李學(xué)潛

(南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院，天津 300071)

高三到大一不是萬里關(guān)山，遙不可及，但也不是平坦大道，而是存在一個不高不低的坎。大一絕不是高四，有著根本的區(qū)別。用我們數(shù)學(xué)的語言說，這個坎可以用一個階躍函數(shù)θ(t-9月1日)來描述。對不同的學(xué)生，這個坎的意義是完全不同的。有的人采取了正確的學(xué)習(xí)方法，或在老師的幫助下和同學(xué)間相互促進(jìn)下，很快地邁過了這道坎，從此進(jìn)入到自主和積極的學(xué)習(xí)階段，四年的大學(xué)生活變得豐富多彩，也積累了豐富的知識，為今后的人生做好儲備。然而也有很多學(xué)生在邁這道坎時痛苦不堪，經(jīng)歷著天翻地覆的改變，當(dāng)然最終絕大部分適應(yīng)了大學(xué)的學(xué)習(xí)和生活的節(jié)奏，開始享受大學(xué)的美好。但有那么一小部分人，即使到了大學(xué)畢業(yè)，甚至終身都沒有邁過這道坎。他們有的成了物理教師，會算很復(fù)雜的習(xí)題，但從來沒有進(jìn)入過學(xué)習(xí)物理、研究物理的自由天地！有一個學(xué)生在畢業(yè)前很沮喪地問我：“我學(xué)了力熱聲光電的普物、四大力學(xué)、數(shù)理方法，還有許多專業(yè)課，可是你看，到社會上我能干什么?。俊彼膯柧渫癸@了我們教育中的一些缺失，歸根結(jié)底是沒有幫助他邁過這道坎。下面我們試圖從各個方面來論述這個問題。

1 什么是物理，什么是物理學(xué)

物理是自然界最基本的規(guī)律，而物理學(xué)是研究體現(xiàn)這些基本規(guī)律的基本法則的科學(xué)，也是應(yīng)用這些法則的實(shí)用科學(xué)，可以自豪地說，它是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)，是一切技術(shù)(特別是最先進(jìn)技術(shù))的根源。物理學(xué)是研究物理規(guī)律的學(xué)術(shù)成果，是多年來人類，特別是物理學(xué)家智慧的結(jié)晶。物理規(guī)律亙古不變(這有點(diǎn)值得懷疑)，但物理學(xué)是不斷發(fā)展的，舊的觀念和理論總是被新的實(shí)驗(yàn)證實(shí)或證偽，被新的研究成果所代替和改進(jìn)，從而建立新的理論。

物理學(xué)又分為基礎(chǔ)物理和應(yīng)用物理兩大部分?；A(chǔ)物理是根本，但它遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是完善的，牛頓定律、相對論(狹義和廣義)、量子力學(xué)等等都不是終結(jié)理論，都在不斷改進(jìn)，這是大家所共知的。事實(shí)上，歷史中很多大科學(xué)家(如拉普拉斯，霍金等)都在幻想建立包羅一切的萬有理論，在過去的一個世紀(jì)我們看到許多這種嘗試，但無一不是以失敗而告終。人類對自然界的探索是沒有盡頭的漫長之路，而這也正是物理學(xué)的魅力所在，“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”正是物理學(xué)家們艱苦探索的真實(shí)寫照。物理原稱“格物”是要探尋自然界的一切。然而自然界是那么錯綜復(fù)雜，人們的探測手段和取得的成就在自然界眼中是那么渺小， 我們又怎么能期望完全了解浩瀚宇宙的奧秘呢。

