超越物理學(xué)

文/ 任志祎 馮杰

講臺(tái)上，一位留著如同圣誕老人般銀色大胡子的人正在操縱著常見(jiàn)又奇妙的道具。這不是魔術(shù)表演，也不是雜技，而是來(lái)自美國(guó)圣馬丁大學(xué)物理系的斯蒂芬·帕克教授在上物理課。他可以通過(guò)如五角硬幣、晾衣架等道具，讓學(xué)生們一下子理解“加速度”“慣性”和“向心力”這些抽象的物理學(xué)概念。

我最早對(duì)科學(xué)感興趣是在幼兒園的時(shí)候

問(wèn)：您為什么會(huì)選擇物理學(xué)專(zhuān)業(yè)？最初是什么激發(fā)了您的興趣？

帕克：我最早對(duì)科學(xué)感興趣是在幼兒園的時(shí)候，老師給了我一本關(guān)于太陽(yáng)系的書(shū)，這本圖畫(huà)書(shū)至今還擺放在我的書(shū)架上。我記得當(dāng)時(shí)在想，探索太空和太陽(yáng)系該有多酷?。?/p>

當(dāng)然，像《星球大戰(zhàn)》和《星際迷航》這樣的電影，也在我的成長(zhǎng)中留下了深刻印象。小時(shí)候，科幻電影真的拓展了我的想象力。盡管很多技術(shù)可能聽(tīng)起來(lái)沒(méi)有科學(xué)意義，但是我發(fā)現(xiàn)這類(lèi)電影令人著迷，引人思考。

高中時(shí)，我喜歡數(shù)學(xué)和科學(xué)，也因?yàn)槭菢?lè)隊(duì)成員（吹小號(hào)），所以選修課都是數(shù)學(xué)、科學(xué)和音樂(lè)相關(guān)課程，遠(yuǎn)超學(xué)校要求的課程標(biāo)準(zhǔn)。高中數(shù)學(xué)老師是我最喜歡的（也是最好的）老師之一，她對(duì)我的早期教育產(chǎn)生了極大的影響。

上大學(xué)時(shí)，我想主修數(shù)學(xué)或自然科學(xué)，如化學(xué)或物理。大一下半學(xué)期，我選了近代物理學(xué)這門(mén)課，學(xué)習(xí)了相對(duì)論、粒子物理學(xué)、高能物理學(xué)等。這些話(huà)題非常吸引我，而且與我之前所學(xué)的任何其他科學(xué)都截然不同。我認(rèn)為粒子物理學(xué)尤為神奇，能學(xué)習(xí)夸克、反物質(zhì)、中微子這些內(nèi)容。這一切都讓我想起了自己喜歡的科幻電影，得知其中的一些情節(jié)也小有真實(shí)之處，我非常吃驚！因此我便知道，物理學(xué)絕對(duì)是我想學(xué)的專(zhuān)業(yè)。

大學(xué)的物理學(xué)教授都非常優(yōu)秀。課上，是他們幫助我認(rèn)識(shí)物理材料并產(chǎn)生興趣。他們所做的課堂演示以及散發(fā)的活力讓我很喜歡去上課學(xué)習(xí)。事實(shí)上，我的物理學(xué)老師們對(duì)我決定成為一名教授起到了重要作用；我也想有機(jī)會(huì)激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣。

國(guó)際經(jīng)歷培養(yǎng)全球化意識(shí)

問(wèn)：我們了解到您在日本、英國(guó)、巴西等多個(gè)國(guó)家從事物理學(xué)研究工作，對(duì)這些國(guó)際研究工作的經(jīng)歷，您有什么樣的感受和收獲？

帕克：如果說(shuō)是從事物理學(xué)研究工作的經(jīng)歷，那么主要是在英國(guó)、德國(guó)和丹麥。對(duì)于日本和巴西，我曾與圣馬丁大學(xué)的學(xué)生到這兩個(gè)國(guó)家進(jìn)行過(guò)文化交流。

