靳奉濤 高 城

（國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410073）

在近幾年的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，有同學(xué)在學(xué)習(xí)中常常情不自禁地在想：我學(xué)的這部分內(nèi)容是“有用”的嗎？是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)嗎？對(duì)考試、對(duì)今后的工作是“有用”的嗎？這樣的想法不但困惑著許多同學(xué)，甚至也困惑著我：我教的這些知識(shí)對(duì)學(xué)生的考試和今后的工作有直接的幫助嗎？我需要對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行精挑細(xì)選，過濾掉那些“沒用”的知識(shí)以提高學(xué)習(xí)的效率嗎？我的一些“發(fā)揮”是不是浪費(fèi)了本就緊張的課時(shí)呢？這就比如說一根甘蔗，我是將其中的糖榨出來直接給學(xué)生呢，還是教會(huì)學(xué)生怎樣去吃甘蔗呢？這樣的糾結(jié)在目前課時(shí)比較緊張的情況下顯得尤為突出。

在第一節(jié)課，我就告訴同學(xué)們，到了大學(xué)階段，物理學(xué)的學(xué)習(xí)與高中階段不同，不但要學(xué)習(xí)系統(tǒng)的理論知識(shí)，更應(yīng)該探求公式、定理背后的“物理”，也就是這個(gè)世界運(yùn)動(dòng)的根本道理，來完善我們的世界觀，也鍛煉思考和認(rèn)識(shí)世界的能力。打個(gè)比方說，如果說以前物理學(xué)就像是一位漂亮的姑娘，她美麗的容貌吸引我們了解她，那么到了大學(xué)階段，我們不光要了解她的外表，更應(yīng)該去探究她的內(nèi)心，她迷人的氣質(zhì)和深邃的思想才是長(zhǎng)久吸引我們的真正魅力所在。要把物理當(dāng)作一門學(xué)問來學(xué)習(xí)和研究，而不僅僅是一種未來工作的工具，這也是大學(xué)治學(xué)所應(yīng)該具有的一種精神。在這一階段，應(yīng)該更多地徜徉在廣闊的知識(shí)森林里去發(fā)現(xiàn)更多的精彩和美妙，發(fā)現(xiàn)自己的興趣，而不是試圖去找一條“有用”的路徑來盡快地穿過迷宮到達(dá)彼岸。走這樣的“捷徑”看似效率高，但也就意味著可能失去一些發(fā)現(xiàn)更多精彩的機(jī)會(huì)。因此如果僅以考試和今后的工作作為目標(biāo)的話，當(dāng)然就會(huì)覺得很多學(xué)習(xí)內(nèi)容是“無用”的、效率低的。在科學(xué)技術(shù)不同領(lǐng)域交叉融合發(fā)展趨勢(shì)越來越明顯的今天，這種只見樹木，不見森林的短視現(xiàn)象是制約創(chuàng)新能力的一個(gè)大的因素。

美國近代物理學(xué)大師、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者費(fèi)曼在給學(xué)生上課時(shí)曾經(jīng)說過：“請(qǐng)?jiān)试S我說明我講這門課的主要目的。我的目的不是教你們?nèi)绾螒?yīng)付考試，甚至不是讓你們掌握這些知識(shí)，以便更好地為今后你們面臨的工業(yè)或軍事工作服務(wù)。我最希望的是，你們能夠像真正的物理學(xué)家一樣，欣賞到這個(gè)世界的美妙。物理學(xué)家們看待這個(gè)世界的方式，我相信，是這個(gè)現(xiàn)代化時(shí)代真正文化內(nèi)涵的主要部分。也許你們學(xué)會(huì)的不僅僅是如何欣賞這種文化，甚至也愿意參加到這個(gè)人類思想誕生以來最偉大的探索中來?！笨梢?，對(duì)物理學(xué)的欣賞和探索應(yīng)該是本科階段學(xué)習(xí)的一個(gè)主要?jiǎng)恿湍繕?biāo)。

有學(xué)生曾跟我說過：“有些內(nèi)容太‘物理’，看起來離一些具體的科研工作，特別是離那些前沿的科學(xué)比較遠(yuǎn)，因此不清楚‘有什么用’?！?/p>

