“费曼讲物理”给我们的启示

摘要：本文通过对费曼“物理学讲演”中教学方法的研究，阐述在大学物理教学中要注重运用物理学史，恰当使用模型和类比，并注意结合理论的关联性进行教学的观点。供教改参考。

关键词：费曼；历史法；类比法；关联法

“横看成岭侧成峰”，站在不同的角度看到的景色不同。“仁者见仁，智者见智”，用不同的眼光去看问题就会得出不同的结论。教师是带学生进山寻宝的领路者，从哪条路进山，用什么方法鉴定，会对学生产生很大的作用。不同的教学方法将直接影响学生对知识的理解、方法的养成和创新能力的造就。近读当代杰出物理学家和教育家费曼在康奈尔大学的讲演及相关论著，受益颇深，审视我们的大学物理教学，感到有以下几点启示，值得思考、学习和借鉴。

启示一：讲科学发展的历史就是教知识、授方法

物理学的演进中包含大量方法、路径的竞争、选择与创造，因此讲历史就是讲思路、讲方法。

在讲万有引力定律时，费曼详细讲述这一定律的发现和证明过程：从第谷对行星位置的观测和记录，到开普勒三定律，再到牛顿万有引力定律，从而讲清了万有引力定律的由来、内涵和意义。但费曼并未止步，而是进一步通过科学家们在检验牛顿万有引力定律时遇到的两次“偏差”及其正确处理，介绍了光速和海王星的发现。

费曼不仅讲解了万有引力定律，介绍了科学研究的一般方法――实验观测、归纳推理与实验证明，并且阐释了运用已有成果探索和创设新理论的思想和方法。正如他所说：“我向你们讲到这些特别的事例，是因为它说明了当一条规律正确的时候，它就能被用来发现另一条规律。如果我们坚信这一条定律，那么如若出现了一些看来是错误的东西的时候，正是向我们展示了另一种现象的存在”。

由此可见，历史不仅是个过程，历史(故事)讲述着方法，蕴含着思路。中国是人文大国，我们始终十分重视历史与社会的关联，却往往容易忽视历史与科学的关联。在提倡创新，强调素质教育的今天，这一点值得重视。

启示二：“模型”和类比是教学的好方法

巧妙地设计和运用“模型”，使复杂的问题简单化，是科学研究的重要方法。同样，在教学中恰当地运用“模型”和类比，使抽象的概念或复杂难懂的理论简捷化、直观化，是帮助学生理解、记忆的好方法。这方面，费曼为我们树立了榜样：

“如果我们有一个原子并希望看到原子核，我们必须把原子放大到一间房子那么大，这时原子核是刚刚可以用眼睛看到的一个小斑点”。

“电力比万有引力强多少呢?考虑两粒沙子，大小为1毫米，距离30米。如果他们之间的力不被抵消，即所有的电荷都是相互吸引而不是同号电荷因此没有抵消，那么，它们之间的力有多大呢，300万吨!”……

又如，他设计的分别用子弹、波和电子通过两个小孔的实验，形象地说明了量子力学的基本特色。

他还用“淘气鬼丹尼斯的积木”的故事说明能量守恒定律：即使有几个积木被压在地毯下、丢到窗外、藏在玩具箱或浴缸里，但其总数没有发生变化，他甚至列出了各种情况下寻找积木的计算(称量)公式，并指出，“把具体的积木拿掉，抽象出来的就是(能量)守恒定律”。

许多时候，他能用一句话道破难懂的物理概念：“气体和实际上的一切物质，都是大量运动着的粒子。这样，我们在海边看见的许多事物立即就可以联系起来。首先是压强，它来自原子与器壁或别的什么东西的碰撞。原子如果平均而言沿着一个方向运动，那就是风；而无规的内部运动则是热。过多的粒子积聚在一起使密度超过平均值，它们将成堆的粒子不断向外散开，这就生成了波，这种过剩密度的波就是声音”。

学习物理(尤其理论物理)是“最高强度的脑力劳动”，迄今为止，全世界大部分理论物理学家都把细心的数学计算作为进入未知领域的导游指南和拐杖，国内的大学物理教学更是如此，因而物理教学往往是枯燥、艰涩的。而费曼的研究和教学则是用一种高度直观的途径去解读大自然，他能够找到正好的类比或日常例证，用最少的概念、数学和专门术语阐明深邃的物理原理，使之变得直观而易懂，这是非常值得我们学习的。

启示三：要讲“数量”，更要讲清“关系”

自然界是相互关联的一个系统，作为揭示大自然基本特性的物理规律将组成一幅相互关联的美妙“拼图”(费曼语)。而这些规律(物理知识)的关联性正是学习的钥匙、记忆的桥梁。

费曼非常善于从这些“关系”出发来讲授，比如，在《伟大的守恒定律》、《物理定律的对称性》中阐述了粒子与反粒子、时间延迟与能量守恒、空间平移与动量守恒……的关系，他还把所有(已知)的电磁波谱列在一起，用不同频率分别对应的场、波、粒子，讲解物质与运动、场与波、波与粒子、粒子与光的关系，使电磁波的特性一目了然。

从费曼的讲演中，我们知道，严谨的概念和数学公式是支撑物理大厦不可或缺的骨骼，但它们绝不是物理的全部。如果我们在教学中仅限于定义和公式，虽说严谨却显得狭隘，不够大气。应该学会像费曼那样，着眼“关系”讲“数量”，着重讲清“数量”背后隐藏的“关系”(即原理)，这样才能向学生展示一个有血有肉有精气神的物理科学。