【人物專訪】另一種鼓聲──高涌泉老師

■這次的人物專訪,要來為各位介紹的是臺灣「科普三俠」[1]之一的高涌泉老師。老師就要帶來兩場演講,分別是三月三十日〈既是粒子又是波?量子之謎的起源〉與四月二十七日的〈比相對論更奇怪的量子力學〉

選問題的「品味」相當重要。「認知什麼是有趣、好的問題,這就是『品味』。就像什麼話是漂亮,什麼音樂好聽。這相當主觀的。」

撰文│郭冠廷
攝影│徐伊亭
沒有人懂量子力學

費曼(1918-1988,Richard Phillips Feynman)說:「我可以有把握地講,沒有人懂量子力學。」老師在第一講當中,將談量子物理的起源。從1900年普朗克(1858-1947,Max Karl Ernst Ludwig Planck)的黑體輻射講起,並緊接著來到1905年愛因斯坦(1879-1955,Albert Einstein)的「光量子」。這是革命性的想法,愛因斯坦在晚年甚至說:「我一輩子花在思索什麼是光量子的時間,百倍於思索廣義相對論的時間。」

在第三講,承續第二講陳義裕教授所談的「波爾的原子模型」。為了要能說明氫原子發射光譜的實驗結果,瞭解原子中電子的運動情形,所以科學家努力追求更有說服力的理論。1925年的夏天,這個超出人類智力的問題,被二十來歲的海森堡(1901-1976,Werner Heisenberg)破解。海森堡的突破點,在於他跳離電子運動有軌跡可循的固有想法。

自海森堡突破後的數月,1925年底,海森堡及他的老師伯恩(1882-1970,Max Born),和同學喬丹(1902-1980,Pascual Jordan),與英國物理學家狄拉克(1902-1984,Paul Dirac),共同努力把這個突破推廣成有系統的學問。但是,到1926年,奧地利物理學家薛丁格(1887-1961,Erwin Schrödinger),另起爐灶。他說:「電子如果想像成是波的話,我可以從我寫下的『薛丁格方程式』,來得到和海森堡等人相同的結果。」到了今天,不論是海森堡或薛丁格所建立的體系,我們都稱為「量子力學」。宇宙間所有的粒子,不論是光子還是電子,都有很奇特的起源,它們既是粒子又是波。

 

從物理專業談科學教育

高涌泉老師,美國加州大學柏克萊分校博士,從1991年迄今任教於臺灣大學物理學系,也曾參與高中物理課綱修訂,並持續推廣科學普及教育,關心時事議題,也多次參與北區論壇,針對台灣當前各種社會議題,進行反省並提出建設性意見。由於即將上路的十二年國教為最近的熱門話題,我們請老師藉旅外的經驗,來回顧臺灣的科學教育。

臺灣的物理科學教育,中學物理教育,是「填鴨式的教育」。「老師不管學生當下有沒有興趣、動機,在課堂上都直接了當把答案塞給學生。」不單如此,「大學物理系,力學、電磁學、量子物理課,老師上課就直接講課程的專業內容。也是單面向的填鴨方式。」整個科學教育的問題,是一條龍的問題,延續到大學,是臺灣教育根深柢固的習性。而這種教學方式「學生難免會消受不了。大學生就翹課,國高中就打瞌睡。老師在無法顧及學生學習的心理狀況等因素,就直接灌輸知識。」

臺灣有效率學習的代價

雖然填鴨是有效率的教學方式。「學生即便沒有心思想要學這些東西,在這樣的時空環境,老師用系統的方式,把這些知識,原理、定理、公式,在黑板上清清楚楚的講出來。」但是「臺灣即便在高中塞了很多數學、物理、化學、生物、地科的知識。可是進入社會,成年之後,對科學的興趣,常常不升反降。」相較之下,「美國高中,沒有修過這麼多科學學分,可是他們成年人口對科學保持興趣的人數。反倒比我們臺灣來得多。」因為填鴨而倒盡胃口,「十二年國教要推行之際,最好能夠處理填鴨教育的負面的影響。」以避免學生只是為了「生存」而學習科學知識。

如何培養問題意識

「科學的知識累積這麼快,我們幾乎不可能在國高中,甚至,大學階段,把你所需要的科學知識教給你。」填鴨不是長遠之計。「我們應該在科學教育的過程中,花時間來驅動學生對科學問題產生好奇。」讓學生去瞭解「為什麼在科學發展過程中,會有人去問那些問題。」

看到這裡,請各位讀者先打住不要往下讀。我們要考考各位讀者。「各位還記得你們什麼時候知道地球是圓的嗎?」那個很鮮明的時間點,是在幼稚園?小學?中學?那個歷歷在目的畫面,是在教室中?操場上?沙灘上?游泳池?樓頂?或者上學的路上?是誰告訴你的?怎麼知道的?

