物理實(shí)驗室的發(fā)展與創(chuàng)新人才培養(yǎng),物理教學(xué)論文

物理實(shí)驗室的發(fā)展與創(chuàng)新人才培養(yǎng),物理教學(xué)論文實(shí)驗室作為誘導(dǎo)創(chuàng)造力和培養(yǎng)實(shí)踐能力的主要場所，自構(gòu)成之日起，其基本功能－－－實(shí)驗教學(xué)則伴隨著高等教育演變的幾經(jīng)變革，其教育價值不斷地得到提升、開發(fā)和完善；而其社會功能－－－科學(xué)研究則在與科技、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的互相促進(jìn)、協(xié)同發(fā)展的互動機(jī)制中，尤其是在科技人才培養(yǎng)中發(fā)揮著日益重要的作用?；厥讱v史，為我們謀劃高水平實(shí)驗室的建設(shè)和包括物理實(shí)驗教學(xué)在內(nèi)的課程與教學(xué)改革，為已跨入的21世紀(jì)科技、信息、文化、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展對創(chuàng)新人才培養(yǎng)所提出的挑戰(zhàn)無疑是有所啟迪的。1物理實(shí)驗室的發(fā)展物理學(xué)是一門實(shí)驗科學(xué)，物理學(xué)的發(fā)展和學(xué)習(xí)物理離不開科學(xué)研究和實(shí)驗教學(xué)，而科學(xué)研究和實(shí)驗教學(xué)則離不開實(shí)驗室。對當(dāng)代人而言，實(shí)驗室的教育價值和社會功能是不言而喻的。而縱觀歷史，將其教育價值和功社會能不斷的進(jìn)行開發(fā)、完善和提升卻經(jīng)歷了一個漫長的經(jīng)過。1.1實(shí)驗室教育價值的變遷實(shí)驗室構(gòu)成距今已有400多年的歷史，其教育價值的變遷主要經(jīng)歷了下面幾個階段：〔1〕實(shí)驗室教育價值的萌芽期。早在十六、十七世紀(jì)，伴隨著自然科學(xué)的構(gòu)成和發(fā)展，實(shí)驗室已成為人們獲取物理學(xué)新知識的主要場所。如胡克〔RobertHook,1635~1703年〕建立了皇家學(xué)會實(shí)驗室并在華而不實(shí)完成了很多著名的研究；玻意耳〔RobertBoyle,1627~1691年〕關(guān)于氣體彈性的研究就是在他自個的私人實(shí)驗室里完成的[1].到了17世紀(jì)末，包括物理學(xué)在內(nèi)的自然科學(xué)課程先后進(jìn)入了歐洲各主要國家的大學(xué)課堂，如：英國牛津大學(xué)、劍橋大學(xué)設(shè)立了物理學(xué)教授職位[2].然而，直到19世紀(jì)20年代物理實(shí)驗室仍局限于作研究之用，并未起到教育價值的作用[3].這期間，捷克教育家夸美紐斯〔johannAmosComen-ius,1592~1671年〕則強(qiáng)烈呼吁應(yīng)通過/觀察和實(shí)驗教授物理學(xué)0[4].18世紀(jì)末，氧的發(fā)現(xiàn)者普利斯特列〔JosephPriestley,1733~1804年〕強(qiáng)調(diào)，人們/十分是他們應(yīng)當(dāng)在年輕時開場研究理論和實(shí)踐，由此能夠把很多以往的發(fā)現(xiàn)真正的變成他們自個的東西；由于這樣，這些發(fā)現(xiàn)將對他們更有價值得多0[5]這些觀點(diǎn)深入地揭示了實(shí)驗室在知識的傳承和創(chuàng)新中的地位和功能，對于提高人們對實(shí)驗室的教育價值起到了積極的促進(jìn)作用?！?〕實(shí)驗室教育價值初顯倪端期。到了19世紀(jì)30年代，歐洲的一些大學(xué)里相繼出現(xiàn)了私人物理實(shí)驗室，開場以師徒式的授課方式進(jìn)行物理實(shí)驗訓(xùn)練。如：德國柏林大學(xué)的H.G.馬格努斯〔HenryGustavusMagnus,1802~1870年〕開了將熱衷于實(shí)驗研究活動的學(xué)生引入實(shí)驗室接受指導(dǎo)訓(xùn)練的先河。