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杨振宁的物理教育思想

　　摘　要：杨振宁先生是摘取诺贝尔桂冠的第一位美籍华人，他时刻关心着祖国的科技事业，深深思考着祖国高层次人才的培养问题。杨振宁认为物理学应该是有血有肉的“活”的科学，大学要克服专业教育模式的局限性，据此，他推崇通才教育，倡导归纳法和渗透性学习法，强调培养青少年的动手创造能力。杨振宁的物理教育思想，对我国高校物理教育乃至整个科学教育具有重要的指导意义。
　　关键词：杨振宁；物理学；教育思想
　　杨振宁先生是中华民族的骄傲。1957年，年仅35岁的杨振宁先生与李政道因创立“宇称不守恒”理论而获得诺贝尔物理学奖，是摘取诺贝尔桂冠的第一位美籍华人。1986年，美国总统里根在华盛顿白宫授予他国家科学技术奖。此间，他又因与米尔斯共同提出的“杨—米尔斯规范场”理论再次获得诺贝尔奖提名，被誉为“是与爱因斯坦比肩的物理学家”。作为世界着名的物理学家，经常有学生问他：做物理工作成功的要素是什么?对此，杨振宁先生归纳为“三P”，即Perception，Fersistence和Power。Perception指眼光，看准了什么东西要抓住不放；Persistence指坚持，看对了要坚持；Power指力量，有了力量，就能闯过难关。他说：“如果一个物理学家有眼光，能坚持；而又有很大的力量，那么我想他的成功的可能性就很大。”杨振宁先生怀着对祖国的满腔热情，不仅时刻关心着祖国的科技事业，而且深深思考着祖国人才的培养和教育的改革与发展，尤其是他对物理教育提出的许多真知灼见，发人深省，值得我们认真研究吸取。
　　一、物理学应该是有血有肉的“活”的科学
　　如何看待物理学，这是物理教育必须回答的首要问题。杨振宁先生经过几十年的物理学研究和教学，产生了自己的独到见解。1983年，杨振宁先生在香港中文大学20周年校庆纪念讲座上回顾自己做学生、做研究、做教师的经历，其中就提到1971年他回国后的一个感受：“我最近这些年常常到中国访问，发现中国的大学所教的课程往往是非常之深的。有所谓‘四大力学’。每一个大学物理系的学生都要花很长的时间去念这四门艰深的理论课。‘四大力学’是不是重要的呢?当然是重要的。没有人能否认‘四大力学’是物理学的骨干。不过，物理学不单只是骨干。只有骨干的物理学是一个骷髅，不是活的。物理学需要有骨头，还需要有血、有肉。有骨头又有血肉的物理学，才是活的物理学。”后来，他在北京和上海也都讲过这一点。
　　杨振宁先生非常关心祖国科技人才的培养，担任着国内许多大学的名誉教授，如清华大学、北京大学、南京大学、南开大学、上海交通大学、中国科技大学、华中科技大学等，给大学生和研究生亲自授课。1986年5—6月，杨振宁先生应邀来到中国科技大学，给研究生上了五次课，内容涉及中子干涉、阿哈罗诺夫—博姆效应、磁通量量子化、全息照相、自由电子激光和准晶、高能弹性散射、狄拉克磁单极与纤维丛、非阿贝尔规范场等。他这次授课的目的非常明确：一是将自己感兴趣的知识介绍给大家，这些理论还在发展中，有的理论20年内还会有大发展，它们吸收了20世纪物理学的真精神；二是希望大家通过他的选题了解到，在物理学中所追求的应该是新的东西，提倡对新的东西、活的东西、与现象直接有关的东西发生兴趣。他说：“这种趋向和中国过去几十年物理教学的精神不一样。我认为这种情况是急于需要改变的。不客气点说，中国过去几十年念物理的养成了念死书的习惯。整个社会环境、家长的态度、报纸的宣传都一贯向这个方向引导。其结果是培养了许多非常努力，训练得很好，知识非常扎实的学生，可是他们的知识是片面的，而且倾向于向死的方向走。这是很有害的。”正如有人所说的那样：“作为物理学家的杨振宁先生离我们大多数人实在过于遥远，我们永远无法感同身受，作为思想家的杨振宁先生则可以给所有热爱思考的人以力量。”反复研读这些论述，我们会从中获得许多启示。
