王向賢 歐紅霞 朱仁義

(巢湖學院物理與電子科學系,安徽巢湖 238000)

美籍華人諾貝爾物理學獎獲得者的物理教育思想

王向賢 歐紅霞 朱仁義

(巢湖學院物理與電子科學系,安徽巢湖 238000)

研究了美籍華人諾貝爾物理學獲得者即楊振寧、李政道、丁肇中、崔琦、朱棣文的物理教育思想,他們都強調創(chuàng)新、實驗、興趣以及物理的藝術性在物理教育中的重要性.討論了在物理教育中用大師的物理教育思想指導我們的物理教育工作.

諾貝爾物理學獎;物理教育;創(chuàng)新;實驗;興趣;藝術

引言物理學是一門非常重要的基礎學科,提高物理教育質量是提高物理學研究和提高人才培養(yǎng)質量的關鍵所在.而我們目前的各級各類物理教育中都不同程度的存在著各種各樣的問題,如:重理論、輕實驗,強調成績、淡化過程等.這就需要我們用先進的物理教育思想指導我們的物理教育工作,故本文對美籍華人諾貝爾物理學獎獲得者的物理教育思想做一深入研究,用他們的物理教育思想指導我們開展物理教育實踐.

1 創(chuàng)新——物理教育的靈魂

在當今社會,“創(chuàng)新”一詞在各個領域已是頻頻出現.楊振寧先生曾指出創(chuàng)新是人類知識、生產發(fā)展的一個重要因素.在談及中國的科學技術時,楊振寧先生就極力強調創(chuàng)新的重要性.如果中國人想要在世界的物理之林中占有一席之地,那么我們必須改變我們傳統(tǒng)的、封閉的、守舊的教育思想模式,可以讓學生更加自由的發(fā)展,并且楊振寧先生也做了一些比較,他說:“西方尤其是美國的小孩,常常訓練不夠,可是他們有一種天不怕、地不怕的精神,專門愛玩新的東西,而且所想的新的東西往往是和實驗及實際比較接近的東西,我們希望大家多注意新的東西,與現象關系密切的東西”[1].

與楊振寧先生同時獲獎的李政道先生也提出了類似的觀點,李政道先生把科學研究比作是海洋里的浪頭,他說:“科學研究就像海里的浪頭一樣,一個浪接一個浪打過來,當一個浪頭達到最高峰時,下一步必定要回落,然后新的浪頭會出來……如果你看見別人的浪頭高,就一味地跟著去追,你就會永遠跟著別人跑,永遠不可能領先.你要做到頂尖,就必須看準新的浪頭是從哪里開始的,在它還沒有達到最高峰時,最好是在它剛剛冒頭時,就將它緊緊抓住.”[2]他明確表明了創(chuàng)新對于科學研究的重要性.并且他也指出“一個國家科技的強盛,必須有一個完整的國家知識創(chuàng)新體系,否則會不堪一擊,失去后勁.”所以,在物理教育培養(yǎng)人才的過程中,創(chuàng)新是舉足輕重的.

同樣,1976年的諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中對于創(chuàng)新也有一番見解.在丁肇中先生的“考試觀”中,他提出“考試第一也是重復別人,而科學需要創(chuàng)新.”他找出我國的應試教育的種種弊端.然而,中國的應試教育的模式并不是一兩天形成的,所以,想要改變確實不是一件容易的事,但是我們必須要改變,只有改變才能適應發(fā)展.崔琦先生也指出類似的觀點,“做科學研究不是‘觀光’,不能僅僅只是重復前人做過的事,更重要的是要‘找新的’.”在1997年因發(fā)明“用激光冷卻和俘獲原子的方法”榮獲諾貝爾物理學獎的朱棣文先生對于物理的創(chuàng)新更是自有一番見解,朱棣文認為,“科學最有價值的東西就是新的發(fā)現,并且要有懷疑精神,新的發(fā)現意味著用以一種不同的方式來看世界,發(fā)現世間新的事物,因為科學的本質是我們嘗試去發(fā)現自然的運轉.”[3]他還指出要注意科研中的創(chuàng)新精神,“科學研究不應該受老框框的約束,不斷創(chuàng)新的精神和能力對科研人員來說是非常重要的,科學家需要理性的想象,并找到合適的實現途徑,這才是有價值的,培養(yǎng)這種創(chuàng)新精神,必須自己努力地思索,不斷地嘗試.”[3]

