知乎上，有這樣一個(gè)問題一直被人討論，到現(xiàn)在已經(jīng)有13萬人瀏覽。他問：大學(xué)物理系的實(shí)驗(yàn)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(gè)問題，立馬想到了那些年熬夜補(bǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告、計(jì)算各種不確定度的青蔥歲月......點(diǎn)進(jìn)來之后，看到的是無數(shù)苦逼黨發(fā)出的陣陣哀怨：

也有人進(jìn)行了較為全面的客觀評價(jià)：

看著這些評論，感到同情的同時(shí)，我也是感覺需要說點(diǎn)什么。畢竟親身經(jīng)歷了那些苦難時(shí)光，現(xiàn)在又從事著物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的工作，作為一名老大哥，我需要講講物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展過程，因?yàn)樵谑兰o(jì)之前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)根本不被重視，那些令我們叫苦連連的實(shí)驗(yàn)是無數(shù)前輩的辛苦奮斗才演變而來。

這里，我們借用中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)——科技史與科技考古系——史貴全博士關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)引入高等院校的調(diào)研結(jié)果，史博士認(rèn)為這百余年來物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)演變的軌跡無外乎四個(gè)階段：

01實(shí)驗(yàn)方法的教育價(jià)值開始受到重視

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

玻意耳(Robert Boyle 1627-1691年)關(guān)于氣體彈性的研究就是在他自己的私人實(shí)驗(yàn)室里完成的。到了17世紀(jì)末，物理學(xué)作為一門重要的課程先后進(jìn)入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，法國巴黎大學(xué)設(shè)置了包括物理學(xué)在內(nèi)的自然科學(xué)課程。

然而，直到19世紀(jì)20年代物理實(shí)驗(yàn)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(jì)經(jīng)院哲學(xué)方法論傳統(tǒng)的束縛。

注：經(jīng)院哲學(xué)

這就是闡發(fā)一種哲學(xué)，其中的題材和指導(dǎo)原則都由教義來確定。這種哲學(xué)作為中世紀(jì)哲學(xué)的最主要部分或基督教哲學(xué)，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(chǔ)上創(chuàng)建一種關(guān)于宇宙和人生的理論。做這種工作的思想家叫做經(jīng)院哲學(xué)家，他們的體系被稱為經(jīng)院哲學(xué)。

----梯利《西方哲學(xué)史》-第二編-第一篇-第四節(jié)

經(jīng)院哲學(xué)檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)是權(quán)威和經(jīng)典，而不是實(shí)踐。

比如經(jīng)院派哲學(xué)家在論爭田鼠有無眼睛之類的問題時(shí)，雙方都從亞里士多德的著作和圣經(jīng)中尋找依據(jù)，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(xué)標(biāo)志的實(shí)驗(yàn)精神和方法正是對經(jīng)院哲學(xué)純思辯方法的否定。

到了17-18世紀(jì)，雖然經(jīng)院哲學(xué)早已失去統(tǒng)治地位，但其影響依然存在。當(dāng)時(shí)有些固守經(jīng)院哲學(xué)思想傳統(tǒng)的學(xué)者竟然認(rèn)為：實(shí)驗(yàn)只不過是一種供人們消遣的魔術(shù)，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(xué)家所做的實(shí)驗(yàn)正在暗中破壞大學(xué)，這種觀點(diǎn)遭到很多科學(xué)家和教育家的反對。

成書于1667年的《皇家學(xué)會史》一書的作者認(rèn)為有必要認(rèn)真保衛(wèi)實(shí)驗(yàn)，提出實(shí)驗(yàn)不會傷害教育，實(shí)驗(yàn)對大學(xué)沒有危險(xiǎn)的口號，為實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值進(jìn)行論證和辯護(hù)。捷克教育家夸美紐斯( Johann Amos Comenius，1592-1671年)則強(qiáng)烈呼吁應(yīng)通過觀察和實(shí)驗(yàn)教授物理學(xué)，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(jì)末，氧的發(fā)現(xiàn)者普利斯特列(Joseph Priestley, 1733- 1804年)強(qiáng)調(diào)，人們應(yīng)當(dāng)在年輕時(shí)就習(xí)慣于觀察和實(shí)驗(yàn)過程，特別是他們應(yīng)當(dāng)在年輕時(shí)開始研究理論和實(shí)踐，由此可以把許多以往的發(fā)現(xiàn)真正地變成他們自己的東西；因?yàn)檫@樣，這些發(fā)現(xiàn)將對他們更有價(jià)值得多。

