知乎上，有這樣一個問題一直被人討論，到現在已經有13萬人瀏覽。他問：大學物理系的實驗課是怎么樣的，感受是什么？作為物理系畢業(yè)多年的老前輩，看到這樣一個問題，立馬想到了那些年熬夜補實驗報告、計算各種不確定度的青蔥歲月......點進來之后，看到的是無數苦逼黨發(fā)出的陣陣哀怨：

也有人進行了較為全面的客觀評價：

看著這些評論，感到同情的同時，我也是感覺需要說點什么。畢竟親身經歷了那些苦難時光，現在又從事著物理實驗教學方面的工作，作為一名老大哥，我需要講講物理實驗教學的發(fā)展過程，因為在十六世紀之前，實驗教學根本不被重視，那些令我們叫苦連連的實驗是無數前輩的辛苦奮斗才演變而來。

這里，我們借用中國科學技術大學——科技史與科技考古系——史貴全博士關于實驗教學引入高等院校的調研結果，史博士認為這百余年來物理實驗教學演變的軌跡無外乎四個階段：

01實驗方法的教育價值開始受到重視

早在16、17世紀，伴隨著近代自然科學的形成和發(fā)展，實驗方法已成為物理學研究的基本手段，實驗室成為人們獲取物理學新知識的主要場所，如胡克( Robert Hook, 1635-1703年)擔任英國皇家學會儀器館長期間建成了皇家學會實驗室，并在其中完成了許多著名的研究；

玻意耳(Robert Boyle 1627-1691年)關于氣體彈性的研究就是在他自己的私人實驗室里完成的。到了17世紀末，物理學作為一門重要的課程先后進入歐洲各主要國家的大學課堂，如英國牛津大學、劍橋大學設立了物理學教授職位，法國巴黎大學設置了包括物理學在內的自然科學課程。

然而，直到19世紀20年代物理實驗室仍然局限于作研究之用，既未在中等教育也未在高等教育中起作用，這在很大程度上受制于中世紀經院哲學方法論傳統(tǒng)的束縛。

注：經院哲學

這就是闡發(fā)一種哲學，其中的題材和指導原則都由教義來確定。這種哲學作為中世紀哲學的最主要部分或基督教哲學，其目的在于解說基督教的教義，使之系統(tǒng)化并加以論證，即在基督教的基礎上創(chuàng)建一種關于宇宙和人生的理論。做這種工作的思想家叫做經院哲學家，他們的體系被稱為經院哲學。

----梯利《西方哲學史》-第二編-第一篇-第四節(jié)

經院哲學檢驗真理的唯一標準是權威和經典，而不是實踐。

比如經院派哲學家在論爭田鼠有無眼睛之類的問題時，雙方都從亞里士多德的著作和圣經中尋找依據，作曠日持久的論戰(zhàn)，就是從來不愿捉一.只田鼠來鑒別一下。作為近代自然科學標志的實驗精神和方法正是對經院哲學純思辯方法的否定。

到了17-18世紀，雖然經院哲學早已失去統(tǒng)治地位，但其影響依然存在。當時有些固守經院哲學思想傳統(tǒng)的學者竟然認為：實驗只不過是一種供人們消遣的魔術，如果將它引入教育，將會危害人們的精神和道德生活。英國牛津的一些教士們甚至宣稱：波意耳等自然科學家所做的實驗正在暗中破壞大學，這種觀點遭到很多科學家和教育家的反對。

成書于1667年的《皇家學會史》一書的作者認為有必要認真保衛(wèi)實驗，提出實驗不會傷害教育，實驗對大學沒有危險的口號，為實驗的教育價值進行論證和辯護。捷克教育家夸美紐斯( Johann Amos Comenius，1592-1671年)則強烈呼吁應通過觀察和實驗教授物理學，而不是單純地依靠閱讀亞里士多德的和其他人的教科書。

18世紀末，氧的發(fā)現者普利斯特列(Joseph Priestley, 1733- 1804年)強調，人們應當在年輕時就習慣于觀察和實驗過程，特別是他們應當在年輕時開始研究理論和實踐，由此可以把許多以往的發(fā)現真正地變成他們自己的東西；因為這樣，這些發(fā)現將對他們更有價值得多。