這些都表明了“創(chuàng)新”在物理教育中的重要性.雖然我們當前的物理教育模式比起以前的物理教育模式已經有了很大的轉變,現在的教育雖然已經開始注意學生的創(chuàng)新能力以及德、智、體、美的培養(yǎng),但是,我們的物理教育還在很大程度上受到考試的影響,從而應試教育還是主要手段之一,這樣的現狀值得我們深思.我們的人才培養(yǎng)需要創(chuàng)新、社會需要創(chuàng)新、時代發(fā)展需要創(chuàng)新,我們的物理教育更應該創(chuàng)新.

2 實驗——物理教育的源泉

物理發(fā)展的根源在于探索,而探索的根本就是實驗.理論知識不可缺少,但是一個物理理論的成立與否最終都必須用實驗來驗證.楊振寧先生把物理的這一特點總結為“物理是‘活’的”.他說:“物理學是一個多方面的科學,是一個活的科學,不是一個死的科學,是一個新的科學,是一門與實驗非常接近的學科.而不是一個整天在公式里打轉的學科,我之所以這樣說是因為中國有不少的學生,確實被引導到了一個死的物理學、舊的物理學、以及跟實驗沒有關系的方向去了.”[1]并且他也指出“大學的物理系中所講的‘四大力學’把學生壓的都喘不過氣來,沒有人否認‘四大力學’在物理中的重要性,他是物理學的骨干,還要有血有肉,有血有肉的物理學才是活的物理學.”[1]并且他通過自己的親身體驗提出,在中國接受本科教育比到美國任何一所學校都好,包括哈佛大學,普林斯頓大學和斯坦福大學.中國學生的理論知識是非常扎實的,但是中國學生缺乏動手能力和自主學習的習慣,他們比起美國學生最大的不足就是他們對于老師的依賴性,一旦離開老師,他們就會不知所措更不要說自主學習了.這些都說明中國物理教育過程中對于實驗的輕視,以及對學生動手能力培養(yǎng)的不夠重視.

丁肇中先生也指出在物理學習的過程中應有“格物致知”的精神.這是他對于物理教育和學習所提出的一個重要的也是非常經典的理論.所謂“格物致知”在中國的“四書”中做了明確的描述,即“探索物體而得以知識”,他指出“新知識只能通過實驗而得到,并且實驗的過程并不是消極的觀察,而是積極的有計劃的探索.”同時他也指出“格物致知的精神,不但在研究學術中不可缺少,而且在應付今天的世界環(huán)境中也是不可缺少的.”[4]朱棣文先生關于實驗在物理教學過程中的重要作用這一點,他結合自己的親身體驗提出了“應該讓孩子從小學會下廚”的思想,他指出“動手做是很重要的,美國教育相當注重做實驗,許多學生走進實驗室后,自然就知道各種器材的操作方式與應有的安全概念.相比之下,中國學生可以將實驗目的,實驗步驟背得滾瓜爛熟,但是走進實驗室后,就會不知所措.”[5]并且在他選拔優(yōu)秀學生的時候,他通常會淘汰一些在家長眼里非常優(yōu)秀的學生,并且他會說:“這些連煎蛋,煮蛋都不會的學生又怎么會懂實驗呢?”[5].

在物理教學與學習過程中,我們應該了解物理的本質,即實驗,而實驗現象需要我們去觀察、探索、動手.所以在物理教學中,要讓學生自己動手探索世界,但是,這里所說的動手并不是純粹的放任學生.在物理教學過程中一定要注意實驗與理論的有機結合.這不僅對于他們的物理學習有很大的幫助,在其他學科學習過程中的作用也是毋庸置疑的.

