为本科生讲课是我最大的乐趣之一。原因是这样的:为同行专家讲课,界限很窄,因为话题专业,只能围绕一个当前的研究讲,虽然也很考验一个人对该话题的理解程度,所得启发则不多。而为大众讲课呢,限于听众知识,不可能准确地传达你想传达的,有时还得耐心回答听众不着调的问题。本科生介于两者之间,因此讲课内容也介于两者之间,范围比学术报告宽,内容也更加基本,但又没有必要将内容通俗化漫画化。学生对讲课的反馈和提出的问题又非常值得回答,有时还很有启发性。过去常发生这样的事情,因为授课,教授得到一个新想法写了一篇论文。
在中山大学报到之后不久,去年九月的一天,中大物理科学与工程技术学院的李志兵教授给我电话,问我是否愿意在逸仙学院开一门专题课。他先解释了一下什么是逸仙学院:这是一个由中大四个理科学院中优秀学生组成的非实体学院,由教育部拨经费,每位学生每年十万元。我查询了逸仙学院的主页,知道这个学院相当于一个“天才班”。听了李志兵教授的介绍,我当场答应去讲,哪怕我再忙。
后来商定,我所讲的课程名是“人与宇宙的物理学”,这个名字并不意味着我要讲人和宇宙以及人与宇宙之间的关系,而是给我讲课内容留足空间。另外,当时我计划这两年内写一本书,半科普半思想类的,就写我对物理学与人类的关系思考,例如为什么我们的宇宙中会出现人类这样的智慧生命?为什么宇宙中的物理学常数与规律是这样的并与人类的存在不矛盾?为什么人类的历史看上去其实并没有规律?等等。这个讲课正好给了我预先思考这本书内容的机会。可是,等我开讲了,我才发现并没有时间认真思考这些问题并将这些思考写进我的讲课内容中去。
结果,我讲了十三讲,内容从“地球与人”、“空间”、“时间”、“《三体》中都有什么”,一直到“操纵量子”。每一次授课内容都是我从开始备课时才想的,每一次备课花掉我一天到一天半天的时间,有时更长,每一讲持续一个下午,内容兼顾趣味性和严谨性。例如,在“量子”的一讲中,我解释了如何通过量子力学来证明大块物质是稳定的,不会因为正电荷与负电荷之间的吸引力发生向内的塌缩即聚爆。我还介绍了普朗克本人是如何发现量子的,爱因斯坦是如何加深对量子的理解的,然后还介绍了我的一个对引力量子化是必然的论证:如果引力波不像光波那样含有基本粒子,那么引力波的存在会导致宇宙的能量过大,等等。
班上一共十七个人,其实这已经越出了学院的规定,学院规定一个专题课的选修学生不能超过十五人。本来,我觉得精心准备了这么多有趣的物理学话题,希望听课的人多一些,我甚至还在微博上做了广告。逸仙学院常务院长陈敏告诉我,不仅不能让更多的人来听课,连录像录音都不可以。他的理由是,这种专题课必须留有三分之一的时间给学生与老师互动,参加的人多了,互动的效果肯定不会好,所以专题课规定只能让十五名学生报名,先报先得。后来,还是有两位学生挤进来了,挤进来的方式只有他们自己知道。不过,课程上到最后,有一位学生因为退出逸仙学院而没有能够参加我的特别考试。我问他为何不参加考试,他说这是一个可以讲好几个小时的故事。
每一次上课,班上总有几名特别活跃的学生提问题,有些问题其实是考我的,自然,我能够回答绝大多数问题,有些问题我会反问他们,他们有些人还真能回答,可见这些学生确实是名副其实的拔尖学生。偶然有些问题超出我的知识范围,我们就悬置起来,或者让他们课后自己调研一下。比如说,我的大学毕业论文研究的课题是日冕如何加热(太阳日冕的温度远远高于太阳表面的平均温度,高了一百多倍),但那时这个问题有多个答案,却没有一个得到大家的公认。我将这个问题交给学生,一位学生在下一次课上给大家带来了回答。看来,这个问题在三十年后还真被解决了。
我讲课的内容比较密集,留给学生老师之间讨论的时间并不多,好在学生在讲课过程中常常打断我,我在讲的过程中也会常常问他们,交流的效果还是有的。关键在于,在我结束三节课感到疲累不堪的时候,他们还会围着我半小时问这问那,可惜不能录音,问的问题在我这个年纪是记不住的,否则一定很有价值。还有,每次讲课之后学生都将我的PPT拷走。
毫无疑问,互动确实有利于学生和老师深入理解课程涉及的问题,甚至还能提出新的问题。比如有一次我讲湍流,涉及大桥桥墩附近水流的雷诺数,有学生觉得根据公式桥墩附近的雷诺数太大了,但视觉上没有感到湍流发生了。我建议他们在珠江上找一个大桥仔细测量一下。有一位学生觉得,也许湍流没有发生在水面,却发生在看不见的水中了。
因为我的课内容分散,强调知识同时强调趣味,很难用传统的方式考试。在最后一节课上,我让大家回去每人准备一个五到十分钟的演讲,演讲话题可以是任何一个他本人感兴趣的问题,从物理学到生物学,当然要尽量向物理学靠。一月九号下午,我们考试了,一共有十六人做了演讲,几乎所有演讲都超时,总时间长达四个小时。学生的研究话题五花八门,从“常在雨中跑,如何淋最少”,到“从蝴蝶到量子带隙”,到“中微子与中微子通讯”,到“潮汐共振”,太五花八门了。相信所有同学和我一样,都从这些演讲中学到了意想不到的知识。
总之,小课的好处上面已经说了。即使如此,我还是计划在合适的时候讲一个大课,课名还是《人与宇宙的物理学》,在中山大学讲,希望听课人数破纪录——为什么?也许只是满足一下虚荣心吧。
不论下个学年我再开什么课,“人与宇宙的物理学”将是我的保留课程。随着物理学的发展以及我个人知识和思考的积累,这门课的内容还会慢慢变得更加丰富。最近,我将其中的十讲简化,在腾讯微讲堂录了像,这样就能让更多的人分享这门课,虽然内容大大减少了。
文/李淼