推薦序
閱讀、思考與發問∕簡麗賢(北一女物理教師)
有句話說得好:「書就像降落傘,打開才有用。」閱讀一本好書,讓人沉浸在思考與反芻中,令人愉悅。
謝謝圓神出版社,讓我有緣先睹為快,閱讀李家同教授的新書文稿。多年來,李教授透過寫作與演講,關切國內教育政策與人才培育的議題,字字珠璣,句句剴切,令人敬佩。本書分成兩部分,其一,李教授為中學生導讀科學;其二介紹牛頓、法拉第、巴斯德等知名科學家的故事。內容相當豐富,非常適合中學生閱讀,也可提供中學教師上課中融入科學家故事的參考。李教授的新書傳達幾個概念。
其一,「一切從基本做起」的學習態度。魏徵的名言:「求木之長者,必固其根本;欲流之遠者,必浚其泉源。」學習科學不可炒短線,不能「知其然而不知其所以然」,不要只為考試和分數,「盈科後進」「學不躐等」才是正確的學習態度。
其二,「學習與養成發問」的習慣。學習科學就是要發問,發問前要思考,思考後要勇於發問,發問才能澄清概念。韓愈告訴我們:「人非生而知之者,孰能無惑?惑而不從師,其為惑也,終不解矣。」研讀科學亦然。「鍥而不捨」「不恥下問」是學習科學的基本態度,「善問者如攻堅木,先其易者,後其節目」,當我們提問前,先思考清楚疑問的關鍵點,只有解開疑惑,才能體悟學習的愉快。
其三,「哲人日已遠,典型在夙昔」。李教授精心蒐集與撰寫科學家的故事,雋永的文辭描述科學家的奮鬥歷程,期勉學子閱讀科學家的故事後,能感懷「哲人日已遠,典型在夙昔」,殷切期許學子「有為者亦若是」,立定目標,專心學習,以科學成就造福人類。
有一回,諾貝爾物理獎得主李政道教授在追念恩師吳大猷先生的專題演講中,引用杜甫的詩句:「細推物理須行樂,何用浮名絆此身。」他解釋說:「世界上除了真空外,都是由物質構成,物理就是萬物之理,研究物理最基本的精神就是細推,細就是細微的觀察和實驗,推就是數學的邏輯演繹和推理,仔細地推敲萬物的道理就是物理學的內容。」誠哉斯言,他把「細推物理須行樂,何用浮名絆此身」視為做人做事的準則,仔細推敲萬事萬物的道理,從事快樂的事,絕不為世間浮名所牽絆。
「房子再小,也要藏書;時間再少,也要讀書;薪水再薄,也要買書;交情再淺,也要送書。」我鼓勵學生多閱讀,如劉勰《文心雕龍》所說:「操千曲而後曉聲,觀千劍而後識器。故圓照之象,務先博觀。」廣泛閱讀才能積學儲寶,系統地建構知識,增進理解分析的能力。
閱讀是一件令人愉快的事,閱讀李教授的書,更能體悟科學的理性與感性,引導我們思考與發問。
自序
為何我們的學生很會應付考試,但是在科學上的成就不夠好?
我們的中學生在各種國際數理方面的考試中都表現得相當不錯,但是在科學的研究成果上,卻沒有很多非常傑出的人。也許我們該問,這到底是什麼原因?這當然不是一個簡單的問題,可是如果我們仔細分析的話,會發現同學有一個特色,那就是他們很會解難題,也有考試技巧,但很少同學會問非常有趣味而有深度的問題。
這種不發問的現象的確很嚴重,也不僅限於課堂,我們整個社會就是不太喜歡問問題。舉一個簡單的例子來說,我們大家都看電影,也會看到很多的電影中有相當難拍攝的鏡頭,大家只會欣賞這種電影,而不會問究竟這種電影是如何拍出來的?比方說,很多從前拍的電影中就有獅子和人搏鬥的鏡頭,在當時,電腦技術尚未成熟,獅子絕對不是用動畫合成的,但是我們很少人對於這類問題有興趣。
我們常常看到報紙上說某某跑車可以在三秒鐘之內,從零加速到一小時一百公里。我們只會報導這件事,而不去解釋這究竟是如何達到的。好像這不是一個有趣的事,社會上沒有人會對這件事感到好奇。
【學問,學習發問】
在美國念過書的人都有過一種經驗,那就是美國學生常常會發問,但是考試往往考得不好。我們的同學很少在上課時舉手發問,可是考試的時候卻又表現得非常好。這種不發問的現象會有什麼問題呢?
