上世纪 50年代南开中学物理教学给我们的启示
郭雅生 吴恒显
(中国民航学院 天津 300300) (中科院上海光机所 上海 嘉定 201800)
汪镇藩 金 重
(河北大学 河北 保定 071002) (中国民航学院 天津 300300)
* 署名前两位是当年的南开中学学生，后两位分别是上世纪五六十年代南开中学的物理老师
【编者按】课程改革与一切改革一样都是改革创新与继承相结合的过程 .在大家热
心按新课标进行课程创新的时候，郭雅生等南开中学早期校友，在南开中学百年校庆之
际，追溯了曾经培养了大批人才的 20世纪50年代南开中学物理教学，那种生动活泼的教
学局面，应该说也是传统教学中值得继承的宝贵经验 .希望大家在注重创新的同时，也
对传统教学中的成果批判地加以继承 .正是出于这样考虑，我们把这一文章放入课程改
革探索栏目 .
在南开中学建校百年之际，我们共同回忆五十多年前，南开中学物理课以及与物理有关，并具特点的一些事情，撰此拙文以庆华诞 .
1 有魅力的物理，迷它！爱它！学它！
上世纪 50年代在南开中学求学时，物理是许多同学最喜欢和最爱学的课.最初感觉难学，难在何处？以牛顿三定律为例：它具有最概括的文字表述，简而不能再简的数学语言 .当你在自然界、生活中、学习时遇到浩如烟海的各类力学问题时，“牛顿三定律”向你显示出“力量”，仿佛说“解决问题非我莫属！”然而真正去解决问题（或解题）时，必须真正是理解了物理定律深刻的内涵，掌握了处理问题的科学方法，处处小心，步步讲理 .一旦问题解决（或得到正确答案），你将得到欢愉，问题越难得到的欢愉越大，甚至还或多或少产生一点成就感和征服感 .当然，那得看解决了什么样的问题，想必这就是有魅力的物理或曰物理之魅力吧！
当年赵金仓、王荫槐等老师，正是以其坚实的物理基础，认真的科学态度，精辟的物理思维方式把物理学中的概念、定律、应用，等等内涵之“美”赋予同学们，在 5年时间内，给同学们以教化和无数的欢愉 .物理的魅力征服了大家，从难学转化为爱学.虽然许多同学未来的专业并不选择物理，但仍对物理痴迷，兴趣盎然，迷它，爱它，学它 .中学阶段物理是各科中最少死记硬背的，说理最透彻的课程，同学们心中“物理”为科学的“王中王” .这种几分童心的求知态度，和亚里士多德的“求知为人之本性”，以及爱因斯坦的“科学是为科学而存在的”等观点相比较，真还有点“神似” .它是来源于物理自身的魅力？还是来源于老师们的教化？想是二者兼有之 .正确与否见仁见智吧！
2 格物致知 追本穷源
“格物致知”是我国古代认识论的重要命题，简称“格致” .“格物”为接触事物，即实践，其涵义：在实践中研究考察存在的普遍真理，而获得知识 .“致知”讲的是在实践中有了一定正确认识之后，用于“修身” .“格致”源于《礼记·大学》“致知在格物，物格而后知至” .老师用以为学物理开宗明义，其涵义是：学习物理探索自然，应从实践（观察真实的自然）开始，建立感性认识之后，“追本穷源”以实验为本，寻求具有普遍意义的物理规律，完成从感性认识到理性认识的飞跃 .后来在大学学习普通物理时，一位教授的开篇讲得更简单，“物理者悟理也”，他对“悟理”的诠释和上述认识类同 .20多年前冯端院士给《物理通报》的题词：“格物致知，即物穷理”不用再加以诠释 .
物理是以实验为本的科学，当年南开中学物理课高度重视实验，力、热、光、电分组实验仅就数量而言，约有 20余个，演示实验数量更多，另外课外兴趣小组还有许多魔术实验，每当年节联欢时进行表演 .一些实验要求较高，达到一定水准.如力学单摆实验，热学热工当量测定，光学透镜组成像实验，电学灵敏电流表内阻测定，三用表改装等等 .在大学重新遇到这些实验时，独立设计、操作、数据测量等方面，已是轻车熟路游刃有余 .更重要的是通过实验对物理以实验为本，有了更深层次理解 .提高了学习物理的科学素养，为进一步学习打下坚实基础 .
