杜祥琬

（中國(guó)工程院 北京 100088）

物理學(xué)既然如此重要，因此，搞好并提高物理教學(xué)是各級(jí)教育管理部門與學(xué)校的一項(xiàng)重要任務(wù).下面談?wù)剬?duì)物理教學(xué)的四點(diǎn)認(rèn)識(shí).

2 對(duì)物理教學(xué)的四點(diǎn)認(rèn)識(shí)

2.1 物理教學(xué)重在打好基礎(chǔ)

（1）知識(shí)的基礎(chǔ).知識(shí)的基礎(chǔ)首先是概念，要有清晰的物理概念.一個(gè)人做什么事情，如果概念清楚就能做好.概念模糊的人做不成好的事情.第二是對(duì)物理規(guī)律的理解.要把規(guī)律認(rèn)識(shí)清楚，包括因果關(guān)系、邏輯關(guān)系.還有知識(shí)的系統(tǒng)性也很有意義.這是知識(shí)的基礎(chǔ).

（2）能力的培養(yǎng).我想在物理教學(xué)里面對(duì)學(xué)生培養(yǎng)能力非常重要，有幾個(gè)方面：一是數(shù)理方法的訓(xùn)練.學(xué)物理，要把數(shù)學(xué)物理方法訓(xùn)練好.比如解方程，你可以用數(shù)值模擬得到精確的解，也可以得到近似解，甚至于發(fā)展粗略的模擬，就是不用計(jì)算機(jī)算半天，而是抓住主要因素進(jìn)行粗略的估計(jì).模擬計(jì)算的能力在現(xiàn)在計(jì)算機(jī)發(fā)展很好的情況下，學(xué)生都應(yīng)該具備.二是實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，要能夠動(dòng)手去做實(shí)驗(yàn).三是閱讀、分析、總結(jié)、寫文章的能力.每一篇文章的Introduction里面往往要介紹已經(jīng)有的工作，那就要善于閱讀、分析總結(jié)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)寫Introduction和后面的Conclusion，這都是他們非常重要的能力.

（3）思維能力.思維能力包括物理學(xué)和哲學(xué)兩個(gè)方面的思維.比如說(shuō)物理學(xué)中的舉一反三的能力、聯(lián)想的能力、逆向思維的能力.俄羅斯人提出了一個(gè)TRIZ理論，就是創(chuàng)新方法，逆向思維就是其中一個(gè).還有批判精神，懷疑的思維，這樣才有一些創(chuàng)新的想法.

（4）提出問題能力.我想特別要跟大家強(qiáng)調(diào)，就是提出問題的能力.學(xué)問學(xué)問，不僅要學(xué)，還要能夠提出問題.我們參加學(xué)術(shù)會(huì)，發(fā)現(xiàn)外國(guó)人提問題很熱烈、很積極.中國(guó)有些學(xué)校還好，但有些學(xué)生很羞于提問題，不大想當(dāng)眾提問.善于提問題是非常重要的.1948年，Mayer做了一個(gè)報(bào)告，是關(guān)于原子內(nèi)電子的軌道.費(fèi)米就想出一個(gè)問題來(lái)問他，說(shuō)有沒有什么現(xiàn)象顯示出軌道和自旋有相互作用存在.他當(dāng)時(shí)沒有回答，是想到過這個(gè)問題.結(jié)果這一問就導(dǎo)致了Mayer接下來(lái)的研究，產(chǎn)生了另一個(gè)新的成果，并在1963年得到諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).善于提出一個(gè)問題，能給出一個(gè)研究方向.

要培養(yǎng)學(xué)生的這幾種能力，而不是死記一些知識(shí).下面我給大家講幾個(gè)物理學(xué)家這方面的故事.