舉個(gè)例子來說，人們對(duì)宇宙的探索，在很多人眼中就是一種典型的“無用”，探索那些極其遙遠(yuǎn)的星星除了滿足我們的好奇心外似乎對(duì)實(shí)際的生活沒有什么用處?？墒牵瑥娜祟惖陌l(fā)展史不難發(fā)現(xiàn)，從古至今，人們從來就沒有停止過對(duì)宇宙的思考和探索。每當(dāng)掌握了新的知識(shí)，人們就會(huì)迫不及待地重新去認(rèn)識(shí)和解釋我們的宇宙。遠(yuǎn)古時(shí)的圖騰崇拜是人們無法解釋世界時(shí)的一種猜測(cè)和信仰。到了古代，智者以有限的經(jīng)驗(yàn)以及哲學(xué)去思考宇宙的組成和運(yùn)行規(guī)律。到了牛頓開創(chuàng)了經(jīng)典力學(xué)后，人們終于具備了強(qiáng)有力的科學(xué)理論依據(jù)去研究天體的運(yùn)行，宇宙學(xué)和天體物理學(xué)成為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)。到了19世紀(jì)，當(dāng)克勞修斯提出了熱力學(xué)第二定律和熵的概念后，就馬上把它推廣到整個(gè)宇宙而提出了宇宙的熱寂說，推測(cè)宇宙的最終命運(yùn)，認(rèn)為宇宙將走向一個(gè)毫無生機(jī)的平衡態(tài)，引起了科學(xué)家長(zhǎng)久以來的爭(zhēng)論。到20世紀(jì)，科學(xué)家在相對(duì)論以及實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的基礎(chǔ)上提出了宇宙的大爆炸理論。而在當(dāng)代，運(yùn)用量子力學(xué)、粒子物理、相對(duì)論以及最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置（如用來尋找“上帝粒子”的歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)）等來研究宇宙的起源是目前最前沿的研究領(lǐng)域。這些研究若以一般的目光來看耗資巨大卻似乎沒有多少用處。

今年4月5日，由諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者丁肇中領(lǐng)導(dǎo)的用于尋找宇宙暗物質(zhì)的阿爾法磁譜儀項(xiàng)目發(fā)表了首批結(jié)果。有記者曾經(jīng)問丁肇中，這個(gè)花費(fèi)了巨額資金以及十余年時(shí)間的項(xiàng)目能帶來什么經(jīng)濟(jì)價(jià)值，丁肇中回答“不知道”；這個(gè)項(xiàng)目最后能否成功地發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)，他的回答依然是“不知道”。在他看來，這個(gè)項(xiàng)目的用處就是滿足物理學(xué)家的興趣和好奇心，對(duì)未知世界的探索就是他們的動(dòng)力。

其實(shí)，這些看似無用的研究卻恰恰有著巨大的作用。首先，物理學(xué)家始終保持著對(duì)未知世界的孜孜探索，始終向往著對(duì)真理的追求，并且苦在其中、樂在其中。這種精神本身就是推動(dòng)人類文明進(jìn)步的寶貴財(cái)富。其次，這些前沿探索能夠極大地推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。如果不理解阿爾法磁譜儀項(xiàng)目能夠帶來什么有用的成果，那么就回頭看一看牛頓時(shí)代。當(dāng)時(shí)人們也如我們現(xiàn)在一樣看不到對(duì)天體的研究會(huì)帶來什么有用的東西，可現(xiàn)在的人類不是實(shí)現(xiàn)了飛天的夢(mèng)想，并且已經(jīng)在考慮到火星去旅行了嗎？沒有那時(shí)的探索，怎會(huì)有今天的成就？因此，如果沒有長(zhǎng)遠(yuǎn)的目光，只研究那些眼前能夠看得到的東西，也許就會(huì)錯(cuò)過更多的機(jī)會(huì)，也不會(huì)創(chuàng)造出機(jī)會(huì)。

我在近三年教授“熱學(xué)”課程，對(duì)象是物理、光電專業(yè)的大一年級(jí)本科生?！盁釋W(xué)”是基礎(chǔ)物理學(xué)系列課程（包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)和原子物理學(xué)）的第二門專業(yè)必修課程。教材選用南京大學(xué)秦允豪教授編著的《熱學(xué)》，該教材2011年被評(píng)為普通高等教育精品教材。其一大特色是就是在基本的教學(xué)內(nèi)容之外撰寫了大量的選讀內(nèi)容，涉及許多與熱學(xué)相關(guān)的前沿領(lǐng)域。例如宇宙大爆炸與宇宙演化理論、暗物質(zhì)、暗能量等，與熱力學(xué)第二定律和熵有關(guān)的內(nèi)容則介紹了宇宙的熱寂說、生命科學(xué)、信息科學(xué)與熵的聯(lián)系，又如地球環(huán)境演化與熱學(xué)的關(guān)系等。這些內(nèi)容并不太具體，甚至看起來有點(diǎn)“科普”的味道，但卻大體勾勒出了現(xiàn)代物理學(xué)基本的輪廓和進(jìn)展，有利于學(xué)生對(duì)物理學(xué)整體面貌的了解，也避免了太“專業(yè)”的公式使得選讀內(nèi)容晦澀難懂，這對(duì)于學(xué)生視野的拓展非常有幫助。

