导读

赵凯华先生1930年5月26日降生于好意思国纽约，1946年考入北京大学物理系，1950年大学毕业后留校任教，开动了长达70年的大学基础物理教学生存。几十年来，赵先生一直活跃在物理造就阵线，教书育东说念主，著书立说，鼓励物理学造就改革，为我国物理学造就作出了罕见孝敬。

撰文 | 赵凯华

余出身世代书香，父母王人因学习获利优异登科官费留好意思。本东说念主自幼爱重念书。为了学好英语，我前后读了两个中学，都是训诲学校。按其时的说法，中学的主要课程是英 (语) 国 (文) 算 (学)，我样样都花了很大的元气心灵去学好。有东说念主问我，你的业余爱好是什么？很难陈诉。音乐吗？我五音不全；好意思术吗？我小时候画过一些画；戏曲吗？我概况抚玩少许京剧 (主若是传统剧目) ；体育吗？我年青的时候心爱玩玩球。那你最心爱的是什么？我可以用一个故事来证明。我在高中一年齿后的阿谁暑假，除了偶尔约几个同学到学校去玩篮球，都呆在家里，解了一百多说念几何难题。这是我最大的爱好。我念中学的时候，教学运筹帷幄是高一学生物，高二学化学，高三学物理。我念完高二时 (1946年) 恰好抗治服利后西南联大复员，三校络续在北平招生。我就想试一试，以同等学力报考 (细心：不是学历，那时招生不问学历) 。若何填志愿呢？(那时家长和老师都不插手，完全由学生我方决定。) 我最心爱的学科是数学和物理 (诚然我那时在高中还没学物理)，其时我想，学数学不行兼顾物理，学物理却可兼顾数学，于是我填的三个志愿是物理、物理、物理。没猜度高考一次掷中，决定了我终身的奇迹———物理学。

1950年我大学毕业，走上了教学职责岗亭。那时个东说念主的志愿和爱好已不行我方采纳了，但我心爱教学。施行上我在大学毕业前照旧有过少许教学资历。1948年国共内战，一批东北学生流一火北平。北大学生自治会发动志愿者为他们补课。我参加了，为他们补数学课。学生自治会还饱读动为北大的工东说念主上文化课，我也参加了。大学四年齿的时候我还兼过胡宁造就的助教，提醒电磁学。

底下将结合我方的资历从几个方面谈谈我对物理造就的看法。

1 物理教学的精深任务是成立一个个正确的物理观念

古代莫得物理学。古希腊有天然形而上学，也称物理学，那不是当代道理下的物理学。天然形而上学的宗匠是亚里士多德。他认为物体的通顺是靠外力因循的，亦即，力是和速率连系在通盘的，而不是与加快度连系在通盘。 在东说念主类领路的历史上“加快度”观念是一千多年后伽里略建立的。其实亚里士多德的不雅念亦然当代一个普通东说念主从小到大由我方的教训里酿成的不雅念，自愿地振荡过来是否也要经过上千年？裁减这个经由的惟一办法是学习物理学。但不是每个东说念主的想想都能转过这个弯，用我国当今的说法叫作念“想想改造”，不是那么容易的。我讲一个故事。我有一位一又友，Nachtigall (读作“纳赫替伽”) 造就，他是德国的首席物理造就群众。一次他来到北京，我到宾馆去看他，在客厅里一边喝茶，一边聊天。我国曾给他配了一位翻译，由于咱们两东说念主用英语交谈，翻译没事就坐在一边。Nachtigall造就认为，对物理的透露有两种，一种是操作性的透露，一种是骨子性的透露。他例如，他相识一位从香港到德国去的中医，身边带了一个补助针灸的小盒子，上头有两个旋钮，一个标称电压，一个标称频率。问这位中医对“电压”和“频率”这两个观念若何透露，他说，“电压”即是旋这个钮，“频率”即是旋阿谁钮。Nachtigall造就说，这即是操作性的透露。Nachtigall造就谈到这儿意思来了，薄情咱们就地作念个实验。他把坐在旁边的翻译叫过来。翻译大学里是学诡计机的，上过物理课，况兼通过了考试。Nachtigall造就一手提起茶杯盖高高举起，铁心后由另一只手接住。这时问翻译“茶杯盖的加快度是什么场地？”陈诉说“向下”。他又把茶杯盖朝上扔，对方的陈诉是“加快度朝上”。他和我都笑了，但翻译尴尬其妙，不知说念咱们在笑什么。番邦有位造就说，什么是素养？素养是学过后多年，大部分都忘了，剩下来的即是素养。看来，确切掌捏物理素养是绝交易的。 物理教学最伏击的任务是让学生确切确立起正确的物理观念，绝顶是对入门物理的东说念主。