3 興趣——物理教育的動力

興趣是最好的老師,這一點毋庸置疑,但是在中國的傳統(tǒng)教育模式中這一點沒有得到足夠的重視,楊振寧先生在這一點上有明確的表述.他說:“一個人要出成果,一個因素就是要順乎自己的興趣,然后再結合社會上的需要來發(fā)展自己的特長,如果你做一件事你感覺非?？?那是不容易出成果的.”[6]并且他還指出“教育的成功在于使每個人的最大能力和創(chuàng)造性得到充分的開發(fā),在學校里學生要念什么樣的專業(yè)應該兼顧到兩方面的因素:外在因素(如國家的需要和學校的條件)和內在因素(本人的興趣和才能),念書不是學習的目的,而是創(chuàng)造新知識、新體系的一種手段.”[6]所以楊振寧先生明確指出了興趣在物理學習中的重要性,并且楊振寧先生在國外讀書的時候也發(fā)現中國學生與外國學生相比,中國學生的興趣面相對于外國學生過于狹窄,這樣就導致我們的學生喪失了很多發(fā)現和探索新知識、新體系的機會.

“常保持好奇心”,這是丁肇中先生在參與20世紀的物理研究過程中的一個重要啟示,他指出“在參與物理學過程中最重要的就是要常保持好奇心,對自己正在進行的工作感興趣,并辛勤地工作,力求達到最終的目標.”[7]對于專業(yè)和研究課題的選擇,崔琦教授也希望同學們根據自己的人生目標和興趣來進行.目標要明確,不能好高騖遠,也不能太功利,不要勉強做自己不喜歡的學習和研究,否則對不起自己、對不起社會.對于知識,朱棣文也認為“關鍵是培養(yǎng)自己的興趣,如果有了興趣就有了努力工作的動力和源泉.”[3]

所以,興趣是物理教育的動力,物理作為實驗與理論高度結合的學科,需要我們去發(fā)現,去探索,而這一切都需要我們常保持好奇心,并且由于物理是一門涉及面極廣的學科,它可以被人類運用到各個領域以推動人類社會的發(fā)展,所以,這就要求我們必須具有廣闊的興趣愛好,才能在物理的探索過程中游刃有余.

4 藝術——物理美的表現

物理的美是讓人嘆為觀止的,這一點很多物理學家都深有體會,他的美時時刻刻牽引著你,讓你沉醉在物理的世界里,從而感覺世界是如此的美妙.物理學家楊振寧先生對于物理的美更是贊不絕口,他說:“我們越是研究下去,就越能了解物理學廣闊的天地,它們是美的、有力量的.存在于自然界的這種美不是倏忽即逝的外在形式美,而是大自然內在深層結構所具有的和諧、簡單、對稱和巧妙的秩序,潛藏在感性美之后的理性美.”[6]楊振寧先生指出:“物理學的原理有它的結構,這個結構有它的美和妙的地方.而各個物理學工作者,對于這個結構的不同的美和妙的地方,有不同的感受.因為大家有不同的感受,所以每位工作者就會發(fā)展他自己獨特的研究方向和研究方法,也就是說他會形成他自己的風格[8].所以因人而異,不同的人對于物理的美有不同的感受,但是他們的本質都是一樣的,物理的美在于它的“真”,在于它的“妙”,本質的美才是真的美.物理的美在于它的真,他所揭示的是世間萬物的本質與規(guī)律,他是實驗美與理論美的完美結合,并且楊振寧先生也指出物理的美并不是一成不變的,它是發(fā)展的、是變化的,因為事物是發(fā)展的變化的,物理學也是發(fā)展的,所以,物理的美順其自然也是發(fā)展的.而這種發(fā)展不會消減物理的美,相反,它會讓物理的美更加絢麗、更加豐富、更加充實.