照理說，這本教材呈獻(xiàn)給學(xué)生的是一片美麗的森林，讀這樣的書應(yīng)該是一種享受。不過，從實(shí)際的教學(xué)情況來看，效果并不理想。對(duì)于選學(xué)和選讀內(nèi)容，很少有學(xué)生去認(rèn)真閱讀，查閱相關(guān)資料。究其原因，首先是缺乏輕松、自由的學(xué)習(xí)氛圍。在多年的應(yīng)試教育中，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣沒有培養(yǎng)起來，學(xué)生更關(guān)心的是教材的哪些內(nèi)容是考試的重點(diǎn)，沒有學(xué)習(xí)的濃厚興趣。其次是學(xué)習(xí)時(shí)間的緊張。目前學(xué)生課下自習(xí)的時(shí)間越來越少，而且有很多課余時(shí)間被許多“有用”的競(jìng)賽等活動(dòng)占用，導(dǎo)致學(xué)生興趣為導(dǎo)向的主動(dòng)學(xué)習(xí)較少，而且這種情況有加劇的趨勢(shì)。再次是授課時(shí)間的緊張?！盁釋W(xué)”課程在前幾年的課時(shí)是26學(xué)時(shí)。由于課時(shí)少，不得不對(duì)內(nèi)容進(jìn)行精心挑選，還要對(duì)課堂教學(xué)精心設(shè)計(jì)，以保證基本理論的學(xué)習(xí)以及授課過程的順利進(jìn)行。與前沿進(jìn)展聯(lián)系緊密的內(nèi)容無法作詳細(xì)的探討，選學(xué)、選讀內(nèi)容就更難以在課堂上介紹了，這在客觀上更加給學(xué)生一種選讀內(nèi)容無用的印象。物理學(xué)的一個(gè)特點(diǎn)是發(fā)散性，課時(shí)少使得教學(xué)過程中介紹拓展內(nèi)容顯得捉襟見肘，對(duì)科學(xué)前沿與教學(xué)內(nèi)容的講解不夠詳細(xì)和深入，對(duì)提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣也是不利的。在與其他的教員討論這個(gè)話題的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)也有類似的情況，講課時(shí)常常有惜時(shí)如金的感覺，生怕一些即興的發(fā)揮耽誤了計(jì)劃好的課堂設(shè)計(jì)。在這樣的情況下，難以保證課堂有個(gè)輕松、活潑的教學(xué)氛圍。今年增加到了36課時(shí)，緊張的氣氛稍有緩解。

克服這些困難，首先要培養(yǎng)學(xué)生廣泛閱讀的興趣，廣泛的涉獵是創(chuàng)新的源泉。例如德國的醫(yī)生邁耶通過對(duì)人體血液與氧的作用的觀察在 1842年提出了功熱的轉(zhuǎn)化原理并提出了能量守恒的思想。1948年信息論的創(chuàng)始人香農(nóng)將熵的概念引入到信息論中提出了信息熵。近代著名的物理學(xué)家和天文學(xué)家伽莫夫是宇宙大爆炸理論的提出者和完善者，還提出了DNA中的遺傳密碼的設(shè)想。他同時(shí)也是一位著名的科普作家，他的《物理世界奇遇記》至今仍是最流行的科普讀物，幾代人在這本書的影響下走上科學(xué)之路。這些例子都表明廣泛的興趣和積極的思考都是創(chuàng)新的源泉。雖然基礎(chǔ)物理學(xué)課程分為力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)以及原子物理學(xué)等，但大多數(shù)研究都是這些學(xué)科領(lǐng)域的綜合。從更大的范圍來看，學(xué)科之間的交叉正在成為趨勢(shì)，比如生物物理學(xué)、化學(xué)物理學(xué)、信息物理學(xué)、量子信息與量子計(jì)算等。沒有廣泛的興趣和涉獵，沒有發(fā)散的思維，又如何去產(chǎn)生或進(jìn)入這些活躍的交叉領(lǐng)域？