物理的規(guī)律是人類在不斷的探索和實(shí)踐中積累的，物理學(xué)又分成運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)，前者是用各種手段測量各種系統(tǒng)的物理量(力學(xué)，電磁學(xué)，熱學(xué)等等)，而后者是猜的，然后再應(yīng)用到實(shí)踐中去證實(shí)或否定，從牛頓力學(xué)到量子論都是如此。那讓學(xué)生怎么領(lǐng)會這一點(diǎn)呢，我認(rèn)為中學(xué)的老師就是不愿意明白地告訴學(xué)生這一點(diǎn)。其實(shí)不是他們不愿意讓學(xué)生了解做學(xué)問的真諦，而是怕學(xué)生誤入歧途，整天思考“大物理”而忽略了扎扎實(shí)實(shí)學(xué)習(xí)前人取得的完美成果。說老實(shí)話，民科(民間科學(xué)家)就是這樣陷到胡思亂想的不現(xiàn)實(shí)的泥坑中。但到了大學(xué)階段，我們就必須逐步告訴學(xué)生，科學(xué)是怎樣發(fā)展的！

2 在大學(xué)中學(xué)什么，我們要教學(xué)生什么

很久以前就存在一個錯誤的概念：大學(xué)四年中可以學(xué)會一切有用的知識，畢業(yè)后就什么都會了。今天這個觀念推遲了，普遍認(rèn)為當(dāng)了碩士、博士乃至博士后就應(yīng)該什么都能干了，再推遲，社會上認(rèn)為院士是通曉天下，無所不知。這其實(shí)是對知識的誤解，也是褻瀆。世界上沒有誰能把一切知識都裝到腦海中。隔行如隔山，在一個領(lǐng)域中的專家到了他不熟悉的領(lǐng)域就連一個本科生都不如。我們看到許多的“民科”本人是博士，在自己的領(lǐng)域中是專家，但他總想跨界到他不熟悉的領(lǐng)域去指手畫腳，硬充內(nèi)行，做出很多可笑的事。當(dāng)然，我并不反對他關(guān)注其他感興趣的新領(lǐng)域，但他應(yīng)該明白，他應(yīng)該從基礎(chǔ)學(xué)起，了解了新領(lǐng)域的ABC，再向新高度攀升，而不是自以為先知先覺地說這也錯，那也錯，建立一套完全沒有根基的荒唐“理論”，最后貽笑大方！其實(shí)這正是從高三到大一這個躍遷的縮影，只是絕大多數(shù)民科不認(rèn)可這個跨越而已。民科的無知(特別是對理論物理領(lǐng)域)啟發(fā)了我們對大學(xué)一年級教學(xué)的思考。其實(shí)，大學(xué)的物理教育是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)本領(lǐng)，獲得對現(xiàn)代物理知識的理解，建立思考、分析和得出結(jié)論(粗淺的和深刻的，創(chuàng)新的)的能力。關(guān)鍵是如何學(xué)習(xí)、領(lǐng)會和獲得新知識，以及如何消化它、提升到新的層次，即學(xué)習(xí)更深奧的知識以及運(yùn)用已獲得的知識去為社會服務(wù)。

回想起我大學(xué)畢業(yè)分配到了一個工廠(“文革”期間，能到一個工廠當(dāng)“工人”已經(jīng)是運(yùn)氣了)，當(dāng)然人家也希望我們做點(diǎn)技術(shù)工作，可我的確什么都不會，量子力學(xué)絕對幫不上忙。想比之下，同時分到工廠的工科畢業(yè)生幾乎立刻就能投入工作，顯示內(nèi)行的熟練，當(dāng)然受到工廠領(lǐng)導(dǎo)的高度評價(jià)，而我們被譏笑為無用的書生！半年過去了，怎么樣了，我們物理系畢業(yè)的學(xué)生不僅掌握了工廠所有部門的關(guān)鍵技術(shù)(不是一個人喲)，而且有了技術(shù)創(chuàng)新，幾年后我們主導(dǎo)了新產(chǎn)品的開發(fā)。原因不在于我們比工科學(xué)生聰明，能干，而是在于我們多年培養(yǎng)出來的學(xué)習(xí)本領(lǐng)。我們從最根本的原理出發(fā)，學(xué)會已有的知識，想一想為什么這么做(能“想一想”確是我們高明之處)。我并不想貶低工科學(xué)生，他們有很多長處，但我們的優(yōu)勢就在于我們能學(xué)習(xí)，會學(xué)習(xí)！當(dāng)然，一些工科畢業(yè)生通過不斷學(xué)習(xí)新知識和深入鉆研，在本領(lǐng)域也做出很多突破性的工作，取得矚目的成果。