李政道先生對于物理的美也深有感觸,他在闡述科學與藝術的關系時,指出“科學和藝術是不可分的,兩者都在追求真理的普遍性,而普遍性一定是根植在自然,而對于自然的探索則是人類創(chuàng)造性的最崇高的表現,事實上如一個硬幣的兩面,科學與藝術源于人類活動最高尚的部分,都追求著深刻性,普遍性,永恒和富有意義.”[9]舉例來說,物理中最典型的電磁場的對稱性就是物理中美的最好體現.磁感應線的對稱性是磁場的美,這是直觀的對稱,還有間接的對稱,例如,我們在研究電場和磁場的時候可以進行對比使得研究更加全面.電場強度、磁場強度、電場線、磁場線,等等.愛因斯坦的相對論,麥克斯韋方程組,我們不得不說它們所包含的就是美與妙.

物理與美同在,而美需要發(fā)現.這就要求我們在物理教學與學習的過程中必須擁有一雙善于發(fā)現美的眼睛,而這種美一旦被人發(fā)現就會使人難以忘懷,物理是一門值得我們去發(fā)現、去探索的學科.而如今我們的很多學生甚至是老師都沒有全面認識到這一點,從而導致學生在學習物理的過程中有很多消極態(tài)度,認為物理難、枯燥、乏味等.這是阻礙我們物理教育發(fā)展的一個重要的絆腳石,只有讓學生認識到物理的美,他們才能有所成就.所以,美并不是不存在,而是我們缺少發(fā)現美的眼光.

5 討論

五位美籍華人諾貝爾物理學獎獲得者——楊振寧、李政道、丁肇中、崔琦、朱棣文的物理教育思想,均強調創(chuàng)新、實驗、興趣以及物理的藝術性在物理教育中的重要作用.在舉國上下倡導以“素質教育”來取代“應試教育”的今天,物理教育思想的轉變無疑是推進物理教育教學改革的關鍵.以物理大師的物理教育思想和科學精神、人文精神來指導基礎物理教學是能否深化物理教學改革的關鍵所在.我們在基礎物理教學實踐中,滲透科學大師特別是美籍華人諾貝爾物理學獎得主的科學精神、人文精神、教育思想以及哲學思想,等等,收到了很好的教育教學效果.

在深化物理教育的改革中,我們應對傳統(tǒng)的物理教育模式做到揚長避短,對于我們理論知識教育的扎實應該繼續(xù)保持,而對于缺乏實驗精神的物理教育體系應多加改進,以提高學生的動手能力和創(chuàng)新能力.在教育過程中要更加培養(yǎng)學生對物理的興趣,以使得學生對物理常保持好奇心,同時可以拓展學生的視野,使得學生對物理海洋的浩瀚有更加濃厚的興趣.我們應踏踏實實地來培養(yǎng)人才,讓學生打好基礎,并且對于自己的實力和興趣有一個準確的認識,然后再在老師的指導下使他們自身的綜合能力得到很大的提高,這樣培養(yǎng)出來的人才才是當今世界上真正需要的人才.

[1] 解世雄.楊振寧物理教學思想淺探[J].物理,2001,30(4):238～240

[2] 李政道.培養(yǎng)頂尖人才有三大秘訣[N].人民日報,2006-9-7(11)

[3] 戴華峰.朱棣文:最有價值的東西是新發(fā)現 [J].中國高科技與產業(yè)化,2004.8:35

[4] 丁肇中.應有格物致知的精神[J].當代學生,2006,(4):123,124

[5] 陳驍.朱棣文:應該讓孩子從小學會下廚[J].上海教育,2002,13:51

[6] 肖飛.再論楊振寧的物理教育思想[J].湖北教育學院學報,2005,22(5):15～17

[7] 丁肇中.最重要的:常保持好奇心[J].科學啟蒙,2003,(4):1

[8] 楊振寧.美與物理學[J].物理與工程,2001,11(4):1～5

[9] 李政道.科學與藝術[J].天津科技,2004,(6):38

2010-09-17)

教育部高等學校物理基礎課程教學指導分委員會教學研究項目(WJZW-2009-22-hd),巢湖學院教學研究項目(J YXM200921)資助.

王向賢(1980年出生),男,甘肅定西人,講師.主要從事光學、原子物理研究和物理教學與研究工作.