美籍华人诺贝尔物理学奖获得者的物理教育思想

王向贤 欧红霞 朱仁义

(巢湖学院物理与电子科学系,安徽巢湖 238000)

美籍华人诺贝尔物理学奖获得者的物理教育思想

王向贤 欧红霞 朱仁义

(巢湖学院物理与电子科学系,安徽巢湖 238000)

研究了美籍华人诺贝尔物理学获得者即杨振宁、李政道、丁肇中、崔琦、朱棣文的物理教育思想,他们都强调创新、实验、兴趣以及物理的艺术性在物理教育中的重要性.讨论了在物理教育中用大师的物理教育思想指导我们的物理教育工作.

诺贝尔物理学奖;物理教育;创新;实验;兴趣;艺术

引言物理学是一门非常重要的基础学科,提高物理教育质量是提高物理学研究和提高人才培养质量的关键所在.而我们目前的各级各类物理教育中都不同程度的存在着各种各样的问题,如:重理论、轻实验,强调成绩、淡化过程等.这就需要我们用先进的物理教育思想指导我们的物理教育工作,故本文对美籍华人诺贝尔物理学奖获得者的物理教育思想做一深入研究,用他们的物理教育思想指导我们开展物理教育实践.

1 创新——物理教育的灵魂

在当今社会,“创新”一词在各个领域已是频频出现.杨振宁先生曾指出创新是人类知识、生产发展的一个重要因素.在谈及中国的科学技术时,杨振宁先生就极力强调创新的重要性.如果中国人想要在世界的物理之林中占有一席之地,那么我们必须改变我们传统的、封闭的、守旧的教育思想模式,可以让学生更加自由的发展,并且杨振宁先生也做了一些比较,他说:“西方尤其是美国的小孩,常常训练不够,可是他们有一种天不怕、地不怕的精神,专门爱玩新的东西,而且所想的新的东西往往是和实验及实际比较接近的东西,我们希望大家多注意新的东西,与现象关系密切的东西”[1].

与杨振宁先生同时获奖的李政道先生也提出了类似的观点,李政道先生把科学研究比作是海洋里的浪头,他说:“科学研究就像海里的浪头一样,一个浪接一个浪打过来,当一个浪头达到最高峰时,下一步必定要回落,然后新的浪头会出来……如果你看见别人的浪头高,就一味地跟着去追,你就会永远跟着别人跑,永远不可能领先.你要做到顶尖,就必须看准新的浪头是从哪里开始的,在它还没有达到最高峰时,最好是在它刚刚冒头时,就将它紧紧抓住.”[2]他明确表明了创新对于科学研究的重要性.并且他也指出“一个国家科技的强盛,必须有一个完整的国家知识创新体系,否则会不堪一击,失去后劲.”所以,在物理教育培养人才的过程中,创新是举足轻重的.

同样,1976年的诺贝尔物理学奖获得者丁肇中对于创新也有一番见解.在丁肇中先生的“考试观”中,他提出“考试第一也是重复别人,而科学需要创新.”他找出我国的应试教育的种种弊端.然而,中国的应试教育的模式并不是一两天形成的,所以,想要改变确实不是一件容易的事,但是我们必须要改变,只有改变才能适应发展.崔琦先生也指出类似的观点,“做科学研究不是‘观光’,不能仅仅只是重复前人做过的事,更重要的是要‘找新的’.”在1997年因发明“用激光冷却和俘获原子的方法”荣获诺贝尔物理学奖的朱棣文先生对于物理的创新更是自有一番见解,朱棣文认为,“科学最有价值的东西就是新的发现,并且要有怀疑精神,新的发现意味着用以一种不同的方式来看世界,发现世间新的事物,因为科学的本质是我们尝试去发现自然的运转.”[3]他还指出要注意科研中的创新精神,“科学研究不应该受老框框的约束,不断创新的精神和能力对科研人员来说是非常重要的,科学家需要理性的想象,并找到合适的实现途径,这才是有价值的,培养这种创新精神,必须自己努力地思索,不断地尝试.”[3]

这些都表明了“创新”在物理教育中的重要性.虽然我们当前的物理教育模式比起以前的物理教育模式已经有了很大的转变,现在的教育虽然已经开始注意学生的创新能力以及德、智、体、美的培养,但是,我们的物理教育还在很大程度上受到考试的影响,从而应试教育还是主要手段之一,这样的现状值得我们深思.我们的人才培养需要创新、社会需要创新、时代发展需要创新,我们的物理教育更应该创新.