所以我在面對大一的學(xué)生時首先強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)，而我后面要探討的問題也正是圍繞這一點(diǎn)展開的。我們不是希望學(xué)生大學(xué)一畢業(yè)就成為專家(少數(shù)學(xué)生也許可以)，而是給他們指出，或者說開啟了一條通往科學(xué)巔峰的崎嶇道路，至于能否到達(dá)頂峰是要看他今后的努力和“運(yùn)氣”了。我們強(qiáng)調(diào)這點(diǎn)，是根據(jù)無數(shù)前輩(無論中外)的經(jīng)歷總結(jié)出來的。大一的成績，乃至大學(xué)畢業(yè)真的只是萬里之行的開始啊。懂了這一點(diǎn)就不至于成為“民科”?，F(xiàn)在的“民科”只要認(rèn)識到這一點(diǎn)，也可以脫離民科的苦海，走到專業(yè)的行列中。

3 如何達(dá)到這個目的

現(xiàn)在讓我們進(jìn)入比較具體的討論吧。課是一門一門學(xué)的，授課老師一般有意識地幫助學(xué)生鞏固以前課程得到的知識，也為下一門(幾門)新課做好準(zhǔn)備，也許是為今后課程做好鋪墊。教課分很多檔次，不同的老師教學(xué)效果可能千差萬別，教師的風(fēng)格不同，不同類型的學(xué)生從中得到的收獲也不完全相同。除了那些不負(fù)責(zé)任的老師外(也許他們不配被稱為老師)，有的老師是啟發(fā)型的，很多內(nèi)容點(diǎn)到為止，要學(xué)生自己多體會，課后要復(fù)習(xí)，課前最好簡單預(yù)習(xí)一下，這樣的講授方法對“好”學(xué)生特別有益，他們不需要老師把一切掰開揉碎地講，而需要學(xué)更多的東西，觸類旁通。一位物理學(xué)資深前輩在一次報(bào)告時就提到，他在上學(xué)時，有時候老師在黑板上推導(dǎo)公式時卡殼，“掛在黑板上”，這時這位前輩說，他強(qiáng)迫自己和老師一起想怎么往下走，有時老師先想出來在哪出了問題，但有時他比老師更先想出答案，如果他沒想出來，而老師繼續(xù)下去時，他就要分析自己為什么沒想出來，在這樣循環(huán)往復(fù)積極思考中受益。但有的老師是喜歡非常有邏輯地、一步不缺地、仔細(xì)分析，講解、哪怕一個最小的細(xì)節(jié)也不忽略，用漂亮的板書或精美的課件把該課內(nèi)容完美地展現(xiàn)。這樣的授課方式比較接近中學(xué)的做法，因而很受一般學(xué)生，特別是剛剛走入大學(xué)門的一年級新生的歡迎，這是因?yàn)樗麄兲m應(yīng)中學(xué)的習(xí)慣了，還不具備大學(xué)生需要的自主思維方式。我們遇到過一年級學(xué)生問：老師，您為什么不多講講題，把每一道題從開始到結(jié)束完整地講講清楚，告訴我們所有細(xì)節(jié)。我的回答是：這是中學(xué)的教學(xué)方式。大物理學(xué)家費(fèi)曼在他的教科書后面不設(shè)習(xí)題，他安排討論，要學(xué)生通過討論自己設(shè)置題目，自己去解決。習(xí)題是什么？習(xí)題是前人研究過，并有確切答案的工作，有很多習(xí)題是故意把問題搞復(fù)雜，設(shè)置幾個陷阱，甚至類似腦筋急轉(zhuǎn)彎，做很多這樣的題對理解物理真諦沒有多大幫助。費(fèi)曼的觀點(diǎn)就是要學(xué)生通過學(xué)習(xí)，理解物理，為做創(chuàng)造性研究做好準(zhǔn)備。我們認(rèn)為習(xí)題是為了加深對物理概念的理解而做的輔助工作，本身不是研究，充其量是為將來做研究積累技術(shù)上的經(jīng)驗(yàn)和能力。學(xué)生不需要做很多習(xí)題(像中學(xué)那樣的題海)，而是要學(xué)會通過解不同類型的習(xí)題，理解題目后面的物理圖像，鞏固和加深對物理的理解，為下一步的學(xué)習(xí)乃至將來的科研打好基礎(chǔ)。絕不是為了應(yīng)付考試，那種以做題為樂(作者年輕時也不免如此，做科研，教學(xué)生后才覺醒)，只是為了考試高分的作法真害了年輕一代，扼殺了許多可能有為的才俊。

