民国时期戴运轨编著《普通物理学》初探

呼努斯图 段海龙 冯立昇

戴运轨，字伸甫，1897年生于浙江奉化，是民国时期杰出的物理学家、教育家。1918年考取浙江省官费生，留学日本东京高等师范学校，1927年毕业于日本京都帝国大学物理系。毕业后回国，先后担任北平师范大学、中央大学、金陵大学物理系教授，1940年起兼任四川大学物理系教授。1946年，他奉教育部命令到台湾接收日据台北帝国大学(后更名为“国立台湾大学”)，之后出任该校教务长兼代理校长，同年8月兼物理系系主任。1956年协助梅贻琦筹建新竹“清华大学”，并创建了该校原子科学研究所。1958年参与筹建台湾地区“中央大学”，1962年创建了该校地球物理研究所，并任所长。1968年“中央大学”成立理学院，戴运轨出任院长。1973年自“中央大学”退休后，受聘于私立“中国文化学院”，任教授兼理学部主任、物理系名誉主任。“中国文化学院”改名“中国文化大学”后，任研究教授。1982年4月4日在台北逝世。戴运轨是中国物理学会最早的会员之一，一生发表论文约50篇，著作10种。为中国物理学教育，也为中国台湾地区的高等学校建设及物理学的发展，做出了卓越的贡献。

戴运轨编写的大学教科书《普通物理学》对中国近代高等院校物理学教育产生了积极影响。关于戴运轨本人的研究，目前已有相关成果[1—2]，而对于戴运轨编著的《普通物理学》一书，学界尚缺乏系统深入的探析。本文拟对该书内容进行详细分析，并与萨本栋《普通物理学》进行比较，从而了解民国时期大学普通物理学教材的情况，这对研究民国高等学校物理学教育有着重要的意义。

一 戴运轨编著《普通物理学》背景

20世纪30年代，开明书店邀请戴运轨等人编著中学教材[3]，他编写的高中物理教科书受到使用者的广泛好评，与林语堂主编的高中英语教科书及张其昀主编的高中地理教科书，成为当时全国通用的三大课本，对中学教育起到了很好的促进作用[4]。

民国时期，我国高校使用的教科书大都是外文教材。普通物理学教材中，达夫(Duff)编写的教科书风靡一时，被译作汉语多次印刷发行。也有高校尝试独立编写中文教科书，但普遍存在“学术名词不统一”“内容混杂”及“缺乏系统性和规划性”等明显的缺点[5]。科学社团编写的教材在“新颖性”和“科普性”方面见长，但仍存在以上缺点。20世纪30年代初，编著中文大学教材引起社会各界关注，其中以蔡元培为代表[6]，他曾在多种场合建议高校教师要积极编写中文教材。

在出版商和教育界的共同努力下，中文教材的编写卓有成效。1933年，清华大学物理学教授萨本栋(1902—1949)编写了《普通物理学》(上、下)和《普通物理学实验》，这是中国最早正式出版的中文大学物理教科书，在中国物理学教育史上具有划时代的意义。但到抗战时期，商务印书馆发行的萨本栋的《普通物理学》价格奇高，超出一般学生的购买能力；同时学生外文水平下降，外文教材对于大学高年级学生或可勉强应对，但初入大学者使用起来非常吃力。因此，出一本“价廉物美”的普通物理学教材，成为当务之急。

1941年，戴运轨凭借多年的物理学教学经验，著成《普通物理学》[7]。因资金紧张，该书未能及时出版，直到1943年在成都普益图书公司熊集生的资助下才正式出版。出版前，普益图书公司编辑所程绶伯亲自校对，印刷厂李兴初监督排印。该书还由戴运轨同学田寿生(浙江省立宁波中学教员)校读数次[7]。1943年4月和11月，成都新华印刷所先后出版发行了《普通物理学》上、下册。