本科期間，我培養(yǎng)了一種“全球化意識(shí)”。作為物理專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，我有機(jī)會(huì)前往倫敦，參加學(xué)校出國(guó)留學(xué)項(xiàng)目的通識(shí)教育課程，為期一學(xué)期。這絕對(duì)是一次美好的經(jīng)歷！我讀了莎士比亞的戲劇，看了皇家莎士比亞劇團(tuán)的演出；了解了一些著名的繪畫(huà)作品，去倫敦的藝術(shù)畫(huà)廊親身體驗(yàn)。在不同的國(guó)家生活了三個(gè)月，讓我感受到旅行的樂(lè)趣。隨著成長(zhǎng)，我想要去更多地方。

有了本科留學(xué)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)我在研究生期間得知能夠有機(jī)會(huì)同曼徹斯特大學(xué)前往英國(guó)達(dá)斯伯里同步加速器輻射源實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，有機(jī)會(huì)前往德國(guó)柏林馬克斯-普朗克應(yīng)用技術(shù)研究院弗里茨·哈伯學(xué)院學(xué)習(xí)表面分析工具時(shí)，我毫不猶豫地抓住了機(jī)會(huì)！

我的留學(xué)經(jīng)歷并未止步。獲得博士學(xué)位后，我搬到丹麥孔恩斯靈比，在丹麥技術(shù)大學(xué)工作三年，從事博士后研究。這對(duì)我來(lái)說(shuō)是一次大冒險(xiǎn)，在國(guó)外生活這么長(zhǎng)時(shí)間也是我生命中一次美好的經(jīng)歷。雖然那時(shí)我嘗試學(xué)習(xí)丹麥語(yǔ)，但是在丹麥生活非常容易，因?yàn)閹缀趺總€(gè)人的英語(yǔ)都說(shuō)得非常好。我所在的院系文化多元，所以我們所有的工作、課程、研究和會(huì)議都是用英語(yǔ)進(jìn)行的。

回到美國(guó)，在圣馬丁大學(xué)教學(xué)后，我有機(jī)會(huì)牽頭文化交流項(xiàng)目，通過(guò)國(guó)際項(xiàng)目和發(fā)展辦公室，與學(xué)生前往日本和巴西到友好學(xué)校進(jìn)行數(shù)周的參觀交流。這些都是非常棒的機(jī)會(huì)，讓我繼續(xù)自己熱愛(ài)的事情，學(xué)習(xí)不同文化。讓學(xué)生接觸不同文化有助于他們加深全球理解。

斯蒂芬·帕克（Stephen Parker）：美國(guó)圣馬丁大學(xué)物理系副教授。2001年，他在華盛頓大學(xué)取得了物理學(xué)博士學(xué)位，隨后在丹麥從事博士后研究。帕克博士曾在日本、英國(guó)、巴西等多個(gè)國(guó)家從事物理學(xué)的研究工作，并在過(guò)去15年里一直教授本科生物理課。他還在北華航天工業(yè)學(xué)院開(kāi)設(shè)了物理學(xué)導(dǎo)論課程。圖為帕克教授在北華航天工業(yè)學(xué)院授課

教學(xué)重在互動(dòng)與激發(fā)興趣

問(wèn)：您為什么會(huì)選擇來(lái)中國(guó)并在北華航天工業(yè)學(xué)院開(kāi)設(shè)物理學(xué)導(dǎo)論課程？

帕克：圣馬丁大學(xué)和北華航天工業(yè)學(xué)院合作辦學(xué)，因此我來(lái)到北華航天工業(yè)學(xué)院。學(xué)校推出一系列課程，由一位中國(guó)教授和一位美國(guó)教授共同完成，學(xué)生們有機(jī)會(huì)參加學(xué)習(xí)，接受?chē)?guó)際化教育。有過(guò)非母語(yǔ)學(xué)習(xí)經(jīng)歷的學(xué)生會(huì)有不同且更加全面的理解。這樣的教育有很多好處，能使學(xué)生更有準(zhǔn)備地參加各種工作。事實(shí)證明，他們有能力在各種環(huán)境下學(xué)習(xí)，并在工作中迅速掌握新技能。