物体的通顺是随时候变化的，电磁场的空间散播时常是不均匀的，这恰是丰富多彩天然征象的由来。昔日法拉第创立 电磁感应定律前前后后用了十年。开首当他得知奥斯特的电流使磁针偏转的实验后，他便想，磁铁反过来也应该产生电流。这是一个相当可贵的想法。当他把磁铁插入一个线圈时，只看到稍纵则逝的脉冲，却看不到连续的电流。这不符合他的预期。他的实验断断续续地作了十年，终于意志到是磁场的变化率产生电流。从“恒定”到“变化率”，迈出这一步绝顶坚苦。

本东说念主写稿此文时恰好武汉疫情爆发，天天断绝在家在网上看新闻，其中常常展现疫情发展的弧线。东说念主们温煦何时出现弧线的拐点。拐点意味着什么？是疫情发展速率为0吗？非也，拐点是疫情发展速率最大的时刻，此刻加快度为0。经济学里有个难解的观念，“ 边缘效应(marginal utility) ”，从数学的不雅点看，其实即是拐点效应：效益最大之时，即是效应衰减之始。咱们的中学物理课最大的症结是只强调物理量均匀不变的情形。这是因为受到数学的限制，不行用微积分。其代价是使学生对物理量时空变化端正不睬解，使得正确的物理观念难以成立。用弧线代替微积分来教师是一个可行的办法，我编写的中学物理教科书《新观念高中物理读本》一开动就大都接管弧线的纪律来推崇和锤真金不怕火关系的物理观念。 其实让高中生懂少许浅鲜的微积分亦然可行。在我读中学的期间，高中教少许或学生自学少许微积分，不是太个别的征象。当今的物理竞赛培训中，也会教少许微积分。

教学中学生常问，某物理量的物理道理是什么？问“能量”的物理道理，告诉他是“作功的才略”；什么是“作功”？是力乘位移，但力必须是平行位移场地的。一个东说念主在平路上挑着担子走30里，物理学家说他莫得作功。为什么不算垂直场地的力？其实，物理观念不是惟一的，不同的观念往往莫得正确与否之分，但有优劣之别。物理观念是为证明物理端正而建立的，好的物理观念可以抒发平常的物理端正，证明平常的物理征象。“功”之是以这样界说，是因为这样才能证明功能道理和能量守恒。我想对一个物理量的物理道理问题最根柢的陈诉，是这样界说概况简略而潜入地抒发某个天然端正。对于提醒和习题锤真金不怕火这里说的提醒指习题课、答疑和课外提醒。在北大常常是出一些观念上容易搞错的问题，让学生商议。为了使学生确切搞了了观念，出一些“罗网式”的问题把学生的乖张想法调出来。“文化大转变”时有学生贴大字报，说这是“以学生为敌”。非也，其实这是一种对革新观念乖张相当有用的纪律。我在课外给学生答疑的时候，发现学生有观念性乖张时，亦然这样作念的。因为学生的乖张观念只怕长短常强硬的。如果你正面陈诉他，他可能名义上接管了，考试时按你的想法陈诉，其实他心底里并不服，多年以后他照旧他。我的作念法是顺着他的想路提一些问题，把他提醒到一个连他我方都会合计非常的扫尾。在小打小闹的情况下他才会幡然省悟，谦虚听你的正面证明注解。此乃“不破不立”之谓也。在中学里有些老师对优秀学生的提醒有很好的教训。1991年上海学生王恬然得到国际奥林匹克物理竞赛的金牌，记者问他物理老师对他有若何的匡助，他说，老师对他的最大匡助是允许他不去听课。1995年陕西学生淤海涛获国际奥林匹克物理竞赛第又名。他在高一时参加过本省的化学竞赛。物理老师把他叫来说，我来培养你参加物理竞赛。办法是为他指定一些参考书我方去学，有问题时再来找老师。淤海涛来问问题时，这位老师并不屈直陈诉，而是反问一些问题。时常的情况是淤海涛不再问了，说我显明了。国际物理造就委员会主席Jossem造就也曾说， 最佳的老师概况让所教的学生嗅觉到我方是我方最佳的老师。话有些拗口，真谛是说， 概况培养学生自学才智的老师是最佳的老师。上文提到的两位老师都是最佳的老师。

