【新语丝电子文库(www.xys.org)(www.xys2.org)】 ———————————————— 观光，还是探险? ——从《费曼物理学讲义》的诞生谈起* 关　洪 (中山大学物理系，广州　510275) 　　摘　要　从《费曼物理学讲义》的诞生过程，介绍费曼教育思想的要点.指 出基础物理学课程的主要目的，并不是为后续课程的连接，为将来的具体应用做 准备，或者向学生们展示物理学发展的“窗口”；必须注重最基本的内容，避免 不适当地追求新“花样”. 　　关键词　费曼；物理学 　　分类号　G 642.0 　　1945年秋天，27岁的理查德.费曼(Richard P. Feynman)离开在战争时期为 研制原子弹工作了几年的洛萨拉莫斯基地，到康涅尔大学物理系开始了他的教学 生涯.1951年，费曼转到加利福尼亚理工学院物理系任教，直到1988年初逝世之 前，他总是坚持在教学第一线上.众所周知，费曼在现代理论物理学的研究上， 取得了第一流的成就.与此同时，他对于当代的物理教学，亦做出了异常突出的 贡献，可以毫不夸张地说，由他主持写成的《费曼物理学讲义》，是在20世纪里 全世界最有影响的一套物理学教材. 　　在进入60年代之前，费曼在美国一直负责讲授为研究生开设的各门理论物理 课程.只是在他1951年到巴西讲学一年期间，教过一段本科生的物理课程.针对在 拉丁美洲看到的那种为了应付考试而死记硬背的教学方式，费曼曾经指出，学习 物理学有五个方面的理由.他的意思简单说来：第一是为了学会怎样动手做测量 和计算，及其在各方面的应用；第二是培养科学家，他们不仅致力于工业的发展， 而且贡献于人类知识的进步；第三是认识自然界的美妙，感受世界的稳定和实在； 第四是学习怎样由未知进到已知的、科学的求知方法；第五是通过尝试和纠错， 学会一种有普遍意义的自由探索的创造精神. 　　由此可见，在费曼看来，学习一门作为自然科学的物理学，并不是单纯为了 将来的具体应用.运用科学知识来制造产品，即把科学当做生产力的一部分，只 实现了它的一种较低层次的价值；而一门物理课的设立，主要也不是为了后续课 程或者将来工作的需要.在《费曼物理学讲义》全书最后的结束语中，他曾经这 样说过：“我讲授的主要目的，不是为你们参加考试做准备——甚至不是为你们 服务于工业或军事做准备，我最想做的是向你们给出对于这个奇妙世界的一些欣 赏，以及物理学家们看待这个世界的方式，我相信，这是现今时代里真正文化的 主要部分(或许有其他学科的许多教授会反对这一点，但我相信他们是完全错误 的).”下面我们先简单回顾一下这套教材诞生的具体经过，再从中引出一些一般 性的议论. 　　加州理工学院物理系有一位散兹(M. Sands)教授，他早在洛萨拉莫斯和康涅 尔工作期间，就同费曼共过事；到加利福尼亚后，他们俩又成了好朋友.在50年 代后期，散兹参加过一个为改进全美国的物理教学而成立的“大学物理委员会”， 最后两年还担任了这个组织的主席.开始的时候，也在讲授研究生课的散兹，在 费曼的帮助下，重新修订了他们系里的研究生课程计划.接着，散兹又把注意力 转向本科生的教学.他发现，在那个时候，他们系里执行的还是由包括已故的密 立根(R.Milikan)在内的几位老先生早期定下来的课程安排，在头两年没有讲到 什么相对论和量子理论等近代物理的内容，的确需要更新改进了. 　　散兹努力说服了他的系主任，后者又向福特基金会取得了支持.1960年，系 里指派了富于教学经验的莱屯(R.Leighton)教授以及精于演示实验的尼尔 (V.Neher)，和散兹一同负责改革物理学引论课程.在散兹参加讨论教学大纲的日 子里，一方面他经常向费曼征求意见，研究怎样能够用简单易懂的方式来表述现 代物理学的内容；另一方面，他又时常为在小组里难以取得一致的认识而伤透了 脑筋. 　　一天，心灰意懒的散兹灵机一动地想到：“为什么不请费曼来上这门课，而 且让他最终决定讲些什么呢?”于是他找到费曼说：“你曾经花费了几十年的时 间试图理解物理学.现在这里有一个机会，让你把其中的精华提取到一年级大学 生的水平上.”费曼想了一会儿回答道：“嘿!这是一个有趣的主意!但是你知道， 我从来没有教过一年级的物理课.”实际上，散兹多次听过费曼的研究生课和他 在讨论班上的发言，确信费曼的思维方法和表达形式，会很适宜于这一门课程. 经过初步了解之后，费曼先是答应考虑一两天.接着他又问道：“你知道有没有 一位大物理学家讲授过一年级的物理学?”散兹回答：“我不清楚，但我想不曾 有过!”于是费曼说：“好，我干!” 　　散兹把这件事告诉莱屯，莱屯说：“噢，不，这是行不通的.他在教本科生 和新生上是没有经验的.他的头脑高高在天上.这个主意一点也不好.”而尼尔听 到后却赞成道：“噢，这真妙极了”当他们一起去见系主任时，主任宣称：“噢， 不!他对于高级课程和研究生课程更有价值，而且他从来没有教过一年级的物理课. 因此这不是一个好的想法.我不认为我们应当这样做.”散兹没有气馁，他在系里 做了许多斡旋工作，争取到多数教师、特别是许多年青教师的支持，终于说服了 系主任，使这一想法得以实现. 　　结果，从1961年秋季开始，费曼为低年级学生讲授了两年的物理课.同他合 作的依然是散兹、莱屯和尼尔.不过，费曼没有采用他们原先拟定的大纲，而是 一切自己从头做起.在这两年内，他几乎用全力投入这项工作，每个工作日用8～ 16小时认真备课.费曼在课堂上的讲演全部录了音，以便整理成文.原来以为找几 名担任助教的研究生就可以完成这项任务.后来发现，要把费曼通俗生动而又颇 不规范的口语转写成容易读懂的书面文字，又要保持其科学性和独特风格，确实 不是轻而易举的.所以，后来出版的《费曼物理学讲义》一书，实际上是在费曼 的主持下，由莱屯和散兹执笔写成的. 　　费曼后来回忆道：“我那时工作得非常努力，尽我所能地去解释全部的这个 物理学.当发现我可以比我想我可以从基本的观点理解到更多的东西时，总是感 到由衷的喜悦.”但是，他又说：“我有一个特别的困难.因为我认识到所有的学 生并不都是一样的，故此如果我们讲了太多的相对论、原子、量子理论和一些别 的花样时，就会把其他的学生弄糊涂了.我试图创制一种系统，告诉他们什么是 本质的，而什么是那些已经掌握了的学生的消遣.”费曼希望学生集中注意那些 本质的东西，在每次讲课结束时，总是在黑板上写下当天讲授的基本内容的小结. 　　不过，开始的时候这一计划执行得并不理想.问题出在负责辅导课的那些担 任助教的研究生们，他们总是试图把自己所参与的前沿课题的进展，用费曼所讲 的基本观点表达出来，并且禁不住再多讲一些有关的高深内容，这样就使得多数 学生连本质的东西也掌握不好了.费曼对这种情况很不满意.他说：“讲授内容既 使好的学生感到兴趣，又使差的学生也能掌握，这是一个困难的问题，我没有解 决得很好.我也不满意印出的书上没有列出每章的小结，这种小结本来可以引导 读者分辨哪些是本质的基本内容，而哪些是花样和趣味性的东西.” 　　近来国内有一种意见，认为基础物理学的教学应当着重为读者后继课程的学 习以及了解现代物理的发展，准备这样那样的一些“窗口”，并且以此作为编写 有关教材的一条根本原则.毫无疑问，这种做法对于教学计划的施行，前后课程 的衔接等等，都是大有好处的.任何一门成功的课程，都必然会在某种程度上， 达到这样的效果.问题是，把这样一项要求，当做编写教材的目的或出发点，那 就值得我们深思了. 　　对比费曼的教育思想，可以看出这两种主张之间，存在着明显的分别.费曼 的确出色地运用现代的观点来讲解基础物理学的内容，但并不追求大量引用现代 物理学进展的例子.通观《费曼物理学讲义》，我们看到在第一卷里，讲到了颜 色视觉和音乐声学；而这些都是直到本世纪初的普通物理学教材里的常见论题， 后来被当做陈旧的内容精简掉了.在第二卷里，又提到古老的单极电机，以及挂 在天花板下的成排灯光对地面照明的均匀性等极为“经典”的例子.由此可见， 费曼并没有刻意营造通向现代物理学成就的“窗口”(虽然对他说来，这样做一 点也不困难)，而是着眼于物理学处理疑难的各种理论方法，以及它在解决各种 不同性质的实际问题的威力，而不在乎所涉及到的是现代的还是古典的论题.譬 如，颜色视觉问题，本质上是自然界所运用的一种极不完备的谱分解，在方法上 有其特独之处.这方面的内容除了有日益广泛的应用(如彩色电视，电脑分色等) 之外，对于了解人类感觉机制和有关的哲学分析，亦有重要的意义，确是值得在 物理教学中占有一席之地的. 　　比方说，一位旅行者去到一处陌生的地方.他需要知道这个地区的各个交通 进出口和有什么观光景点等等.旅游手册一类的出版物，就是介绍诸如此类的各 种“窗口”的.不可否认，社会上需要大量的这种出版物；它的应用面，自然是 很广泛的.但是，如果把一门基础科学的教材，定位在这种观光手册的层次上， 就不免存在着严重的局限.因为，这里所说的“窗口”，指向的都是已经发现的 领域；而科学工作的主要使命，则是探索未知的世界.