問(wèn)：您希望這門(mén)課程能為學(xué)生們帶來(lái)什么？如今學(xué)生們是否達(dá)到了您的期望？

帕克：這些課程很重要的一方面是用不同的語(yǔ)言來(lái)學(xué)習(xí)。就美國(guó)教育體系來(lái)看，我認(rèn)為有一點(diǎn)我們做得很好，就是進(jìn)行各種實(shí)踐活動(dòng)和課堂演示，讓學(xué)生們能夠以不同的方式與材料進(jìn)行互動(dòng)，而不僅僅是聽(tīng)老師推導(dǎo)或閱讀相關(guān)材料。

舉例來(lái)說(shuō)，我在每堂課上都會(huì)運(yùn)用個(gè)人反饋（或者更常見(jiàn)的說(shuō)法是“clicker”）。這樣，我可以就剛剛講過(guò)的材料提出一個(gè)多項(xiàng)選擇題。每個(gè)人作出選擇后，匯總結(jié)果以柱狀圖顯示，我和學(xué)生們就能夠立即看到全班對(duì)材料的理解程度。這很像家庭作業(yè)，但相比之下，有更即時(shí)的反饋。通過(guò)把這些clicker融入教學(xué)中，我的課堂教學(xué)很成功。如果學(xué)生們表現(xiàn)出不理解時(shí)，我可以回顧材料；那些大多數(shù)人回答正確，少數(shù)回答錯(cuò)誤的學(xué)生就知道要尋求幫助，掌握概念。即時(shí)反饋對(duì)他們的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。

我認(rèn)為教師的工作絕不僅僅是給學(xué)生提供材料，讓他們理解理論，也需要激發(fā)學(xué)生對(duì)材料的興趣。有時(shí)候，當(dāng)教授感覺(jué)就像表演者，需要先讓學(xué)生對(duì)材料感興趣，這樣他們才會(huì)想花時(shí)間與材料互動(dòng)，掌握知識(shí)。如今的教育，教師不能只坐在教室前面講述；而是要吸引學(xué)生，并營(yíng)造出互相吸引的氛圍。正是這一點(diǎn)，讓教學(xué)充滿(mǎn)樂(lè)趣。也正是這一點(diǎn)，讓我熱愛(ài)在大學(xué)任教。

問(wèn)：您在中國(guó)與同事以及學(xué)生相處過(guò)程中，有哪些有趣的故事或難忘的經(jīng)歷？

帕克：在中國(guó)期間，有很多難忘的時(shí)刻。

1）我最喜歡的時(shí)刻就是與班上的學(xué)生在一起。他們看到我下課后走回辦公室，便會(huì)來(lái)詢(xún)問(wèn)是否愿意和他們一起去學(xué)生食堂吃飯。我很喜歡和學(xué)生們一起吃飯。

2）其中一個(gè)比較困難的事情是，對(duì)于我這樣一位在華的美國(guó)人來(lái)說(shuō)，在校園附近逛街購(gòu)物時(shí)，會(huì)看到很多奇怪的表情。人們看到我總是感到非常驚訝，結(jié)果只是以某種懷疑的眼光盯著我看。一天晚上，我在校園附近的一家餐館吃飯，一對(duì)中國(guó)夫婦和他們的兒子就是這樣看著我。過(guò)了一會(huì)兒，父親和兒子過(guò)來(lái)了，我們進(jìn)行了非常愉快的交談。父親英語(yǔ)很好，兒子也興奮地用他知道的單詞進(jìn)行交談。那一天，兒子剛剛通過(guò)了英語(yǔ)課一級(jí)考試，夫婦很高興他們的兒子能來(lái)和我交流，并同我慶祝他們兒子的成功。吃完飯后，我發(fā)現(xiàn)這對(duì)夫婦實(shí)際上也付了我的飯錢(qián)。我走過(guò)去，和他們一起結(jié)束用餐，非常感謝他們的熱情。我的母校最珍貴的一項(xiàng)傳統(tǒng)就是熱情好客，能夠在世界各地看到這樣的傳統(tǒng)，我為之深深感動(dòng)。

3）所有班級(jí)都有對(duì)材料感興趣和不感興趣的學(xué)生。北華航天工業(yè)學(xué)院班上的學(xué)生（尤其是前排的學(xué)生）總是積極地回答我提出的問(wèn)題。很高興看到整個(gè)教室的學(xué)生都能積極互動(dòng)。告別晚宴時(shí)，我們都會(huì)邀請(qǐng)班上的幾位學(xué)生來(lái)參加，自己包餃子，這一點(diǎn)非常棒！

