[费曼的物理学]费曼的物理教学思想
[摘 要] R·Feynman（1918-1988）作为最杰出的物理学大师之一，其不仅对物理论本身作出杰出的贡献，对物理教学的贡献更是无人能比。对费曼物理教学思想的整理和研究，具有重要的理论意义和实践指导意义。本文是笔者的初步研究，介绍费曼物理教学的基本思想，并进行必要的拓展。
[关键字] 费曼 物理教学
一、酷爱教学的物理大师
理查·费曼，1918年出生在纽约州靠近海边的一个叫法洛克的小镇。他在家乡生活了17年，1935年进麻省理工学院；4年後进普林斯顿大学念研究生。第二次世界大战期间参加研制原子弹的曼哈顿计画，战後他采用自己独特的方式进行物理学研究，在理论物理方面做出巨大的贡献，因量子电动力学上的开拓性理论而获得1965年诺贝尔物理学奖。
费曼非常擅长演讲，在物理教学思想和方法方面独树一帜。物理教学是费曼一生最重要的工作之一。他非常热爱教学工作，他曾写道："我不相信，如果不教书我还能过得下去。原因是，这样就算我一点东西都想不出来时，我还能跟自己说："至少我还活着；至少我还在做一些事情，有些贡献。"而且在课堂上时，你可以思考一些已经很清楚的基本东西。这些知识很有趣，令人愉快，重温一遍又何妨？教学能给旧的知识新生命，如果你真的有什麽新想法，能从新角度看事物，你会觉得很愉快。""学生问的问题，有时也能提供新的研究方向""因此对我来说，教书以及学生，使我的生命继续发光发亮，我永远也不会接受任何人替我安排一切--快快乐乐的不必教书。永远不会！"
二十世纪60年代初期美国物理教学存在一些问题，就是课程设置过於陈旧。1957年苏联人造卫星上天，极大地刺激了美国政府和高等教育。在这个背景下，费曼参与了加州理工学院基础物理课的改革尝试。没有任何大物理学家教过大学新生的物理课，而费曼却被这一挑战和机遇所吸引。因此从1961年秋天起，费曼就开始计画讲一年的物理学导论的系列演讲。最後实际从1961年9月讲到1963年5月跨越了两个学年。费曼的演讲经莱顿和桑兹整理出版了《费曼物理学讲义》，这套书成了物理学的指南，是费曼对物理学的理解，如何把不同部分适当地组织在一起，思考事物、解决问题的方法等，却包括其中。《费曼物理学讲义》受到了世界物理学界的赞赏。得到极高的评价，有人认为《讲义》超过了他对物理学所作的其他贡献，"他是一位伟大的老师的老师"。
费曼生性乐观，洒脱，幽默，兴趣广泛，深受他的同事和学生的爱戴。1988年4月14日，他逝世那天，加州理工学院的大学生们在学院11层高的图书馆大楼上悬挂了一条横幅上写"迪克，我们爱你" (迪克是费曼名字的昵称)。费曼确实有他迷人的风采，现在被越来越多的中国物理教师和物理专业学生所了解，国内掀起了一股费曼热。
二、物理学习的探索性与原创性
费曼从小数学天赋极高，他总被视为小学里的"算术神童"，在10-11岁时，他曾被请到其他班讲解他做减法的方法，老师认为这种方法对小孩来说非常简洁，"在中学也是如此，比如，年长的学生会拿一些在高年级数学中才有的棘手几何学难题给他，他总是能解答出来"。他性格中有一种从不放弃的韧性。物理学与数学之间存在很深刻的联系，虽然被视为数学天才，但他真正感兴趣的是物理学。
费曼对自然的奥秘，非常好奇，思考问题非常深刻，他在大学完成一次考试时不经意地写了一首诗非常好地说明了这一点。
"我想知道这是为什麽，我想知道这是为什麽
我想知道为什麽，我想知道为什麽
我想知道竟究为什麽我非常要知道
我为什麽想知道这是为什麽"
读了这首小诗我们不能不感叹费曼的好奇心和探索精神，以及超越常人的深刻发问。
费曼的成功除了天赋、好奇心以外，独特的"原创"思想则是另一个最显着的特徵。在费曼的学习生涯中，他从不迷信权威，他有疑问时会毫不犹豫地发问，甚至对阿尔伯特·爱因斯坦也是如此。
费曼非常喜欢解决问题，他想让自己从第一性原理开始来解每一个问题，这样就可以确信他做对了，免得浪费宝贵的时间去深入其他人的思想，而最终也许只能发现这些思想一开始就是错的。
他一生都非常喜欢狄拉克论量子力学书上的最後一句话："看来这里需要全新的思想。"当费曼第一次读到这句话时，对其影响非常大，因为狄拉克本人也承认在20世纪30年代对量子理论的理解既不彻底也不完美，而且需要全新的思想。费曼想，最好是从头开始建立自己的量子力学，他不仅这样想，而且也这样做了。因而他独创了量子电动力理论。