大學(xué)教育的目標(biāo)是什么，當(dāng)然是培養(yǎng)出對國家、對社會有益的人才。要成為有用的人才，就要有本事，而不是庸才。那就要從大學(xué)開始。真不是瞧不上中學(xué)老師，他們中絕大多數(shù)也曾是精英，但應(yīng)試教育把那些英才壓垮了，他們只能日復(fù)日地給學(xué)生講解題技巧，重復(fù)最基本的東西，而不能涉及物理的新發(fā)展，最多是所謂“開天窗”，介紹一點(diǎn)新知識。他們很多人也是物理學(xué)博士啊，涉獵過科學(xué)的前沿，但為了學(xué)生高考成績，升學(xué)率，他們放棄了所有的專業(yè)。當(dāng)然看到學(xué)生考入北大清華，對他們的付出和汗水也是一種回報(bào)吧。

那么我們大學(xué)物理教學(xué)的任務(wù)呢？我認(rèn)為就要彌補(bǔ)中學(xué)教學(xué)的欠缺，使學(xué)生回到正確的學(xué)習(xí)軌道上來。為達(dá)到此目的，我上面討論的兩種不同的教學(xué)方法，哪種更優(yōu)越一些呢？我沒有標(biāo)準(zhǔn)答案。但我可以肯定地說，我們的物理教學(xué)目標(biāo)是讓所有學(xué)生成才。這個成才并不一定是成為物理學(xué)家。我有幾個學(xué)生在得到博士學(xué)位后改行，成為了各行各業(yè)的佼佼者。他們有一個共同點(diǎn)，就是物理思想成了他們的主心骨，指導(dǎo)他們實(shí)現(xiàn)自己的夢想，開創(chuàng)自己的事業(yè)，盡管這些行業(yè)看上去和物理相差十萬八千里！

