冒牌自然老師

記得 陳卓 老師拿過ㄧ本有趣的書在大家面前晃來晃去，還讓大家傳閱，書名是【物理照亮世界】作者正好是中國北京大學的著名教授趙凱華。當中就有一位北大物理系畢業的高科技業老闆提到，他在科技產業的成功，認為幫助最大的是四大力學(古典力學、古典電力學、統計力學、量子力學通常是物理系高年級或碩士班課程)的知識技能。 陳 老師則提到他在竹科上市公司當老闆的學生(就是我們n屆前的學長)認為最要緊的是普通物理，學長認為精通普通物理，足以縱橫業界，當下讓我想起趙民德教授 的話……。

但是大家也好奇老師到底覺得哪個階段的物理最重要？老師並沒有正面回答，但是他認為學習四大力學之前只要會應用數學(微分方程、線性代數、複變、積分轉換、偏微分方程….)以及普通物理，就能應付四大力學的學習和其他物理知識的吸收。老師又仔細解釋，這所謂的普通物理並不是大一共同必修的學科名稱，程度大約是Caltech 的 Feynman Lectures on Physics(費曼物理)才是足夠水準，其他的像是Berkely Physics五本、趙凱華教授的五本新概念大學物理勉強算是老師所指。

【費曼物理講義】

費曼物理講義有別於一般的講義，它是由費曼的課上教授錄音記錄而成，而費曼上課只帶一張紙！此書分的章目很多，涉及很多問題，有些章目是其他教材中 所沒有的，它不僅廣泛的涉及物理各領域，而且有物理與其他學科的關係。費曼是個興致勃勃的人，他的興趣不僅在物理學，這本書可以說體現了費曼的性格，同時 由於是錄音記錄，所以很有風格，書中妙語連篇。

zasp.net旁徵博引zasp.net
文/關洪（中山大學物理系）
　　1945年秋天，27歲的理查·費曼(Richard P. Feynman)離開在戰爭時期為研製原子彈工作了幾年的洛薩拉莫斯基地，到康涅爾大學物理系開始了他的教學生涯。1951年，費曼轉到加利福尼亞理工學 院物理系任教，直到1988年初逝世之前，他總是堅持在教學第一線上。眾所周知，費曼在現代理論物理學的研究上，取得了第一流的成就。與此同時，他對於當 代的物理教學，亦做出了異常突出的貢獻，可以毫不誇張地說，由他主持寫成的《費曼物理學講義》，是在20世紀裏全世界最有影響的一套物理學教材。

　　在進入60年代之前，費曼在美國一直負責講授為研究生開設的各門理論物理課程。只是在他1951年到巴西講學一年期間，教過一段本科生的物理課 程。針對在拉丁美洲看到的那種為了應付考試而死記硬背的教學方式，費曼曾經指出，學習物理學有五個方面的理由。他的意思簡單說來：第一是為了學會怎樣動手 做測量和計算，及其在各方面的應用；第二是培養科學家，他們不僅致力於工業的發展，而且貢獻於人類知識的進步；第三是認識自然界的美妙，感受世界的穩定和 實在；第四是學習怎樣由未知進到已知的、科學的求知方法；第五是通過嘗試和糾錯，學會一種有普遍意義的自由探索的創造精神。

　　由此可見，在費曼看來，學習一門作為自然科學的物理學，並不是單純為了將來的具體應用。運用科學知識來製造產品，即把科學當做生產力的一部分， 只實現了它的一種較低層次的價值；而一門物理課的設立，主要也不是為了後續課程或者將來工作的需要。在《費曼物理學講義》全書最後的結束語中，他曾經這樣 說過：“我講授的主要目的，不是為你們參加考試做準備——甚至不是為你們服務於工業或軍事做準備，我最想做的是向你們給出對於這個奇妙世界的一些欣賞，以 及物理學家們看待這個世界的方式，我相信，這是現今時代裏真正文化的主要部分（或許有其他學科的 許多 教授會反對這一點，但我相信他們是完全錯誤的）。”下 面我們先簡單回顧一下這套教材誕生的具體經過，再從中引出一些一般性的議論。

　　加州理工學院物理系有一位元散茲(M. Sands)教授，他早在洛薩拉莫斯和康涅爾工作期間，就同費曼共過事；到加利福尼亞後，他們倆又成了好朋友。在50年代後期，散茲參加過一個為改進全美 國的物理教學而成立的“大學物理委員會”，最後兩年還擔任了這個組織的主席。開始的時候，也在講授研究生課的散茲，在費曼的幫助下，重新修訂了他們系裏的 研究生課程計畫。接著，散茲又把注意力轉向本科生的教學。他發現，在那個時候，他們系裏執行的還是由包括已故的密立根(R. Milikan)在內的幾位老先生早期定下來的課程安排，在頭兩年沒有講到什麼相對論和量子理論等近代物理的內容，的確需要更新改進了。