這些觀點(diǎn)深刻地揭示了實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值的認(rèn)識擺脫經(jīng)院哲學(xué)殘余思想的羈絆產(chǎn)生了積極的作用。

02私人實(shí)驗(yàn)室和師徒式物理實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練

到了19世紀(jì)30年代在歐洲的一些大學(xué)里終于出現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)物理訓(xùn)練。當(dāng)時(shí)的物理實(shí)驗(yàn)室多數(shù)是私人實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)家經(jīng)常把自己的住家或房間的一部分裝備成實(shí)驗(yàn)場所，也有一些實(shí)驗(yàn)室是利用大學(xué)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(shí)驗(yàn)研究活動的學(xué)生進(jìn)入他們的實(shí)驗(yàn)室工作。

德國柏林大學(xué)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(gè)房間裝備成物理實(shí)驗(yàn)室，接受并指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生人數(shù)很少，通常只有三四人，其中有留學(xué)生。

他的一名美國學(xué)生回憶說：當(dāng)我在這里工作時(shí)有三個(gè)別的學(xué)生，一個(gè)進(jìn)行聲學(xué)研究，另一個(gè)在研究偏振光，第三個(gè)人是在檢測新近的化合物晶體。在他的實(shí)驗(yàn)室里接受過訓(xùn)練的學(xué)生中就有后來成為著名科學(xué)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(xué)教授后，將校園內(nèi)一座舊樓里的一個(gè)廢棄的酒窖改造成一個(gè)實(shí)驗(yàn)場所，起初他邀請一些學(xué)生到這里協(xié)助他工作，后來有些學(xué)生主動來這里學(xué)習(xí)。由于開爾文指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)工作大半是創(chuàng)造性的研究，加之他與學(xué)生保持著密切的交往，從而極大地激發(fā)了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)工作的熱忱和興趣。

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

這個(gè)簡陋的實(shí)驗(yàn)室存在的時(shí)間長達(dá)25年之久，培育了不少優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)技術(shù)人才。類似于柏林大學(xué)和格拉斯格大學(xué)這樣的師傅帶徒弟式的實(shí)驗(yàn)物理訓(xùn)練，在19世紀(jì)前期的歐洲大學(xué)里較為普遍。

這種師徒式教育的突出特點(diǎn)是：教師與學(xué)生的交往非常密切，他對每一個(gè)來實(shí)驗(yàn)室工作的學(xué)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(xué)生的主動性和積極性，在教師的言傳身教之下進(jìn)行創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)研究。

從教學(xué)組織形式的角度看，這種師徒式的教育是典型的個(gè)別傳授制。這與當(dāng)時(shí)教育規(guī)模小理工科學(xué)生數(shù)量少的狀況是相適應(yīng)的。同時(shí)，它也反映了當(dāng)時(shí)自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動的特點(diǎn)。

科學(xué)史告訴我們，19世紀(jì)中葉之前的科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動雖然已成為一種與生產(chǎn)相分離的、獨(dú)立的社會活動，但其社會化程度卻是很低的，從事科學(xué)研究的學(xué)者和大學(xué)教師在自己的私人實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立工作，雖然有時(shí)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(gè)體經(jīng)營的方式進(jìn)行的。

03班組集體實(shí)驗(yàn)教學(xué)制度的創(chuàng)立

19世紀(jì)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(kuò)大，學(xué)生人數(shù)激增。這樣，師徒式實(shí)驗(yàn)教育難以滿足社會對科學(xué)技術(shù)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(jì)20年代起就隨著輪船的輸入、鐵路的鋪設(shè)以及運(yùn)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(shí)顯得嚴(yán)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(shí)期的麻省理工學(xué)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(chǎn)生了訓(xùn)練良好工程師的需要，適應(yīng)這種需要的技術(shù)教育那時(shí)還懸而未決。