彭桓武先生是理論物理學(xué)家，我在他的手下工作若干年，對(duì)他非常尊重和敬佩.有一年我們搞狀態(tài)方程，用的不完全是流體，也不完全是固體.朗道有九本一套的《理論物理學(xué)》，第九本就是《彈塑性》，當(dāng)時(shí)是文化革命期間，彭先生就問我最近在干什么？我就說(shuō)在啃《彈塑性》，他說(shuō)我去給你們講講如何？當(dāng)時(shí)既沒有PPT，又沒有投影，就一個(gè)黑板，不拿稿子，一板一板的拿著粉筆推彈塑性方程，給我印象非常深.寫了擦掉，擦掉再寫一板，就是基礎(chǔ)的訓(xùn)練非常強(qiáng).彭先生還有個(gè)粗估的能力，就是說(shuō)一個(gè)物理問題，往往有好幾個(gè)因素影響它，考慮太多你就解不出.你得把主要因素抓住.他說(shuō)3∶1可以看作是無(wú)限大，那個(gè)1可以省掉，這個(gè)3你一定要抓住；就是把主要的抓住.所以這些提法，給我的印象非常深刻.

王淦昌先生在1964年，說(shuō)激光有這么好的方向性，這么好的聚焦，用幾束激光打核聚變的小球，用激光引發(fā)核聚變，就能產(chǎn)生能源呢！1964年他就提出這個(gè)思想，這個(gè)思想他先提出來(lái)，當(dāng)然同一年前蘇聯(lián)的巴索夫等也提出類似的思想.王先生一生有很多成果，最欣賞的是這個(gè).還有一個(gè)很有意思的也是個(gè)概念問題.當(dāng)朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)以后，志愿軍有一次挨了美國(guó)的一顆很強(qiáng)烈的炸彈攻擊，威力比一般的炸彈強(qiáng)得多.于是前線就傳來(lái)一個(gè)信息，懷疑美國(guó)人用了原子彈.中央馬上說(shuō)要組織一個(gè)專家組到朝鮮去考察一下，是不是美國(guó)用了原子彈.王淦昌先生是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，自己動(dòng)手做了一個(gè)探測(cè)器，帶了兩個(gè)助手去了.他回來(lái)當(dāng)然說(shuō)不是原子彈.他后來(lái)開始搞原子彈研究.說(shuō)真是沒有概念，原子彈達(dá)到的溫度是如此之高，根本不可能有碎片存在，都?xì)饣?他說(shuō)要有一點(diǎn)原子彈的概念，就用不著去朝鮮，可以告訴前線如果有彈片的話就不會(huì)是原子彈，就是這樣的概念.

錢學(xué)森先生回國(guó)后，中央問他，先搞航空還是先搞航天？他毫不猶豫地說(shuō)先搞航天.一般人都是認(rèn)為航空低，好像航天高；航空容易，航天難.其實(shí)航空更難.航空要在空氣、大氣介質(zhì)里面運(yùn)行還不說(shuō)，還要來(lái)回往返多次，還要十分的安全.而航天呢只要達(dá)到第一宇宙速度，就可圍繞著地球轉(zhuǎn).搞衛(wèi)星還是搞導(dǎo)彈？他說(shuō)搞導(dǎo)彈.因?yàn)樾l(wèi)星要第一宇宙速度，搞導(dǎo)彈不要達(dá)到第一宇宙速度.后來(lái)搞衛(wèi)星的時(shí)候又有一件事.在地面做衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)很厲害，向他匯報(bào).大家說(shuō)這個(gè)不能發(fā)射，錢學(xué)森堅(jiān)定地說(shuō)發(fā)射，沒有問題，發(fā)射.因?yàn)樯先ヒ院?，沒有地球引力就沒有這個(gè)振動(dòng)了.就是這樣一種概念的判斷.

周光召先生，在我們搞原子彈的時(shí)候，蘇聯(lián)人提供了一個(gè)模型，其中有一個(gè)數(shù)據(jù)，有人懷疑數(shù)據(jù)的正確性.周光召先生的功底非常好，他用最大功原理做了一個(gè)粗估，給出了這個(gè)數(shù)據(jù)的數(shù)量級(jí)，一下就把這個(gè)爭(zhēng)論解決了.

