诺贝尔得主理查德·费曼是一名有趣的、不拘一格的物理学家,他不仅在物理学上建树颇丰,发现了新的最精确的物理理论,而且拥有着独特的人格魅力,征服了几乎所有认识他的人。
今年恰好是费曼先生诞辰100周年,德国启恩教育(微信号:Qien-Bildung)来和大家分享一下,这位又有趣又可敬的物理学家是如何开启他的科学之旅的。
年幼的费曼先生 图片来自BBC纪录片《神奇的费曼先生》在我出生前,我父亲对母亲说:“要是个男孩,那他就要成为科学家。”
当我还坐在婴孩椅上的时候,有一天,父亲带回家一堆小瓷片,把它们叠垒起来,弄成像多米诺骨牌似的,然后我推动一边,它们就全倒了。
过了一会儿,我又帮着把小瓷片重新堆起来。这次我们变出了些复杂点儿的花样:两白一蓝,两白一蓝……
我母亲忍不住说:“唉,你让小家伙随便玩不就是了?他爱在那儿加个蓝的,就让他加好了。”
可我父亲回答道:“这不行。我正教他什么是序列,并告诉他这是多么有趣呢!这是数学的第一步。”
我父亲就是这样,在我还很小的时候就教我认识世界和它的奇妙。
「翻译」式学习
我家有一套《大英百科全书》,父亲常让我坐在他的膝上,给我读里边的章节。有一次,我们读到恐龙,书里说:恐龙的身高有 25 英尺, 头有 6 英尺宽。
图片来自BBC纪录片《神奇的费曼先生》读到这里,父亲停了下来, 对我说:“唔,让我们想一下这是什么意思。这也就是说,要是恐龙站在门前的院子里,那么它的身高足以使它的脑袋凑着咱们这两层楼的窗户,可它的脑袋却伸不进窗户,因为它比窗户还宽呢!”
图片来自BBC纪录片《神奇的费曼先生》就是这样, 他总是把所教的概念变成可触可摸, 有实际意义的东西。
我想象居然有这么这么大的动物,而且居然都由于无人知晓的原因而灭绝了,觉得兴奋新奇极了,一点也不害怕会有恐龙从窗外扎进头来。
我从父亲那儿学会了「翻译」——学到的任何东西,我都要琢磨出它们究竟在讲什么,实际意义是什么。
「知道」和「懂得」的区别
我父亲常在周末带我去卡次基山,在漫步于丛林的时候给我讲好多关于树林里动植物的新鲜事儿。其他孩子的母亲瞧见了,觉得这着实不错,便纷纷敦促丈夫们也学着做。
可是这些丈夫们不理她们。她们便来央求我父亲带他们的小孩去玩。我父亲没有答应, 因为他和我有一种特殊的关系, 不想让别人夹杂进来。于是,其他小孩的父亲也就只好带着他们的小孩去山里玩了。
费曼先生当年的住处 图片来自BBC纪录片《神奇的费曼先生》周末过去了,父亲们都回城里做事去。孩子们又聚在一起时, 一个小朋友问我:“你瞧见那只鸟儿了吗?你知道它是什么鸟吗?"
我说:"我不知道它叫什么。"
他说:"那是只黑颈鸫呀!你爸怎么什么都没教你呢?!"
其实,情况正相反。
我爸是这样教我的:看见那鸟儿了么?那是只斯氏鸣禽。在意大利,人们把它叫做"查图拉波替达",葡萄牙人叫它"彭达皮达",中国人叫它"春兰鹈",日本人叫它"卡塔诺•特克达"。你可以知道所有的语言是怎么叫这种鸟的,可是终了还是一点也不懂得它。你仅仅是知道了世界不同地区的人怎么称呼这只鸟罢了。我们还是来仔细瞧瞧它在做什么吧——那才是真正重要的。
我于是很早就学会了"知道一个东西的名字"和"真正懂得一个东西"的区别。
斯氏鸣禽,他们当时观察的鸟儿 图源:baike.niaolei.org.cn他又接着说:"瞧,那鸟儿总是在啄它的羽毛,看见了吗?它一边走一边在啄自己的羽毛。它为什么要这样做呢?"
我说:"大概是它飞翔的时候弄乱了羽毛, 所以要啄着把羽毛再梳理整齐吧。"
他说:"唔,如果是那样,那么在刚飞完时,它们应该很勤快地啄,而过了一会儿后,就该缓下来了——你明白我的意思吗?"
我说:"明白。”
他继续说:“那让我们来观察一下, 它们是不是在刚飞完时啄的次数多得多。”
不难发现,鸟儿们在刚飞完和过了一会儿之后啄的次数差不多。我说:“得啦,我想不出来。你说道理在哪儿?”