2 实验——物理教育的源泉

物理发展的根源在于探索,而探索的根本就是实验.理论知识不可缺少,但是一个物理理论的成立与否最终都必须用实验来验证.杨振宁先生把物理的这一特点总结为“物理是‘活’的”.他说:“物理学是一个多方面的科学,是一个活的科学,不是一个死的科学,是一个新的科学,是一门与实验非常接近的学科.而不是一个整天在公式里打转的学科,我之所以这样说是因为中国有不少的学生,确实被引导到了一个死的物理学、旧的物理学、以及跟实验没有关系的方向去了.”[1]并且他也指出“大学的物理系中所讲的‘四大力学’把学生压的都喘不过气来,没有人否认‘四大力学’在物理中的重要性,他是物理学的骨干,还要有血有肉,有血有肉的物理学才是活的物理学.”[1]并且他通过自己的亲身体验提出,在中国接受本科教育比到美国任何一所学校都好,包括哈佛大学,普林斯顿大学和斯坦福大学.中国学生的理论知识是非常扎实的,但是中国学生缺乏动手能力和自主学习的习惯,他们比起美国学生最大的不足就是他们对于老师的依赖性,一旦离开老师,他们就会不知所措更不要说自主学习了.这些都说明中国物理教育过程中对于实验的轻视,以及对学生动手能力培养的不够重视.

丁肇中先生也指出在物理学习的过程中应有“格物致知”的精神.这是他对于物理教育和学习所提出的一个重要的也是非常经典的理论.所谓“格物致知”在中国的“四书”中做了明确的描述,即“探索物体而得以知识”,他指出“新知识只能通过实验而得到,并且实验的过程并不是消极的观察,而是积极的有计划的探索.”同时他也指出“格物致知的精神,不但在研究学术中不可缺少,而且在应付今天的世界环境中也是不可缺少的.”[4]朱棣文先生关于实验在物理教学过程中的重要作用这一点,他结合自己的亲身体验提出了“应该让孩子从小学会下厨”的思想,他指出“动手做是很重要的,美国教育相当注重做实验,许多学生走进实验室后,自然就知道各种器材的操作方式与应有的安全概念.相比之下,中国学生可以将实验目的,实验步骤背得滚瓜烂熟,但是走进实验室后,就会不知所措.”[5]并且在他选拔优秀学生的时候,他通常会淘汰一些在家长眼里非常优秀的学生,并且他会说:“这些连煎蛋,煮蛋都不会的学生又怎么会懂实验呢?”[5].

在物理教学与学习过程中,我们应该了解物理的本质,即实验,而实验现象需要我们去观察、探索、动手.所以在物理教学中,要让学生自己动手探索世界,但是,这里所说的动手并不是纯粹的放任学生.在物理教学过程中一定要注意实验与理论的有机结合.这不仅对于他们的物理学习有很大的帮助,在其他学科学习过程中的作用也是毋庸置疑的.

3 兴趣——物理教育的动力

兴趣是最好的老师,这一点毋庸置疑,但是在中国的传统教育模式中这一点没有得到足够的重视,杨振宁先生在这一点上有明确的表述.他说:“一个人要出成果,一个因素就是要顺乎自己的兴趣,然后再结合社会上的需要来发展自己的特长,如果你做一件事你感觉非常苦,那是不容易出成果的.”[6]并且他还指出“教育的成功在于使每个人的最大能力和创造性得到充分的开发,在学校里学生要念什么样的专业应该兼顾到两方面的因素:外在因素(如国家的需要和学校的条件)和内在因素(本人的兴趣和才能),念书不是学习的目的,而是创造新知识、新体系的一种手段.”[6]所以杨振宁先生明确指出了兴趣在物理学习中的重要性,并且杨振宁先生在国外读书的时候也发现中国学生与外国学生相比,中国学生的兴趣面相对于外国学生过于狭窄,这样就导致我们的学生丧失了很多发现和探索新知识、新体系的机会.

“常保持好奇心”,这是丁肇中先生在参与20世纪的物理研究过程中的一个重要启示,他指出“在参与物理学过程中最重要的就是要常保持好奇心,对自己正在进行的工作感兴趣,并辛勤地工作,力求达到最终的目标.”[7]对于专业和研究课题的选择,崔琦教授也希望同学们根据自己的人生目标和兴趣来进行.目标要明确,不能好高骛远,也不能太功利,不要勉强做自己不喜欢的学习和研究,否则对不起自己、对不起社会.对于知识,朱棣文也认为“关键是培养自己的兴趣,如果有了兴趣就有了努力工作的动力和源泉.”[3]

所以,兴趣是物理教育的动力,物理作为实验与理论高度结合的学科,需要我们去发现,去探索,而这一切都需要我们常保持好奇心,并且由于物理是一门涉及面极广的学科,它可以被人类运用到各个领域以推动人类社会的发展,所以,这就要求我们必须具有广阔的兴趣爱好,才能在物理的探索过程中游刃有余.