隨后，英國格拉斯格大學(xué)教授開爾文勛爵〔LordKelvin,1824~1903年〕將一座廢棄的酒窖改造成為實(shí)驗室，由起初邀請學(xué)生到這里協(xié)助他工作，到后來學(xué)生主動來這里在老師的言傳身教下進(jìn)行創(chuàng)造性研究的實(shí)驗指導(dǎo)，學(xué)生的實(shí)驗熱忱和興趣由于他自個的實(shí)驗工作內(nèi)容、熱情和與學(xué)生保持著密切的交往而被極大地激發(fā)出來，使這個簡陋的實(shí)驗室存在長達(dá)25年之久。當(dāng)時類似于以上兩所大學(xué)這樣的師徒式的物理訓(xùn)練是典型的個別教授制。這反映了當(dāng)時社會經(jīng)濟(jì)、自然科學(xué)等的不發(fā)達(dá)。同時由于科學(xué)實(shí)驗活動的社會化程度比擬低，并沒有向大學(xué)提出大的教育規(guī)模，所以當(dāng)時理工科學(xué)生的數(shù)量比擬少，師徒式的物理訓(xùn)練能夠知足高等教育和當(dāng)時社會發(fā)展的需求。此時，實(shí)驗室的教育價值已有所具體表現(xiàn)出，它不僅成為/獲取新知識0的場所，同時還能發(fā)揮學(xué)生的主動性和積極性進(jìn)行/新知識的實(shí)驗研究0,成為培養(yǎng)創(chuàng)新人才的/搖籃0.如：在實(shí)驗室接受過訓(xùn)練的學(xué)生中就有后來成為科學(xué)家的亥姆霍茲〔HermanvonHelmholtz,1821~1894年〕和丁鐸爾〔JohnTyndall,1820~1893年〕；同時也培育了不少優(yōu)秀的實(shí)驗技術(shù)人才?！?〕實(shí)驗室教育價值凸出顯現(xiàn)期。19世紀(jì)后葉，隨著歐美資本主義國家工業(yè)化革命的興起，對科學(xué)技術(shù)人才產(chǎn)生了宏大的需求。這種需求一方面促使歐美等各國的教育規(guī)模急劇擴(kuò)大，學(xué)生人數(shù)激增；另一方面師徒式實(shí)驗室及實(shí)驗教育已難以知足宏大的學(xué)生人數(shù)培養(yǎng)的要求。麻省理工學(xué)院就是為了適應(yīng)這種需要而開創(chuàng)辦理的新型學(xué)校，在首任院長、物理學(xué)教授羅杰斯〔WilliamBartonRogers,1804~1882年〕強(qiáng)烈倡導(dǎo)對大班級開設(shè)正規(guī)的實(shí)驗課程的思想下，于1870年由從哈fo大學(xué)聘請來主持物理系工作的愛德華#查爾斯#皮克林〔Ed2wardCharlesPickering〕開創(chuàng)辦理了世界上最早的物理實(shí)驗室，并編寫了一本實(shí)驗教學(xué)材料〔在世界教育史上，這本書是最早出版和最有影響的學(xué)生物理實(shí)驗指導(dǎo)書〕，創(chuàng)始了大面積開設(shè)物理實(shí)驗課程的教學(xué)形式，使實(shí)驗課程成為學(xué)生為得到學(xué)位而必修的一門有計劃的、系統(tǒng)的課程。進(jìn)而由高等教育班級集體實(shí)驗教學(xué)制取代了師徒式的私人實(shí)驗室個別物理實(shí)驗訓(xùn)練。這是物理實(shí)驗室及實(shí)驗教學(xué)史上的一次重大變革和進(jìn)步，標(biāo)志著當(dāng)代實(shí)驗教學(xué)制度確實(shí)立。它不僅具體表現(xiàn)出了資本主義國家工業(yè)化革命的興起對實(shí)驗室及實(shí)驗教學(xué)的客觀要求，同時也是19世紀(jì)后期科學(xué)實(shí)驗活動規(guī)模不斷擴(kuò)大、社會化程度不斷提高在實(shí)驗教學(xué)上的反映。不久就被美國的一些大學(xué)相繼效仿，同時也促成了歐洲很多大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)的變革。