對(duì)我來(lái)說(shuō)，重要的是能夠與學(xué)生互動(dòng)，不僅是以老師的角色在課堂上互動(dòng)，還要在課外對(duì)學(xué)生有更深入的了解。例如，在圣馬丁大學(xué)，我和學(xué)生們一起參加了校內(nèi)排球隊(duì)，我們每周和其他學(xué)生隊(duì)打比賽。在課堂外與學(xué)生接觸，有助于展示出你和他們有共同的興趣，能夠在另一個(gè)層次上去了解學(xué)生，他們也喜歡接觸課堂外的你。這些課堂外的聯(lián)系促使學(xué)生真正想要來(lái)上課，不僅僅因?yàn)樗麄兿矚g這些材料，更因?yàn)樗麄兿肴ド夏愕恼n。在北華航天工業(yè)學(xué)院，我也很喜歡能夠在課堂外與學(xué)生互動(dòng)。

帕克教授（右二）一行到西交利物浦大學(xué)交流訪問(wèn)

中外合作辦學(xué)項(xiàng)目超越傳統(tǒng)

問(wèn)：您如何看待中外合作辦學(xué)？

帕克：中外合作辦學(xué)項(xiàng)目是國(guó)際合作的結(jié)果，超越傳統(tǒng)留學(xué)項(xiàng)目。傳統(tǒng)留學(xué)項(xiàng)目中，學(xué)生在回國(guó)之前，會(huì)花一個(gè)學(xué)期或一年的時(shí)間在合作機(jī)構(gòu)或分校學(xué)習(xí)。雖然有些學(xué)生在外國(guó)學(xué)習(xí)時(shí)可能適應(yīng)得很好，但有些學(xué)生可能會(huì)經(jīng)歷文化沖擊、會(huì)想家，或者在學(xué)業(yè)上沒(méi)有做好準(zhǔn)備。而中外合作辦學(xué)項(xiàng)目中，學(xué)生們還在自己的學(xué)校里接受?chē)?guó)際教育。他們從進(jìn)入大學(xué)時(shí)起，就接受來(lái)自本國(guó)和外國(guó)機(jī)構(gòu)的教師授課，有更多的時(shí)間來(lái)處理國(guó)際經(jīng)歷，提高英語(yǔ)和跨文化能力。

另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，參與合作辦學(xué)項(xiàng)目的學(xué)生可以選擇轉(zhuǎn)到外國(guó)合作大學(xué)完成學(xué)業(yè)，并在畢業(yè)時(shí)獲得兩份文憑。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，這是很好的機(jī)會(huì)，能在教育中有更多收獲。

問(wèn)：您對(duì)中外合作辦學(xué)的發(fā)展和推進(jìn)有哪些建議？

帕克：中外合作辦學(xué)需要中外機(jī)構(gòu)的堅(jiān)定承諾和共同奉獻(xiàn)。當(dāng)然，總會(huì)有挑戰(zhàn)和不可預(yù)見(jiàn)的障礙，但在這一過(guò)程中，雙方需要共同努力，營(yíng)造氛圍，解決一切問(wèn)題。

我認(rèn)為明確的合作辦學(xué)任務(wù)或目標(biāo)至關(guān)重要。例如：合作辦學(xué)的目的是什么？對(duì)學(xué)生有什么好處？如何建立一個(gè)包含不同教育理念、教學(xué)方法和學(xué)科的學(xué)術(shù)機(jī)制？如何獲得教職員工、學(xué)生和家長(zhǎng)的支持和信任？

此外，在采取行動(dòng)前，必須周密思考合作辦學(xué)項(xiàng)目，教師引進(jìn)是重中之重。教師參與和支持的程度將是決定合作辦學(xué)項(xiàng)目成功與否的一項(xiàng)重要因素。在國(guó)際團(tuán)隊(duì)教學(xué)環(huán)境中，有些教師比其他教師能更好地適應(yīng)。此外，教師還必須設(shè)法讓學(xué)生參與跨文化的教學(xué)環(huán)境，開(kāi)發(fā)課程，培養(yǎng)學(xué)生的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)。

