高中教学仪器厂家物理实验教学发展史（物理

　

知乎上，有这样一个问题一直被人讨论，到现在已经有13万人浏览。他问：大学物理系的实验课是怎么样的，感受是什么？作为物理系毕业多年的老前辈，看到这样一个问题，立马想到了那些年熬夜补实验报告、计算各种不确定度的青葱岁月......点进来之后，看到的是无数苦逼党发出的阵阵哀怨：

也有人进行了较为全面的客观评价：

看着这些评论，感到同情的同时，我也是感觉需要说点什么。毕竟亲身经历了那些苦难时光，现在又从事着物理实验教学方面的工作，作为一名老大哥，我需要讲讲物理实验教学的发展过程，因为在十六世纪之前，实验教学根本不被重视，那些令我们叫苦连连的实验是无数前辈的辛苦奋斗才演变而来。

这里，我们借用中国科学技术大学——科技史与科技考古系——史贵全博士关于实验教学引入高等院校的调研结果，史博士认为这百余年来物理实验教学演变的轨迹无外乎四个阶段：

01实验方法的教育价值开始受到重视

早在16、17世纪，伴随着近代自然科学的形成和发展，实验方法已成为物理学研究的基本手段，实验室成为人们获取物理学新知识的主要场所，如胡克( Robert Hook, 1635-1703年)担任英国皇家学会仪器馆长期间建成了皇家学会实验室，并在其中完成了许多著名的研究；

玻意耳(Robert Boyle 1627-1691年)关于气体弹性的研究就是在他自己的私人实验室里完成的。到了17世纪末，物理学作为一门重要的课程先后进入欧洲各主要国家的大学课堂，如英国牛津大学、剑桥大学设立了物理学教授职位，法国巴黎大学设置了包括物理学在内的自然科学课程。

然而，直到19世纪20年代物理实验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，这在很大程度上受制于中世纪经院哲学方法论传统的束缚。

注：经院哲学

这就是阐发一种哲学，其中的题材和指导原则都由教义来确定。这种哲学作为中世纪哲学的最主要部分或基督教哲学，其目的在于解说基督教的教义，使之系统化并加以论证，即在基督教的基础上创建一种关于宇宙和人生的理论。做这种工作的思想家叫做经院哲学家，他们的体系被称为经院哲学。

----梯利《西方哲学史》-第二编-第一篇-第四节

经院哲学检验真理的唯一标准是权威和经典，而不是实践。

比如经院派哲学家在论争田鼠有无眼睛之类的问题时，双方都从亚里士多德的著作和圣经中寻找依据，作旷日持久的论战，就是从来不愿捉一.只田鼠来鉴别一下。作为近代自然科学标志的实验精神和方法正是对经院哲学纯思辩方法的否定。

到了17-18世纪，虽然经院哲学早已失去统治地位，但其影响依然存在。当时有些固守经院哲学思想传统的学者竟然认为：实验只不过是一种供人们消遣的魔术，如果将它引入教育，将会危害人们的精神和道德生活。英国牛津的一些教士们甚至宣称：波意耳等自然科学家所做的实验正在暗中破坏大学，这种观点遭到很多科学家和教育家的反对。

成书于1667年的《皇家学会史》一书的作者认为有必要认真保卫实验，提出实验不会伤害教育，实验对大学没有危险的口号，为实验的教育价值进行论证和辩护。捷克教育家夸美纽斯( Johann Amos Comenius，1592-1671年)则强烈呼吁应通过观察和实验教授物理学，而不是单纯地依靠阅读亚里士多德的和其他人的教科书。

18世纪末，氧的发现者普利斯特列(Joseph Priestley, 1733- 1804年)强调，人们应当在年轻时就习惯于观察和实验过程，特别是他们应当在年轻时开始研究理论和实践，由此可以把许多以往的发现真正地变成他们自己的东西；因为这样，这些发现将对他们更有价值得多。

这些观点深刻地揭示了实验在知识的继承和创新中的地位和功能对于提高人们对实验的教育价值的认识摆脱经院哲学残余思想的羁绊产生了积极的作用。

02私人实验室和师徒式物理实验训练

到了19世纪30年代在欧洲的一些大学里终于出现了实验物理训练。当时的物理实验室多数是私人实验室，科学家经常把自己的住家或房间的一部分装备成实验场所，也有一些实验室是利用大学里闲置或废弃的房屋改造而成的。有些教师接受那些热衷于实验研究活动的学生进入他们的实验室工作。

德国柏林大学的H. G.马格努斯( Henry G ustavus M agnus，1802- 1870年)开此先河。他把自己的寓所中的几个房间装备成物理实验室，接受并指导学生做实验，学生人数很少，通常只有三四人，其中有留学生。

他的一名美国学生回忆说：当我在这里工作时有三个别的学生，一个进行声学研究，另一个在研究偏振光，第三个人是在检测新近的化合物晶体。在他的实验室里接受过训练的学生中就有后来成为著名科学家的亥姆霍兹( Hermannvon Helmholt，1821- 1894年)和丁铎尔(John Tyndall，1820- 1893年)。