這些觀點深刻地揭示了實驗在知識的繼承和創(chuàng)新中的地位和功能對于提高人們對實驗的教育價值的認識擺脫經院哲學殘余思想的羈絆產生了積極的作用。

02私人實驗室和師徒式物理實驗訓練

到了19世紀30年代在歐洲的一些大學里終于出現了實驗物理訓練。當時的物理實驗室多數是私人實驗室，科學家經常把自己的住家或房間的一部分裝備成實驗場所，也有一些實驗室是利用大學里閑置或廢棄的房屋改造而成的。有些教師接受那些熱衷于實驗研究活動的學生進入他們的實驗室工作。

德國柏林大學的H. G.馬格努斯( Henry G ustavus M agnus，1802- 1870年)開此先河。他把自己的寓所中的幾個房間裝備成物理實驗室，接受并指導學生做實驗，學生人數很少，通常只有三四人，其中有留學生。

他的一名美國學生回憶說：當我在這里工作時有三個別的學生，一個進行聲學研究，另一個在研究偏振光，第三個人是在檢測新近的化合物晶體。在他的實驗室里接受過訓練的學生中就有后來成為著名科學家的亥姆霍茲( Hermannvon Helmholt，1821- 1894年)和丁鐸爾(John Tyndall，1820- 1893年)。

在英國，開爾文勛爵(Lord Kelvin, 1824-1907年)于1845年被任命為格拉斯格大學教授后，將校園內一座舊樓里的一個廢棄的酒窖改造成一個實驗場所，起初他邀請一些學生到這里協(xié)助他工作，后來有些學生主動來這里學習。由于開爾文指導下的實驗工作大半是創(chuàng)造性的研究，加之他與學生保持著密切的交往，從而極大地激發(fā)了學生對實驗工作的熱忱和興趣。

有人評價：他們的熱情是這樣大，以致人們早已知道實驗軍團（這是習慣的稱呼）把自己分成兩個班，一個班在白天工作，另一個班在晚上工作，一連工作幾個星期，這樣，工作從不停頓。

這個簡陋的實驗室存在的時間長達25年之久，培育了不少優(yōu)秀的實驗技術人才。類似于柏林大學和格拉斯格大學這樣的師傅帶徒弟式的實驗物理訓練，在19世紀前期的歐洲大學里較為普遍。

這種師徒式教育的突出特點是：教師與學生的交往非常密切，他對每一個來實驗室工作的學生的興趣和特長了如指掌，因而能夠因材施教，充分發(fā)揮學生的主動性和積極性，在教師的言傳身教之下進行創(chuàng)造性的實驗研究。

從教學組織形式的角度看，這種師徒式的教育是典型的個別傳授制。這與當時教育規(guī)模小理工科學生數量少的狀況是相適應的。同時，它也反映了當時自然科學實驗活動的特點。

科學史告訴我們，19世紀中葉之前的科學實驗活動雖然已成為一種與生產相分離的、獨立的社會活動，但其社會化程度卻是很低的，從事科學研究的學者和大學教師在自己的私人實驗室獨立工作，雖然有時也雇用一兩名技工或吸收作為他們信徒的青年協(xié)助工作，但基本上是以個體經營的方式進行的。

03班組集體實驗教學制度的創(chuàng)立

19世紀后期，由于工業(yè)化興起，歐美各主要資本主義國家的教育規(guī)模急劇擴大，學生人數激增。這樣，師徒式實驗教育難以滿足社會對科學技術人才的巨大需求。

這種需求，在美國顯得更為迫切。

美國的資本主義工商業(yè)從19世紀20年代起就隨著輪船的輸入、鐵路的鋪設以及運河的開鑿而以驚人的速度發(fā)展起來。但美國早期的高等教育模仿歐洲體制，著重于培養(yǎng)政治與宗教人士，科技人才這時顯得嚴重缺乏，尤其在工業(yè)增長比其他地區(qū)更為迅速的美國東北部各州更是如此。