第一個問題就是我們的學生雖然沒有搞懂學問,可是因為他沒有發問的習慣,他會似懂非懂地將所學的東西背起來,久而久之成了一個習慣,認為所謂念書就是將老師說的背將下來。很多同學養成了這個習慣,也就不知道自己其實沒有搞懂。舉例來說,在國中一年級的時候,才從小學畢業的同學,就要學關於DNA的知識。DNA與遺傳學相關,但是要搞懂DNA又要懂化學,而且是還是很複雜的化學。小學才畢業,根本不知道化學為何物,也就不懂為何DNA有遺傳的功能。可是我們的孩子並不知道自己不懂,只是以為背了一些名詞,而且在考試中拿到高分,就表示懂了,這是一個多麼嚴重的問題。
再舉一個例子,我們的高一學生要學大霹靂,也就是宇宙的起源,這當然又不容易了解,而且高中一年級的學生是無法透徹了解如此深奧的學問。但是,兵來將擋,同學們不會舉手發問,大霹靂的理論是如何演而來,他們會將書上講的東西全部背下來。糟糕的是,有的學生就自以為了解大霹靂。
第二,不發問的結果是根本搞不懂很多最基本的學問。以電學來講,高中生會學到庫侖定律,這個定律中有一個物理量,就是所謂的電量,電量的單位是以庫侖來計算。庫侖定律提到了這個電量,可是在庫侖的時代,科學家也許知道一個物體含有電荷,但絕對沒有能力測量電荷量。能夠精確地測量電荷量,乃是近代的事,所以同學們其實對於最基本的問題都沒有搞清楚。同學也許會背庫侖定律的公式,但並沒有弄清楚庫侖定律的真正含義。電磁學中的電場是根據庫侖定律而來,我們如果搞不清楚庫侖定律,對於電場的觀念也只是一知半解。
我念大學的時候,念的是電機系,一直對一個問題非常困擾,那就是在電路分析的時候牽涉到一個虛數,在念傅立葉轉換的時候,又牽涉到一個虛數,可是我當時有一個感覺,自然界並沒有這個虛數,所以我就搞不懂這到底是怎麼一回事。當時也沒有問老師,我曾經和其他同學談起我的困擾,很多同學都有同樣的困擾,也都沒有問,我一直到後來才搞懂這是怎麼一回事。也就是說,有很長的時間,我其實連電機裡一個最基本的觀念都沒有搞清楚。
第三個問題是,我們不問問題,也就不會創造新局。這是必然的現象,要創新局一定是對於一個問題感到非常困擾。我們大家都不問問題,多多少少也表示我們對於很多問題沒有感到困擾,可是一些觀察敏銳的人,當他看到一種現象以後,他會立刻對這種現象產生興趣,最後發展出一套理論來解釋這種現象。比方說,有人發現在牧場中成天和牛在一起的人不會得天花,如果是我們這些人看到這種現象,絕對不會問為什麼他們不得天花?會問問題的人就會去研究這種現象,最後當然會有很大的突破,牛痘就是如此被發現的。
【會問問題,就會思考】
既然知道問問題很重要,為什麼我們整個社會不太會問問題?