麻省理工學(xué)院就是為適應(yīng)這種需要而創(chuàng)辦的新型學(xué)校。

學(xué)院首任院長、物理學(xué)教授羅杰斯( William BartonRogers 1804- 1882年)強(qiáng)烈倡導(dǎo)對大班級開設(shè)正規(guī)的實(shí)驗(yàn)課程的思想。他說：理想的物理學(xué)院應(yīng)該努力通過數(shù)學(xué)和實(shí)驗(yàn)證明，對物理學(xué)的幾個(gè)分支的基本原理進(jìn)行全面的了解；然后更嚴(yán)格地進(jìn)行在這些主要真理的指導(dǎo)下，盡可能地進(jìn)行實(shí)際指導(dǎo)。

由于美國內(nèi)戰(zhàn)等種種原因，物理實(shí)驗(yàn)室的計(jì)劃一直被擱置。直到1867年，他聘請剛由哈佛大學(xué)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(shí)，他剛剛升任教授滿一年。

物理實(shí)驗(yàn)室的建立是MIT物理系的里程碑事件，從此物理學(xué)在麻省理工有了自己的家（物理位置）。雖然起初這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的條件很簡陋，只有一些皮克林本人拼湊的設(shè)備，但正因如此，這門學(xué)科體現(xiàn)出了很強(qiáng)的新穎性。正是皮克林實(shí)現(xiàn)了羅杰斯的思想，開創(chuàng)了大面積開設(shè)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式，使實(shí)驗(yàn)課程成為學(xué)生為得到學(xué)位而必修的門有計(jì)劃的、系統(tǒng)的課程。

皮克林在1870年創(chuàng)辦了麻省理工學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)室并編寫了一本實(shí)驗(yàn)教科書《物理實(shí)驗(yàn)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(xué)生物理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。該書的緒言部分介紹了物理實(shí)驗(yàn)研究的一般方法及測量誤差、數(shù)據(jù)處理知識。其后各卷描述了一系列學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)題材由力學(xué)開始，依次是聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、機(jī)械工程學(xué)與氣象學(xué)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)分兩個(gè)部分介紹，先描述儀器，后講述實(shí)驗(yàn)原理、測量、操作步驟等。

關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理與指導(dǎo)方法，皮克林描述道：這部書中特別設(shè)計(jì)，而且是在這個(gè)學(xué)院的日常應(yīng)用中已經(jīng)完全成功的物理實(shí)驗(yàn)的管理辦法，如下所述。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都指定在某張桌子上進(jìn)行，桌上放著必須的經(jīng)常要用到的器具。一塊指示板掛在房間的墻上，對應(yīng)地放著兩套卡片，一套上寫的是實(shí)驗(yàn)名稱，另一套是學(xué)生的姓名。當(dāng)一班學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候,每個(gè)學(xué)生都到指示板前，看分給他什么實(shí)驗(yàn)，然后跑到已放著相應(yīng)儀器的桌子跟前，在書的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。任何所需的附加指導(dǎo)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(shí)管理大約20個(gè)學(xué)生的班級，在學(xué)生中不斷巡視回答問題和留意著不讓發(fā)生錯(cuò)誤。

此外，皮克林提出應(yīng)在物理實(shí)驗(yàn)室旁附設(shè)一小型金工、木工車間，以便師生制作所需要的某些實(shí)驗(yàn)器具。

皮克林很重視通過物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和探索創(chuàng)新精神，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)他可能想到的任何想法，并盡可能親手設(shè)計(jì)和制作所需要的器具，向著獨(dú)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(jī)器，僅僅是傳播知識，而決不是增進(jìn)知識。這部書的整個(gè)目的即在此，舍此，我們就只能是訓(xùn)練追隨者，而不是科學(xué)上的領(lǐng)先人物。為此，他在書中還列出了100個(gè)附加實(shí)驗(yàn)，以供學(xué)生作探索性實(shí)驗(yàn)時(shí)選用。

