楊振寧的物理教育思想

[摘 要]楊振寧先生是摘取諾貝爾桂冠的第一位莢籍華人，他時刻關心著祖國的科技事業，深深思考著祖國高層次人才的培養問題。楊振寧認為物理學應該是有血有肉的“活”的科學，大學要克服專業教育模式的局限性，據此，他推崇通才教育，倡導歸納法和滲透性學習法，強調培養青少年的動手創造能力。楊振寧的物理教育思想，對我國高校物理教育乃至整個科學教育具有重要的指導意義。

[關鍵詞]楊振寧 物理學 教育思想

[作者簡介]韓良愷，南通師范學院物理系副教授(江蘇南通 226007)

楊振寧先生是中華民族的驕傲。1957年，年僅35歲的楊振寧先生與李政道因創立“宇稱不守恒”理論而獲得諾貝爾物理學獎，是摘取諾貝爾桂冠的第一位美籍華人。1986年，美國總統里根在華盛頓白宮授予他國家科學技術獎(美國對有卓越成就和杰出貢獻的科學家的最高獎勵)。此間，他又因與米爾斯(Mills)共同提出的“楊一米爾斯規范場”理論再次獲得諾貝爾獎提名，被譽為“是與愛因斯坦比肩的物理學家”。作為世界著名的物理學家，經常有學生問他：做物理工作成功的要素是什么?對此，楊振寧先生歸納為“三P”，即Perception，Persistence和Power。Perception指眼光，看準了什么東西要抓住不放；Persistence指堅持，看對了要堅持；Power指力量，有了力量，就能闖過難關。他說：“如果一個物理學家有眼光，能堅持，而又有很大的力量，那么我想他的成功的可能性就很大?！睏钫駥幭壬鷳阎鴮ψ鎳臐M腔熱情，不僅時刻關心著祖國的科技事業，而且深深思考著祖國人才的培養和教育的改革與發展，尤其是他對物理教育提出的許多真知灼見，發人深省，值得我們認真研究吸取。

一、物理學應該是有血有肉的“活”的科學

如何看待物理學，這是物理教育必須回答的首要問題。楊振寧先生經過幾十年的物理學研究和教學，產生了自己的獨到見解。1983年，楊振寧先生在香港中文大學20周年校慶紀念講座上回顧自己做學生、做研究、做教師的經歷，其中就提到1971年他回國后的一個感受：“我最近這些年常常到中國訪問，發現中國的大學所教的課程往往是非常之深的。有所謂‘四大力學’。每一個大學物理系的學生都要花很長的時間去念這四門艱深的理論課?！拇罅W’是不是重要的呢?當然是重要的。沒有人能否認‘四大力學’是物理學的骨干。不過，物理學不單只是骨干。只有骨干的物理學是一個骷髏，不是活的。物理學需要有骨頭，還需要有血、有肉。有骨頭又有血肉的物理學，才是活的物理學?！焙髞?，他在北京和上海也都講過這一點。

楊振寧先生非常關心祖國科技人才的培養，擔任著國內許多大學的名譽教授，如清華大學、北京大學、南京大學、南開大學、上海交通大學、中國科技大學、華中科技大學等，給大學生和研究生親自授課。1986年5～6月，楊振寧先生應邀來到中國科技大學，給研究生上了五次課，內容涉及中子干涉、阿哈羅諾夫一博姆(Aharonov—Bohm)效應、磁通量量子化、全息照相(holography)、自由電子激光和準晶、高能彈性散射、狄拉克磁單極與纖維叢、非阿貝爾(P．A．Abel)規范場等。他這次授課的目的非常明確：一是將自己感興趣的知識介紹給大家，這些理論還在發展中，有的理論20年內還會有大發展，它們吸收了20世紀物理學的真精神；二是希望大家通過他的選題了解到，在物理學中所追求的應該是新的東西，提倡對新的東西、活的東西、與現象直接有關的東西發生興趣。他說：“這種趨向和中國過去幾十年物理教學的精神不一樣。我認為這種情況是急于需要改變的。不客氣點說，中國過去幾十年念物理的養成了念死書的習慣。整個社會環境、家長的態度、報紙的宣傳都一貫向這個方向引導。其結果是培養了許多非常努力，訓練得很好，知識非常扎實的學生，可是他們的知識是片面的，而且傾向于向死的方向走。這是很有害的?！闭缬腥怂f的那樣：“作為物理學家的楊振寧先生離我們大多數人實在過于遙遠，我們永遠無法感同身受，作為思想家的楊振寧先生則可以給所有熱愛思考的人以力量?！狈磸脱凶x這些論述，我們會從中獲得許多啟示。