　　散茲努力說服了他的系主任，後者又向福特基金會取得了支持。1960年，系裏指派了富於教學經驗的萊屯(R. Leighton)教授以及精于演示實驗的尼爾(V. Neher)，和散茲一同負責改革物理學引論課程。在散茲參加討論教學大綱的日子裏，一方面他經常向費曼徵求意見，研究怎樣能夠用簡單易懂的方式來表述現 代物理學的內容；另一方面，他又時常為在小組裏難以取得一致的認識而傷透了腦筋。

　　一天，心灰意懶的散茲靈機一動地想到：“為什麼不請費曼來上這門課，而且讓他最終決定講些什麼呢？”於是他找到費曼說：“你曾經花費了幾十年的 時間試圖理解物理學。現在這裏有一個機會，讓你把其中的精華提取到一年級大學生的水準上。”費曼想了一會兒回答道：“嘿！這是一個有趣的主意！但是你知 道，我從來沒有教過一年級的物理課。”實際上，散茲多次聽過費曼的研究生課和他在討論班上的發言，確信費曼的思維方法和表達形式，會很適宜於這一門課程。 經過初步瞭解之後，費曼先是答應考慮 一兩 天。接著他又問道：“你知道有沒有一位大物理學家講授過一年級的物理學？”散茲回答：“我不清楚，但我想不曾有 過！”於是費曼說：“好，我幹！”

　　散茲把這件事告訴萊屯，萊屯說：“噢，不，這是行不通的。他在教本科生和新生上是沒有經驗的。他的頭腦高高在天上。這個主意一點也不好。”而尼 爾聽到後卻贊成道：“噢，這真妙極了！”當他們一起去見系主任時，主任宣稱：“噢，不！他對於高級課程和研究生課程更有價值，而且他從來沒有教過一年級的 物理課。因此這不是一個好的想法。我不認為我們應當這樣做。”散茲沒有氣餒，他在系裏做了許多斡旋工作，爭取到多數教師、特別是許多年青教師的支持，終於 說服了系主任，使這一想法得以實現。

　　結果，從1961年秋季開始，費曼為低年級學生講授了兩年的物理課。同他合作的依然是散茲、萊屯和尼爾。不過，費曼沒有採用他們原先擬定的大 綱，而是一切自己從頭做起。在這兩年內，他幾乎用全力投入這項工作，每個工作日用8～16小時認真備課。費曼在課堂上的講演全部錄了音，以便整理成文。原 來以為找幾名擔任助教的研究生就可以完成這項任務。後來發現，要把費曼通俗生動而又頗不規範的口語轉寫成容易讀懂的書面文字，又要保持其科學性和獨特風 格，確實不是輕而易舉的。所以，後來出版的《費曼物理學講義》一書，實際上是在費曼的主持下，由萊屯和散茲執筆寫成的。

　　費曼後來回憶道：“我那時工作得非常努力，盡我所能地去解釋全部的這個物理學。當發現我可以比我想我可以從基本的觀點理解到更多的東西時，總是 感到由衷的喜悅。”但是，他又說：“我有一個特別的困難。因為我認識到所有的學生並不都是一樣的，故此如果我們講了太多的相對論、原子、量子理論和一些別 的花樣時，就會把其他的學生弄糊塗了。我試圖創制一種系統，告訴他們什麼是本質的，而什麼是那些已經掌握了的學生的消遣。”費曼希望學生集中注意那些本質 的東西，在每次講課結束時，總是在黑板上寫下當天講授的基本內容的小結。

　　不過，開始的時候這一計畫執行得並不理想。問題出在負責輔導課的那些擔任助教的研究生們，他們總是試圖把自己所參與的前沿課題的進展，用費曼所 講的基本觀點表達出來，並且禁不住再多講一些有關的高深內容，這樣就使得多數學生連本質的東西也掌握不好了。費曼對這種情況很不滿意。他說：“講授內容既 使好的學生感到興趣，又使差的學生也能掌握，這是一個困難的問題，我沒有解決得很好。我也不滿意印出的書上沒有列出每章的小結，這種小結本來可以引導讀者 分辨哪些是本質的基本內容，而哪些是花樣和趣味性的東西。”

　　近來國內有一種意見，認為基礎物理學的教學應當著重為讀者後繼課程的學習以及瞭解現代物理的發展，準備這樣那樣的一些“視窗”，並且以此作為編 寫有關教材的一條根本原則。毫無疑問，這種做法對於教學計畫的施行，前後課程的銜接等等，都是大有好處的。任何一門成功的課程，都必然會在某種程度上，達 到這樣的效果。問題是，把這樣一項要求，當做編寫教材的目的或出發點，那就值得我們深思了。