学物理，作念习题是不可少的锤真金不怕火。但为了搪塞高考而采纳的题海政策是不可取的。培育习题锤真金不怕火效果最佳的作念法，是饱读动学生我方判我方的习题。判断我方的谜底是否正确有许多纪律，如从物理上看扫尾是否合理，用不同的解法是否得到不异的扫尾，倒过来算 (如用减法查对加法，用除法查对乘法) 是否规复，等等。这样，好的学生认为我方解题唯有两种扫尾，要么作不出，要么自信作念出来的扫尾详情是对的 (哪怕与法式谜底不符) 。也许还有第三种可能，认为题出错了。若老师不痛快，敢与老师申辩。在北大，培养参加国际竞赛的学生时还有另一种作念法，即是让他们我方编考题，之后同学们之间相互指摘。这些都是加强习题锤真金不怕火的高档技巧。

2 发展物理学的能源和培育学生的酷好

有一段时候里咱们曾被教导：科学发展的能源是分娩。这详情是差异的。施行上科学发展的能源是东说念主类的肄业欲和好奇心 (curiosity) 。功利的主见是有少许的，绝顶是对应用科学，而纯正科学发展的能源基本上是东说念主类的肄业欲。一个东说念主的肄业欲是随着他的常识增长而增长的。以我个东说念主为例。为什么我考大学时所填的三个志愿都是物理？诚然我高中里莫得学过物理，但浏览过家里订的杂志。印象最深的一次，是我看到一篇著述先容，从太阳光谱的分析得知，太阳的主要化学因素是氦。物理学能让咱们坐在地球上就能知说念天上的事，太奥妙了。我要学物理。大学三年齿的时候我已学过力学、电磁学、热学和光学，一度有过这样的想法，物理学我照旧差未几全懂了。不久开动上近代物理课，我才知说念，我还差得远呢。古希腊形而上学家芝诺有个比方：一个东说念主的常识领域是个圆，圆外是未知。常识越少，圆周越短，战役的未知越少，他就会自爱，以致于放肆；常识越多，圆周越长，战役的未知也越多，他就越谦善，肄业欲就越强。即是这个风趣！

学生有两类：喜爱物理的和歧视物理的。也有一批中间的，你教得好，他们可以心爱物理，教得不好，就歧视物理。好的教师应能培育学生对物理的酷好。要引起学生的酷好，不行单靠话语风趣或开打趣。某个老师话语很逗，跟说相声似的。过后学生只牢记见笑，但忘了老师想证明什么物理问题。是以讲见笑要围绕着物理的内容，隆起物理内容。关键的是老师要对我方讲的东西充满热诚。咱们教书多年，好多教师都有这样的感受：一朝上了讲台，就像一个演员插足了扮装，把我方融到要讲的物理环境内部，用热诚去感染听众，让他们感到被诱惑，随着你通盘推敲问题。教师讲某个问题时，最初我方要对这个问题很感酷好，用扮装抒发的情怀去感染学生。北大已故的黄昆造就，在1952年和1953年的时候给一年齿上普通物理大课。好多听过黄先生的课的学友回忆起来，说黄先生上课时，从不讲见笑，一上来就讲主题。但是同学的响应是，只消黄先生一启齿，我方的细心力就透顶汇集到他那边了，然后就一步一情势随着他的想想走。他们说听黄先生讲课是很大的享受。由于大班讲课的局限，黄先生很少跟同学调换，即是一齐这样讲下来。全球一齐随着他走下来，到了下课时候，都合计时候过得不长。听他的课不仅学到常识，还学到了想想纪律。