楊振寧先生注意到，我國高校中有很多學生在學習中已形成了一種印象，以為物理學就是一些“演算”。其實，演算僅僅是物理學的一部分，而且不是最重要的部分。絕大部分物理學是從現象中來的，現象是物理學的根源。物理，物理，以物講理嘛!他以自己的導師、芝加哥大學著名的物理學家費米(Eico Fermi)和泰勒(Edward Teller)為例子證明，一個人不與現象接觸不一定不能做重要的工作，但是他容易誤人形式主義的歧途，他對物理學的了解不會是切中要害的。在這次講座中，他重提在香港中文大學的報告，認為國內大學物理系中所謂“四大力學”把學生壓得透不過氣，他強調“有血有肉的物理學才是活的物理學”，并具體建議科大的研究生看美國的《Physics Today》，因為它常常介紹物理學的新進展。他說：“如果一個物理系對于近兩三年《Physics Today》上的報道逐期有一個討論會的話，可以說這個物理系是消息相當靈通的?！痹诰W絡時代，科技信息本應傳播得更快，但我們做得如何呢?究竟怎樣去改革物理教學?這里確實有許多問題需要得到解決。

二、推崇通才教育

楊振寧先生在香港《大公報》復刊慶祝會上討論“中國知識分子與國家前途”時，曾講了七個問題，其中第四個問題專門談到專業教育模式，對我們很有啟發。

我國在1949以后相當長的一段時間內，借鑒前蘇聯的教育模式，大學教育側重專業發展，每一個系里面有很多專業，一個學生選了一個專業以后，轉系根本談不上，就是從同系中的一個專業轉到另一個專業也非常困難。學生畢業以后，根據計劃安排工作，要想調動工作，自然十分困難。楊振寧先生覺得這一辦法毛病非常之多，專業教育尤其是規定很多、很嚴的專業教育，不能夠有效地發揮一個青年學生的愛好和能力。他指出：“在我所熟悉的研究領域里，有很多很多的例子告訴我們，確實有許多人，他們的成就，就是因為沒有人做過的，是從前的人所沒有做過的。既是從前沒有人做過的，那就代表今天根本沒有這些專業，把學生們都限制到狹窄的既有專業中是很不好的?！?/p>

楊振寧先生特別為大家舉了一個例子。他說，在物理學和數學上面，有一個很新的領域，這就是“混亂現象”理論中關于“湍流”的研究。假如水在管子里面流，流得很慢時，是很平穩的層流。怎樣從平穩的層流變成一個湍流，是100多年來物理學家非常注意的問題，可是一直沒有完全解決。但20世紀70年代麻省理工學院有一個研究生費根邦(Figenbaun)圓滿地解決了這個問題。然而，費根邦念大學時，并不是一個杰出的學生。他喜歡玩計

算機，口袋里一直裝著一部小計算機，整天都弄著。他先后在康奈爾大學和洛斯阿拉莫斯(LosAlamos)實驗室做研究，由于他在計算機上的反復計算，對于層流轉換成湍流的現象，終于得出了一個新論點，這一點產生出來的一個數據，現在已經叫“費根邦數據”，將來很可能變成像“3．1416”那樣的重要。費根邦的工作介于計算機、物理學和數學之間，假如一個人只做這三樣中的一樣，那么很難想像他會得出費根邦那樣的結論。

實際上，他自己就是一個博學多才的杰出人才。楊振寧先生鐘愛數學，他曾說過：“我的大多數物理學同事都對數學采取一種功利主義的態度?；蛟S因為受父親的影響，我比較欣賞數學。我欣賞數學的價值觀念，我欽佩數學的美和力量；在謀略上，它充滿了巧妙和紛雜；而在戰略上充滿驚人的曲折。除此之外，最令人不可思議的是，數學的某些概念原來竟規定了統治物理世界的那些基本結構?！彼潜臼兰o最偉大的物理學家之一，但對數學家而言，楊振寧先生以楊一米爾斯理論(Yang—Mills theory)和楊一巴克斯特方程(Yang—Baxter equation)而著稱。國內研究楊振寧先生的專家謝揚舉認為，“楊先生絕非蝸居物理學象牙塔里的人，他是歷史上不可多得的那種具有哲學性質的思想家型的科學家，對自然現象以外的人與社會、科學與人文、中西文化、知識與思想、教育與歷史等對象和問題，楊先生都有認真的關注和切實的思考”。楊振寧先生旁征博引，其講演充滿感染力，尤其是經常將中國古典詩詞和西方詩歌對譯，人文色彩很強，給每一個聽眾都留下了很深的印象。