「任何答案都不是憑空蹦出來。要先有問題意識,才會有人去追究。」老師明確指出,「整個科學演進的過程,在當下科學教育是缺乏的。」畢竟,這偏向「歷史」故事,沒辦法幫助我們去計算砲彈軌道,讓我們在考場上存活下來。我們當前教育欠缺的是培養學生去問出自己有興趣的問題,像是有沒有外星人,或地球是否是唯一的文明星球。「F=ma對於百分之八十以上,不會是科學家或工程師的人,沒有直接用處。」「我們不要用狹隘專業學科去定位科學教育的內容。盡可能用『問問題』的方式來整合想要傳達的科學概念。」

如何尋找問題意識

 

找不到答案的就是「問題」。「找問題要跑到研究前線,看看說目前還有哪個問題還沒有被解決。然後憑自己的品味,去選擇自己能力可以解決的問題,並檢核這問題是不是在你的興趣範圍之內。」老師在美國攻讀博士時,「老闆放任我,讓我自己去找問題。我讀paper參加seminar(專題討論會),我聽到有什麼最新的發展,就會去涉獵。如果這個發展是我感興趣的,問題常常就會自動產生。」

選問題的「品味」相當重要。「依據你的判斷,哪些是關鍵性問題。」有的問題很難,是「千古難題」,可是解出來可能只是未來教科書上一題「習題」的「解答」。「認知什麼是有趣、好的問題,這就是『品味』。就像什麼話是漂亮,什麼音樂好聽。這相當主觀的。」

做研究也要考量現實狀況。「愛因斯坦,五十年都在想光量子問題。」這雖然是個關鍵性的問題,可是「你最好就不要把它當作你的『短期目標』。(像是學位論文題目)」從朱經武博士(1941-)在高溫超導理論有突破性研究[2]迄今,二十多個年頭已經過去,但是問題仍然存在。「『研究高溫超導的機制』,這就是個好問題。可是這問題不容易有答案。」

仰賴推薦不如「極大量」閱讀

筆者詢問歷來採訪講者中會問的問題:「請老師推薦書單。」老師卻突如其來的說:「我是例外。」老師辦公室與家中滿山滿谷的藏書與資料,「我老婆常常念我:買那麼多書幹嘛?」老師極大量閱讀,「我沿著品味和興趣閱讀,畢竟,有時候你感興趣的問題別人不感興趣,沒辦法從別人那邊得到解答。」也因為學識到一個程度,「沒人可問。」老師回到起始問題,「你怎麼知道這是好書?沒有讀過壞書爛書怎麼知道是好書?」老師解釋,「高手知道答案是答案還不夠,還要知道不是答案的答案為什麼是錯的?」一本書之所以成為經典,「沒有一個對照就不會瞭解。」

「我們科學教育,要讓學生養成自己判別的能力。」老師表示,可以利用搜尋引擎,關鍵字查詢「量子力學」或「光量子」,去比較搜尋結果的優劣。並藉由大量的閱讀,來培養出自己的品味。最後,老師推薦一本,徐氏基金會所出版《奇異的量子》[3]。這本書是普林斯頓教授依據通識課程內容所寫,有一定的知識高度。

科普三俠中的另一種鼓聲

只是,讀者若有興趣進一步探討科學的奧秘,可以從CASE的部落格著手。部落格中刊登有老師著作《另一種鼓聲》《武士與旅人》中的若干文章。例如,從量子力學的發展,來談談物理界「英雄出少年」的現象,量子力學進展最快的1925至1927年間被稱為〈小伙子物理〉的年代,勉勵各位年輕讀者不妨過過癮,對成為一代科學巨擘懷抱無比的信心與希望。

--
﹝本文作者據傳曾是不務正業的筆耕農夫,現就讀臺灣大學兼職文學寫作﹞

責任編輯:Nita Hsu


[1] 高涌泉、潘震澤、王道還,三位老師在中央日報副刊,輪流執筆專欄寫科普文章。也依序集結成冊《另一種鼓聲:科學筆記》《科學讀書人》《天人之際-生物人類學筆記》

[2] 維基百科:1987年,台灣物理學家朱經武和吳茂昆,以及中國大陸科學家趙忠賢相繼在釔-鋇-銅-氧系材料上把臨界超導溫度提高到90K以上,液氮的「溫度壁壘」(77K)也被突破了。

[3] 編者註:中文版可以上各大圖書館查詢,坊間購買不易。英文版書名《The Odd Quantum》

3,594 人瀏覽過

發佈留言

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。 必填欄位標示為 *

為了避免你是機器人,請在留言前回答以下問題: