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中国大学物理教育差在哪儿? CUSPEA的启示

2017年03月20日 14:50 来源于 财新网
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CUSEPA是扇窗,暴露中国大学物理教育教学问题
图片来自Pexels

  撰文 | 黄庆桥(上海交通大学科学史与科学文化研究院副研究员)

  从1979年到1988年,由诺贝尔奖获得者、著名美籍华裔物理学家李政道倡导、中国政府举办的“中美联合招考物理研究生项目”(China-U.S. Physics Examination and Application,以下简称“CUSPEA”),是改革开放初期的一项重大决策,在中国科技和教育史上具有深远影响,特别是对中国大学物理教育的影响,持续至今。

  CUSPEA是扇窗:暴露中国大学物理教育教学问题

  除英语笔试之外,CUSPEA只考物理课程,包括经典物理、近代物理、普通物理,试题水平与美国研究生入学考试的难度相当,有些考题的深度相当于美国研究生为取得攻读博士学位资格必须通过的资格考试的水平。CUSPEA考试主要暴露出我国大学物理教育存在如下问题。

  第一,在物理教育教学的方式方法上,中国课堂重视数学推演,而对原始的物理问题不够重视。CUSPEA考试物理试卷批改组负责人、北京大学物理系主任赵凯华教授就此谈到:“美国教授感觉到相当难的题,我们的学生答的相当不错,美国教授感觉到比较容易的题呢,我们的学生答的很糟,或比较糟,正好反过来。因为在这里头出的一些题目是我们传统的教学里边非常欠缺的一部分,一个是我们比较重数学推演,而这个推演的过程里边,整个的物理图像不是太清楚,所以有一些学生在答题的时候,明明这个题目根据物理的图像可以很简单地给出答案来,可是他却用了长篇的数学推导。”赵凯华的话一针见血,戳中了我国大学物理“教”与“学”两方面的问题。

  在为《我国赴美物理研究生考试历届试题集解》所写的序里,赵凯华更为明确地从“教”和“学”两个角度指出:“我国学生往往有个习惯,喜欢用系统的理论工具去处理问题,尽管有的问题本可以通过简单的物理思考就能得出结论。这是否与我们平时教学中的训练方法有关?” “在我们的教学中,同一问题,既可以把原始的物理问题提给学生,也可以由教师把物理问题分解或抽象成一定的数学模型后再提交给学生。习惯于解后一类问题的学生,在遇到前一类问题时,往往不知所措。”

  第二,在物理教育教学的内容上,中国课堂缺乏联系物理学的最新进展,对物理学发展前沿的关注很不够。从CUSPEA考题来看,美国教授出题有个特点,就是每年考题都有若干那一年或前几年物理学进展的前沿问题。从答题来看,“我们的学生最大的困难就是这个题目的背景不知道。这一两年国际上的物理前沿上面究竟发生了什么重大的事情,几乎不知道,所以在解这些题目的时候就发生很大的困难。”原因在哪里呢?主要还是出在教学上,“我们的学生从课堂上或课后念书本就没听到没见到过,因为老师从来不讲,好像跟我们本科的课程没有什么关系。”教育教学上的这个问题,就造成“我们的学生的知识面比较窄,除了课本上,或者我们课程大纲所要求的那些内容之外,几乎其他方面有联系的,或者是有直接或者间接联系的内容几乎不知道。”

  第三,在物理教育教学思想、课程设计与整体安排上,中国课堂重视理论教学而轻视物理实验。从参加CUSPEA考试的学生反映和答题情况来看,中国学生最怕实验题目。这主要是因为,“我们的实验的训练是比较弱的,因此对国际上、历史上非常重大的,包括得诺贝尔奖的重大的物理实验,知识就很少。哪个实验怎么做的,哪个实验里边有很好的思想,都不太知道,也不注意这些事情。” 不仅如此,我国学生“对一些重要的常见实验也不恨熟悉。”究其原因,“这里有教学上需要加强的地方,也有一些学生甚至教师存在着重理论轻实验的倾向,需要认真克服。”