普雷斯科特( Dean Samuel C.Prescott) 在《波士頓工藝時期的麻省理工學院》一文中寫到：新英格蘭的工業(yè)發(fā)展，以及波士頓資本家為了他們的企業(yè)力圖開創(chuàng)新路，產生了訓練良好工程師的需要，適應這種需要的技術教育那時還懸而未決。

麻省理工學院就是為適應這種需要而創(chuàng)辦的新型學校。

學院首任院長、物理學教授羅杰斯( William BartonRogers 1804- 1882年)強烈倡導對大班級開設正規(guī)的實驗課程的思想。他說：理想的物理學院應該努力通過數學和實驗證明，對物理學的幾個分支的基本原理進行全面的了解；然后更嚴格地進行在這些主要真理的指導下，盡可能地進行實際指導。

由于美國內戰(zhàn)等種種原因，物理實驗室的計劃一直被擱置。直到1867年，他聘請剛由哈佛大學來的愛德華·查爾斯·皮克林(Ed-wardCharles Pickering) 主持物理系。在提出建立申請之時，他剛剛升任教授滿一年。

物理實驗室的建立是MIT物理系的里程碑事件，從此物理學在麻省理工有了自己的家（物理位置）。雖然起初這個實驗室的條件很簡陋，只有一些皮克林本人拼湊的設備，但正因如此，這門學科體現出了很強的新穎性。正是皮克林實現了羅杰斯的思想，開創(chuàng)了大面積開設物理實驗課程的教學模式，使實驗課程成為學生為得到學位而必修的門有計劃的、系統(tǒng)的課程。

皮克林在1870年創(chuàng)辦了麻省理工學院物理實驗室并編寫了一本實驗教科書《物理實驗室手冊》。在世界教育史上，這本書是最早出版和最有影響的學生物理實驗指導書。該書的緒言部分介紹了物理實驗研究的一般方法及測量誤差、數據處理知識。其后各卷描述了一系列學生實驗。

實驗題材由力學開始，依次是聲學、光學、電學、熱學、機械工程學與氣象學。每個實驗分兩個部分介紹，先描述儀器，后講述實驗原理、測量、操作步驟等。

關于實驗教學的管理與指導方法，皮克林描述道：這部書中特別設計，而且是在這個學院的日常應用中已經完全成功的物理實驗的管理辦法，如下所述。每個實驗都指定在某張桌子上進行，桌上放著必須的經常要用到的器具。一塊指示板掛在房間的墻上，對應地放著兩套卡片，一套上寫的是實驗名稱，另一套是學生的姓名。當一班學生進入實驗室的時候,每個學生都到指示板前，看分給他什么實驗，然后跑到已放著相應儀器的桌子跟前，在書的指導下進行實驗。任何所需的附加指導寫在卡片上。并放在桌子上.....照這種辦法，教師可以很容易地同時管理大約20個學生的班級，在學生中不斷巡視回答問題和留意著不讓發(fā)生錯誤。

此外，皮克林提出應在物理實驗室旁附設一小型金工、木工車間，以便師生制作所需要的某些實驗器具。

皮克林很重視通過物理實驗培養(yǎng)學生的獨立思考能力和探索創(chuàng)新精神，鼓勵學生運用實驗實現他可能想到的任何想法，并盡可能親手設計和制作所需要的器具，向著獨創(chuàng)性的研究方向努力。

他說：否則恐怕他就會成為一部純粹的機器，僅僅是傳播知識，而決不是增進知識。這部書的整個目的即在此，舍此，我們就只能是訓練追隨者，而不是科學上的領先人物。為此，他在書中還列出了100個附加實驗，以供學生作探索性實驗時選用。

皮克林的這一主張，無疑是極有見地和教育價值的，但由于受儀器設備、實驗場所、師資力量及教學管理等諸方面條件的制約，設計性、探索性實驗在大班級教學中難以實施，學生實驗基本是根據實驗指導書描述的程式按部就班進行的。

皮克林開創(chuàng)的班組集體教學制取代了此前的師徒式個別傳授法，是物理實驗教學史上的一次重大變革和進步。它不僅體現了工業(yè)化和教育大發(fā)展對實驗教學的客觀要求，同時也是19世紀后期科學實驗活動規(guī)模不斷擴大、社會化程度不斷提高在實驗教學上的反映。因此它出現不久就被美國的一些大學所效仿，同時也促成了歐洲許多大學物理實驗教學的變革。

