形上集

兩種物理教科書

2020-09-01 文、影像來源:高涌泉
《費曼物理學講義》的思想性就是它的特色與優點。


每學期開學前,我都得面對一個問題:所開的課要用什麼教科書?由於物理課程的普適性,不少以英文書寫的物理教科書(尤其是大學一年級以上至研究所各層級、各科目物理課所使用的教科書)在世界各地廣泛採用,有些甚至成了全球性標準課本,所以我在學生時期以及開始教書後,所用的教科書大抵是這類全球性書籍。


以前我偶爾會選定一本書,然後就大致依循著這本書的順序與內容上課。後來覺得這樣做不見得最恰當,主要是我發現任何一本教科書都多少有其缺失,例如欠缺某些重要題材、順序不合我意、解說不夠精采,或習題不夠理想。所以我後來就多半以自己整理的筆記為主要上課內容,但是仍會列出一些參考書,並在上課時說明某項內容引用自哪一本書的哪一章節,鼓勵學生自己去翻書閱讀。


《費曼物理學講義》(以下稱《講義》)是我最常取材的教科書。它其實是一套書,有三大冊,內容來自費曼在1961~1963年間,於美國加州理工學院所開授的基礎物理課程的演講錄音,所以涵蓋的主題非常廣,包括力學、熱學、電磁學、物性、量子力學等,因此對於大多數物理課程都有參考價值。費曼在這套書的結語這麼說:「我這門課的主要目的不是幫你通過某種考試,甚至不是為了幫你到工業界上班或是到軍中服務,我最想要做的是讓你多少能夠理解這個美妙的世界,以及欣賞物理學家看待它的方式。」既然這套書所要呈現的是,費曼這位大物理學家看待大自然的方式,它的思想性當然要遠高於其他教科書。


《講義》的思想性就是它的特色與優點,也是它為人讚歎之處。但是此優點也恰是其缺點!為什麼?因為對於多數修習物理課程的學生來說,修課的目的正是為了要「通過某種考試」,或是要「到工業界上班」,《講義》中的大量敘事就成了沒用的囉唆;即使是有心以後想從事物理研究的學生,他們在意的是掌握困難但有用的技術細節,而不是所謂「物理學家看待世界的方式」,因此也多半不能深刻欣賞此書的精華(《講義》中沒有例題與習題,這些東西另外成書出版)。


讓我舉一個例子:《講義》第二冊、第20章、第3節的名稱為「科學想像」,費曼在其中談論如何想像電場與磁場,這一節全是敘事沒有公式;類似的討論不可能出現於其他電磁學教科書中,因為這些討論無助於應用電磁學方程式,學生當然不會細心閱讀。


與《講義》一樣強調物理概念的由來及其相互關聯的教科書,雖未必是市場主流,但也不算罕見,另兩個例子是朝永振一郎所著《量子力學》與珀塞爾所著《電學與磁學》,兩者都曾被我列為課程所用的參考書。


和以上幾本書相比,另有一類教科書更強調幫助學生熟練應用物理定律,所以重視推導與演算,並列有大量的例題與習題。這類教科書是市場主流,一個例子是哈里代(David Halliday)與瑞斯尼克(Robert Resnick)所著的《基礎物理》,這本書長久以來是全球大一普通物理課最通行的教科書,「哈里代」也成了普通物理的代名詞。另一例子是傑克森所著的《古典電動力學》,它則是全球物理研究所電動力學課的標準教科書,特色之一是含有眾多用來磨練技巧的難題。


上述兩種教科書各有功能,沒有高下之別;後者的意義具體明確,前者則較難捉摸,但也一樣重要。一位退休同事向我述說他自身的經驗:他在美國一所著名大學拿到博士學位後,到他校擔任博士後研究員,繼續從事理論物理研究,發展出他自己相當得意的理論工具。接下來當然是設法尋找教職,在某場面試演講過後,有人問他什麼是當前物理的重要問題,沒想到他竟然被這個看似簡單的提問絆倒,一時支吾答不出來,教職當然就飛走了。我相信這位同事當時如果熟悉《講義》,應即可以頭頭是道地回應這個沒有標準答案的考驗。


# 關鍵字:形上集物理教育教科書思想性費曼
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