  大学物理教育教学上的这些问题,还反映在通过CUSPEA考试正在美国攻读博士学位的研究生的适应性和后劲上。据复旦大学教授周没我在美国的实地调研,CUSPEA学生普遍认为,我国研究生与美国研究生相比,考试分数往往我国研究生高,但若要在科研上有较大的成绩,有所创造发明,我国研究生还有不少方面不如美国的研究生。“第一,学术交流、学术活动能力差,有的人不善于甚至不喜欢与人交往,常常埋头读书,这样学术思想就不易活跃,长远来讲,是会影响出成果的;第二,遇到困难,勇往直前的拼搏精神不够,缺少克服困难解决问题的办法,不太适应竞争环境,这样也会影响出成果;第三,写学术论文、做学术报告、答辩等方面的能力不够。有时实验工作很出色,但总结、分析、归纳、答辩等能力欠佳。”

  CUSPEA是契机:推动中国大学物理教育教学改革

  1980年代,正值改革开放的起步阶段,各领域改革热情迸发,高等教育教学改革就走在了教育改革的前列。就物理教育而言,面对CUSPEA考试暴露出的诸多问题,各高校尤其是重点大学,纷纷加大物理教育教学改革力度,提高教学水平。

  在CUSPEA考试中,中国科技大学表现最为突出,可谓一枝独秀,把北大、清华都甩在后面。中科大“每年约有20-30余位学生被录取,而且前十名中总要占有五到六个席位”,中科大的学生一路领先。究其原因,就在于中科大对CUSPEA的高度重视与有效投入上。“中国科技大学把CUSPEA看作是立足国内,走向世界的渠道之一,是总结自己经验,吸取外国长处,提高物理教学水平,培养有国际竞争能力的高水平大学生的一个契机。”具体的措施,就是组织举办了“科大物理辅导班”,其实就是CUSPEA辅导班。

  中科大CUSPEA辅导班的生源由物理学科高年级学生组成,目的是通过强化训练,使学生的物理水平在短期内得到显著提高。在中科大的高度重视下,CUSPEA辅导班有严密的组织管理,由有丰富教学经验和较高科研水平的教师担任主讲,他们改进教学方法,改革教材内容,广泛吸收国内外一流大学的先进经验,总结出了理科高年级物理强化教学的一整套经验,对于科大的发展,产生了广泛深远的影响。

  首先,中科大CUSPEA辅导班大大提高了科大的物理教学水平,并促进了其他学科的教学改革。“参加物理辅导班的教师把辅导班里积累的教学方法、内容等带回各个物理课堂,大大提高了学校的正常物理教学水平。而其他学科也从CUSPEA中得到刺激和启发,促进了改革。一石激起千层浪,CUSPEA促进了科大教育质量的全面提高。”其次,通过CUSPEA辅导班的探索,积累了如何强化理科大学高年级物理教学的整套经验。此外,培养一大批杰出的物理人才当然是最为显著的成绩。目前,CUSPEA中科大毕业生在国际物理学界发挥着重要影响。

  中科大CUSPEA辅导班的经验还扩散到全国,许多高校都纷纷慕名而来,到中科大考察调研,向中科大学习,搞CUSPEA辅导班,并在此基础上进行教育教学改革。比如,北京大学负责CUSPEA培训班的老师就曾到中科大做调研,学习中科大的经验。正因为中科大CUSPEA辅导班的成功及其带动效应,“科大CUSPEA辅导班”获得了安徽省省级优秀教学成果奖一等奖。

  兰州大学是另一所借CUSPEA推动物理教育教学改革并取得显著成效的重点高校。在1980年首届CUSPEA考试中,兰州大学物理系学生胡青的物理科目考试总分位列全国第一,引起了国内外普遍关注,“兰州大学也因此名声大震” 。兰州大学学生之所以在CUSPEA考试中能有优异的表现,与该校的重视以及大学物理教学名师钱伯初教授密切相关。