他在论述物理学和物理教学到底是什麽这个问题时写到："在对科学的学习中，你学会通过试验和误差处理问题，养成一种独创精神和自由探索精神，这比科学本身的价值更巨大。你还要问自己有没有更好的方法来做。"
通过以上简短的敍述，我们已经强烈地感到费曼学习物理研究物理的明晰的思路，就是用新的思想去大胆地探索未知。20世纪物理学的发展是建立在新的思想方法之上的，而我们今天的物理学习，不仅要记住物理学的结论，了解和掌握物理学的研究方法，更重要的是通过物理学习感受物理学中的探索和创新精神，养成自己独立思考的习惯，敢於大胆发表自己原创性的思想。自然是复杂的，同时又是可以部分地被认识，科学的目的是探索自然的奥秘，科学认识没有止境。
三、物理教学要与自然相遇
费曼曾到南美的巴西作过近一年的客座教授，费曼和巴西的学生之间存在着很大的差异，他教的学生是为了在那种体制中生活并找到物理教师的工作而学习，他们为适应考试已养成了死记硬背课本内容而不去理解自然，这个活生生的"物理"。
强烈的文化差异和敏锐的头脑，费曼发现了巴西物理教育中存在惊人的弊端，他写到："我发现一个很奇怪的现象，有时我问一个问题，学生马上答出来，但下一次我问同一个问题--至少在我看来是同一个题材，同样的问题--他们却答不出来！例如有一次，我谈到偏振光，拿了些偏振片给他们。
在讨论偏振光问题时，我给每个学生一些偏振片。偏振片只让向量为某一方向的光通过，因此我跟他们讲解了怎样根据偏振片的亮暗来判断光的偏振方向。
我们先将两块偏振片叠合一起，通过转动使透过他们的光最强，这样我们可知此时从偏振片出来的光的偏振方向相同，通过一块偏振片的光也通过另一块，然後我问他们：怎样才能知道从单独一块偏振片的光线的绝对偏振方向？
学生竟无反应。
我知道这个问题不太好回答，就给了他们提示：看看那从外面海湾射来的反射光。
还是没有人吭声。
於是我问：你们知道布儒斯特角吗？
知道！光从具有一定折射率的媒质反射，当反射光成为偏振光时所对应的入射角，就是布儒斯特角。
那麽此时反射光的偏振方向呢？
这光的偏振方向跟反射平面成直角。我自己还要想一想呢，但他们背得滚瓜烂熟！他们甚至还知道那个角的正切值等於折射率！
因此我说：这下行了，答案该有的吧？
仍然无济於事，尽管他们告诉了我从具有一定折射率的媒质（例如外面的海湾），反射出来的光是偏振光，而且说出了偏振光的方向，但开始的问题还是回答不上来。
最後我说：看看海湾，透过偏振片来看，好，现在转动偏振片。
噢，这是偏振光！他们大叫起来。"
费曼通过教课和听其他教授的课和分析巴西的物理教材，他发现了巴西物理教学中的致命的问题："学生什麽都背得很熟，但完全不理解自己在背些什麽。"
一个人可以得高分通过考试，完成学业，但却同时可能对很简单的现象却不理解，不知道水、玻璃就是光的介质，没有办法（也没有想过）用死记硬背来的材料解决任何实际问题。
费曼批评这是一种"自我繁衍系统"，在这样的教育系统中，人们通过考试，然後又去教人家怎样通过考试，谁也不管怎样理解物理知识的实质。费曼的灵感虽然来自巴西的教育经历，但是我国这样的现象也相当地严重，至少在我教过的学生中，相当普遍地存在着不能把物理学的概念、结论与真实世界相联系，他们为考试而学习，不曾领悟到物理就是自然界万物之咝幸幝伞
费曼告诫我们物理教学要增进学生对大自然的理解。例如他讲到有的教材给学生讲，磨擦发光（tribo-luminescence），只定义是当晶体被撞击时所发的光。......而不与任何实验联系，学生也不会受到任何激发。"但是如果你写"当你在黑暗里拿把钳子打在一块糖上，你会看到一丝蓝色光。其他晶体也有此效应，没有人知道为什麽。这个现象被称为磨擦发光。"那麽就会有人回家试着这样做，那就是一次与大自然相遇的美妙的经验。"
费曼虽然非常擅长数学和计算，但是他非常重视物理现象和实验，非常重视理论教学与实验和现象的联系。提出了物理教学要使学生与自然相遇的重要观点，绝非偶然，这是他研究物理和教授物理的一贯思想。
四、物理教学目的多样性
物理教学是一个庞大的体系，有中学小学的物理教学（小学包含在自然课中）、大学的物理教学，而大学物理教学也相当的复杂。我认为至少可以分为三种类型：为研究物理而学物理；为应用而学物理；为提高文化素养而学物理。即为物理而物理，为应用而物理，为文化而物理。这就构成了物理教学目的多样性或者说物理学习的多功能性问题。