3 “知识就是力量” 科学知识观在南开
弗朗西斯·培根（ Francis Bacon）英国历史上伟大的哲学家、科学家、历史学家和散文作家 .他一生在思想，知识，科学等领域不懈的追求、探索、实践，成为近代人类思想史上具有里程碑意义的杰出代表之一［ 1］.但有关他诸多方面的评价，却存在极大的反差，例如他提出的实验哲学思想，形成经典力学（牛顿力学）建立的思想指导［ 2］，马克思称他为“近代实验科学的真正始祖” .然而F·培根却轻视甚至反对吉尔伯特、伽利略等人的研究工作，低估数学和精确度量的重要性，低估科学想像的作用等等，又受到后人的批评和责难［ 3，4］.即便如此，他的经验论哲学对实验科学传统的形成与发展仍具有不容忽视的作用［ 5］.
F·培根关于知识认知等的哲学思想，即“科学知识观”对人类科技文化有着深远影响.他提出的名言“知识就是力量”，在人类历史上第一次揭示了知识的真正意义，标志着人类科学知识观的划时代的革命性的变革 .它是对知识的价值功能最概括、最深刻、最贴切的诠释. 300多年来激励着人类解放思想，奋发不懈探索自然界的奥秘.它引导着人类将科技成果转化为人类服务的生产力 .而物理科学四个世纪（17、18、19、20世纪）的发展引发了三次产业革命［ 6］，说明了科学知识观的重要作用，其核心“知识就是力量”被知名学者法灵顿称之为哲学中的“日月之食” .“日月之食”也被周恩来总理所推崇，成为早年激励南开人求知的动力和箴言 .
1951年敬爱的周总理来到他青年时期曾在此学习和开始革命生涯的南开中学，在大礼堂接见全体师生，革命家的风采，领袖的气质，南开人的亲切，这一切深深感染着师生，群情激奋掌声经久不息 .周总理挥洒自如，热情洋溢，即兴讲话，鼓励同学，勇于探索，刻苦学习，努力实践，全面发展，服务人民，报效祖国，树立宏志，献身人类 .总理讲话意深言简，幽默亲切，字字句句如时雨春风，滋润了南开这片教化与求知的土壤 .讲话中，甚至从青少年时代培养科学卫生习惯等微末细节，也被日理万机的总理所关注 .周总理给南开中学带来了有着新内涵的，更加人性化的，更具亲和力的科学知识观 .1956年周总理为新创刊的杂志《知识就是力量》题写刊名 .同年周恩来总理主持了“知识分子工作会议”，会议期间发表高瞻远瞩的重要讲话，分析了人类面临第三次产业革命即将到来形势，指出我们需要认真对待，而不是空谈，集中力量向现代科学进军 .毛泽东主席出席会议闭幕式，号召党员努力学习科技知识 .会后形成了“向科学进军”的高潮.这个时期，科学知识观受到了高度重视.《知识就是力量》杂志出刊以后成为南开师生最抢手的读物，刊物中许多有趣的问题成为师生的互动素材 .“向科学进军”的号召激发了师生的激情，许多老师制定了“进军”计划，不定期举办各种类型的报告，诸如科普，研究心得，进军计划等等 .同学们学习更加刻苦努力，为“进军”默默准备着 .
“实践 "被培根称为科学皇后，在南开中学的教与学中，把实践作为从“求知”跨越到“知识就是力量”的一个必不可少的重要环节 .学校从经费、场地、时间（每周六下午为社团活动日）等多方面提供条件，营造氛围，为同学们“实践”构建平台 .社团，各种竞赛，知识讲座，演讲等活动吸引和吸纳了众多同学参与 .这是南开传统，它源于上世纪初.敬爱的周总理在南开求学期间，积极组织参与了这些有益的实践 .他是社团首领，学生报纸的经理，反对袁世凯讲演竞赛第一名，学生剧团的骨干等等 .他的卓绝表现，受到学校奖励，成为当年唯一的免费生 .
与物理有关的有两个社团，一个是波波夫社，三年时间社员从单管收音开始，直到全面掌握五管外差， 100瓦扩大器的原理，组装与维修；另一个更具有实力的社团是航空模型社，它是从弹射小飞机做起，然后制作牵引式自由飞二级机，再后是线操纵机，无线电遥控机等等.原理方面空气动力学初步，是社员必须学习的知识.创新和将事情做到最好，是南开的社团精神 .贾德培同学（入选过天津市航模队）1956年设计制造了火箭推动升空的自由飞模型机，实验时付出巨大艰辛 ,甚至被炸伤,但最终获得成功,成为当年航模界的靓点.航模社为我国航空航天事业，培养了许多人才，每逢学校大庆之年，仅从北京航空航天大学返校参加庆典的专家、教授常常是坐满了一辆大客车，其中很多人的第一架模型飞机制作于南开北楼的航模社；第一次接触风洞演示实验，分析机翼升力是在南楼物理实验室进行的；第一位指导是物理老师或高年级学长 .