由此可見，實(shí)驗室的教育價值已凸出顯現(xiàn)，已起到了大面積教授知識和接受知識的作用。〔4〕實(shí)驗室教育價值和發(fā)展能力并重期。到了20世紀(jì)中葉，尤其是第二次世界大戰(zhàn)以來，科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展對傳統(tǒng)的高等教育人才培養(yǎng)形式提出了挑戰(zhàn)，向高等教育提出了由單純的教授知識向教授知識和發(fā)展能力并重的轉(zhuǎn)變要求。實(shí)驗室由于其獨(dú)特的功能遭到了人們的更多關(guān)注，在實(shí)驗教學(xué)方面麻省理工學(xué)院又創(chuàng)設(shè)了具有代表性的/設(shè)計性實(shí)驗0,其重點(diǎn)是：由學(xué)生自個或?qū)W生與老師商討選擇實(shí)驗題目，實(shí)驗方案的擬定、一起的配置、測量和操作，以致實(shí)驗中出現(xiàn)的故障的排除等皆由學(xué)生自個完成，老師只在必要時給予指點(diǎn)，實(shí)驗時數(shù)和最終要求也不作硬性規(guī)定，由學(xué)生根據(jù)自個的時間、能力和興趣來布置。從1964年開場，由密立根教學(xué)獎獲得者約翰#G金〔John.G.King〕教授等主持在150名一年級本科生中試行，效果良好。此后就規(guī)定了新生入學(xué)后前兩年必修12個學(xué)分的設(shè)計性實(shí)驗。兩年后，約翰#G金〔John.G.King〕撰文向外界介紹了經(jīng)歷體驗[7].60年代后期開場，國外很多大學(xué)開場了類似于麻省理工學(xué)院實(shí)驗室的教學(xué)改革。高等教育中實(shí)驗室旨在注重培養(yǎng)為學(xué)生提供足夠的條件，以便在實(shí)驗經(jīng)過中充分發(fā)揮他們的主觀能動性，使學(xué)生置身于一種探尋求索和創(chuàng)造性環(huán)境中，積極主動考慮，遭到類似于專業(yè)研究人員進(jìn)行創(chuàng)造性研究時的那種訓(xùn)練。到此，實(shí)驗室的教育價值已由單純大面積的知識教育向知識教育和發(fā)展能力并重，以培養(yǎng)既具有知識又具有探尋求索精神和創(chuàng)新能力為宗旨?！?〕實(shí)驗室集知識教育、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)為一體。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，世界各國的教育都面臨著新技術(shù)〔信息技術(shù)〕革命的挑戰(zhàn)，迎來了改革的機(jī)遇。1985年美國提出著名的5普及科學(xué)－－－美國2061計劃6,出現(xiàn)了STS〔科學(xué)、技術(shù)、社會〕式的教學(xué)材料。英國學(xué)校課程也出現(xiàn)了以社會熱門為中心的教學(xué)大綱。從世界教育思潮的發(fā)展看，素質(zhì)教育已成為一種新的教育觀念，是科技發(fā)展提出的新人才觀的折射。尤其是進(jìn)入21世紀(jì)，當(dāng)代化社會的發(fā)展促使高等教育深化改革，教育培養(yǎng)的目的向多元化等發(fā)展，以促進(jìn)人的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的提升。伴隨著教育培養(yǎng)目的的變化，實(shí)驗室已集教授知識、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)為一體。2我們國家實(shí)驗室的發(fā)展及現(xiàn)在狀況我們國家實(shí)驗教育起步較晚。從20世紀(jì)20年代，顏任光在北京大學(xué)、胡剛復(fù)在南京高等師范學(xué)校開設(shè)物理實(shí)驗室并進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)到如今，也僅有不到100年的歷史。