皮克林的這一主張，無疑是極有見地和教育價(jià)值的，但由于受儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場所、師資力量及教學(xué)管理等諸方面條件的制約，設(shè)計(jì)性、探索性實(shí)驗(yàn)在大班級教學(xué)中難以實(shí)施，學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本是根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書描述的程式按部就班進(jìn)行的。

皮克林開創(chuàng)的班組集體教學(xué)制取代了此前的師徒式個(gè)別傳授法，是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)史上的一次重大變革和進(jìn)步。它不僅體現(xiàn)了工業(yè)化和教育大發(fā)展對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的客觀要求，同時(shí)也是19世紀(jì)后期科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動規(guī)模不斷擴(kuò)大、社會化程度不斷提高在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的反映。因此它出現(xiàn)不久就被美國的一些大學(xué)所效仿，同時(shí)也促成了歐洲許多大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的變革。

瑞利(John.Willian Stutt Ray leigh,1842- 1919年)在1874年繼任劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室教授職位后設(shè)置了學(xué)生實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，即采取了皮克林創(chuàng)設(shè)的方法。當(dāng)時(shí)在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室參與這項(xiàng)工作的格萊茲布魯克( R. T. Gluzebrook)認(rèn)為：在19世紀(jì)末葉，英國及美國的大多數(shù)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家都是在麻省理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)體制下培養(yǎng)出來的。

04培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，探索新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

麻省理工學(xué)院首創(chuàng)的班組集體物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式標(biāo)志著現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)制度的確立。此后近100年來，盡管物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容與設(shè)備在不斷充實(shí)和更新，但實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)與管理方法基本上是在沿襲皮克林時(shí)代的模式。

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)模式提出了挑戰(zhàn)。高等學(xué)校的教學(xué)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(zhuǎn)變，以培養(yǎng)具有開拓精神和創(chuàng)造能力的專門人才，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于其獨(dú)特的性質(zhì)受到了人們更多的關(guān)注。

但傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法卻越來越不能令人滿意，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的選題不外乎驗(yàn)證定律和測量基本物理量。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)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(xué)生只能照著實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一步一步操作，沒有多少觀察、分析和獨(dú)立思考的余地。這種教學(xué)方式難以激發(fā)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的興趣甚至引起他們對實(shí)驗(yàn)課的反感，更談不上通過實(shí)驗(yàn)課培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性研究的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/span>

這種情況不僅在發(fā)展中國家普遍存在，在發(fā)達(dá)國家中也不鮮見。

在20世紀(jì)前半葉，美國高校對實(shí)驗(yàn)教學(xué)亦未給予應(yīng)有的重視。1957年，蘇聯(lián)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(rèn)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(yùn)動。

在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，先后推出了諸如PSSC方案（美國物理學(xué)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(xué)院方案等多種改革計(jì)劃。

這些方案雖各有特色，但有一點(diǎn)是共同的：那就是注重為學(xué)生提供足夠的條件，以便在實(shí)驗(yàn)過程中充分發(fā)揮他們的主觀能動性，使學(xué)生置身于一種富有探索和創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)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(jìn)行創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)研究時(shí)的那種訓(xùn)練。

其中麻省理工學(xué)院創(chuàng)設(shè)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)頗具代表性。這種類型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要點(diǎn)是：由學(xué)生自己或?qū)W生與教師商討選擇實(shí)驗(yàn)題目，實(shí)驗(yàn)方案的擬定、儀器的配置、測量和操作，以至實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的故障的排除等皆由學(xué)生自己完成，教師只在必要時(shí)給以指點(diǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)乃至最終要求也不作硬性規(guī)定，由學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間、能力及興趣來安排。

麻省理工學(xué)院的改革方案最初由密立根教學(xué)獎(jiǎng)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(xué)計(jì)劃中規(guī)定新生入學(xué)后前兩年必修12個(gè)學(xué)分的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

1966年，約翰Go金o撰文向外界介紹了經(jīng)驗(yàn)。從60年代后期開始，國外不少大學(xué)開始了類似于麻省理工學(xué)院的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

閱讀結(jié)束。

參考資料

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