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諾貝爾物理學獎得主大部分是美國人,美國高中生選修物理的人數也不少。但另一方面,美國學生普遍覺得物理比較難。美國版“知乎”Quora等網站上,不乏相關的討論。
表面:美國學生物理差
美國小學數學較簡單,而中學數學教學常讓學生死記硬背公式,學生很容易對數學失去興趣。但代數如果不過關,缺乏邏輯思維訓練,就很難學好物理洪薇老師畢業于國內著名高校物理係,女兒在美國中學生物理競賽中多次獲獎。近幾年,洪薇經常為弗吉尼亞州托馬斯·傑斐遜科技高中的學生輔導物理課程。這所中學是美國名氣最大、品質最好的公立中學之一,以理工科教育見長。能進這所中學的孩子,被認為一只腳已經踏進美國一流大學。但洪薇説,她剛開始輔導這所高中的學生時,很驚訝其中一些學生物理“程度怎麼差成那樣”,教了不少孩子後,才明白怎麼回事。
學物理,需要學生具備代數和微積分基礎。據洪薇介紹,和中國相似,美國小學生從五六年級開始學習代數；但中國的中小學數學老師,大都畢業于師范或普通高校的數學系,受過良好的數學專業訓練,而美國的中小學數學老師,什麼教育背景的都有,就是學數學的少。而且,與中國不同,美國小學老師往往從歷史、英語,到科學、數學,什麼課都教。但因為不專業,就很難講透徹,往往把數學教得很死板,過于偏重形象思維,忽略對抽象思維能力的培養。
美國中小學不僅數學師資較弱,教學計劃、方法和教材也有問題。洪薇説,她在中國讀中小學時,代數要學很長時間,而美國學生一般只學兩到三年,學習內容也比較淺。
不僅如此,中國中小學生學代數時要讀應用題,把應用題裏的變數變成未知數再列式運算,這實際上是邏輯轉換能力和抽象思維能力的訓練,而美國中小學數學教學基本沒有應用題,不僅學生沒有受過這種訓練,很多老師自己也欠缺。這樣一來,美國中小學生讀應用題能力相當弱,升入中學後,在理解本質上是數學應用題的物理時,就普遍遇到很大困難。此外,美國小學數學較簡單,而中學數學教學常讓學生死記硬背數學公式,再套用公式解題,學生因此很容易對數學失去興趣。但代數如果不過關,缺乏基本的邏輯思維訓練,就很難學好物理。
美國物理教育的短板,還不僅僅在數學教育上。洪薇説,和中國相比,美國中學物理的另一個問題是教學計劃和課程設置有點像“大躍進”,時間短,“拔”得快。
在中國,中學生開始學物理的時間較早,學習時間較長,通常要花三四年時間,一點一點慢慢學,基礎打得比較扎實。而在美國中學,大部分學生只學一年物理,能學兩年就算時間很長了,並且通常第一年是以代數為基礎的物理,第二年是以微積分為基礎的物理,時間雖短,內容很多,進度又快,許多美國學生本來數學基礎就弱,這樣一來物理概念也理不清楚,越學越混亂,結果當然叫苦連天。
門道:重視實驗激發興趣
物理課老師有時會包下一個臺球廳,讓學生分組觀測臺球運動做實驗,做完實驗再打會兒臺球那麼,美國中學物理教育難道就一團糟嗎?事實卻也並非如此。洪薇注意到,美國中學物理實驗設備比較好,學生動手能力也比較強。從北京一所重點中學初中畢業後來美讀書的小雪對此也深有體會。小雪已完成兩年物理學習並在難度最大的AP物理C考試中取得了好成績。她認為,雖然很多美國學生因數學差而學不好物理,但美國中學物理教育還是很有可取之處。
小雪説,她所在的公立高中,物理強化和AP物理C由同一位老師教,連貫性很強,對知識點的挖掘既深又廣。
