科學 · 讀書 · 教與學

科學教育


今早在車上讀完了「公幹」買回來的《 77 個不可思議的科學魔術》,作者是日本人後藤道夫。他在這本書的前言裡寫道:

科學教育中,最重要的是必須讓孩子產生感動。

作者提到他在國中一年級時,曾經遇到一位理科的佐藤老師。在一次課堂上,佐藤老師讓一絲光線照進漆黑一片的理科教室。這道光線穿過三稜鏡後,在白紙上投射出七色彩虹。作者說他當時十分感動,驚嘆世界上竟有這麼美麗的光。這感動深深地烙印在作者的心中,並且從此激發起了他對探究科學的極大興趣。

作者說:

真正喜歡科學的孩子,只要大人喚醒他們的好奇心,帶給他們一份感動,他們就會自己動腦筋,自己發明、創造。


(圖片來自 Carnegie Mellon 網站)

作者提出的是一個關於光的折射現象的例子。回想在香港中學高考課程裡,也提及過一個名為 Newton’s rings 的實驗。這是一個由於光波互相干涉而產生的光學現象,按理應該比作者所說的三稜鏡折射更加「美麗動人」。可是,我當時在書上看到的是甚麼呢?黑白而粗糙的照片,以及對當時的我而言絕不簡單的計算,絲毫不能讓人提起興趣。幸好,我當時已學會了遇到困難不能輕言放棄。為了對得住自己,也為了應付考試,我在這個問題上花了很多時間,思考了很久,以及自己找了很多附加的參考資料來閱讀。雖然最後我確實學了很多,而且終於能夠從中尋得樂趣,但那是我對於問題有了透澈理解之後的事了。假使我自始至終都沒有弄明白呢?那只好避開這類問題,不再嘗試理解它,那麼隨後一系列美麗的理論計算,甚或是整個物理學就可能跟我緣慳一面了。

我認為,在推出那堆計算之前,即使不能像作者的佐藤老師那樣做實驗給學生看,至少也應該找來一幅像樣的圖片。說起來很諷刺,我是在上了大學之後,才真真正正見到一個像樣的 Newton’s rings 的照片,想想也覺得很失敗。中學時互聯網並不流行,要找一幅這樣的圖片很不容易。雖然早明白了關於干涉現象的理論計算怎樣做,但我直到大學時才發現「啊!原來 Newton’s rings 是這樣子的。」真是丟人啊!

有人會說,讀科學是要訓練思考和計算,圖片只能顯示事物的表象。身為物理人,我當然明白對科學的理解,其層次有高低之分。深層的理解,必須通過一連串的理論計算來達到,不是用一般文字或圖片可以說得清楚。然而,這樣的計算,不是人人吃得消。如果一幅 Newton’s rings 的圖片就可以讓學生留下深刻的印象,引起興趣,或有助於理解後來的計算,我想不出有甚麼理由要棄而不用。事實上,像費曼 (Feynman) 這類物理學和數學的頂尖高手,都能夠透過各種形象化的例子,把複雜的東西以簡明的方式說出來,而不是把東西弄得沒有人看得明白。有了形象化的例子,也不見得會因而忽略計算的重要性。我們教育界缺的就是像費曼這類人。(不過,現實世界中,又能有幾個費曼?)

枯躁而乏味的計算,不但對學生的學習添加不必要的困難,也嚇跑了一班發力比較遲的學生。我相信當初把 Newton’s rings 引入高考課程的那位仁兄,就是想作為光波干涉現象的一個「活生生」的例子,以及增加一些「生動有趣」的元素吧。奈何實現起來卻變成這個樣子,怎能不讓人感嘆呢?

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