于敏先生對(duì)氫彈做出了重大貢獻(xiàn).我們跟他一起在上海當(dāng)時(shí)用計(jì)算機(jī)算突破氫彈的過程當(dāng)中，曾經(jīng)出現(xiàn)一些不好解釋的現(xiàn)象.當(dāng)時(shí)還不像現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)，都用打印紙帶.大家看到，紙帶一排一排的數(shù)據(jù)，就是溫度、壓力等，每一個(gè)物理量隨著時(shí)間的變化，它應(yīng)該是一個(gè)有規(guī)律的發(fā)展.于敏先生就看看哪一個(gè)物理量到什么地方有一些反常，這個(gè)數(shù)是怎么算出來(lái)的？然后就去追這個(gè)程序，軟件的計(jì)算程序?qū)Σ粚?duì)？一看這個(gè)計(jì)算機(jī)程序編得沒有錯(cuò)誤.那么在計(jì)算機(jī)上如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)程序呢？就是計(jì)算機(jī)那些加減法.計(jì)算機(jī)里面乘法和除法都是用加法和減法實(shí)現(xiàn)的.最后追到一個(gè)加法器，就是它壞了.能夠從物理計(jì)算規(guī)律里面判斷一個(gè)計(jì)算機(jī)細(xì)微的毛病，我覺得這些方面都是給人留下了非常深刻的印象.

我們?cè)诠ぷ骼锩嬖?jīng)用到玻爾茲曼粒子輸運(yùn)方程，經(jīng)常用的是中子輸運(yùn)方程，這是一個(gè)線性方程對(duì)吧！因?yàn)橹凶釉诮橘|(zhì)里面運(yùn)動(dòng)，原子核的密度是很高的，中子是很少的，線性方程沒有問題.但是在計(jì)算聚變的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，也是從紙帶看出來(lái)，這個(gè)中子密度有些時(shí)候能高到可與原子核密度相比較.這種情況下就不能用線性方程描述.于是，我們提出了非線性中子輸運(yùn)方程概念.有了這個(gè)概念把它寫出來(lái)，怎么去解這個(gè)方程，這又出來(lái)了一個(gè)新的解法.這是第一點(diǎn)，物理教學(xué)重在打好基礎(chǔ).

2.2 要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)

使學(xué)生理解物理學(xué)的意義、物理學(xué)的作用、物理學(xué)的趣味及物理學(xué)引人入勝的魅力，以培養(yǎng)創(chuàng)新的素質(zhì).認(rèn)識(shí)物理學(xué)在歷史上的作用到現(xiàn)實(shí)作用，以及對(duì)未來(lái)的作用，為十年、幾十年之后培養(yǎng)人才，培養(yǎng)物理學(xué)家.讓他們理解物理學(xué)不僅在歷史上，而且在未來(lái)它的重要作用.物理學(xué)任重而道遠(yuǎn).

物理學(xué)引人入勝之處，比如未知物理學(xué).把一些不知道的物理學(xué)問題辦一個(gè)講座，講一些物理學(xué)的未知.未知怎么能講，就是提出問題來(lái)，物理學(xué)還有多少不認(rèn)識(shí)的問題.這個(gè)論壇，可以叫未知物理學(xué).能夠把未知的問題提清楚就很不錯(cuò)了.這樣使人類能夠展開想象力的翅膀來(lái)欣賞大自然的美妙和神奇，來(lái)提供智慧和思辨的享受.

法國(guó)作家福樓拜說(shuō)：“科學(xué)和藝術(shù)在山腳下分手，在山頂上匯合.”在山腳下什么意思？科學(xué)是研究自然的規(guī)律，而藝術(shù)是研究精神世界的一些享受的藝術(shù)性.在山頂上匯合，因?yàn)樗鼈兌际侨祟愖罡叩膭?chuàng)造，所以藝術(shù)和科學(xué)的聯(lián)系也就在這個(gè)地方.其實(shí)很多文學(xué)家對(duì)于科學(xué)的發(fā)展一直非常關(guān)注.例如鐳的放射性出來(lái)以后，1930年魯迅先生就在文章中寫道：“不可思議之原質(zhì)，輝新世紀(jì)的曙光，破舊學(xué)者的迷夢(mèng)”，對(duì)這個(gè)科學(xué)發(fā)展非常敏感.