二 《普通物理学》内容分析

1.主要内容和编写方法

戴运轨《普通物理学》全书六篇共40章，上、下两册的正文内容分别为383、392页。上册包含力、热、声，下册有电磁、光及近代物理学。

从内容上看，《普通物理学》覆盖了经典物理学的力、热、声、电磁、光及现代物理学的量子论、原子构造、相对论等全部知识点，基本包括了大学一年级理工科学生需要的物理知识。“力学”部分从质点力学开始，逐步展开，到万有引力结束。物体的运动内容置于第一章“质点的运动”中，讲述了运动的相关物理量及其之间的关系。第四章刚体力学主要涉及力的平衡问题。第二编“力学的一般物性”介绍了固体的弹性、振动，液体的压强，及气体的压强等知识。第三编热学包含温度、热量、物态变化、热力学定律等。第四编首先介绍“波”的性质和规律，然后引出“声”的介绍，最后归纳总结物体的振动。

下册中第五篇电磁学，从静电到电流、从磁场到电磁感应，系统讲述了电磁学理论。第六篇光学，除包含光的本性、光的折射和反射、光的干涉和衍射、光谱等内容外，第九章“量子论概说”、第十章“原子构造”和第十一章“相对性原理”也在此篇中。

在编写过程中，编者不仅考虑了主要读者，也为扩大受众做了调整。该书主要面向“未受高等数学训练者，理工农医各学院一年级学生”；但也提示“若将附有星标和方括号的部分省去，亦可供技艺专校和高中甲组学生的教本或参考书”[7]。

书中各节内容紧密结合国情。如在声学中不仅介绍了“西洋音阶”，还讲到了“中国音阶”。与现代教科书相比，本书内容更为精练、不拖沓，过渡语句少。这就要求教师教授学生时，必须对各个知识点融会贯通，才能使教学过程流畅。

书中内容选择重点为“科学上的发见(现)和应用”，认为“研究物理学，可得领悟科学方法的良机”[7]。著者希望在此目的之下，以简明方式叙述主题的根本原理，使学生不但能理解，且学会科学方法，并可熟练运用。教材编排，根据“启发式教授法”，即由观察入手，由观察结果推到普遍化关系，最后再举若干相关事例，让学生与日常生活相印证。此法受德国教育家赫尔巴特(J. F. Herbart)的五段教学法启发，即预备、提示、比较和对照(联合)、普通化(综合)、应用。书中注重从观察入手，与生活实际相结合，且注意循序渐进，如“当导入新物理量的概念，必先说明导入的必要，决不突然提出”；如力学中，从牛顿三个定律说起，“反复引证并加以解释”。静电学从电缆线的概念出发。使用数学，但不偏重数学。指出“物理学以对于自然现象之观察及实验为基础”[7]。

此外，本书还有多个附录。上册有“度量衡换算表”“普通关系及常数”两则，下册有“从1到99的倒数表”“物理学常量”“从1到1000的对数表”“自然正弦和正切”“希腊字母表”等。书中图文并茂，每章之后配有“问题和习题”，供学生练习；并提示教学中须有“示教实验”(演示实验)和“学生实验”。

2.与萨本栋《普通物理学》比较

前已述及，在戴运轨《普通物理学》之前，萨本栋于1933年出版了第一部中文版《普通物理学》。作为首部中文教材，该书在国内产生了重要影响，前后重版多达十几次，加之20世纪40年代初被教育部定为“大学用书”，在国内流行20年之久，几乎完全占据了当时本土大学的课堂([5]，页128)。

就使用影响方面，戴运轨的《普通物理学》(以下简称“戴版”)要弱于萨本栋的《普通物理学》(以下简称“萨版”)。但对于书本身的内容和质量而言，两者各有千秋；社会评论，见仁见智。

戴版和萨版两书覆盖的知识面基本相同，但在内容的具体编排顺序，差异较为明显。两书都按照力、声、热、电磁、光划分篇章，萨版顺序为力、声、热、电、光，戴本顺序为力、热、声、电、光，即二书热学和声学顺序不同。另外，戴版力学分为两篇。二者虽然涵盖内容相同，但具体安排区别很大。表1以力学为例，做了对比。