在英国，开尔文勋爵(Lord Kelvin, 1824-1907年)于1845年被任命为格拉斯格大学教授后，将校园内一座旧楼里的一个废弃的酒窖改造成一个实验场所，起初他邀请一些学生到这里协助他工作，后来有些学生主动来这里学习。由于开尔文指导下的实验工作大半是创造性的研究，加之他与学生保持着密切的交往，从而极大地激发了学生对实验工作的热忱和兴趣。

有人评价：他们的热情是这样大，以致人们早已知道实验军团（这是习惯的称呼）把自己分成两个班，一个班在白天工作，另一个班在晚上工作，一连工作几个星期，这样，工作从不停顿。

这个简陋的实验室存在的时间长达25年之久，培育了不少优秀的实验技术人才。类似于柏林大学和格拉斯格大学这样的师傅带徒弟式的实验物理训练，在19世纪前期的欧洲大学里较为普遍。

这种师徒式教育的突出特点是：教师与学生的交往非常密切，他对每一个来实验室工作的学生的兴趣和特长了如指掌，因而能够因材施教，充分发挥学生的主动性和积极性，在教师的言传身教之下进行创造性的实验研究。

从教学组织形式的角度看，这种师徒式的教育是典型的个别传授制。这与当时教育规模小理工科学生数量少的状况是相适应的。同时，它也反映了当时自然科学实验活动的特点。

科学史告诉我们，19世纪中叶之前的科学实验活动虽然已成为一种与生产相分离的、独立的社会活动，但其社会化程度却是很低的，从事科学研究的学者和大学教师在自己的私人实验室独立工作，虽然有时也雇用一两名技工或吸收作为他们信徒的青年协助工作，但基本上是以个体经营的方式进行的。

03班组集体实验教学制度的创立

19世纪后期，由于工业化兴起，欧美各主要资本主义国家的教育规模急剧扩大，学生人数激增。这样，师徒式实验教育难以满足社会对科学技术人才的巨大需求。

这种需求，在美国显得更为迫切。

美国的资本主义工商业从19世纪20年代起就随着轮船的输入、铁路的铺设以及运河的开凿而以惊人的速度发展起来。但美国早期的高等教育模仿欧洲体制，着重于培养政治与宗教人士，科技人才这时显得严重缺乏，尤其在工业增长比其他地区更为迅速的美国东北部各州更是如此。

普雷斯科特( Dean Samuel C.Prescott) 在《波士顿工艺时期的麻省理工学院》一文中写到：新英格兰的工业发展，以及波士顿资本家为了他们的企业力图开创新路，产生了训练良好工程师的需要，适应这种需要的技术教育那时还悬而未决。

麻省理工学院就是为适应这种需要而创办的新型学校。

学院首任院长、物理学教授罗杰斯( William BartonRogers 1804- 1882年)强烈倡导对大班级开设正规的实验课程的思想。他说：理想的物理学院应该努力通过数学和实验证明，对物理学的几个分支的基本原理进行全面的了解；然后更严格地进行在这些主要真理的指导下，尽可能地进行实际指导。

由于美国内战等种种原因，物理实验室的计划一直被搁置。直到1867年，他聘请刚由哈佛大学来的爱德华·查尔斯·皮克林(Ed-wardCharles Pickering) 主持物理系。在提出建立申请之时，他刚刚升任教授满一年。

物理实验室的建立是MIT物理系的里程碑事件，从此物理学在麻省理工有了自己的家（物理位置）。虽然起初这个实验室的条件很简陋，只有一些皮克林本人拼凑的设备，但正因如此，这门学科体现出了很强的新颖性。正是皮克林实现了罗杰斯的思想，开创了大面积开设物理实验课程的教学模式，使实验课程成为学生为得到学位而必修的门有计划的、系统的课程。

皮克林在1870年创办了麻省理工学院物理实验室并编写了一本实验教科书《物理实验室手册》。在世界教育史上，这本书是最早出版和最有影响的学生物理实验指导书。该书的绪言部分介绍了物理实验研究的一般方法及测量误差、数据处理知识。其后各卷描述了一系列学生实验。

实验题材由力学开始，依次是声学、光学、电学、热学、机械工程学与气象学。每个实验分两个部分介绍，先描述仪器，后讲述实验原理、测量、操作步骤等。

关于实验教学的管理与指导方法，皮克林描述道：这部书中特别设计，而且是在这个学院的日常应用中已经完全成功的物理实验的管理办法，如下所述。每个实验都指定在某张桌子上进行，桌上放着必须的经常要用到的器具。一块指示板挂在房间的墙上，对应地放着两套卡片，一套上写的是实验名称，另一套是学生的姓名。当一班学生进入实验室的时候,每个学生都到指示板前，看分给他什么实验，然后跑到已放着相应仪器的桌子跟前，在书的指导下进行实验。任何所需的附加指导写在卡片上。并放在桌子上.....照这种办法，教师可以很容易地同时管理大约20个学生的班级，在学生中不断巡视回答问题和留意着不让发生错误。