愛因斯坦對(duì)玻爾提出的原子模型，說(shuō)這是思想領(lǐng)域中最高的音樂神韻.馬克吐溫，對(duì)于發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系的結(jié)構(gòu)以后說(shuō)：“科學(xué)真是迷人”.物理學(xué)家維爾曾經(jīng)說(shuō)過，“我的工作就是盡力把真和美統(tǒng)一起來(lái)”.要讓學(xué)生產(chǎn)生理解物理學(xué)的興趣.

2.3 教書首先要育人

（1）品格成就人才.愛因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過：“大部分人都以為是才智成就了科學(xué)家.他們錯(cuò)了，是品格.”這是愛因斯坦的感受.首先一個(gè)科學(xué)家、物理學(xué)家的品格，就是奉獻(xiàn)精神.要有為科學(xué)、為國(guó)家、為人類奉獻(xiàn)這種精神.這里面有很多科學(xué)家的故事可說(shuō).

為了研究火山的規(guī)律，一個(gè)人忘我、不怕犧牲地去靠近火山，甚至被火山給燒傷.為了研究臺(tái)風(fēng)的規(guī)律，去追臺(tái)風(fēng)，這是很危險(xiǎn)的，因?yàn)榕_(tái)風(fēng)不穩(wěn)定.郭永懷和錢學(xué)森是一起回國(guó)的兩位大家.錢學(xué)森是搞航天的，郭永懷是搞核武器的，核武器早期的力學(xué)規(guī)律是他負(fù)責(zé)的.1968年郭先生從基地飛回北京，在西郊機(jī)場(chǎng)降落時(shí)，因飛機(jī)失事，全機(jī)人員遇難了.處理現(xiàn)場(chǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)郭永懷先生和他的警衛(wèi)員兩人的尸體都被燒焦，但兩個(gè)人緊緊抱在一起，兩人腹部中間夾的公文包里面保密資料完好無(wú)損.這就是一個(gè)科學(xué)家，他最后離開世界的時(shí)候是這樣做的.這是一種精神.

王淦昌是世界知名的科學(xué)家.國(guó)家要他去搞原子彈，他就說(shuō)了一句話“我愿以身許國(guó)”.王淦昌從此就埋名搞了17年的核武器，有奉獻(xiàn)精神這是一個(gè)很基本的品格.所以這些人能成就大事業(yè).

（2）唯真求實(shí).物理學(xué)本身是個(gè)求實(shí)求是的科學(xué)，得有負(fù)責(zé)的精神.王淦昌在發(fā)現(xiàn)反西格瑪負(fù)超子的同時(shí)，他們?cè)谔綔y(cè)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了另外一個(gè)徑跡，是人們不大了解的一個(gè)，好像是一個(gè)新的粒子.當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)有的科學(xué)家就急于說(shuō)，我們又發(fā)現(xiàn)一個(gè)新粒子，想給它起名叫第一粒子.王淦昌說(shuō)我們沒有認(rèn)識(shí)這是個(gè)什么東西，還不能急著做這個(gè)結(jié)論.當(dāng)時(shí)周光召和丁大釗他們都在，經(jīng)過一段分析，發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)K0介子的電荷交換反應(yīng)的徑跡.好了，這就解釋清楚了.王淦昌說(shuō)謝天謝地，我沒有吹牛，我沒有急著宣布這個(gè)第一粒子.他這是嚴(yán)謹(jǐn)性，不急功近利.

（3）倡導(dǎo)非功利的追求.要鼓勵(lì)學(xué)生以什么作為自己人生動(dòng)力呢？我想物理學(xué)家應(yīng)該是雙輪驅(qū)動(dòng).一個(gè)輪子是對(duì)科學(xué)的愛好、興趣、好奇心.另外一個(gè)輪子就是社會(huì)的需求.愛因斯坦是這樣，居里夫人他們都是這樣的.

