美国大学的理科教育有什么特色?

“学好数理化,走遍天下都不怕。”这句生命力极强的俗语从上世纪七八十年代开始,一直幸存到了今天。从业八年以来,陈欣老师经手的学生除开商科,接下来基本就是理科和工科二分天下。虽然我自己毕业之后也没有从事专业相关的工作,但从亲身经历来说,严谨的理科训练还是能给职业发展带来一个较高的起点,也培养出了很好的工作习惯和不畏难的终身学习心态。

作为中美两国理科高等教育的亲历者,我觉得美国大学的理科教育还是有其独到特色和优势的。如果你也正希望了解自己是否适合在美国大学学习自然科学,希望这篇文章能够给你一些初步的印象和启发。

入门专业课

相对于中国大学,美国大学的理科生平均要推迟一个学期才进入入门专业课程的学习。

拿杜克大学物理系推荐的课程安排来看。刚入学的第一学期往往只要求掌握作为科学基本语言的微积分。学生将有更充分的自由来适应大学生活,满足通识课程要求并按个人兴趣探索不同的学科。

当然对于学有余力的新生,也可以通过AP课程换取学分的形式,直接跳过入门专业课而进入低年级专业课的学习。获得的额外时间可以对专业进行更深入的探索、参与研究/出国交换、修读双学位乃至提前毕业。“对专业进行更深入的探索”和中国一般大学提供的理科专业选项在内容进度上是较为一致的。

美国学习理科的大学生对图形计算器的操作较为熟练。我当时在批改实验报告时,常常发现学生省略小数点前的零,因为在计算器上输入小数只要直接按“小数点”按键即可。对于中国高中生而言,可能需要在这块预先做一些额外的练习和了解,比如如何在计算器里输入公式、作图以及进行简单的编程等。另一方面,美国大学生不懂如何心算,在草稿纸上推演的能力也会有所欠缺。

对于在综合性大学学习理科的新生而言,一开始上百人以上的大课是可以预料到的状况。相对而言,教授对每个人的关注不会那么充分,会需要自己比较主动的制定学习计划。一般大课学生会分为更小一些的小组由助教来负责,每周开设习题答疑课,是非常好的与同学助教交流解决疑点难点的机会。大部分美国大学往往采用一些技术手段来提升教学效率。为了替代点名,学校会要求每个学生购置特别的遥控器(clicker)。

学生在学期课程开始前会注册自己的遥控器序列号。老师在之后会随堂提问(quiz),学生可以在自己的遥控器上点选答案,并记为平时成绩。对于GPA有较高期望的同学在这一块不要疏忽,尽量从不缺勤,也时刻检查自己的分数情况。我们AADPS学员之前就有因为序列号注册错误而痛失分数的事故发生。另一方面,所购买的教材往往也会带有一次性的电子测评系统密钥,学生可以在线完成作业。为了避免抄袭,每个学生拿到的题目条件会是随机生成的,也再次体现了计算器的重要性。当然,只看答案不看过程的自动习题批改,也意味着希望在专业上有所发展的学生需要积极探索并明确课本原理与解题思路。

对于物理、化学、生物等自然科学而言,实验是本科学习必不可少的一部分。美国大学提供更加优良的实验设施,例如大部分的力学试验都可以把数据直接读取到电脑里并在Excel中作图分析。实验一般两人一组,需要当堂完成实验报告。实验报告的文字负担不重,对原理本身和误差分析等专业细节的要求也不高,但一般会有一些问题考察学生对实验结果的理解和思考。

高年级专业课

中美大学在本科高年级理科课程的教学方法上较为一致。当然美国教授在授课的自由度上稍大一些,可能会乐意在课堂中分享自己的研究领域和研究兴趣。因此对于教授讲授的课程是否合自己的口味或学习风格,往往需要预先通过ratemyprofessors等在线点评网站来了解。通常情况下每周会布置一次书面作业,由助教或者教授本人批改。课程的内容一般不会过深或者换言之讲授特别多的理论细节,但在广度上有时不会局限于课本。考试的话也更多在于考察核心理论的应用,因而许可开卷考试(open book exam)乃至在家考试(take-home exam),对考试紧张症患者是莫大的福音。即便在教授要求采用传统考试形式的前提下,往往也许可学生准备一张A4纸的小抄(cheatsheet),记录下课程涉及到的重要原理。陈老师窃以为准备小抄的过程本身也是一种很有效的复习,说明了美国大学不太考察死记硬背,而更重视灵活运用知识。

本科研究

在通常的印象里,科研工作者应该是不谙世事的一群人,没日没夜的天天窝在实验室里和瓶瓶罐罐打交道或者在办公室里对着一摞草稿纸冥思苦想。这其实是一个误区。现代的科学家如果希望在职业上取得发展和突破,不但要能熟练的撰写论文以发表自己的最新研究成果,还要参加各种专业会议向同行讲述自己的发现以及其在领域里的地位。只有获得了同行的认可,才能申请到足够的科研经费来维持实验室的正常运转并最终通过终身教授的评选。因此,学术沟通能力的重要性不亚于专业研究能力。

为了培养有志于深造的理科学生的学术沟通能力,很多美国大学都提供专业相关的研讨班(seminar)机会。如芝加哥大学允许五到十名学生就特定的研究主题在学季前提出专门的申请。系里将指派一名研究生或博士后作为指导,每周布置任务和指定应阅读的科研文献。学生们将轮流制作PPT向同伴们讲解自己负责的部分,并回答大家的疑问。最终,大家将使用专业排版软件LaTeX完成一篇五页的文献综述。物理系将给每个参与者发放证书以资鼓励。

相对于国内的大学生研究计划,美国大学中理科本科生往往能够获得更加丰富的研究资源和支持。只要申请获得批准,学生能够得到一笔专门的研究津贴以支付过程中的器材、书籍以及其他合理开销。大部分中国大学里,学生在大研过程中往往只能做一些入门级的理论工作或者为研究生打下手。而美国学生则基本可以使用校园里所有的高端实验仪器(陈欣老师就亲自指导过两位本科研究者),独立提出自己的研究角度并一步步实施。最终,美国的理科生可以将成果归纳成展板,在全校性的年度成果发布会上(research symposium)向参与的师生介绍。部分特别优秀的结果还有机会被赞助参加全国性的学科年会,为研究生阶段打下很好的基础。

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发布者

陈 欣

陈 欣

AADPS创始人

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