  与中科大一样,兰州大学也成立了专门的CUSPEA辅导班,以讲授量子力学而闻名兰大的钱伯初教授是辅导班主讲教师之一。据介绍,“在指导期间,钱伯初曾先后于1980年、1981年两年担任班主任并对考生讲课400多学时。他广泛地收集到了包括美国哥伦比亚大学在内的多所国外大学的习题,经过‘加工’让它变成适合国内学生自己的东西。正是钱伯初的这一创举,让兰州大学在考试中获得很大的成功。”兰大的CUSPEA经验,特别是钱伯初在辅导班独创的量子力学课程讲座随后也传播到了全国各大重点高校。据钱伯初回忆,“在CUSPEA的带动下,国内许多重点大学邀请笔者去做量子力学方面的短期讲学(一般是一个月左右)。从吉林大学到武汉大学、厦门大学,讲学旅程几乎遍及全国,兰大的量子力学课程建设经验,笔者的许多教学研究成果,许多独创性的讲法,迅速交流到兄弟院校,为提高我国的量子力学教学水平做出了贡献。”在应邀赴全国讲课的同时,钱伯初还与北大的曾谨言教授合作编写了《量子力学习题精选与剖析》一书,1988年由科学出版社出版后,在全国备受欢迎。兰州大学以CUSPEA为突破口,推动物理教学改革并取得显著成效,得到了教育主管部门的充分认可,钱伯初领衔的“量子力学教学研究及教材建设”获得1989年首届国家级教学成果奖。

  CUSPEA的知识遗产:促进中国大学物理教材建设

  1980年代初,我国大学物理教材的发展比较滞后,不仅教材内容大大滞后于物理科学的发展,而且在教材结构与风格、教育教学法等诸多方面都打有很深的苏联教材模式的烙印,大学物理教材亟需改革突破。在此背景下,CUSPEA考试成为中国大学物理教材改革的触发点和突破口。

  在CUSPEA考试的十年里,在教材改革与建设上,中国科学技术大学取得的成就最大。中科大CUSPEA辅导班的教师先后编写了三套系列教材,最先形成《美国物理试题与解答》(七卷),然后在此基础上形成了《高等物理精编》(五卷),最后是将这些成果应用于大学物理教学形成《普通物理》、《理论物理》。

  以尹鸿钧教授为代表的CUSPEA辅导班教学组,从一开始就系统地搜集了大量美国及其他西方国家大学物理教育教学方面的材料,研究了他们的教学计划、教学方法、课程设置、教材教学法、试题安排等,并在此基础上重点分析研究了美国主要院校的研究生入学试题,汇集成册,从1986年起在中国科学技术大学出版社陆续出版了七卷本的《美国物理试题与解答》。这套丛书不仅成为当时报考CUSPEA学生的必读书,而且在之后我国大学物理教育教学中都有较大影响,成为我国大学物理教材建设的重要素材来源。

  在上述扎实工作的基础上,中科大物理学科进一步开展了大学本科物理教材的改革,重新编写教材。他们的做法是,先集中钻研了美国及其他西方国家的流行教材,结合自己的实际,编写了新的讲义。新讲义并不首先在正常课堂上使用,而是“首先在辅导班中使用,通过对使用结果的分析,又促进教材的更新修定,一位教师写了新教材,其他教师加以补充、发展,就这样,一届CUSPEA辅导班促进一次教材的更新和完善,十届CUSPEA辅导班,培育出一整套新型物理教材,它就是尹鸿钧教授主编的《高等物理精编》丛书”。该丛书一经出版,就受到我国物理教育界的高度评价,被誉为是“大学物理教材改革的成功之作”,为我国大学物理教育的改革发展,做出了特殊贡献。