4 艺术——物理美的表现

物理的美是让人叹为观止的,这一点很多物理学家都深有体会,他的美时时刻刻牵引着你,让你沉醉在物理的世界里,从而感觉世界是如此的美妙.物理学家杨振宁先生对于物理的美更是赞不绝口,他说:“我们越是研究下去,就越能了解物理学广阔的天地,它们是美的、有力量的.存在于自然界的这种美不是倏忽即逝的外在形式美,而是大自然内在深层结构所具有的和谐、简单、对称和巧妙的秩序,潜藏在感性美之后的理性美.”[6]杨振宁先生指出:“物理学的原理有它的结构,这个结构有它的美和妙的地方.而各个物理学工作者,对于这个结构的不同的美和妙的地方,有不同的感受.因为大家有不同的感受,所以每位工作者就会发展他自己独特的研究方向和研究方法,也就是说他会形成他自己的风格[8].所以因人而异,不同的人对于物理的美有不同的感受,但是他们的本质都是一样的,物理的美在于它的“真”,在于它的“妙”,本质的美才是真的美.物理的美在于它的真,他所揭示的是世间万物的本质与规律,他是实验美与理论美的完美结合,并且杨振宁先生也指出物理的美并不是一成不变的,它是发展的、是变化的,因为事物是发展的变化的,物理学也是发展的,所以,物理的美顺其自然也是发展的.而这种发展不会消减物理的美,相反,它会让物理的美更加绚丽、更加丰富、更加充实.

李政道先生对于物理的美也深有感触,他在阐述科学与艺术的关系时,指出“科学和艺术是不可分的,两者都在追求真理的普遍性,而普遍性一定是根植在自然,而对于自然的探索则是人类创造性的最崇高的表现,事实上如一个硬币的两面,科学与艺术源于人类活动最高尚的部分,都追求着深刻性,普遍性,永恒和富有意义.”[9]举例来说,物理中最典型的电磁场的对称性就是物理中美的最好体现.磁感应线的对称性是磁场的美,这是直观的对称,还有间接的对称,例如,我们在研究电场和磁场的时候可以进行对比使得研究更加全面.电场强度、磁场强度、电场线、磁场线,等等.爱因斯坦的相对论,麦克斯韦方程组,我们不得不说它们所包含的就是美与妙.

物理与美同在,而美需要发现.这就要求我们在物理教学与学习的过程中必须拥有一双善于发现美的眼睛,而这种美一旦被人发现就会使人难以忘怀,物理是一门值得我们去发现、去探索的学科.而如今我们的很多学生甚至是老师都没有全面认识到这一点,从而导致学生在学习物理的过程中有很多消极态度,认为物理难、枯燥、乏味等.这是阻碍我们物理教育发展的一个重要的绊脚石,只有让学生认识到物理的美,他们才能有所成就.所以,美并不是不存在,而是我们缺少发现美的眼光.

5 讨论

五位美籍华人诺贝尔物理学奖获得者——杨振宁、李政道、丁肇中、崔琦、朱棣文的物理教育思想,均强调创新、实验、兴趣以及物理的艺术性在物理教育中的重要作用.在举国上下倡导以“素质教育”来取代“应试教育”的今天,物理教育思想的转变无疑是推进物理教育教学改革的关键.以物理大师的物理教育思想和科学精神、人文精神来指导基础物理教学是能否深化物理教学改革的关键所在.我们在基础物理教学实践中,渗透科学大师特别是美籍华人诺贝尔物理学奖得主的科学精神、人文精神、教育思想以及哲学思想,等等,收到了很好的教育教学效果.

在深化物理教育的改革中,我们应对传统的物理教育模式做到扬长避短,对于我们理论知识教育的扎实应该继续保持,而对于缺乏实验精神的物理教育体系应多加改进,以提高学生的动手能力和创新能力.在教育过程中要更加培养学生对物理的兴趣,以使得学生对物理常保持好奇心,同时可以拓展学生的视野,使得学生对物理海洋的浩瀚有更加浓厚的兴趣.我们应踏踏实实地来培养人才,让学生打好基础,并且对于自己的实力和兴趣有一个准确的认识,然后再在老师的指导下使他们自身的综合能力得到很大的提高,这样培养出来的人才才是当今世界上真正需要的人才.

[1] 解世雄.杨振宁物理教学思想浅探[J].物理,2001,30(4):238～240

[2] 李政道.培养顶尖人才有三大秘诀[N].人民日报,2006-9-7(11)

[3] 戴华峰.朱棣文:最有价值的东西是新发现 [J].中国高科技与产业化,2004.8:35

[4] 丁肇中.应有格物致知的精神[J].当代学生,2006,(4):123,124

[5] 陈骁.朱棣文:应该让孩子从小学会下厨[J].上海教育,2002,13:51

[6] 肖飞.再论杨振宁的物理教育思想[J].湖北教育学院学报,2005,22(5):15～17

[7] 丁肇中.最重要的:常保持好奇心[J].科学启蒙,2003,(4):1

[8] 杨振宁.美与物理学[J].物理与工程,2001,11(4):1～5

[9] 李政道.科学与艺术[J].天津科技,2004,(6):38

2010-09-17)

教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会教学研究项目(WJZW-2009-22-hd),巢湖学院教学研究项目(J YXM200921)资助.

王向贤(1980年出生),男,甘肃定西人,讲师.主要从事光学、原子物理研究和物理教学与研究工作.