圣馬丁大學(xué)（SMU）和北華航天工業(yè)學(xué)院（NCIAE）花了幾年的時(shí)間研究討論上述問(wèn)題，然后推出了我們的合作辦學(xué)模式。該項(xiàng)目得益于北華航天工業(yè)學(xué)院韓文仲校長(zhǎng)和該校機(jī)電工程學(xué)院王懷明院長(zhǎng)以及圣馬丁大學(xué)羅伊·亨德里克斯校長(zhǎng)和凱薩琳·博伊爾副校長(zhǎng)的支持。我們很幸運(yùn)與北華航天工業(yè)學(xué)院成為合作伙伴！

北華航天工業(yè)學(xué)院的索菲亞（陳?。┖图罚ㄈ沃镜t），以及圣馬丁大學(xué)的翁雪梅女士，對(duì)中外合作辦學(xué)項(xiàng)目取得成功也發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。如果沒(méi)有像上述三人努力的工作，讓此次經(jīng)歷如此完美且充滿(mǎn)價(jià)值，就不可能建立合作辦學(xué)項(xiàng)目。他們的努力對(duì)該項(xiàng)目的成功起到了重要作用，正如我們?cè)诿绹?guó)說(shuō)的，他們?cè)谔幚砑?xì)節(jié)方面做得非常完美。

科學(xué)最大的樂(lè)趣在于探索“融合”

問(wèn)：物理其實(shí)滲透在我們生活的方方面面，目前您對(duì)哪些物理學(xué)相關(guān)的熱點(diǎn)問(wèn)題比較關(guān)注、比較感興趣？

帕克：最近，我對(duì)計(jì)算力學(xué)很感興趣。實(shí)際上，我今年利用公休假，研究如何將實(shí)驗(yàn)納入一個(gè)典型的理論課程。博士期間，我主要從事實(shí)驗(yàn)工作，但我接受的教育最有趣的一點(diǎn)是能夠同時(shí)探索實(shí)驗(yàn)與理論。

過(guò)去幾年，我喜歡研究的物理知識(shí)涉及物理與音樂(lè)的交叉。實(shí)際上，我和音樂(lè)系的一位教授一起進(jìn)行了一堂音樂(lè)物理學(xué)課的教學(xué)。高中時(shí)，我在樂(lè)隊(duì)吹小號(hào)，但我從未真正研究或思考過(guò)音樂(lè)和物理之間有多少交叉。

隨著成長(zhǎng)，把兩種愛(ài)好結(jié)合在一起真是太美好了！對(duì)班上的學(xué)生來(lái)說(shuō)，看音樂(lè)家和科學(xué)家用不同的方式談?wù)撏瑯拥氖虑?，是非常有趣的。例如，我們最喜歡的一個(gè)課程是身為科學(xué)家的我給音樂(lè)教授上一堂唱歌課。他試著唱一個(gè)音符，升起八度音階（音樂(lè)術(shù)語(yǔ)）或變換雙倍頻率（物理術(shù)語(yǔ)），但聲道形狀要保持不變。（他不會(huì)直接這樣做，于是就很困難了，為了課程考慮，他不得不做錯(cuò)誤的示范。）聲道（音樂(lè)術(shù)語(yǔ)）或共振器（物理術(shù)語(yǔ)）需要變換不同的形狀才能唱出更高的音符，所以我們從物理學(xué)的角度研究如何做到上述情況。

課程中，我們做過(guò)很多這樣有趣的示范。這使我深入研究了音樂(lè)很酷的方面，比如大音階和小音階，我們對(duì)它們的感知，以及耳朵是如何聽(tīng)到不同聲音的。有很多問(wèn)題值得探討：為什么小號(hào)聽(tīng)起來(lái)像小號(hào)，鋼琴聽(tīng)起來(lái)像鋼琴？如果我們錄制這些聲音，然后倒著播放，它們的聲音是否仍然相同？如果我們切斷音符的加強(qiáng)和削弱部分會(huì)發(fā)生什么？我們能不能騙過(guò)耳朵去聽(tīng)實(shí)際上不存在的東西？