他说:“因为有虱子在做怪,虱子在吃羽毛上的蛋白质。虱子的腿上又分泌蜡,蜡又有螨来吃,螨吃了不消化,就拉出来粘粘的像糖一样的东西,细菌于是又在这上头生长。”
最后他说:“你看,只要哪儿有食物,哪儿就会有某种生物以之为生。”
现在,我知道鸟腿上未必有虱子,虱子腿上也未必有螨。他的故事在细节上未必对,但是在原则上是正确的。
十岁的费曼先生 图片来自BBC纪录片《神奇的费曼先生》又有一次,我长大了一点,他摘了一片树叶。我们注意到树叶上有一个 C 形的坏死的地方,从中线开始,蔓延向边缘。
“瞧这枯黄的 C 形,”他说,“在中线开始时比较细,在边缘时比较粗。这是一只蝇,一只黄眼睛、绿翅膀的蝇在这儿下了卵,卵变成了像毛毛虫似的蛆,蛆以吃树叶为生。于是,它每吃一点就在后边留下了坏死的组织。它边吃边长大,吃的也就越多,这条坏死的线也就越宽。直到蛆变成了蛹又变成了黄眼睛、绿翅膀的蝇,从树叶上飞走了,它又会到另一片树叶上去产卵。”
树叶上的痕迹 图源:https://zhidao.baidu.com/question/242627429824026724.html同上一例一样,我现在知道他说的细节未必对——没准儿那不是蝇而是甲壳虫,但是他指出的那个概念却是生命现象中极有趣的一面:生殖繁衍是最终的目的。
不管过程多么复杂,主题却是重复一遍又一遍。
我没有接触过其他人的父亲,所以在当时我并不懂得我父亲有多么了不起。
他究竟是怎么学会了科学最根本的法则:对科学的热爱,科学深层的意义,以及为什么值得去探究?
我从未问过他,因为我当时以为所有的父亲都理所应当地知道这些。
让孩子对探索上瘾
我父亲还培养了我留意观察的习惯。
一天, 我在玩马车玩具。在马车的车斗里有一个小球。当我拉动马车的时候,我注意到了小球的运动方式。
我找到父亲,说:“嘿,爸,我观察到了一个现象。当我拉动马车的时候,小球往后走;当马车在走,而我把它停住的时候,小球往前滚。这是为什么呢?”
“这,谁都不知道。”他说,“一个普遍的公理是运动的物体总是趋于保持运动,静止的东西总是趋于保持静止,除非你去推它。这种趋势就是惯性。但是,还没有人知道为什么是这样。”
你瞧,这是很深入的理解,他并不只是给我一个名词。
年轻的费曼先生 图源:百度百科父亲接着说:“如果从边上看,小车的后板擦着小球,摩擦开始的时候,小球相对于地面来说其实还是往前挪了一点,而不是向后走。”
我跑回去把球又放在车上,从边上观察。果然,父亲没错——车往前拉的时候,球相对于地面确实是向前挪了一点。
我父亲就是这样教育我的。他用许多这样的实例来讨论,没有任何压力, 只是兴趣盎然的讨论。它在一生中一直激励我,使我对所有的科学领域着迷,我只是碰巧在物理学中建树多一些罢了。
从某种意义上说,我是上瘾了——就像一个人在孩童时尝到什么甜头,就一直念念不忘。我就像个小孩,一直在找前面讲的那种奇妙的感受。尽管不是每次都能找到,却也时不时地能做到。
正值壮年的费曼先生 图源:百度百科大家看完了这几个故事或许有些感慨:费曼能获得诺贝尔物理学奖,一定也和他有这样一个好爸爸有关系呀!
确实是这样,而且,我们也都能成为这样的一个好爸爸/好妈妈呀!不懂科学知识,不了解恐龙、小鸟、昆虫甚至是惯性的原理,都没关系,只要我们能做到一件事情,那么,其实孩子也可以慢慢培养出科学逻辑思维。
我们做到什么事情呢?其实确实也不简单:有意识地鼓励和引导孩子使用科学思维,就像费曼爸爸做的那样,多给孩子问问题——书上说恐龙的头有6英尺宽,这意味着什么?鸟为什么要啄羽毛?山上的植物有什么特点?动物有什么习性?树叶上为什么会有C型的痕迹?
费曼先生自己也说了,他的爸爸的答案其实未必正确,但是原则是对的:他想引出孩子对大自然的好奇心,进而让孩子产生有逻辑的思维——这个数据究竟意味着什么?这种行为为什么会产生,它会有什么后果?当我们有了种种困惑,我们应该怎么寻找答案?
在不停地提问当中,孩子的观察能力、对比能力、思考能力等等各方面的能力就锻炼出来了。从小开始培养对大自然的爱和有逻辑性的思维,也许就是费曼先生能在物理学中获取如此大的成就的原因之一吧。
如果大家对费曼先生的成长之路有兴趣,不妨来看一下英国BBC公司制作的纪录片《神奇的费曼先生》吧!链接地址为https://v.qq.com/x/page/c0380zbhtc3.html。
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