此外，皮克林提出应在物理实验室旁附设一小型金工、木工车间，以便师生制作所需要的某些实验器具。

皮克林很重视通过物理实验培养学生的独立思考能力和探索创新精神，鼓励学生运用实验实现他可能想到的任何想法，并尽可能亲手设计和制作所需要的器具，向着独创性的研究方向努力。

他说：否则恐怕他就会成为一部纯粹的机器，仅仅是传播知识，而决不是增进知识。这部书的整个目的即在此，舍此，我们就只能是训练追随者，而不是科学上的领先人物。为此，他在书中还列出了100个附加实验，以供学生作探索性实验时选用。

皮克林的这一主张，无疑是极有见地和教育价值的，但由于受仪器设备、实验场所、师资力量及教学管理等诸方面条件的制约，设计性、探索性实验在大班级教学中难以实施，学生实验基本是根据实验指导书描述的程式按部就班进行的。

皮克林开创的班组集体教学制取代了此前的师徒式个别传授法，是物理实验教学史上的一次重大变革和进步。它不仅体现了工业化和教育大发展对实验教学的客观要求，同时也是19世纪后期科学实验活动规模不断扩大、社会化程度不断提高在实验教学上的反映。因此它出现不久就被美国的一些大学所效仿，同时也促成了欧洲许多大学物理实验教学的变革。

瑞利(John.Willian Stutt Ray leigh,1842- 1919年)在1874年继任剑桥大学卡文迪许实验室教授职位后设置了学生实验室教学，即采取了皮克林创设的方法。当时在卡文迪许实验室参与这项工作的格莱兹布鲁克( R. T. Gluzebrook)认为：在19世纪末叶，英国及美国的大多数实验物理学家都是在麻省理工学院实验教学体制下培养出来的。

04培养学生的创新能力，探索新的实验教学模式

麻省理工学院首创的班组集体物理实验教学模式标志着现代实验教学制度的确立。此后近100年来，尽管物理实验的内容与设备在不断充实和更新，但实验教学的指导与管理方法基本上是在沿袭皮克林时代的模式。

第二次世界大战以来，科学技术的迅猛发展对传统的高等教育人才培养模式提出了挑战。高等学校的教学开始由传统的致力于传授知识，向传授知识与发展能力并重转变，以培养具有开拓精神和创造能力的专门人才，而实验教学由于其独特的性质受到了人们更多的关注。

但传统的实验教学方法却越来越不能令人满意，传统实验的选题不外乎验证定律和测量基本物理量。实验指导书从目的要求、原理、仪器，到操作步骤都写得十分详尽，甚至连表格都代为拟好。学生只能照着实验指导书一步一步操作，没有多少观察、分析和独立思考的余地。这种教学方式难以激发学生对实验课的兴趣甚至引起他们对实验课的反感，更谈不上通过实验课培养学生进行创造性研究的实验能力。

这种情况不仅在发展中国家普遍存在，在发达国家中也不鲜见。

在20世纪前半叶，美国高校对实验教学亦未给予应有的重视。1957年，苏联人造卫星上天，美国朝野为之震惊。他们开始意识到美国科技的落后并探求其原因，认识到其根源在于科技教育不善。于是，掀起了一场大规模的课程改革运动。

在大学物理实验教学方面，先后推出了诸如PSSC方案（美国物理学会为美国高等院校制订的方案）、伯克利方案、伦塞来尔方案和麻省理工学院方案等多种改革计划。

这些方案虽各有特色，但有一点是共同的：那就是注重为学生提供足够的条件，以便在实验过程中充分发挥他们的主观能动性，使学生置身于一种富有探索和创造性的学习环境中，积极、主动地观察、思考，受到类似于专业研究人员进行创造性实验研究时的那种训练。

其中麻省理工学院创设的设计性实验颇具代表性。这种类型实验的教学要点是：由学生自己或学生与教师商讨选择实验题目，实验方案的拟定、仪器的配置、测量和操作，以至实验中出现的故障的排除等皆由学生自己完成，教师只在必要时给以指点实验时数乃至最终要求也不作硬性规定，由学生根据自己的时间、能力及兴趣来安排。

麻省理工学院的改革方案最初由密立根教学奖获得者约翰Go金o (John. G. King) 教授等主持，从1964年开始，在150名一年级本科生中试行，取得良好效果。此后就在教学计划中规定新生入学后前两年必修12个学分的设计性实验。

1966年，约翰Go金o撰文向外界介绍了经验。从60年代后期开始，国外不少大学开始了类似于麻省理工学院的实验教学改革。

阅读结束。

参考资料

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[2]陈光德.大学物理实验教学的历史回顾及其思考.西安交通大学

[3]远德玉，毛添玉.实验教学的由来和发展[J]．高等教育研究,1981(1)：61—63．

[4]麻省理工学院. 维基百科.

[5]高艳阳，董培荣，王金霞．对设计性实验的认识与思考[J]．实验技术与管理 ，2003(06)；125—127．