美國(guó)聲學(xué)協(xié)會(huì)推出了一張非常棒的光盤(pán)，探索“聽(tīng)覺(jué)幻象”，這些聽(tīng)覺(jué)幻象是非常好的課堂素材。這也正是一種方式，讓那些熱衷藝術(shù)卻并不熱愛(ài)科學(xué)的人在談話(huà)中涉及科學(xué)。許多光盤(pán)上的例子都讓班上的學(xué)生大吃一驚。

問(wèn)：5月22日，您在“外國(guó)專(zhuān)家科學(xué)講堂”上現(xiàn)場(chǎng)教授演示，對(duì)于這次活動(dòng)及效果，您有怎樣的感受？

帕克：被邀請(qǐng)去北京參加“外國(guó)專(zhuān)家科學(xué)講堂”，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教授，我需要選一個(gè)自己感興趣的主題。我選擇了相對(duì)論，因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域，一些悖論非常奇怪，但就像拼圖一樣，只要仔細(xì)、深入地思考，就能慢慢拼湊出正確答案。這可能讓人感覺(jué)像是科幻小說(shuō)，然而這些理論已經(jīng)一次次地得到證明，成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠郑词刮覀兛赡軟](méi)有意識(shí)到）。

活動(dòng)中，我有點(diǎn)兒擔(dān)心學(xué)生們不會(huì)對(duì)這個(gè)話(huà)題很感興趣，也擔(dān)心沒(méi)有學(xué)生自愿參加我的演示活動(dòng)，但我驚喜地發(fā)現(xiàn)教室里所有的學(xué)生都很投入?？吹剿麄兌紶?zhēng)先恐后地想要上臺(tái)演示，我感到非常欣慰。這正是我希望通過(guò)這次演示達(dá)到的目的。他們不需要完全理解狹義相對(duì)論，但需要對(duì)我所講述的奇怪科學(xué)感興趣。開(kāi)始快速移動(dòng)時(shí)，學(xué)生們可以直觀地看到奇怪且有趣的東西。通過(guò)這種方式來(lái)呈現(xiàn)，他們能夠投入到與材料的互動(dòng)之中?？巳R爾（孫夢(mèng)格）用中文做翻譯，很好地向?qū)W生們傳達(dá)了其中的樂(lè)趣。來(lái)自北華航天工業(yè)學(xué)院的張博洋老師在整個(gè)演示過(guò)程中也提供了非常寶貴的幫助。

問(wèn)：廣義相對(duì)論和量子力學(xué)的矛盾很有趣，那么您如何看待未來(lái)物理學(xué)發(fā)展的方向呢？

帕克：科學(xué)的一大樂(lè)趣是努力發(fā)現(xiàn)所有事物是如何“融合”的。我們努力探索這樣的矛盾時(shí)，可以學(xué)到最有趣的東西，學(xué)會(huì)使其兼容。正因如此，我們發(fā)現(xiàn)了生活中的物理學(xué)。

話(huà)雖如此，但我堅(jiān)信，物理學(xué)的未來(lái)最重要的一點(diǎn)是讓人們學(xué)到超越物理學(xué)之外更多的東西。學(xué)生在受教育期間必須選擇的其他課程有利于擴(kuò)展其思維，對(duì)培養(yǎng)一位優(yōu)秀科學(xué)家也至關(guān)重要。有時(shí)，恰恰從完全不同的參照系來(lái)解謎題才會(huì)給我們帶來(lái)最好的新思維。

物理學(xué)最重要的基礎(chǔ)必須是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證理論（反之亦然）。這兩者都需要相互推進(jìn)，否則我們永遠(yuǎn)不可能對(duì)任何結(jié)果真正有信心。大世界（一般相對(duì)論）與小世界（量子力學(xué)）使之具有挑戰(zhàn)性。沒(méi)有人能確切地說(shuō)出我們?cè)谖磥?lái)一年、十年甚至一個(gè)世紀(jì)可能學(xué)到什么。然而，重要的是要繼續(xù)探索，并激勵(lì)學(xué)生繼續(xù)探索。