　　對比費曼的教育思想，可以看出這兩種主張之間，存在著明顯的分別。費曼的確出色地運用現代的觀點來講解基礎物理學的內容，但並不追求大量引用現 代物理學進展的例子。通觀《費曼物理學講義》，我們看到在第一卷裏，講到了顏色視覺和音樂聲學；而這些都是直到本世紀初的普通物理學教材裏的常見論題，後 來被當做陳舊的內容精簡掉了。在第二卷裏，又提到古老的單極電機，以及掛在天花板下的成排燈光對地面照明的均勻性等極為“經典”的例子。由此可見，費曼並 沒有刻意營造通向現代物理學成就的“視窗”（雖然對他說來，這樣做一點也不困難），而是著眼於物理學處理疑難的各種理論方法，以及它在解決各種不同性質的 實際問題的威力，而不在乎所涉及到的是現代的還是古典的論題。譬如，顏色視覺問題，本質上是自然界所運用的一種極不完備的譜分解，在方法上有其獨特之處。 這方面的內容除了有日益廣泛的應用（如彩色電視，電腦分色等）之外，對於瞭解人類感覺機制和有關的哲學分析，亦有重要的意義，確是值得在物理教學中佔有一 席之地的。

　　比方說，一位旅行者去到一處陌生的地方。他需要知道這個地區的各個交通進出口和有什麼觀光景點等等。旅遊手冊一類的出版物，就是介紹諸如此類的 各種“視窗”的。不可否認，社會上需要大量的這種出版物；它的應用面，自然是很廣泛的。但是，如果把一門基礎科學的教材，定位在這種觀光手冊的層次上，就 不免存在著嚴重的局限。因為，這裏所說的“視窗”，指向的都是已經發現的領域；而科學工作的主要使命，則是探索未知的世界。一位物理學家，決不能囿限在已 知領域內的漫遊，而是要把主要的精力放在創造性的探險上，對進行探險的科學家說來，更加需要的不是指明各種已知“視窗”的觀光手冊，而是掌握如何在沙漠或 者叢林中辨別方向，尋找水源，開闢道路以及發現新的自然物種和人文古跡等等的基本能力。事實上，物理學上的歷次重大發現，大都不是簡單地沿著過去的成功方 向繼續延伸而取得的；很難預料，下一次的突破將以怎樣的具體方式出現。所以，基礎物理學的教學必須像費曼所說的那樣，以最本質的內容為主體，而不宜一味追 求新花樣。各個科學、藝術和體育門類的無數實踐都證明了，最重要的是基本功，然後再是花樣。如果把這種關係顛倒過來，過分強調那種同現存現象相聯繫的“窗 口”的作用，對於基礎科學研究人才的培養，就很可能會發生偏差。

　　也許會有讀者這樣想：畢竟，對於多數畢業生，只要一本觀光手冊就足夠了；探險家只是少數，而在教學中照顧多數並沒有什麼不妥。然而，從另一角度 來講，如果在基礎課程裏不著重講清楚最基本的概念和方法，以後就很難再補救了。所以，作為專業教育的基礎課程，必須堅持高層次的要求；不能夠因為多數學生 將來不會成為科學家，就放鬆這方面的訓練。費曼在他的《講義》第一卷的“引言”一節裏，開宗明義地指出：“講授這門物理課，是著眼于你——讀者將要成為一 名物理學家。當然，實際情況並不都是這樣，但是每門學科的每一位教授都是這樣設想的。”我們想，也就是這個意思。

　　費曼在他的《講義》結束語裏，接著前頭所述的那段引文，所講的最後一句話是：“也許你們將不僅對這種文化有所欣賞；甚至也有可能你們會要加入到 人類理智已經開始的這一場最偉大的探險當中去。”此外，在他逝世前後出版的兩本被認為是他的自傳體故事集的副標題，就取為“一名好奇角色的歷險記”。的 確，費曼把他的生活，特別是他的科學事業，當成一次又一次不倦的探索；他的教學活動，就是要把這種勇於探險的精神，傳授給下一代。費曼把他的一生，獻給了 物理學的研究和教學，亦深深地贏得了學生們的愛戴。1981年，費曼在一次癌症手術中，突然發生了主動脈破裂的這種極為兇險的情況。聽到電話的召喚，數以 百計的大學生立即趕到醫院，為他們敬 仰的 教授輸了約40L 的鮮血。1988年2月16日 ，費曼去世的第二天，在加州理工學院密立根圖書館的頂層，掛出了一 幅布幛，上面用醒目的大字寫著：“WE LOVE YOU, DICK”（Dick是費曼名字Richard的昵稱）。費曼的離去已經10年了，而他的教育思想仍然是值得我們研究和借鑒的。