瑞利(John.Willian Stutt Ray leigh,1842- 1919年)在1874年繼任劍橋大學卡文迪許實驗室教授職位后設置了學生實驗室教學，即采取了皮克林創(chuàng)設的方法。當時在卡文迪許實驗室參與這項工作的格萊茲布魯克( R. T. Gluzebrook)認為：在19世紀末葉，英國及美國的大多數實驗物理學家都是在麻省理工學院實驗教學體制下培養(yǎng)出來的。

04培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，探索新的實驗教學模式

麻省理工學院首創(chuàng)的班組集體物理實驗教學模式標志著現代實驗教學制度的確立。此后近100年來，盡管物理實驗的內容與設備在不斷充實和更新，但實驗教學的指導與管理方法基本上是在沿襲皮克林時代的模式。

第二次世界大戰(zhàn)以來，科學技術的迅猛發(fā)展對傳統(tǒng)的高等教育人才培養(yǎng)模式提出了挑戰(zhàn)。高等學校的教學開始由傳統(tǒng)的致力于傳授知識，向傳授知識與發(fā)展能力并重轉變，以培養(yǎng)具有開拓精神和創(chuàng)造能力的專門人才，而實驗教學由于其獨特的性質受到了人們更多的關注。

但傳統(tǒng)的實驗教學方法卻越來越不能令人滿意，傳統(tǒng)實驗的選題不外乎驗證定律和測量基本物理量。實驗指導書從目的要求、原理、儀器，到操作步驟都寫得十分詳盡，甚至連表格都代為擬好。學生只能照著實驗指導書一步一步操作，沒有多少觀察、分析和獨立思考的余地。這種教學方式難以激發(fā)學生對實驗課的興趣甚至引起他們對實驗課的反感，更談不上通過實驗課培養(yǎng)學生進行創(chuàng)造性研究的實驗能力。

這種情況不僅在發(fā)展中國家普遍存在，在發(fā)達國家中也不鮮見。

在20世紀前半葉，美國高校對實驗教學亦未給予應有的重視。1957年，蘇聯人造衛(wèi)星上天，美國朝野為之震驚。他們開始意識到美國科技的落后并探求其原因，認識到其根源在于科技教育不善。于是，掀起了一場大規(guī)模的課程改革運動。

在大學物理實驗教學方面，先后推出了諸如PSSC方案（美國物理學會為美國高等院校制訂的方案）、伯克利方案、倫塞來爾方案和麻省理工學院方案等多種改革計劃。

這些方案雖各有特色，但有一點是共同的：那就是注重為學生提供足夠的條件，以便在實驗過程中充分發(fā)揮他們的主觀能動性，使學生置身于一種富有探索和創(chuàng)造性的學習環(huán)境中，積極、主動地觀察、思考，受到類似于專業(yè)研究人員進行創(chuàng)造性實驗研究時的那種訓練。

其中麻省理工學院創(chuàng)設的設計性實驗頗具代表性。這種類型實驗的教學要點是：由學生自己或學生與教師商討選擇實驗題目，實驗方案的擬定、儀器的配置、測量和操作，以至實驗中出現的故障的排除等皆由學生自己完成，教師只在必要時給以指點實驗時數乃至最終要求也不作硬性規(guī)定，由學生根據自己的時間、能力及興趣來安排。

麻省理工學院的改革方案最初由密立根教學獎獲得者約翰Go金o (John. G. King) 教授等主持，從1964年開始，在150名一年級本科生中試行，取得良好效果。此后就在教學計劃中規(guī)定新生入學后前兩年必修12個學分的設計性實驗。

1966年，約翰Go金o撰文向外界介紹了經驗。從60年代后期開始，國外不少大學開始了類似于麻省理工學院的實驗教學改革。

閱讀結束。

參考資料

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[2]陳光德.大學物理實驗教學的歷史回顧及其思考.西安交通大學

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[5]高艷陽，董培榮，王金霞．對設計性實驗的認識與思考[J]．實驗技術與管理 ，2003(06)；125—127．