要讓學(xué)生懂得傳承是一種價(jià)值觀.我有一次跟學(xué)生講老一輩物理學(xué)家不僅創(chuàng)造了歷史業(yè)績(jī)，也創(chuàng)造了崇高的價(jià)值觀.有個(gè)學(xué)生給我提的問題對(duì)我很有啟發(fā)，他說(shuō)：“講這個(gè)崇高的價(jià)值離我們太遠(yuǎn)了.因?yàn)槲覀冞@些人很普通，離崇高太遠(yuǎn)了.”所以我想就跟他們講四個(gè)字“品行端正”，離我們比較貼近；從小養(yǎng)成品行端正應(yīng)該是不難的，然后再?gòu)倪@個(gè)地方上去，提倡可能的崇高.

物理學(xué)發(fā)展，不僅需要物質(zhì)基礎(chǔ)，需要經(jīng)費(fèi)、儀器，也需要有靈魂.我國(guó)的科技發(fā)展，科學(xué)的繁榮，需要靈魂的支撐.價(jià)值觀是一個(gè)人生的基礎(chǔ)課，讓學(xué)生從物理學(xué)的歷史、物理學(xué)家的歷史，物理的發(fā)展來(lái)領(lǐng)略一種物理的價(jià)值觀.把這個(gè)價(jià)值觀打好是人生的基礎(chǔ)課，也是科技工作者的一個(gè)基礎(chǔ)課.上面講的這些故事，是20世紀(jì)50年代、60年代的，而現(xiàn)在21世紀(jì)價(jià)值觀多元化了.但是，我說(shuō)：“不管在任何時(shí)代、任何國(guó)家，總會(huì)有不同的人來(lái)選擇不同的價(jià)值觀.”這句話對(duì)不對(duì)？大家說(shuō)對(duì).永遠(yuǎn)都是這樣的.很多人浮躁也好、急功近利也好、造假也好，但是總會(huì)有一些人踏踏實(shí)實(shí)做事.要不然怎么會(huì)出現(xiàn)實(shí)際的科研成果呢？所以我想要讓學(xué)生們懂得中國(guó)需要有一批人潛心研究，這樣才有可能談得上創(chuàng)新型國(guó)家，才有可能有自己的核心競(jìng)爭(zhēng)力，中國(guó)才有希望.

2.4 對(duì)物理學(xué)教師素質(zhì)的要求

我體會(huì)有這樣幾點(diǎn)要求：第一是科學(xué)的素質(zhì)、科學(xué)的水平，物理學(xué)要有深廣的基礎(chǔ)；第二，物理學(xué)教師要有哲學(xué)的素養(yǎng)，要有一點(diǎn)人文的素養(yǎng)，要懂哲學(xué)、要懂歷史.要理解物理學(xué)的價(jià)值和它的思想方法以及它的人文精神.這幾點(diǎn)都是很重要的.

再一個(gè)是教學(xué)的能力，要培養(yǎng)學(xué)生的幾種能力，首先教師要有這幾種能力.再就是，教師要有研究教學(xué)的能力.教學(xué)也有很多技巧，要有研究的能力和實(shí)踐的能力.

最后，教師畢竟是靈魂的工程師.物理學(xué)教師要深刻理解物理學(xué)的社會(huì)責(zé)任和歷史使命.中國(guó)要出一批原創(chuàng)性的成果，中國(guó)要變成創(chuàng)新型的國(guó)家.完成這個(gè)歷史使命，使國(guó)家、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展.中國(guó)現(xiàn)在的發(fā)展道路，是13億人口的事.我們走不通美國(guó)那個(gè)模式，它的人均能源消耗使我們無(wú)法承受.任何國(guó)家都創(chuàng)造不了中國(guó)可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)；中國(guó)要?jiǎng)?chuàng)新自己的發(fā)展道路.為此，物理學(xué)的社會(huì)責(zé)任和歷史使命都是非常重大的.讓我們一起來(lái)續(xù)寫更豐滿、更厚重、更生動(dòng)的物理學(xué)的歷史篇章，讓我們?yōu)闅v史性的發(fā)展和創(chuàng)造社會(huì)美好的未來(lái)，培養(yǎng)高素質(zhì)的人才共同努力.