(一)我們往往教得太難。在國中一年級就教DNA,學生當然不懂,也無從問起。我要是小孩子,也不會問,因為我知道問了以後,老師所講的,我仍然聽不懂。高中要念的理化,中間包含一大堆艱難的學問,大霹靂只是其中之一,量子力學又是另一個不可能懂的學問。同學們根本不把這些學問當作一回事,他們除了背以外,沒有任何辦法。而且他們發現自己不懂是沒關係的,只要會背就可以了。那些很認真念書的同學,反而會考不好,因為他們想把事情搞清楚而沒有背,他們不知道我們國家「背多分」乃是最佳策略。
(二)我們社會的文化,從來不鼓勵發問。在家裡,我們總是習慣大人講話小孩要乖乖地在旁邊聽,不可插嘴。這種想法使得我們的孩子從小就不會發問,主要是不敢發問,因為大人覺得孩子話太多乃是令人厭煩的事,甚至會覺得乖小孩是只聽不問的。因為問問題多多少少有一種挑戰大人的意味,比方說,小孩子問爸爸,你剛才講的那個論點,在某某情況之下可能是有問題的,這個爸爸並不能欣賞這個孩子的聰明,反而認為這個小孩子有點叛逆。
(三)我們社會的確沒有什麼好奇心。對很多事情,我們不會發現其中的蹊蹺。舉例來說,在911事件中,為什麼恐怖分子在同一個時間內可以通過好幾個機場的安全檢查?為什麼飛行員不立刻以無線電通知地面有人劫機?更奇怪的是,飛行員為什麼會駕機撞樓?因為撞大樓也一定會機毀人亡,如果說恐怖分子自己駕機,這又更加奇怪了,他們頂多學了幾個月的飛行技術,不可能如此準確撞到大樓,而且他們如何能夠使得飛行員將飛機的控制權全部讓給了恐怖分子?駕駛員的機艙幾乎不可能進得去,恐怖分子如何進去?針對許多社會事件,我們應該要有好奇心,才能抽絲剝繭地找出原因。
(四)我們不大知道發問的重要性。我們做老師的,只會要求學生解題目,這就夠了,他究竟有沒有困擾,老師
並不會過問。可是我們應該知道,伏爾泰曾經說過,要評論一個人,不能從他的答案,而是要看他所問的問題。我們的老師與整個社會是完全忽略了這一點,難怪我們的學生最多就是會解題,而不會發現新的研究題目,這是很可惜的事。
(五)我們同學之所以不問,還有一個文化上的問題,那就是同學們其實不敢挑戰。假如我們覺得某一個機器不太順手,或者某一個軟體不太好,我們通常就逆來順受,而不問一個最基本的問題:難道沒有改進的空間嗎?我們常常發現這些硬體也好,軟體也好,都是外國有名的公司出產的,因此我們從小就養成崇拜洋人的習慣。再加上老師常常告訴學生這些發明者有多麼偉大,以至於我們不敢說自己有新的想法,看到一個系統明明有問題,也不敢問是否能改善。
(六)我們常常認為問問題表示自己沒學問,所以就不敢問。小孩子沒有這種想法,所以會東問西問,從不覺得問問題是一件難為情的事。可是大了以後,反而覺得問問題表示自己不懂,乃是自曝其短,也就不問了。這種現象在教授中最為嚴重,教授常常很重面子,不懂的東西其實也不少,但就是不肯問人家,尤其不肯問比他年輕的人。我們有一句話叫做不恥下問,其實這句話本身就是有問題的,因為「下問」就是看不起人的說法,可見這一句話充分顯示我們國人愛面子的現象。
不問問題,嚴格說起來乃是不思考的現象。我們常常看到電影上有科學家在走廊中走來走去,其實是因為他發現了一個令他非常困擾的問題。如果一個人根本沒有令他困擾的問題,試問,他怎麼可能在科學上有很大的成就呢?
【科學,從好奇開始】
我寫這本書是希望同學們看了以後,好好地養成一個有好奇心的習慣,對於很多的事物,都要問問究竟怎麼一回事。比方說,我們從小就知道萬里長城在兩千年前就已建造,至今長城依然健在。一個充滿好奇心的學生應該會問,究竟萬里長城所用的材料是什麼?兩千年前是沒有水泥的,可是顯然不需要水泥也可以建造非常堅固的建築。像這一類的問題,我們同學卻沒有問,這不是一個好的現象。如果我們要成為好的科學家,就必須有強烈的好奇心。看了這本書以後,我們多多少少會知道,過去偉大的科學家都是從好奇心開始的。
我也寫了一篇文章,算是我的導讀,這篇文章對於非理工科的學生來說,可能難了一些。裡面有一些數學式子與科學上的知識,對於了解這些偉大的理論有相當大的幫助,但是非理工科同學可能比較難以消化,但我們也不可能再簡化這篇導讀了。所以我建議理工科同學可以細細研究,非理工科的同學就當作一項挑戰吧。