表1.戴运轨与萨本栋《普通物理学》力学内容安排表

从表1可以看出，萨版力学一编20章，戴版力学两篇共9章，二者内容编排大相径庭。如萨版第一章“杠杆及力矩定律”内容，在戴版被融入第四章“刚体力学”中。萨版第二章“力之合成及其分解”在戴版中以一节内容形式出现。萨版第三章“刚体之静力学”在戴版第四章中。萨版第九章“刚体转动”置于戴版第四章中。萨版第十五章“能量与功率”置于戴版第二章中，等等，诸如此类。区别最大的是萨版力学中最后一章“波动”，在戴版中被划到第二篇“波动和声学”中。也就是说，萨版认为波动属于力学范畴，但戴版认为“波动”与“声学”的关系更近。“自由落体”“圆周运动”“单位与因次”及“摩擦”在萨版中单独成章(第五章、第七章、第八章、第十三章)，但在戴版的目录中没有显示出来。此外，萨版章节划分较细，但并不是一一对应于戴版的相关章节中。可以看出两书的整个编排思路完全不同。萨本“工科”思维凸显，有“以项目带问题”的味道，而戴版则更注重物理学自身的逻辑关系，便于学生理解，更加适用于教学。

两书也有内容设置相似之处，如萨版第十一章“万有引力及地球之运动”与戴版第五章“万有引力”基本对应，萨版第十二章“周期运动及摆子”与戴版第三章“周期运动”对应，萨版第十四章“弹性体力学”与戴版第二篇第一章“固体的弹性”对应，萨版第十六章“流体之静力学”、第十七章“流体动力学”和戴版中第二篇第二章“液体的性质”基本对应，等等。

3.两书对知识点的阐述差异

在具体知识点阐述方面，两书各具特色。本小节将以力学中“开普勒定律”“万有引力”和光学中“光的本性”“以太”为例，比较二者异同。

3.1 对“开普勒定律”和“万有引力定律”的论述

“万有引力”是经典力学中的重要定律。在引进该定律时，二者都以“开普勒定律”导入。萨版在引出开普勒三定律之前，简述了伽利略(Galileo)、哥白尼(Copernicus)及第谷(Tycho Brahe)的工作，尤其突出开普勒(Kepler)三定律对于解释“日心说”及作为“日心说”基础的重要地位。戴版则直接列出开普勒三定律。

在表述方面，戴版与萨版亦不相同。对于开普勒第一定律，萨版为“各行星系以太阳为一焦点而绕之作大小不同之椭圆形轨道”，戴版则为“各行星运动于以太阳为焦点的椭圆上”；开普勒第二定律，萨版和戴版分别表述为：

连行星与太阳之向径(radius vector)，其所扫过之面积，均与所经历之时间成正比。(萨版)

由太阳引至行星的支线即所谓向径(radius vector)，在等时间内，通过等面积。即行星由A至B(第129图)所需的时间若等于行星由C至D所需的时间，即面积SAB和SCD相等。(戴版)

可以看出，戴版中“第一定律”中未指出各行星运行在不同的椭圆轨道上，“第二定律”中“等时间通过等面积”的表述显然不及萨版的“扫过面积与时间成正比”更具有普遍意义。就这两点来看，戴版不及萨版表述准确。戴版优于萨版地方在于，戴版有图说明，使“定律”内容更为直观。这是戴版一个比较突出的特色。此外，在语言运用方面，1933年出版的萨版多用“之”字，十年后1943年出版的戴版则多用“的”。从一个侧面也反映了十年间中国汉语的变迁情况。

在之后万有引力定律的引出时，萨版使用文字陈述：

根据此三定律，Newton(1642—1727)乃示明若假设每行星与太阳间互有吸引力，且此引力与二者之距离之平方成反比，而与二者之质量之乘积成正比时，则各行星之运动可以计得。

但之后并没有紧接着给出公式F∝Mm/R2，而是在两节后的“引力常数”小节中才提出。

戴版则不同：

Newton根据此三定律，在1687年发见(现)万有引力定律。行星的轨道虽为椭圆，但因其与圆极相近似，故若设行星的质量为m，轨道的半径为r，角速度为ω，则作用于行星的向心力F为F=mrω2=mr(2π/T)2

由Kepler的第三定律则知T2=Cr3

故F=4π2m/Cr2

此为太阳作用于行星的引力，即和行星的质量成正比，和距离的平方成反比。但因太阳的引力又和太阳的质量M成正比，故太阳和行星之间的引力和m与M成正比，和r的平方成反比，设其比例常数为G，则：F=GmM/r2