考上大学的理科生，多是中学里的杰出人物，他们对物理，绝顶是近代物理的各式高兴东说念主心的竖立满怀酷好。如果进得大学门来，两年之内尽和一些滑轮、斜面和经典电路之类的东西打交说念，他们会不会感到失望？然而物理最新扫尾的内容很深，无法给低年齿学生讲懂。一次我在德国侦查教学时听了一位造就给刚入学的一年齿学生讲力学课。他在讲摩擦力时连系到超流征象。课后我问他，你讲这些学生能懂吗？他说， 有些内容学生可以不懂，但不行不知说念。在这个想法的启发下，我把我教课的内容分为基本和膨胀两个部分， 基本部分学生必须透露和掌捏，膨胀部分仅仅为了扩大眼界，听听就算了，可以不懂。这少许我国的学生很不习气，老师一讲到这些内容时，学生就要问：“这个考不考？”我的教训是讲前预先声明，下边要先容的一些内容是不考的。学生一下子就释怀了，就专心来听，懂若干算若干，酷好也来了。1993年我讲力学课的时候，学生在造访表上响应，赵老师讲的课很引发酷好，但我不行全懂。三年后，到了他们四年齿的时候咱们作念了一次追踪的造访。他们响应，说其时听赵老师讲的时候有的问题我不懂，然而引起了我极大的酷好，以后几年学后继课的时候，我带着不懂的问题去学，把问题搞懂了。带着问题学，比带着一张空缺纸去学遵循要高得多。有些学生还说，当今要毕业了，有些问题还不懂，今后有契机我还但愿把它搞懂。

3 物理教师的自我修养

我体会，搞好教学职责，除了对学生细密的敬业精神和基本的抒发才智除外，最主要的即是对课程内容透露的进程要深一些，对于基础课来说尤其如斯。基础课的内容诚然浅，对教师的条件却更高。东说念主们常说，给学生一杯水，教师需要有一桶水。但这不粗拙是数目问题，关键在于索要。不要以为唯有科学研究需要钻研，教学也需要钻研。咱们年青的时候，同业间曾以郭沫若“丝、蜜、奶、漆”的譬如相饱读动：

蚕食桑而吐丝，蜂采花而酿蜜。牛吃草而出奶，树吸壤而生漆。

破其卷而取神，吮其精而去粕，融寰宇之万有，凭呕心之创作。

杜甫说：“念书破万卷，动笔如有神。”这个“破”并非要把册本翻烂了，盖破其卷而取其神也，以达到交融领略的意境。

行为一个教师，不仅要向册本学习，向文件学习，向同业师友学习，还要向我方的学生学习。教师被学生问住是常有的事，这会促使教师深入想考。只怕学生还会给出老师未始猜度的好陈诉。“敩学相长”此之谓也。我本东说念主在这方面深有体会。

4 物理造就是最伏击的科学素养造就

物理学是惟一的一门表面和实验高度结合的精密科学。物理学中有一套最全面最有用的科学纪律。当今物理学的观念、道理和纪律已被欺诈到化学、生命科学、地学等通盘天然科学中，以致浸透到经济学、社会学等社会科学，产生了十分积极的效果。物理学是20世纪以来最伏击的高档工夫的原能源。最伏击的科学素养包含在物理学的基本观念、基本道理和基本纪律之中。物理课是科学素养造就最伏击的阵脚。

什么是科学素养？或者问，什么是科学？“科学”一词，英文是science，德文是Wissenschaft，都含有常识和聪慧的真谛，日本东说念主把它翻译成“科学”，即分科的学问。请教“科学精神”是什么，说是分科的精神，岂不滑稽。北大初创时，叫“格致学”，格物而致知，相比更接近“赛先生”的本意。可惜自后随了日本，改成“科学”，延用到今天。我认为，科学的基本理念是两条：感性想维 (顺应逻辑) 和尊重实验，从而也就不屈从权势，不迷信泰斗。 科学的命题必须是概况由实验来证伪 (falsify) 的。这是真伪科学的分野。为什么说“证伪”而不说“阐明”？因为若干个正面的事例也不行保证今后不出现一个反例，而一个反例就足以含糊它，是以表面是不行完全被阐明的。为什么条件能用实验来证伪？假如有东说念主声称：天下上有阴灵，你若何用实验来证伪？天主的存在既不行实考据实、也不行实考据伪，这些都不是科学命题，那是信仰。形而上学的命题许多亦然不行用实验来证伪的。如果概况用实考据伪而不承认，那是伪科学。尊重实践考验，这是科学家最伏击的素养。