楊振寧先生認為，像費根邦這樣的才能，在一個專業體制的大學教育之下很難發揮出來。因為近代科學技術發展的方向非常之多，同一個學科里面就會分出來很多分支。物理學中大約有15個很重要的枝節，這15個枝節之中，有很多都是在30年前不存在的，這就表示科技正在蓬勃地向新的領域進展。所以，通才教育是科學綜合化的必然要求。

三、倡導滲透性學習方法

在著名科學家中，楊振寧先生是對學習方法問題發表見解最多的人。他沒有亦步亦趨地跟在學習理論家后面，也沒有主觀臆斷，而是不斷總結自己學習和研究的經驗，提出自己的主張。比如，他把學習方法劃分為“推演法”(有時也稱“演繹法”)和“歸納法”。他說，在西南聯大，他跟吳大猷研習分子光譜學與群論之間的關系，研習的方法主體是推演法，即是從數學推演到物理的方法。而泰勒著重的是歸納法，是從物理的現象引導出數學的表示。歸納法的起點是物理現象，從這個方向出發，不易陷入形式化的泥坑。他曾說過：“在聯大我有了一個扎實的根基，學了推演法。到了芝加哥受到新的啟發，學了歸納法，掌握了一些新的研究方向。兩個地方的教育都對我以后的工作有決定性的作用?！?/p>

他在美國戴維斯對我國訪問學者和留學生談話時說，中國的理工科研究生來到美國以后，即使語言上吃了些虧，但學習成績卻很快就上去了，而且考試都是名列前茅?？墒沁^了一二年，開始做論文了，忽然大家好像研究工作做不下去了，感到沒有信心了。進而，他提出了一個令人深思的問題：“難道中國人的腦筋不宜午做研究工作，只宜于考試?是不是中國的訓練方法使他們不會做研究工作呢?”他認為，中國留學生之所以出現這種情況，是因為他需要走的路與他過去的學習方法完全不一樣，“在西南聯大的時候，給我的物理學打下了非常扎實的根基，我把這種學習方法取名叫演繹法。什么叫演繹法呢?就是從大的原則開始，從已經了解了的最抽象、最高深的原則開始，然后一步一步推演下來。因為有這個原則，所以會推出結果”；“到了芝加哥大學以后很快就發現芝加哥物理系的研究方法跟昆明的完全不一樣。費米和泰勒他們的注意點不是最高的原則，這并不是說他們不懂最高原則。這些是已經過去的成就，他們不會忘記，可是這些不是他們眼中的東西。他們眼光中隨時注意的東西常常是當時一些新的現象，而他們的研究方法是先抓住這些現象，然后從這些現象中抽出其中的精神，可以用過去的基本的最深的原則來驗證。我把這取名叫做歸納法”?？梢?，中國高校物理教學的方法，對畢業生從事科學研究是有一定妨礙的，急需得到改進。

楊振寧先生還把學習方法分為“按部就班學習法”和“滲透性學習法”。他發現，由于受儒家教育思想和中國傳統教育方法的熏陶，一步步地教，一步步地學，很守規矩，這是從幼兒時代就有的影響。中國留學生也普遍慣用按部就班學習法，習慣于“知之為知之，不知為不知，是知也”的古訓，習慣于從最基礎的知識學起，把打基礎看得異常重要。如果遇到新東西，一旦看不太懂，就再也不敢問津。而在知識更新速度空前加快的今天，世界的知識總量每5年就增加一倍，僅科學論文一項，全世界范圍內每一天即有2萬余篇在正式刊物上發表。面對新知識的汪洋大海和與日俱增的新學科領域，如果一味地堅持采用按部就班學習法，其結果必將嚴重阻礙自身知識的更新，把許多極有價值的信息拒之門外，更不用說進入新的富有發展前景的學科領域。