　　杨振宁先生注意到，我国高校中有很多学生在学习中已形成了一种印象，以为物理学就是一些“演算”。其实，演算仅仅是物理学的一部分，而且不是最重要的部分。绝大部分物理学是从现象中来的，现象是物理学的根源。物理，物理，以物讲理嘛！他以自己的导师、芝加哥大学着名的物理学家费米和泰勒为例子证明，一个人不与现象接触不一定不能做重要的工作，但是他容易误入形式主义的歧途，他对物理学的了解不会是切中要害的。在这次讲座中，他重提在香港中文大学的报告，认为国内大学物理系中所谓“四大力学”把学生压得透不过气，他强调“有血有肉的物理学才是活的物理学”，并具体建议科大的研究生看美国的《Physics Today》，因为它常常介绍物理学的新进展。他说：“如果一个物理系对于近两三年《Physics Today》上的报道逐期有一个讨论会的话，可以说这个物理系是消息相当灵通的。”在网络时代，科技信息本应传播得更快，但我们做得如何呢?究竟怎样去改革物理教学?这里确实有许多问题需要得到解决。
　　二、推崇通才教育
　　杨振宁先生在香港《大公报》复刊庆祝会上讨论“中国知识分子与国家前途”时，曾讲了七个问题，其中第四个问题专门谈到专业教育模式，对我们很有启发。
　　我国在1949以后相当长的一段时间内，借鉴前苏联的教育模式，大学教育侧重专业发展，每一个系里面有很多专业，一个学生选了一个专业以后，转系根本谈不上，就是从同系中的一个专业转到另一个专业也非常困难。学生毕业以后，根据计划安排工作，要想调动工作，自然十分困难。杨振宁先生觉得这一办法毛病非常之多，专业教育尤其是规定很多、很严的专业教育，不能够有效地发挥一个青年学生的爱好和能力。他指出：“在我所熟悉的研究领域里，有很多很多的例子告诉我们，确实有许多人，他们的成就，就是因为没有人做过的，是从前的人所没有做过的。既是从前没有人做过的，那就代表今天根本没有这些专业，把学生们都限制到狭窄的既有专业中是很不好的。”
　　杨振宁先生特别为大家举了一个例子。他说，在物理学和数学上面，有一个很新的领域，这就是“混乱现象”理论中关于“湍流”的研究。假如水在管子里面流，流得很慢时，是很平稳的层流。怎样从平稳的层流变成一个湍流，是100多年来物理学家非常注意的问题，可是一直没有完全解决。但20世纪70年代麻省理工学院有一个研究生费根邦圆满地解决了这个问题。然而，费根邦念大学时，并不是一个杰出的学生。他喜欢玩计算机，口袋里一直装着一部小计算机，整天都弄着。他先后在康奈尔大学和洛斯阿拉莫斯实验室做研究，由于他在计算机上的反复计算，对于层流转换成湍流的现象，终于得出了一个新论点，这一点产生出来的一个数据，现在已经叫“费根邦数据”，将来很可能变成像“3．1416”那样的重要。费根邦的工作介于计算机、物理学和数学之间，假如一个人只做这三样中的一样，那么很难想像他会得出费根邦那样的结论。
　　实际上，他自己就是一个博学多才的杰出人才。杨振宁先生钟爱数学，他曾说过：“我的大多数物理学同事都对数学采取一种功利主义的态度。或许因为受父亲的影响，我比较欣赏数学。我欣赏数学的价值观念，我钦佩数学的美和力量；在谋略上，它充满了巧妙和纷杂；而在战略上充满惊人的曲折。除此之外，最令人不可思议的是，数学的某些概念原来竟规定了统治物理世界的那些基本结构。”他是本世纪最伟大的物理学家之一，但对数学家而言，杨振宁先生以杨—米尔斯理论和杨—巴克斯特方程而着称。国内研究杨振宁先生的专家谢扬举认为，“杨先生绝非蜗居物理学象牙塔里的人，他是历史上不可多得的那种具有哲学性质的思想家型的科学家，对自然现象以外的人与社会、科学与人文、中西文化、知识与思想、教育与历史等对象和问题，杨先生都有认真的关注和切实的思考”。杨振宁先生旁征博引，其讲演充满感染力，尤其是经常将中国古典诗词和西方诗歌对译，人文色彩很强，给每一个听众都留下了很深的印象。