可以看出，戴版注重图表的使用及公式的推导，萨版语言表述更加准确。

3.2 以“光的本性”“以太”为例

两书对“光的本性”“以太”的表述方法各不相同。戴版对光的性质和以太的表述为：

(1)光为波长不过短也不过长的(波长和频率成反比)的电磁波。

(2)解释真空中的光的传播现象时假定一个物质以外介质——以太。认为以太可视为物理空间的名词，不是单独存在的特殊介质。

萨版对光的性质和以太的表述为：

(1)电磁波与光波本性相同，其异点仅在于二者之波长。吾人所谓光波，根据Maxwell之学说及Hertz之试验结果，实与热波及电波等完全相似，其性质均为电磁的。

(2)以太的定义依然发生了近乎根本性的改变，暗物质的语言从某种程度上延续了以太的某种特质，但依然不可否认的是，民国时期中外科学家们心心念念的以太，其实并不存在。

两书均设立一节专门内容讨论光的本性。但戴版直接认定光就是一种电磁波，光的传播介质以太仅仅是一个物理空间的名词，不是单独存在的特殊介质。并利用量子假说分析光电流形成现象，圆满解释了物理学中的光电效应。萨版在“光之电磁学说”和“光源与光波之本性”两节内容中均简单谈到了光为电磁波，但对其介绍的不够深入系统。谈到狭义相对论时避开了以太的存在，仅通过第一近似式，对速度不大的物体进行了计算，并得到了准确的结果。明确提出光波传播中不存在以太介质。

整体来看，戴版章节安排更接近现在教科书，如第一篇先将“力”和“运动”独立成章，放在其他内容之前。萨版则以杠杆开局，“项目”为先，然后才讲“力的合成及其分解”。萨版长于文字表述，较少使用数学语言，少有插图；戴版更注重图表和公式的使用，物理学内部的逻辑性更强，更具系统性。

三 戴运轨《普通物理学》的影响

戴运轨《普通物理学》刚一面世，就得到了好评。不仅应用于金陵大学各系有关课程教学中，还被多所其他高校采用[8]。上册出版刚半年时，《科学世界》就刊登了中国科学社李晓舫的一则书评，认为该书编排科学合理，符合教育规律，尤其“逻辑的系统化”是该书最大的优点。教材编写目标之一，“就是让学生通过研究物理学而领悟科学方法，不但理解根本原理，且得熟练科学方法，而知自动运用，是乃从事科学教育者应具之罗针”[9]，该教材显然是做到了。

中国科学社刘朝阳教授是知名的物理学家、天文学家，曾先后在在北平研究院、中山大学、贵阳师范学院及国立同济大学从事物理学的研究和教学工作，他以自己多年的大学普通物理学教学经验认为，此书一方面很好地与中学物理做了衔接，一方面与中国社会结合的很好；对于发展迅猛的现代物理学也给与了足够的关注[10]。

从著者工作经历及该书出版时间来看，《普通物理学》有可能被金陵大学、台湾大学及军校使用。另外，书中多数插图是由著者弟弟戴运输(金陵兵工厂工程师)绘成[7]，《普通物理学》也很可能被推荐给工厂的工程师们使用，产生了一定的影响。

四 结语

民国时期，在社会各界倡议编写中文教材的呼声中，戴运轨编写了《普通物理学》。戴版《普通物理学》不仅充实了中文大学教材，客观上缓解了当时萨版高价难求的困境，还为民国普通物理学教科书提供了不同于部定萨版的范本，为之后教科书的编写提供了更为丰富的可借鉴样本。

与萨版相比，戴运轨的《普通物理学》在语言表述方面稍逊一筹，但它长于使用数学工具，善于推导，借助插图，使要表达的定律、公式更加直观，并将数学知识渗入到物理学内容中。从这一点上看，戴版更接近于现在的物理教科书。

民国期间，共有三部中文普通物理学教科书产生了重要影响。除上述论及的两部之外，严济慈编著的《普通物理学》由南京正中书局1947年出版。在时间上，戴运轨的《普通物理学》承前启后。尽管戴运轨的《普通物理学》在民国期间的影响不及萨本栋的，但该书仍在一些高等院校使用，产生了一定影响。该书为民国高等教育中物理学教学做出了积极的贡献，理应在民国大学教科书中占有重要的一席之地。