其次，革新教學(xué)模式?，F(xiàn)有的教學(xué)模式，多以老師講學(xué)生聽的形式為主，這種模式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。有許多老師在探索和嘗試研究式教學(xué)和討論式教學(xué)，目的就是要將學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情釋放出來。這些教學(xué)模式就是要讓學(xué)生學(xué)會(huì)咀嚼甘蔗，而不是把糖直接給他們。在今年的熱學(xué)課上，我組織學(xué)生上了一次討論課。題目源于今年3月21日《瀟湘晨報(bào)》的一則報(bào)道：長(zhǎng)沙有位肖師傅發(fā)明了一種高爾夫球車，利用壓縮空氣為車子提供動(dòng)力。我讓物理和光電專業(yè)的學(xué)生各自組織一支六七人的團(tuán)隊(duì)，利用課上學(xué)過的熱學(xué)知識(shí)來判斷采用壓縮空氣動(dòng)力的車子能否達(dá)到報(bào)道中提到的每小時(shí) 30km的速度以及充一次氣能行使 100km的里程。這次課的效果非常好，學(xué)生的積極性高漲，光電專業(yè)的學(xué)員甚至由于報(bào)名的人太多而組織了兩個(gè)隊(duì)。通過半個(gè)月的準(zhǔn)備，兩個(gè)隊(duì)都查閱了很多相關(guān)的資料，從熱力學(xué)原理的應(yīng)用，到空氣壓縮動(dòng)力車的原理、汽車功率平衡的演算，再到環(huán)保問題的討論等，兩個(gè)隊(duì)進(jìn)行了各自的闡述和相互的提問，可以看出學(xué)生是作了充分的準(zhǔn)備。由于是學(xué)生對(duì)學(xué)生講，討論的氣氛濃厚而熱烈。討論課達(dá)到了預(yù)期的目的：既聯(lián)系了課堂教學(xué)的內(nèi)容，也鍛煉了學(xué)生收集、整理資料的能力以及交流和表達(dá)的能力，讓學(xué)生真正地自己咀嚼甘蔗吸收糖分。盡管討論課模式仍然存在許多需要改進(jìn)的地方，例如題目的選擇、討論的形式及進(jìn)程的把握、如何分配講授課時(shí)和討論課時(shí)等。討論課如何進(jìn)入對(duì)學(xué)生的考核和評(píng)價(jià)也是需要研究的。不過討論式、研究式的教學(xué)方式無疑是一種值得探索和發(fā)展的方向。

再次，改革考試模式也是需要探索的課題。考試的模式很大程度上左右著學(xué)生學(xué)習(xí)的方式和態(tài)度，是培養(yǎng)學(xué)生良好學(xué)習(xí)習(xí)慣的重要因素。具有標(biāo)準(zhǔn)答案的考題往往使學(xué)生只去學(xué)習(xí)那些“有用”的重點(diǎn)內(nèi)容，而具有開放式答案的考題則能考查學(xué)生更寬的知識(shí)和能力，也引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

最后，將本文的話題發(fā)散一下。在當(dāng)前的中國，粗放式的發(fā)展正在遭遇“中等收入陷阱”的威脅。要可持續(xù)發(fā)展，就需要社會(huì)管理、經(jīng)濟(jì)模式和科學(xué)技術(shù)的革新和升級(jí)。此時(shí)，創(chuàng)新的精神和能力尤其重要。當(dāng)沒有前人的車轍供我們借鑒哪些方向是“有用”的時(shí)候，就要靠自己從那些“無用”中找到“有用”。這時(shí)擺在我們面前的就不是糖而是甘蔗了，要學(xué)會(huì)自己去咀嚼甘蔗。諾貝爾文學(xué)獎(jiǎng)獲得者莫言在諾貝爾頒獎(jiǎng)晚宴上的致辭中說：“文學(xué)和科學(xué)相比較的確是沒有什么用處。但文學(xué)的最大用處，也許就是它沒有用處?！逼鋵?shí)，和文學(xué)一樣，著眼于“用處”的科學(xué)研究不會(huì)具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的“用處”。在目前浮躁的社會(huì)心態(tài)下，急功近利的教育正在制約創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。大學(xué)教育的改革，應(yīng)該呼喚“朝聞道，夕死可矣”的求索精神，提倡自由探索和思考的獨(dú)立精神，創(chuàng)造寬容和包容的學(xué)習(xí)與學(xué)術(shù)研究氛圍。

透過生平的各種錯(cuò)誤傾向，才終于弄清楚我打算去做的那些事情。

——歌德

[1] 秦允豪. 從物理現(xiàn)象著手教好活的物理學(xué)——談2011年國家級(jí)精品教材《普通物理學(xué)教程熱學(xué)》第3版和2005年國家級(jí)精品課程熱學(xué)[J]. 物理與工程, 2013(23): 6-15.

[2] 秦允豪. 普通物理學(xué)教程 熱學(xué)[M].3版. 北京: 高等教育出版社, 2011.

[3] 趙凱華，羅蔚茵. 熱學(xué)[M].2版. 北京: 高等教育出版社, 2005.

[4] Aguilar M, Alberti G, et al. Fvst result from the Alpha magnetic spectrometer on the international space station: Precision measurement of the positron fraction in primary cosmic rays of 0.5-350 GeV[J]. Phys. Rev. Lett., 110, 141102 (2013).