4 具體的方法

上面探討了一些原則上的想法，下面就具體研究怎么幫助大一的學(xué)生邁過從高中到大學(xué)的這道坎。

從高三到大一雖然不是萬里之遙，但也不可能一步邁過。中學(xué)時，學(xué)生時時刻刻在老師和家長的監(jiān)督之下，任何困難都有老師細(xì)心指點(diǎn)、幫助。那時，能自主學(xué)習(xí)的學(xué)生只占很小的比例，大部分學(xué)生淹沒在題海中，很少深入思考。而到了大學(xué)，情況完全不同了，學(xué)習(xí)主要靠自覺，老師的作用是指導(dǎo)和幫助，而不是事無巨細(xì)地手把手教。再說時間也完全不同了，中學(xué)時，早上7點(diǎn)到校的早自習(xí)到晚上9點(diǎn)晚自習(xí)結(jié)束(有的還要晚)，都泡在學(xué)校，由老師監(jiān)督學(xué)習(xí)、做題，有任何需要，老師就在身邊。而到了大學(xué)，每周的專業(yè)課(一年級時普物和高等數(shù)學(xué))也就是有限的學(xué)時，其他時間完全由自己支配。很多學(xué)生一下子從嚴(yán)格管理(沒有多少自由支配時間)到充分自由，這個變化太大了，簡直是個相變。很多孩子不適應(yīng)這個變化，特別是中學(xué)時，老師會幫忙總結(jié)，把所學(xué)過的知識串起來。說實(shí)話，其實(shí)中學(xué)的物理教學(xué)并沒有真正把一個學(xué)期或整個中學(xué)的物理、數(shù)學(xué)內(nèi)容綜合起來，也就是有機(jī)地串起來，而是學(xué)生對每個部分的習(xí)題都會做就達(dá)到要求了。但是大學(xué)要培養(yǎng)優(yōu)秀的物理學(xué)工作者，一個重要的因素就是能把各個領(lǐng)域的知識，力學(xué)，熱學(xué)，電磁學(xué)，到量子力學(xué)的內(nèi)容有機(jī)地吸收，融會貫通，因而學(xué)習(xí)方法必須跟上。在我大學(xué)一年級時，也很迷茫，不知道怎么把課程學(xué)好。在一次座談會上，一位老教授給我(當(dāng)然也有別的同學(xué))建議了一個很有效的方法：學(xué)完一章，就合上書，給自己從頭到尾講一遍，中間卡殼了，就翻書，或請教老師，或與同學(xué)討論找到答案，學(xué)完一門課，就給自己講這門課的全部內(nèi)容。當(dāng)然最好幾個同學(xué)組成一個小組，互相講，互相提問，共同提高。這是非常有效的方法，使我對整個課程有了全面的，而且是有邏輯的理解，能達(dá)到融會貫通(我這樣理解，但在專家眼里，可能還是挺膚淺的)，直到我出國攻讀博士，我仍然這樣做，受益很深。我一直建議我的學(xué)生(從大學(xué)一年級到博士)采用這個方法。其實(shí)我們做教師的，有時在講授一門基礎(chǔ)課程時，也會有新的感悟(我稱之為頓悟)，這是所有老師的共同體會吧。

開天窗是很好的方式，在完成基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容時，開開天窗，介紹一點(diǎn)教師自己的研究領(lǐng)域或科學(xué)的前沿成果。并不需要學(xué)生全懂，但讓他們看到物理的廣袤天地和發(fā)展前景，啟發(fā)他們的思維，促進(jìn)他們努力學(xué)習(xí)，追求更高層次的熱情。

我們學(xué)校組織“今日物理”講座，邀請全國知名專家、學(xué)者來給學(xué)生做學(xué)術(shù)報(bào)告，介紹最新科學(xué)成就、研究方法，乃至科學(xué)家的一些有趣的軼事，如“從牛頓炒股講起”，不同年級的學(xué)生都可受益。我們鼓勵大一的新生去聽“今日物理”講座，不管全部聽懂還是部分能聽懂(我們叮囑講演者注意降低專業(yè)水平，盡量用學(xué)生可以聽懂的語言，減少專業(yè)術(shù)語)，都很受益。我記得當(dāng)我自己聽大師講座后，懂得了很多我以前沒想到過的東西，并感到巨大歡欣。這種美妙的感覺是很難用筆墨形容的。我相信，大一的學(xué)生也有這種感覺。特別要指出的是，學(xué)生大多數(shù)是“追星族”，我們請的講演者名氣越大，如國內(nèi)外杰出學(xué)者、院士、諾貝爾獎獲得者等，學(xué)生參加講座的熱情越高，聽得越專注，收獲也就越多。但最根本的是講演內(nèi)容要讓學(xué)生至少能聽懂一些，這樣他們才有興趣，下次還來聽講座。

5 低年級學(xué)生的科研工作

多數(shù)學(xué)生對物理有興趣，對科研有神秘感，想盡快參加到科研隊(duì)伍中，希望能得到一些成果。這種積極性是很寶貴的，是需要保護(hù)和鼓勵的。但也可能產(chǎn)生副作用和反效果。特別要注意一些學(xué)生為了拿到“成績”的急功近利的做法，反而影響了他們的學(xué)習(xí)。