這所高中非常強調學生自己動手做物理實驗,把AP物理課時均分為知識課和實驗課兩個部分。一個學年下來,每個學生的實驗報告都摞成厚厚兩大本。每個學期,物理課老師還會不時組織學生“出遊”,如包下一個臺球廳,讓學生們分組觀測臺球運動做實驗,做完實驗再打會兒臺球。兩年下來,小雪感到自己收獲很大,特別是能夠有意識地運用數學公式解決生活中實際問題,不僅加深對所學數學和物理知識的理解,提高了動手能力,學習興趣也得到激發。
亮點:大學中學“直通”
為鼓勵中學生學物理,物理學家會自費購買實驗設備贈送給當地中學,並幫中學老師了解物理學新動向西弗吉尼亞大學物理係教授李煉雖在大學教書,但與當地高中物理老師和中學生有很多接觸。他説,和中國相比,美國中學物理教育有一個特殊之處,就是中學教師會有機會參與高校的物理研究項目,與高校教師互動頻繁。
李煉介紹説,美國高中物理老師經常利用暑假申請高校研究項目,暑期在大學實驗室工作時還拿工資。這些老師回到所在中學後,會向學生介紹物理學界新動態、新實驗,把課教得更有趣。美國聯邦政府機構對此也十分支援。美國國家自然科學基金每年都會為中學物理教師參與高校研究項目提供資助。
李煉説,在美國,為鼓勵中學生學習物理,物理學家們自行組建的專業性學會(比如美國真空協會)會自費購買物理教學和實驗設備贈送給當地中學,並在舉行年會時邀請中學老師免費參會,幫助他們了解物理學研究最新動向並反饋給自己的學生。在提供這些資源時,這些學會往往優先選擇普通中學,因為優質中學這方面的機會和資源更多。此外,在大學階段,由于不少學生在專業選擇上搖擺不定,到大學高年級才最終確定專業,所以美國高校物理係很重視爭取“搖擺”學生,往往會派最好的老師去教低年級學生的基礎課程,以盡可能激發他們學習物理的興趣。
關鍵:有興趣的學生才“找虐”
有興趣的學生會主動利用各種資源自行鑽研,久而久之,不僅學好物理,還培養出很強的自學和研究能力洪薇、李煉和美國橡樹嶺國家實驗室教授蓋崢都指出,興趣,乃是學生最好的老師。
洪薇説,亞裔孩子能把數學和物理學好,往往得益于亞裔家庭對教育的重視,學生從小受到係統訓練；但這些孩子不一定有特殊興趣,也不一定相信自己有特殊稟賦,往往不會將物理作為專業選擇。
而願意學物理“找虐”的美國學生,在學校教育存在這麼多問題情況下,要取得進步,首先要靠自己有興趣,主動利用網絡、圖書館資源自行鑽研,久而久之,不僅學好物理,還培養出很強的自學和研究能力。他們中很多人又因家境優渥,選擇專業時並不特別看重“錢景”,而更忠于志趣,于是在物理研究領域越走越遠。
因此,雖然在美國中學亞裔成績偏好,但真正選擇在物理領域繼續深造的人數卻並不比其他族裔多。
所以,探討美國中學物理教育,不僅脫離不了數學教育,也不能脫離美國基礎教育的整體環境和理念去談。
分析人士指出,美國中小學教育存在很多問題,但在重視培養學生興趣、批判性思維、自主學習能力、綜合平衡能力等方面,也有很多值得借鑒之處。眾所周知,美國大學本科教育優勢明顯,學生進了大學校門,雖然沒人管,卻大都很忙很累。為什麼美國大學新生沒有大面積被“放羊”呢?鼓勵學生興趣和自主學習能力的中小學教育模式顯然是有功勞的。
説回物理教育,從統計數據看,美國之所以長期保持領先世界的科研優勢,固然得力于不斷從世界各國“掐尖”,但本土人才的巨大貢獻也同樣不可低估。
而對缺乏“掐尖”條件的後發國家來説,不斷提高本土人才培養能力更加重要。這方面,既不必妄自菲薄,也不應妄自尊大,而應立足于具體問題的具體情況,在比較分析中認清自己和他人的長處與短處。（記者徐劍梅）