楊振寧先生還注意到，物理界有許多人在校學習成績很好，但過了二三十年，差別卻很大，有人出了大成就，有人還默默無聞。這里有能力問題，但不是主要的，最重要的是會不會選擇正確的研究方向。如果你在做研究生時，掌握了兩三個在5—10年內有大發展的方向，就一定有前途。相反，如果選擇的是強弩之末，你就不會有大前途。如何掌握住方向呢?這就需要“睜大眼睛”仔細了解。他建議“每星期抽一定時間去圖書館，特別是系里的圖書館去亂看看，瀏覽一下?！炊嗔艘院?，你就能掌握住你那個領域的發展方向”。這就是他倡導的“滲透性學習法”。在不同的場合，他多次倡導中國留學生，不要怕不按部就班的學習法，不要怕滲透性的學習法。因為很多東西常常在不知不覺中，經過一個長時期的接觸，就自己也不知道什么時候已經懂了。

四、注重培養青少年的動手創造能力

由于受傳統教育觀念和應試教育制度的影響，從小學、中學到大學的層層考試，使得大多數學生過分注重書本知識和考試成績，忽視動手創造能力。與西方各國尤其是美國的同齡人相比，我國青少年的動手創造能力是很差的。少部分有動手創造天賦的青少年，也往往因為考分不高而被大學拒之門外，因此一生難有作為。這一狀況，引起了楊振寧先生深深的憂慮。深諳西方科技創造發明史的他十分清楚，世界上幾乎所有的創造發明都離不開人的動手創造能力，即使是一些高深的理論問題，也往往需要由實驗來證明。他與李政道提出的“宇稱不守恒”理論，就是經著名的實驗物理學家吳健雄女士進行了嚴謹的物理實驗證明以后，才獲得諾貝爾獎的。

楊振寧先生直言不諱地指出：“中國有不少學生，確實被引導到一個死的物理學、舊的物理學以

及跟實驗完全沒有關系的方向去了?！彼辉購娬{，物理學是一個多方面的學科，是一個活的學科，而不是一個死的學科；是一個新的學科，是一個跟實驗非常接近的學科，而不是整天在公式內打滾的學科。他在中國科協2000年年會上談到世紀之交的科學發展趨向時，認為新的學問與舊的學問之間有很大的區別，“今天面臨著以后30～50年的發展，整個世界知識的重心是從愛因斯坦的傳統的知識漸漸地向愛迪生所要求的知識方向轉移”。所以，隨著科技的轉型，動手能力培養的重要性將越來越大。

對這個問題，楊振寧先生的主張非常辯證。他說，不同的人，動手能力差別很大。比如他自己，經過18個月在芝加哥大學實驗室的工作，證明動手能力很弱。那時艾里遜實驗室有個笑話，說“凡是有爆炸的地方一定有楊振寧”。因而他充分發揮自己邏輯思維和理論思維的優勢，最終成為一位舉世聞名的理論物理學家。但有些人天生動手能力很強，如果給他一個環境，就可以發展成一個優秀的人才。他極力尋求讓動手創造能力強的青少年脫穎而出的途徑。經過他的努力，1985年設立了由香港實業家劉永齡先生出資，他任評委會名譽主任的“億利達青少年發明獎”，委托清華大學和上海交大分別主持京、滬兩地的評選。第二年，他在劉永齡先生的慷慨贊助下，又提議建立了“吳健雄物理獎”。原中國科學院院長周光召在頒獎大會上說：“在一次會議期間，楊振寧和我作了長時間的交談。在談到中國學生素質的時候，他說：中國學生善于考試，學生從小學到中學，再到大學，然后考研究生，再考CUSPEA，但是動手能力和創造性不夠。為了鼓勵中國學生的創造性，建議設立一項實驗物理獎，以鼓勵青年學生的創造性和動手能力?！边@兩項獎勵旨在鼓勵中國的青少年發展創造思維和動手能力，對于發現人才和推動我國高校的素質教育起到一定的作用。

楊振寧先生在談到他的回國觀感時曾說：“近七八年的變化使我感受到一個新的時代就要來臨，中國經濟的發展也必然會帶來教育方式上的一系列變革，總有一天，中國也會出現自己的愛因斯坦?！弊鳛橐晃宦劽澜绲慕艹隹茖W家，又在紐約大學石溪分校工作多年，楊振寧先生形成了一系列獨到的物理教育思想，對我國高校物理教育乃至整個科學教育具有重要的指導意義。只要我們堅持不懈地開展物理學教育改革，高校物理教育一定會迎來一個人才輩出的春天!(責任編輯：海文)