  作为1980年代我国大学物理教材改革建设的重要成果,中科大《美国物理试题与解答》与《高等物理精编》广受欢迎,讲授大学物理的一线教师认为,这两套丛书“所体现的美国大学物理学的风格是重视物理、重视新颖、重视综合,这和苏联大学物理教学重视基础、重视基本功的训练、重视演绎的风格颇不相同。我们认为,这两套丛书中的许多材料是值得吸收进普通物理教材中去的。”

  北京大学的赵凯华教授也因为受CUSPEA考题的启发而编写《定性与半定量物理学》,并在国内大学物理教学界产生了很大影响。CUSPEA每年的考题,都有一些所谓的定性的或者半定量的问题,需要做一些数量级的估计,而我国考生碰到这样的题目往往束手无策,因为从来没有见过。赵凯华敏锐地发现了这一问题,并有针对性地去加以研究解决。据他回忆,“当时我在北大在1986年到1989年开了一个选修课,叫做‘定性与半定量物理学’,也就是CUSPEA这一方面的考题,以及我自己再搜集一下这一类的问题,给学生做一个选修课。”赵凯华还将这门选修课的内容在《大学物理》杂志上连载发表,从1988年10月起到1990年12月,共刊出27期,非常受欢迎。随后又结集成书,定名为《定性与半定量物理学》,于1991年出版。这部教材“对我国的教学改革功不可没,使我国物理教学改变了比较单一而古板的模式,逐渐融入当代国际的先进教学模式中”。

  有了《定性与半定量物理学》的成功基础和经验,赵凯华还决定向普通大学物理教材延伸,编写《新概念物理教程》。赵凯华说,《定性与半定量物理学》实际上是 “后来编写《新概念物理教程》的思想和素材的基础。当时我编这本书只是为了给一些学生做选修课,后来觉得是不是我们有很多问题,不仅仅是开一个选修课的问题,应该在我们正规的课程里边,应该把这样的一些精神容纳到我们的教材里边,所以需要编一套新的教材,思想应该是《定性与半定量物理学》以及当时有关的一些感触而引起的。”《新概念物理教程》(5卷本)由高等教育出版社出版,从1995年到2004年,历时十年出齐,被全国诸多高校广泛采用,至今仍是我国大学物理教学的主力教材之一。

  CUSPEA历史的经验与启示

  CUSPEA是改革开放之初特殊历史时期的产物,为推动我国科技和教育事业的发展,做出了独特的贡献。CUSPEA在特定的历史时期契合了我国大学物理亟待改革的强烈现实需求,使我国大学物理教学有机会与国际先进水平直接对话,暴露了我国大学物理教学中存在的问题,促进了我国大学物理教育工作者的思考与行动,加快了我国大学物理教育教学的改革步伐。就此而论,CUSPEA不仅在中国大学物理教育发展史上具有特殊价值,至今仍具有强烈的启发意义。

  重视国际交流、善于在国际比较中促进我国大学教育教学改革尤其是理工科教育教学改革,是CUSPEA留下的一条基本经验。只有在国际交流与比较中,才能更加清晰地看到我们的优势在哪里、存在的问题有多少、差距有多大,进而才能对自我有比较清醒的认识和定位,结合我国实际积极借鉴吸收国际先进理念、经验和做法,教育教学改革才会更有针对性并取得实效。

  系统推进教育教学改革,是在CUSPEA实施的十年中,我国教育工作者摸索总结出来的另外一条基本经验。教育教学是一项系统工作,既涉及学生,又涉及教师;既涉及教材,又涉及教法;既涉及教育教学过程,又涉及结果的评价;既涉及基本制度安排,又涉及时代的进一步发展;既涉及国际一般趋势,又涉及我国特殊国情。这些若干方面,忽略其中的任何一个,教育教学都会有缺憾,效果都会打折扣。因此,教育教学改革需要顶层设计、系统谋划、整体推进、深入实施、注重反馈,唯有如此,才会达到更为理想的效果。

责任编辑:于达维 | 版面编辑:王永
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