　　杨振宁先生认为，像费根邦这样的才能，在一个专业体制的大学教育之下很难发挥出来。因为近代科学技术发展的方向非常之多，同一个学科里面就会分出来很多分支。物理学中大约有15个很重要的枝节，这15个枝节之中，有很多都是在30年前不存在的，这就表示科技正在蓬勃地向新的领域进展。所以，通才教育是科学综合化的必然要求。
　　三、倡导渗透性学习方法
　　在着名科学家中，杨振宁先生是对学习方法问题发表见解最多的人。他没有亦步亦趋地跟在学习理论家后面，也没有主观臆断，而是不断总结自己学习和研究的经验，提出自己的主张。比如，他把学习方法划分为“推演法”和“归纳法”。他说，在西南联大，他跟吴大猷研习分子光谱学与群论之间的关系，研习的方法主体是推演法，即是从数学推演到物理的方法。而泰勒着重的是归纳法，是从物理的现象引导出数学的表示。归纳法的起点是物理现象，从这个方向出发，不易陷入形式化的泥坑。他曾说过：“在联大我有了一个扎实的根基，学了推演法。到了芝加哥受到新的启发，学了归纳法，掌握了一些新的研究方向。两个地方的教育都对我以后的工作有决定性的作用。”

　　他在美国戴维斯对我国访问学者和留学生谈话时说，中国的理工科研究生来到美国以后，即使语言上吃了些亏，但学习成绩却很快就上去了，而且考试都是名列前茅。可是过了一二年，开始做论文了，忽然大家好像研究工作做不下去了，感到没有信心了。进而，他提出了一个令人深思的问题：“难道中国人的脑筋不宜于做研究工作，只宜于考试?是不是中国的训练方法使他们不会做研究工作呢?”他认为，中国留学生之所以出现这种情况，是因为他需要走的路与他过去的学习方法完全不一样，“在西南联大的时候，给我的物理学打下了非常扎实的根基，我把这种学习方法取名叫演绎法。什么叫演绎法呢?就是从大的原则开始，从已经了解了的最抽象、最高深的原则开始，然后一步一步推演下来。因为有这个原则，所以会推出结果”；“到了芝加哥大学以后很快就发现芝加哥物理系的研究方法跟昆明的完全不一样。费米和泰勒他们的注意点不是最高的原则，这并不是说他们不懂最高原则。这些是已经过去的成就，他们不会忘记，可是这些不是他们眼中的东西。他们眼光中随时注意的东西常常是当时一些新的现象，而他们的研究方法是先抓住这些现象，然后从这些现象中抽出其中的精神，可以用过去的基本的最深的原则来验证。我把这取名叫做归纳法”。可见，中国高校物理教学的方法，对毕业生从事科学研究是有一定妨碍的，急需得到改进。
　　杨振宁先生还把学习方法分为“按部就班学习法”和“渗透性学习法”。他发现，由于受儒家教育思想和中国传统教育方法的熏陶，一步步地教，一步步地学，很守规矩，这是从幼儿时代就有的影响。中国留学生也普遍惯用按部就班学习法，习惯于“知之为知之，不知为不知，是知也”的古训，习惯于从最基础的知识学起，把打基础看得异常重要。如果遇到新东西，一旦看不太懂，就再也不敢问津。而在知识更新速度空前加快的今天，世界的知识总量每5年就增加一倍，仅科学论文一项，全世界范围内每一天即有2万余篇在正式刊物上发表。面对新知识的汪洋大海和与日俱增的新学科领域，如果一味地坚持采用按部就班学习法，其结果必将严重阻碍自身知识的更新，把许多极有价值的信息拒之门外，更不用说进入新的富有发展前景的学科领域。
　　杨振宁先生还注意到，物理界有许多人在校学习成绩很好，但过了二三十年，差别却很大，有人出了大成就，有人还默默无闻。这里有能力问题，但不是主要的，最重要的是会不会选择正确的研究方向。如果你在做研究生时，掌握了两三个在5—10年内有大发展的方向，就一定有前途。相反，如果选择的是强弩之末，你就不会有大前途。如何掌握住方向呢?这就需要“睁大眼睛”仔细了解。他建议“每星期抽一定时间去图书馆，特别是系里的图书馆去乱看看，浏览一下。……看多了以后，你就能掌握住你那个领域的发展方向”。这就是他倡导的“渗透性学习法”。在不同的场合，他多次倡导中国留学生，不要怕不按部就班的学习法，不要怕渗透性的学习法。因为很多东西常常在不知不觉中，经过一个长时期的接触，就自己也不知道什么时候已经懂了。
　　四、注重培养青少年的动手创造能力