一位物理学家，决不能囿 限在已知领域内的漫游，而是要把主要的精力放在创造性的探险上，对进行探险 的科学家说来，更加需要的不是指明各种已知“窗口”的观光手册，而是掌握如 何在沙漠或者丛林中辨别方向，寻找水源，开辟道路以及发现新的自然物种和人 文古迹等等的基本能力.事实上，物理学上的历次重大发现，大都不是简单地沿 着过去的成功方向继续延伸而取得的；很难预料，下一次的突破将以怎样的具体 方式出现.所以，基础物理学的教学必须像费曼所说的那样，以最本质的内容为 主体，而不宜一味追求新花样.各个科学、艺术和体育门类的无数实践都证明了， 最重要的是基本功，然后再是花样.如果把这种关系颠倒过来，过分强调那种同 现存现象相联系的“窗口”的作用，对于基础科学研究人才的培养，就很可能会 发生偏差. 　　也许会有读者这样想：毕竟，对于多数毕业生，只要一本观光手册就足够了； 探险家只是少数，而在教学中照顾多数并没有什么不妥.然而，从另一角度来讲， 如果在基础课程里不着重讲清楚最基本的概念和方法，以后就很难再补救了.所 以，作为专业教育的基础课程，必须坚持高层次的要求；不能够因为多数学生将 来不会成为科学家，就放松这方面的训练.费曼在他的《讲义》第一卷的“引言” 一节里，开宗明义地指出：“讲授这门物理课，是着眼于你——读者将要成为一 名物理学家.当然，实际情况并不都是这样，但是每门学科的每一位教授都是这 样设想的.”我们想，也就是这个意思. 　　费曼在他的《讲义》结束语里，接着前头所述的那段引文，所讲的最后一句 话是：“也许你们将不仅对这种文化有所欣赏；甚至也有可能你们会要加入到人 类理智已经开始的这一场最伟大的探险当中去.”此外，在他逝世前后出版的两 本被认为是他的自传体故事集的副标题，就取为“一名好奇角色的历险记”.的 确，费曼把他的生活，特别是他的科学事业，当成一次又一次不倦的探索；他的 教学活动，就是要把这种勇于探险的精神，传授给下一代.费曼把他的一生，献 给了物理学的研究和教学，亦深深地赢得了学生们的爱戴.1981年，费曼在一次 癌症手术中，突然发生了主动脉破裂的这种极为凶险的情况.听到电话的召唤， 数以百计的大学生立即赶到医院，为他们敬仰的教授输了约40 L的鲜血.1988年2 月16日，费曼去世的第二天，在加州理工学院密立根图书馆的顶层，挂出了一幅 布幛，上面用醒目的大字写着：“WE LOVE YOU， DICK”(Dick是费曼名字 Richard的昵称).费曼的离去已经10年了，而他的教育思想仍然是值得我们研究 和借鉴的. 　　由于个人的原因，这几年我已经没有怎么阅读新出版的基础物理学教材了. 以上只是一些一般性的看法，希望能引起注意，促进讨论. 　　 参考文献 1　Feynman R P, Leighton R B, Sands M. The Feynman Lectures on Physics, Vol. 1～3, Addison-Wesley, 1963;中译本：费曼物理学讲义.第1～3卷.上海： 上海科技出版社，1989 2　Feynman R P. “Surely You're Joking, Mr. Feynman!” Adventures of a Curious Character. Norton, 1985. 中译本： 爱开玩笑的科学家.吴丹迪等译. 北京：科学出版社，1989 3　Feynman R P. “What Do You Care What Other People Think?” Further Adventures of a Curious Character. Norton, 1988 4　关洪.纪念理查德*费曼.物理，1989，18：427 5　Goodstein D L. Richard P. Feynman-teacher. Phys Today, 1989, 42(2):70 6　Mehra J. The Beat of a Different Drum: The Life and Science of Richard Feynman. Oxford U. P., 1994 * 全国高等院校物理教学现代化专题学术研讨会征文 　收稿日期：1997-08-27；修回日期：1998-01-19 大学物理 COLLEGE PHYSICS 1998年 第17卷 第6期 科技期刊 ———————————————— 【新语丝电子文库(www.xys.org)(www.xys2.org)】