传统的物理教师教我们在水面上游泳,而不教我们在深处游泳。正如史蒂芬•温伯格(Steven Weinberg)所说:在深处,在那些不明确的、未知的科学领域,可能会产生创造性的成果
物理学是我能想象到的最激动人心的一门学科,这就是我想成为一名物理学家,并加入到理查德•费曼(Richard Feynman)所说的“人类思想诞生以来最伟大的冒险事业”中的原因。目前,在伦敦大学学院(UCL)天体物理学二年级学习之后,我想对我在接受物理学教育时所经历的一些变化进行评论。
前两年的基础课程是令我失望的,因为这些课程并没有让我真正有机会参与到最伟大的冒险事业中。大多数授课老师都遵循传统的教学方法,主要依靠解决标准问题和死记硬背,而没有任何自由的探究或讨论。老师们似乎相信我们会通过这种方式理解物理学,但我不太感兴趣。
我和同学们花了很多时间和精力解决教科书式的问题,但是我们并没有真正理解物理学。实际上,我们所接受的训练在很大程度是如何使用解题的技巧。费曼谈到这种方法的失败时说:“我不知道人们出了什么问题,他们不通过理解学习,却通过死记硬背或其他方式学习,他们的知识是如此脆弱以至于经不起考验!”
我感觉到了这种无奈:沉重的课程负担使我感到时间紧迫,我不得不记住很多方程式和计算步骤,以便能够通过物理考试。
随着时间的流逝,我忘了许多学过的东西。2012年,诺姆•乔姆斯基(Noam Chomsky)代表无边界学习会议接受采访时说得极为贴切:“一个人可以在测试中理解得很少,但却能取得极好的成绩。我们都有‘在测试中得高分’的经历,然而两周后就忘记了一切……探究、搜寻与求索使我们感兴趣和感到激动的主题,是远非通过考试能够相比的。事实上,如果你追求这种学习,你会一生铭记自己所发现的东西。”
到目前为止,在物理学的诸多环节中,我理解得最透彻的是为了兴趣而学习的部分。当我以不同的形式导出洛伦兹变换时,我更好地理解了狭义相对论。与计算一根杆子的长度收缩量相比,这一任务要有趣得多。当我回顾亥姆霍兹定理时,我更好地理解了麦克斯韦方程组,这一任务远比计算带电球体的电场更加令人兴奋。
传统教学方法要求我们进行标准计算,却很少激发人的创造力。沉浸在这样的教学中,我觉得就像被困在一个迷宫里,却只能通过解决大量乏味无趣的教科书式问题才能找到出口。
显然解决这些问题并不是学习物理学的最佳方法,迪特尔•南提格尔(Dieter Nachtigall)曾明确地表达过这种观念:“学生通常能够解出课本编者所谓的‘问题’,但他们不理解其中所涉及的物理概念。这样的‘解决问题’往往只能表明学生可以找到一些适当的方程式,然后将其罗列在一起,用代数的方法进行推导,填上数字,最后得出‘正确答案’。学生可以把公式用的很好,但他们可能对背后的物理学原理一无所知。”
一种替代传统教学的高效方法是优先考虑创造性思维,这正是费曼强调的方法。他以前的学生劳里•布朗(Laurie Brown)评论道:“费曼强调创造性——他认为从一开始就要把问题搞清楚。他鼓励我们每个人都要创建自己的思维体系,如果这样的话,我们的成果哪怕只是课堂作业问题的答案,也将拥有自身的创造性特征。”
也许,用5个字描述费曼的教学方法最为贴切:创造性学习。正如他所说:“这就是我的学习方式——通过尝试解决问题来理解某种道理,换句话说,通过创建来理解某种道理。当然,这不是100%的创建,但是要向哪个方向发展,我会得到一些提示,然而并不记得细节的东西。这些都是为自己而解决的问题。”
在给寻求建议的学生写的一封信中,费曼指出:“你需要做的就是,不管怎样,你都要不断地努力,尽可能地用新颖的方法审视问题。如果你能够记住要不断地进行思考,就不会‘扼杀创造的过程”。你有没有时间思考呢?”
然而,问题在于:作为学生,我们通常得不到应有的思考时间!相反,解决成套的难题、撰写实验室报告、担心通不过考试等压得我们喘不过气来。值得一提的是,费曼总是强调物理学的创造性,直到生命最终的日子。就在逝世之前,他在黑板上写道:“我都不明白我还有什么不能创造。”
《费曼物理学讲座》清晰地展示了主讲人的非传统教学方法。大卫•古德斯坦(David Goodstein)提到这些讲座时称:“在授课时,如果他的目的是让各班的青春期男生解出物理学考试中的难题,他可能算不上特别成功;但如果他的目的是用实例来说明应该如何对物理学进行思考和推理,那么所有迹象都会表明,他是非常成功的。”
费曼的讲座成功地省略了提出的难题,效果很好。他在加州理工学院开设的“物理学中的未知数”课程体现出了他的教学风格——不计学分、不留作业、不记考勤、不收学费,学生们每周上课一次,课程中包含了他们乐意讨论的任何话题,最关键的就是加强培养学生们自由探究这一科目的能力和乐趣。到目前为止,我在伦敦大学学院听过的讲座中,还不曾有人提出享受物理乐趣的想法。
费曼说:“只有在学生和一位好老师之间存在直接的个人关系的情况下,教学效果才能最好——由学生讨论概念、思考问题、谈论问题。”
注
理查德•费曼(Richard Feynman,1918-1988)美国物理学家,诺贝尔奖得主,1918年5月11日出生于纽约市皇后区小镇法洛克卫,父母都是来自白俄罗斯明斯克的犹太人,但是他们对孩子的教育却没有狭隘偏执的宗教观念;费曼是一个智力早熟的少年,对人文科学缺乏兴趣,高中毕业之后,进入麻省理工学院,最初主修数学和电力工程,后来在物理学中找到了最适合自己的位置,1939年以优异成绩毕业于麻省理工学院,随后到普林斯顿大学读研究生,1942年6月获得理论物理学博士学位,1943年进入洛斯阿拉莫斯国家实验室,参与曼哈顿计划,对原子弹发展贡献卓绝;1945年费曼任教于康奈尔大学,1951年起任加利福尼亚理工学院教授,因其幽默生动,不拘一格的风格深受学生欢迎,同时,他提出的费曼图、费曼规则和重正化的计算方法,成为研究量子电动力学和粒子物理学不可缺少的工具,“因在量子电动力学方面的重大贡献”,与日本东京教育大学的朝永振一郎和美国哈佛大学的施温格同获1965年诺贝尔物理学奖,1986年参与调查美国挑战者号航天飞机事故,曾用一杯冰水及一只橡皮环证明出事原因;1988年2月15日费曼因癌症病逝,享年69岁;主要著作有《量子电动力学》、《物理之美》、《费曼物理学讲义》等。
[参考来源:Physics Today]