實(shí)驗室經(jīng)歷了從小到大、從無到有的發(fā)展階段，而實(shí)驗教學(xué)也經(jīng)歷了美國形式、蘇聯(lián)形式、改革形式及深化改革形式階段。2.1我們國家實(shí)驗室的發(fā)展我們國家實(shí)驗室經(jīng)歷了20世紀(jì)20年代到解放前從無到有、模擬探尋求索階段；建國初期到文革前由小到大、彎曲復(fù)雜完善階段；文化大革命開場到文革結(jié)束間停止不前、滯留損失階段；1977到1994年恢復(fù)發(fā)展、初見成效階段；1995到2004年飛躍發(fā)展、改革形式階段〔建立了以學(xué)科大類為定義對象而設(shè)置的實(shí)驗室－－－實(shí)驗教學(xué)中心〕；2005到如今質(zhì)的提高、深化改革階段。2.2實(shí)驗室教學(xué)改革從1995年到如今，我們國家高校對于實(shí)驗教學(xué)的重視經(jīng)歷了兩個階段，第一階段1995年開場到2002年收尾的由國家正式發(fā)文對高校的教學(xué)實(shí)驗室進(jìn)行合格條件評估，使我們國家高校實(shí)驗教學(xué)建設(shè)發(fā)生了很大的變化，在實(shí)驗室的基本條件、實(shí)驗室規(guī)范化管理、規(guī)章制度的完善、對實(shí)驗教學(xué)的基本要求、實(shí)驗隊伍建設(shè)等各方面都有了一個全新的改變[7],對我們國家高校實(shí)驗教學(xué)和實(shí)驗室的建設(shè)和發(fā)展來講，能夠稱得上是第一個里程碑。第二階段2003年到2018年。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我們國家經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了新的快速發(fā)展時期，因而對高級人才的培養(yǎng)也提出了更高層次的要求；同時，我們國家科研發(fā)展也提高了一大步，企業(yè)通過二十年來的發(fā)展，對于人才也提出了更新的要求。尤其在十七大后，提出要建設(shè)創(chuàng)新型國家，使得創(chuàng)新人才培養(yǎng)變得尤為緊要。這部分人才要求在動手能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力等方面又更高層次的要求標(biāo)準(zhǔn)。但高校人才的實(shí)踐動手能力卻處于薄弱的狀態(tài)，存在重書本、輕實(shí)驗等弊病，與社會對人才能力的實(shí)際需求有很大的距離，于是教育部高教司提出了建設(shè)國家級實(shí)驗教學(xué)示范中心，以知足社會對創(chuàng)新人才的需求。3實(shí)驗室在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中所面臨的問題21世紀(jì)全球知識經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，高科技和全球化創(chuàng)新人才的社會需求向高等教育提出了培養(yǎng)創(chuàng)新人才，進(jìn)行科技創(chuàng)新及科研成果快速轉(zhuǎn)化的國際性競爭要求[8].而高校實(shí)驗室由于其獨(dú)特的作用，已成為知識創(chuàng)新和人才培養(yǎng)的最重要的基地，是真正和最終博得國際競爭勝利的重要保證。我們國家實(shí)驗室在建設(shè)形式、功能、培養(yǎng)目的和運(yùn)行機(jī)制等與國外實(shí)驗室有很多類似之處，可實(shí)驗室的教育功能實(shí)驗教學(xué)在我們國家還屬于薄弱環(huán)節(jié)，不單單是經(jīng)費(fèi)投入缺乏，不被重視，還有實(shí)驗教學(xué)形式更有待于深化改革，進(jìn)而構(gòu)成本土化的創(chuàng)新形式，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實(shí)驗教學(xué)和創(chuàng)新知識的獲取提供可靠的保障；再從新知識的獲取及創(chuàng)新人才培養(yǎng)的效果看，還有一定的距離，十分是基礎(chǔ)知識原創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)及發(fā)明，還有待于進(jìn)一步發(fā)揮實(shí)驗室的作用。