学物理的东说念主责罚问题的想路和别东说念主不一样。大学本科生作念少许科研是很好的锤真金不怕火，有一次我把北大物理系三年齿的几个学生交给宋菲君 (北大物理系60级学友，大恒公司总裁) 作念点研究。 一个芯片有四十几条腿，必须在归拢个平面上接管焊合。通过活水线时及格与否，必须在几秒钟内得到判断。办法天然是光学的，数据要经诡计机责罚。同学们的任务是编这个要领，同期公司的工程师也在编。很快要领都编出来了，但物理系学生编的要领有个特点，他们用胡克定律把管脚在重力场中的弹性形变也推敲进去了。杨再石 (北大物理系59级学友，高教出书社总编) 曾给我讲了一个故事。一个星期天，他学物理的犬子和另一个学诡计机的孩子在他家里玩。他出个题目，把多体面的足球烯在诡计机屏幕上显现出来，视角场地可以动掸。两个孩子很快都把要领编出来了，效果都可以。但侦查两东说念主的作法，想路是不一样的。学诡计机的是用已有的软件完成的，学物理的则从多体面的方程式起程。杨再石说，如果我再加一个任务，把多面体砍上一刀。学诡计机的可能要从新来起，学物理的在正本的要领上加一个方程式就行了。

在运筹帷幄经济期间，大学毕业生的职责是支持分派的，表面上专科应该对口，大多数东说念主一辈子莫得转业。改革通达后履行商场经济，据统计，毕业生十年之内不转业的东说念主是很少的。职责的变动有的是主动的，有的是被迫的，但好多在专科上都转业了，留在国际的留学生更是如斯。物理毕业生专科变动的幅度相比大，顺应性也相比强。物理造就是科学素养造就，在物理系学生返校的集会上我常说“学物理的干什么都不算转业”，即是这个真谛。这是我一贯的看法。1977级的学生罗龙，他的物理学习获利很好。毕业后考研究生，改学经济，在东说念主民大学获经济博士学位。他是广西东说念主，在培育后生干部时被培育为南宁市副市长，独揽外贸。一次我到南宁出差，他特地请我吃饭。一碰面他就说，你是我的恩师。不是因为你教过我电磁学，而是我四年齿的时候，你行为系主任批准我选修经济系的课程。他在大学念物理的时候就决心日后搞经济，但要在学好物理之后搞经济。我问他，你当今合计学物理真对你搞经济有克己么。他想了想陈诉说念，我推敲事物的因果关系时，不像鄙俚东说念主那样想：因为A是以B，而是解联立方程：因为A，B，C，是以E，D，F。之后他又补充说，他的博士论文是建立一个国际商业的数理模子，在大型诡计机上完成的。不学物理能作念到吗？1978级的学生于大海比罗龙想得更远，决心在拿到物理硕士学位后再转入经济学。1981年他通过CUSPEA考试赴好意思留学，在很短的时候内以优秀的获利拿到硕士学位后，转学经济学。自后他参加了络续国的职责。这两位同学都是很有远见的。物理系还有一位学生，1977级的夏廷康，他在好意思国拿到物理和法律两个博士学位，当今是讼师，特地责罚常识产权专利方面的纠纷。

科学素养还有一个伏击方面。我最钦佩的学长于敏的东说念主生座右铭是“轻淡以明志，宁静而致远。”他给《院士风姿》大画册的题辞是“非宁静无以致远。所谓宁静，对于一个科学家，即是不为物欲所惑，不为权势所屈，不为犀利所移，永久保持严格的科学精神。”伟大的科学家亦然东说念主说念主义者，他们关爱他东说念主，调解友善，目田、对等、泛爱。优秀的科学教师，应以我方的高尚品德，对学生以身作则。

吾尝戏作冷凌弃对一副：“普众东说念主性論現代物理学”。所谓“冷凌弃对”，是高下联逐字对仗极其奥密，但语义风牛马不相及。此联逐字对仗可谓绝顶奥密，高下联是否一點也不关系？也许应了古诗“东边日出西边雨，说念是无晴还有晴”之句 (刘禹锡《竹枝词》)，并非果然没关系联吧。

本东说念主已届豆蔻年华，垂垂老矣。愿年青的物理教师们埋头苦干，物理造就的水平更进一竿。

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