首先来看物理科学的价值，费曼认为：第一点科学应用价值，是众所周知的。科学知识使人们能够制造许多产品，做许多事业。但是他提醒我们，科学知识给予人们能力去行善，也可以去作恶，它本身并没有附带使用说明。科学的另一个价值是提供智慧与思辩的享受。这种享受在一些人可以从阅读、学习、思考中得到，而在另一些人则要从真正的深入研究中方能满足，这种享受的重要性往往受人忽略。科学上已发现的理论和定律，是科学研究的收获，也是科学家得到的最高奖赏。科学家发现这些理论时激动不已，而学习者从学习和理解的过程中得到满足和成就感，而这种心情对於人来说是极其重要的。第三个价值是改变人们对世界概念的认识。人类为了满足自身的物质和精神需要而创造出来的科学知识，成为一种文化背景改变人们对自然和世界的认识方式。第四个价值是科学的精神价值，科学就是对未知世界的永无止境的探索，科学家们对研究物件，不知道答案时他是无知的；当他大概有了猜测时他是不确定的；即使满有把握时，他永远会留下质疑的余地。科学家的责任是探索更好的办法留传给下一代。
物理教学的目的，费曼有非常深刻而全面的观点。他认为学习物理有五方面的理由：第一是为了学会怎样动手做测量和计算，及其知识在各方面的应用；第二是培养科学家，他们不仅致力於工业的发展，而且贡献於人类知识的进步；第三认识自然界的美妙，感受世界稳定的实在；第四是学习怎样由未知进到已知的科学求知方法；第五是通过尝试和纠错，学会一种有普遍意义的自由探索和创造精神。费曼在他的《费曼物理学讲义》的结束语中这样写道："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於工业或军事做准备，我最想做的是给出对於这个奇妙世界的一些欣赏，以及物理学家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。也许你们将不仅对这种文化有欣赏，甚至也可能你们会加入到人类理智已经开始的这场伟大的探险中去。"
由上可见物理教学的目的是多样性的，而教学的功能也是多方面的，我们在进行物理教学活动时，应该有更加广阔的文化视野，有对人的和谐和全面发展有更深刻的思考，还要关注学生学习的愉快问题，以及保护他们的好奇心，培养探索精神，以及科学应用中的道德问题的探讨等等。
五、物理教学应该是令人愉快的
低水准的物理教师，枯燥呆板的教材，缺乏学习动机的学生，三者结合必然是一种应付考试的学习模式，没有愉快而言。学习变成痛苦与焦虑。这正好与丰富多彩的物理探索活动，变化无穷的物理世界，形成鲜明的对比。而费曼给我们的是生动活泼、幽默、形象的、充满乐趣的物理教学。
费曼的物理教学生涯最着名的是他1961年9月-1963年的那次长达两年的演讲，由此产生的《费曼物理学讲义》成为物理学界的经典之作。费曼的演讲达到了一种理想的地步，它们像是演出，开头、中间和结尾都很有趣。每个演讲自成一体，而且都对要点的概括作为结束，以便学生可以留做将来参考。他往往以不同的方式和不同的侧重点来讲述问题，以达到最佳效果，在愉快的气氛中教你正确的方式和如何与这个世界融洽相处。为了体会他的风格，我们引用他的两段文字。
"如果在某种大变动後所有的科学知识将不复存在，只有一句话能流传後世，那麽什麽样的敍述能以最少的语词包涵最多的资讯呢？我相信这就是：世间万物都由原子组成的原子假设（或者叫原子事实，或其他随你怎样叫的名字）,从这句话中，只要用一点点想像力和思考，你就会明白其中包涵了有关这个世界的极大量的资讯。"
费曼讲述方式非常新奇，让人把一句枯燥的话，或者说一个科学假说"包装"得如此精美，让你永远也难以忘记。
费曼在讲述狄拉克反粒子理论时，有一个让人过目难忘的幽默，根据狄拉克假说微观粒子有与它相应的反粒子，如中子、反中子、质子、反质子，就是说自然界有正物质和反物质。这个理论非常让人激动，对解释世界物质的起源很有启发。费曼说到这个地方幽默地说："当你遇到一个外星人时，他想和你握手，你一定要留心他是用左手还是右手和你握。"
物理教学尽量让学生愉快，这是一种教学思想。费曼独特的生活方式的核心就是要让自己愉快，不压抑自己。愉快的物理教学有助於提高学生的学习兴趣，有助於培养学生的乐观与自信。有了这种思想方法的指导，任何好的教师都会积累和创造出一些好的方法和例子，使学生有愉快的学习环境。
解世雄