4縱觀物理實(shí)驗室的發(fā)展軌跡，瞻望實(shí)驗室的將來〔1〕物理實(shí)驗室的根本目的在于探尋求索未知世界，為人類的知識寶庫增加新的知識[9],物理實(shí)驗室的主要作用是實(shí)驗教學(xué)和從事科學(xué)研究。實(shí)驗教學(xué)在于為培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生探尋求索和創(chuàng)造新知識的潛在能力和素質(zhì)提供平臺。300多年來，伴隨著物理實(shí)驗室教育價值的不斷提升、開發(fā)和完善，物理實(shí)驗教學(xué)也幾經(jīng)變革，從早期的/師徒式0實(shí)驗教學(xué)，到皮克林推行班組集體實(shí)驗教學(xué)制，再到本世紀(jì)60年代以來世界各國實(shí)驗教學(xué)改革，都是以追求這一理念為理想。罷了跨入21世紀(jì)的知識經(jīng)濟(jì)時代，既提出了實(shí)現(xiàn)這種理想的迫切要求，也為之提出了史無前例的硬件設(shè)施保障。實(shí)驗室同時提供了探尋求索未知世界，為人類的知識寶庫增加新的知識的平臺。縱觀20世紀(jì)科學(xué)史上的最大發(fā)明及發(fā)現(xiàn)，尤其是物理、化學(xué)和生物學(xué)，大多數(shù)是在高校實(shí)驗室獲得的。高水平實(shí)驗室是當(dāng)今世界各國知識競爭的主要戰(zhàn)場，實(shí)驗室水平的高低直接具體表現(xiàn)出一個國家財力、物力、才力的高低。培養(yǎng)學(xué)生探尋求索精神和創(chuàng)新能力、是時代賦予實(shí)驗教學(xué)的艱巨任務(wù)；而探尋求索新知識和獲取新知識是競爭賦予高水平實(shí)驗室更艱巨的任務(wù)?！?〕作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、實(shí)踐能力和獲取新知識的主要場所。物理實(shí)驗室的變遷和發(fā)展，不僅僅取決于物理學(xué)本身的變革，而且與科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)文化和社會發(fā)展對人才培養(yǎng)素質(zhì)要求的變化嚴(yán)密相連。固然不同時期的教育價值和功能各有其時代特點(diǎn)，但本質(zhì)上都是著眼于提升人的科學(xué)素養(yǎng)以適應(yīng)并推動科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)文化和社會總體發(fā)展[10].鑒于此，在謀劃實(shí)驗室的教學(xué)形式、創(chuàng)新發(fā)展時，除了要對物理學(xué)本身的發(fā)展進(jìn)行預(yù)測外，還應(yīng)考慮科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)文化和社會總體發(fā)展對人的科學(xué)素質(zhì)的要求?！?〕社會的發(fā)展僅僅向教育提出變革的客觀要求和實(shí)現(xiàn)變革的基礎(chǔ)，而真正的變革還需要人們的教育觀念發(fā)生根本轉(zhuǎn)變來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗室教育價值和功能的不斷開發(fā)和完善。溫家寶總理在看望我們國家科學(xué)泰斗、兩彈一星元勛時曾發(fā)表感慨/如今中國沒有完全發(fā)展起來，一個重要原因是沒有一所大學(xué)能根據(jù)培養(yǎng)科學(xué)技術(shù)發(fā)明創(chuàng)造人才的形式去辦學(xué)，沒有自個獨(dú)特的、創(chuàng)新的東西，這是一個很大的問題0.這