　　由于受传统教育观念和应试教育制度的影响，从小学、中学到大学的层层考试，使得大多数学生过分注重书本知识和考试成绩，忽视动手创造能力。与西方各国尤其是美国的同龄人相比，我国青少年的动手创造能力是很差的。少部分有动手创造天赋的青少年，也往往因为考分不高而被大学拒之门外因此一生难有作为。这一状况，引起了杨振宁先生深深的忧虑。深谙西方科技创造发明史的他十分清楚，世界上几乎所有的创造发明都离不开人的动手创造能力，即使是一些高深的理论问题，也往往需要由实验来证明。他与李政道提出的“宇称不守恒”理论，就是经着名的实验物理学家吴健雄女士进行了严谨的物理实验证明以后，才获得诺贝尔奖的。
　　杨振宁先生直言不讳地指出：“中国有不少学生，确实被引导到一个死的物理学、旧的物理学以及跟实验完全没有关系的方向去了。”他一再强调，物理学是一个多方面的学科，是一个活的学科，而不是一个死的学科；是一个新的学科，是一个跟实验非常接近的学科，而不是整天在公式内打滚的学科。他在中国科协2000年年会上谈到世纪之交的科学发展趋向时，认为新的学问与旧的学问之间有很大的区别，“今天面临着以后30—50年的发展，整个世界知识的重心是从爱因斯坦的传统的知识渐渐地向爱迪生所要求的知识方向转移”。所以，随着科技的转型，动手能力培养的重要性将越来越大。
　　对这个问题，杨振宁先生的主张非常辩证。他说，不同的人，动手能力差别很大。比如他自己，经过18个月在芝加哥大学实验室的工作，证明动手能力很弱。那时艾里逊实验室有个笑话，说“凡是有爆炸的地方一定有杨振宁”。因而他充分发挥自己逻辑思维和理论思维的优势，最终成为一位举世闻名的理论物理学家。但有些人天生动手能力很强，如果给他一个环境，就可以发展成一个优秀的人才。他极力寻求让动手创造能力强的青少年脱颖而出的途径。经过他的努力，1985年设立了由香港实业家刘永龄先生出资，他任评委会名誉主任的“亿利达青少年发明奖”，委托清华大学和上海交大分别主持京、沪两地的评选。第二年，他在刘永龄先生的慷慨赞助下，又提议建立了“吴健雄物理奖”。原中国科学院院长周光召在颁奖大会上说：“在一次会议期间，杨振宁和我作了长时间的交谈。在谈到中国学生素质的时候，他说：中国学生善于考试，学生从小学到中学，再到大学，然后考研究生，再考CUSPEA，但是动手能力和创造性不够。为了鼓励中国学生的创造性，建议设立一项实验物理奖，以鼓励青年学生的创造性和动手能力。”这两项奖励旨在鼓励中国的青少年发展创造思维和动手能力，对于发现人才和推动我国高校的素质教育起到一定的作用。
　　杨振宁先生在谈到他的回国观感时曾说：“近七八年的变化使我感受到一个新的时代就要来临，中国经济的发展也必然会带来教育方式上的一系列变革，总有一天，中国也会出现自己的爱因斯坦。”作为一位闻名世界的杰出科学家，又在纽约大学石溪分校工作多年，杨振宁先生形成了一系列独到的物理教育思想，对我国高校物理教育乃至整个科学教育具有重要的指导意义。只要我们坚持不懈地开展物理学教育改革，高校物理教育一定会迎来一个人才辈出的春天!
注释
　　[1]高策．杨振宁——与爱因斯坦比肩的物理学家[J]．科学技术与辩证法，1998，．
　　杨振宁．杨振宁文集[M]．上海：华东师范大学出版社，1998．599，477，507—508，509，456，214，77，446，448．
　　王跃平．走近杨振宁[Z]．新闻出版交流，1999，．
　　谢扬举．杨振宁论科学与人文关系述评[J]．西北大学学报，2000，．
　　杨振宁．谈谈学习方法[N]．光明日报，1984—5—18．
　　刘桂芬．从杨振宁的治学经历看大学生的成才之路[J]．广西社会科学，2001，．
　　杨振宁．陈嘉庚谈青少年发明奖及教育问题[N]．联合早报，1986—12—31．
　　杨振宁．中国的文化与科学技术[J]．西安交通大学学报，2001，．
　　徐胜蓝，孟东明．大师情怀·杨振宁[M]．济南：山东书画出版社，1998．126．