA 可以继续聘用,反映差的则不再续聘。负责课程的教授则可集中精力于课程的整体安排及新实验项目的设计等。

    UBC 的实验员业务水平很高,如实验员可参与实验项目的设计,三年级实验室的实验员具有博士学位,这无疑为整体实验教学水平的提高提供了有力的保证。

(三)渥太华大学( University of Ottawa )

教学特点:

    1 .课程的目的是培养学生综合素质 :

    教授学生掌握与物理学有关的实验方法。重点放在加强对物理学概念理解的同时,掌握基本实验方法和技能。例如:( 1 )学生对仪器的正确使用;( 2 )学会设计实验步骤,系统地记录数据,书写试验报告;( 3 )学会数据分析,绘图;( 4 )学会对误差的分析,评估误差对实验结果的影响。

    课程分阶段组成:

    实验课由几个阶段组成。其中准备阶段主要采用电化教学手段,例如实验室提供给学生关于一些基本仪器的使用和实验方法的教学录像带。

    3 .实验内容不断更新:

    实验内容每学期都有一些变动。每个学期做 8 个实验, 8 个实验分为两个阶段完成。

    4 .对教学工作的评估:

    Ottawa 大学物理实验教学的一个特点是,每学期由学生对本学期的教学内容、教学方法和教师的工作进行书面评价。评价涉及到 12 项内容,其中 7 项是学生对实验设置、实验内容和实验条件等的看法, 5 项是对教师工作的评价,每 1 项内容都有 5 种选择,校统一印制可由计算机直接读取的评价表。学生填写后,由计算机读取,进行统计评估。此方法对于物理实验课的改进和对教师工作及教学质量的评价有非常积极的作用。

(四)麦克玛斯特大学( McMaster university )

    McMaster 大学 1887 年建于多伦多, 1930 年由多伦多迁至 Hamilton 市,经 100 多年的发展建设,现有近 3300 多名教职工、 17000 多名全日制学生,其中研究生约 2000 余人,学校学科专业设置门类较为齐全,约有 140 个本科专业、 38 个硕士专业和 28 个专业可授予博士学位。

    教学特点:

    重视大学物理基础教学内容和方式的改革。在课堂教学中积极采用学生与教授讲解相结合、学生之间及学生与教师之间互问互答的互动教学方式,并积极采用演示实验,直观的演示过程、活跃的课堂气氛充分调动了同学们对物理学习的兴趣,使学生很容易理解、掌握抽象枯燥的理论知识,这种注重效果而不拘泥于形式的教学方式值得我们借鉴。

    注重学生分析问题、解决问题能力的培养,不单纯追求内容体系的按部就班和难度。在观摩教学中,看到他们一年级才讲帕斯卡定律(相当我们高中的教学内容),但他们围绕这一内容的讲解方式使我们体会到他们的教学目的不单纯是把帕斯卡定律这一知识点传授给学生,而是更在于传授知识点的同时,使学生自己通过查阅有关资料,分析、总结、并制作演示实验掌握这一物理现象的规律,学生分析解决实际问题的能力在整个教学过程中得到锻炼培养和提高。

    注重实验动手能力的培养

    McMaster 大学允许低年级学生进入实验室进行实验训练,这对于培养、开发学生的动手、实验能力,研究开发能力有着重要积极的作用。

二、对我国物理实验教学改革和实验室管理的几点建议:

    1 .我国的物理教学改革(包括理论教学和实验教学)已进行多年,取得了不少成绩。目前改革重点和难点仍然是如何提高学生能力方面和创新意识方面进行改革。

    对比加拿大各高校的特点,有很多值得我们学习之处。例如,目前我们的教学过于追求内容体系的完整性、系统性,内容越来越多,教材越编越厚,难度越来越大,课时越来越紧张,教学内容难以完成,使我们的教学逐渐偏离了“能力培养”这一目的,而完全变成了对学生的知识的传输。建议组织有关专家对现行的大学物理及实验内容体系作一较全面的评估,在教学模式、考试方法、教学评估体系等方面进行深化改革,缩减部分传统内容,使教与学活动能有更大的自由空间,使学生学习的主动性、创造性能力得到较好培养。

    2 .建议给实验室更多的自主权。

    各高校的实验室应根据各高校的特点和学校定位,建立自己有特色的教学内容和教学模式。统得过死不利于实验室的建设和发展,如世行贷款和示范中心条件不宜统得过死、过细,这样不利于各高的校建设具有自身的特色。

    实验教师队伍的稳定是个大问题,希望教育部出政策。

    实验教学的师资队伍需要不同层次人员,需要教授,也需要实验技术人员。目前,我国实验教学中,由于一些政策的导向问题,实验教学队伍中缺少高水平的实验技术人员和各个层次的稳定的实验教师队伍。这将严重影响实验教学的发展。实验教学不仅需要维持的教学队伍,更需要具有不断创新、不断发展能力的优秀的师资队伍。

    应加速 TA 制度的规范化:

    TA 制度已在全国高校逐步推广和实行,这一方面补充了教学的师资队伍,另一方面又可以使 TA 本身的素质得到提高。目前各高校存在的较严重问题是 TA 的教学质量较难保障, TA 经费不好解决,及如何从制度上解决这些问题。

    教育部应进一步加速开放式教学模式的改革步伐,更新教学观念,以培养学生的创新素质和能力为核心,进一步在教学模式和方法上实行开放式教学,给学生更大的主动性;真正体现“学生是主体,教师是主导”的原则,象 UBC 一样,鼓励一部分实验教学面对市场需要,打破专业界限,开设交叉学科的研究课题。使物理实验教学与科学研究,与经济建设紧密相连。

    团长: 中国科技大学物理实验中心主任霍剑青

    团员: 教育部高等教育司理工处副处长王启明

    西安交通大学理学院物理中心主任陈光德

    北京科技大学应用学院副院长罗胜

    华中科技大学物理实验中心教授是度芳

    中国矿业大学理学院院长助理吴玉喜

    天津大学物理实验中心副主任任隆良

    清华大学物理实验室副主任晋青珍

    吉林大学物理实验中心主任郭山河

    大连理工大学物理实验中心主任丁建华




 
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