我認(rèn)為一些適當(dāng)?shù)睦碚摶驅(qū)嶒?yàn)方面的科研活動是很有益的，但不能過分超出大學(xué)一年級學(xué)生的知識范疇，拔苗助長的做法會有一時的成績，但從長遠(yuǎn)說來會毀掉一些有潛力的好苗子。我給一年級學(xué)生出過幾個他們可以做的科研題，例如，他們學(xué)完了熱學(xué)和電磁學(xué)，我建議他們研究一下在電或磁極化某種材料時系統(tǒng)熵的變化，此題可深可淺，做好了可能達(dá)到在專業(yè)雜志上刊登的水平，然而很少有學(xué)生深入做下去，也許對他們來說是難了些。他們大部分愿意去某個老師的實(shí)驗(yàn)室參加做一些科研輔助工作。我絕不是輕視實(shí)驗(yàn)研究，但我覺得做低級科研輔助，不如做些獨(dú)立研究對成長更有益。當(dāng)然，我的這種觀點(diǎn)是可以討論的。

在這我也想補(bǔ)充地說一句，對新大學(xué)生來說，各種誘惑太多了。大學(xué)的課外活動五彩繽紛，從交際舞到羽毛球，五花八門的社團(tuán)活動對剛脫離中學(xué)清教徒般生活的一年級大學(xué)生誘惑太強(qiáng)烈了。我想老師(特別是輔導(dǎo)老師)有責(zé)任建議這些17～18歲的孩子有節(jié)制地選擇參加一些社會活動，不要影響學(xué)習(xí)。當(dāng)然健康的社會活動不僅不會影響學(xué)習(xí)，反而會起到促進(jìn)作用。顯然，過度的電腦游戲絕對是大學(xué)教育的殺手。多少在中學(xué)中曾是學(xué)霸的優(yōu)秀學(xué)生，在大學(xué)一年級就不斷掛科，最后不得不放棄他們原來鐘愛、愿為之獻(xiàn)身的物理學(xué)。因此嚴(yán)格管理自己，同學(xué)間的互相提醒和幫助是不可缺少的。

6 關(guān)于先施計(jì)劃(CAP)

先施計(jì)劃(CAP)是一個幫助有志成為物理學(xué)家的優(yōu)秀中學(xué)生提早接受大學(xué)教育的教育部項(xiàng)目。CAP的具體內(nèi)容已經(jīng)有很多專文介紹了，我就不再過多涉及。我只想對中學(xué)生做一點(diǎn)建言。先施計(jì)劃是一把雙刃劍，用好了，教和學(xué)對路子了，可以得到非常好的效果，對成功跨過從高三到到大一這道坎是非常有益的，然而，任何事情都有反面。首先是選材，過高和過低都有危害，也許我們以后會做專門評論。無論如何CAP目前在我國還是在試驗(yàn)階段，它的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)該肯定，缺點(diǎn)在不斷克服，但可以肯定的是它會越辦越好。

7 不是結(jié)論的結(jié)論

我們的目標(biāo)是培養(yǎng)對國家，對社會有貢獻(xiàn)的物理學(xué)工作者。實(shí)際上，物理作為一種精神存在于每一個物理科學(xué)的畢業(yè)生的靈魂中。它不是具體的公式，也不是某種圖像或理論，而是潛移默化地指導(dǎo)他們思維、判斷和行動的精神，鼓勵這些畢業(yè)生不斷進(jìn)取、創(chuàng)新。事實(shí)上，這些受過物理學(xué)嚴(yán)格訓(xùn)練的學(xué)生，將來不論做什么工作，甚至工作在看起來和物理完全無關(guān)的領(lǐng)域，終生都會自覺或不自覺地按照物理學(xué)的嚴(yán)密的邏輯思維方式來處理一切，這是成功的保障，因?yàn)槲锢淼乃季S方式就是自然的規(guī)律。雖然物理學(xué)有一定的近似，但在人類不斷實(shí)踐中在不斷修正和提高。

我們肩負(fù)的責(zé)任就是讓這種邏輯思維和進(jìn)取、創(chuàng)新的精神置于大一新生的腦海中，讓他們沿著前輩開創(chuàng)的道路前進(jìn)。做到這一切，首先就是讓他們跨過從高三到大一的坎。很難嗎？是的，但知難就不難了。

致謝： 感謝劉玉斌教授的幫助，從相互交流中受益良多。