4 物理竞赛在南开中学
天津市物理学会撰写的《天津市物理学 50年成就集》中，以《南开中学的骄傲，天津市的光荣》为题，介绍了从 1997年至2000年，三名南开学生在三届国际物理奥林匹克竞赛中荣获金牌为国争光 .2003年全国物理竞赛天津赛区，南开中学27名同学获一等奖（一等奖总人数为35名）.这些优异成绩，反映出当今南开中学物理“教与学”的水平和成绩，本文不赘述.南开中学之所以能取得如此优异成绩,与其传统息息相关.出于物理能力和素养提高，兴趣培养，发展个性，因材施教等目的， 20世纪50年代，南开中学就组织过物理竞赛.1956年的竞赛，参赛人数约百余人，只进行笔试，题目达一定水准 .至今记忆犹新的，是竞赛题中的自选题，要求在你身边、生活中、接触到自然现象中，选择你熟悉的，有兴趣的问题，用学到的物理规律，写一篇小论文，题目自定 .当年一位喜欢打乒乓球的参赛同学(本文作者之一郭雅生——编者 )，平时他曾对旋转球的物理问题，进行过较深入的思考，因而《乒乓球旋转的力学问题》是他自定的题目，本题涉及问题较多，如旋转与摩擦，各种碰撞（正碰、斜碰、弹性、非弹性、球拍性能等），球的运行轨迹等等，为节省时间和尽量压缩篇幅，他采用运动员与教练对话形式的文体 .文章写得粗糙，但分析问题基本正确，得到老师的首肯.南开当年物理竞赛中那些贴近生活，联系实际，趣味横生的“小论文”，今天回忆起时也是余味无穷 .
5 好题 精做 独立 自信
无论在中学、大学，学习物理时，做题是必须的 .因为做题也是“实践”，它是理解物理规律不可缺少的环节 .当年南开的同学们，对做题的态度分三类，其中较极端两类是：一类同学轻视课后习题，嬉称为“纸笔实践，一看就会”，不愿做题 .确实，当年课本上的习题，难度偏低的基本题偏多 .另一类则是大量做题，被同学们戏称为“岩波派”（日本岩波书局出版过大量题典 ).他们以题典为师大量做题，各种题典被这类同学青睐，甚至为此自修日文 .当年一期讨论学习方法的板报上，一位颇有才思的同学写了一首小诗告诫两种极端：作业平时别小看，滴滴点点路漫漫 .茫茫渺渺题如海，细做精雕解俩难.该期板报的标题：《好题 精做 独立 自信》，传说是知名物理学家吴大猷院士在南开中学讲授物理课时，鼓励独立思考推荐给同学们的做题“八字箴言” .撰此文时认真考证，查阅南开中学校史资料，上世纪 30年代教员名册确有吴大猷院士大名.而“八字箴言”无文字记载，姑且权当历史沉淀为南开师生所用 .
“好题”：指老师选编好的题目，“好题”之涵义，很难一言以蔽之 .泛泛而言，物理习题中的好题，它应具有鲜明的物理思想（主题）能起到如下的作用：加深对概念、规律的理解，学会概念、规律的灵活运用，加强物理基本功的培养和训练，学习解决问题的方法（分析、综合、对比、逆向思维、见微知著……），开拓思路，举一反三，余味无穷，兴趣盎然，甚至具有应用方面的实用意义等等不一而足 .若一题之中能真得诸多作用之二三，堪称“好题” .即使如此，物理学300多年的历史沉淀“好题”也已成“题海”.南开中学的老师们，在给同学们布置习题时，好中选好，精益求精，在题海中做着选择，这是一项极为艰辛的工作.老师们认为好题中的经典是必须做的，如冲击摆、电阻串并联、平行板电容器、电容器串并联、电磁感应、洛伦兹力等等习题，这些习题至少有百年以上的历史，它们当初就是一篇好的论文，或是概念和规律的重要应用 .重视物理思想，提倡科学方法论，是那个年代老师们选编“好题”的原则 .
“精做”：指老师课堂例题做得要精，老师起到示范作用，要求同学在遇到习题时“精做”.一般物理题做题步骤如下：
虽然每一步骤（环节）都有许多“精做”的内容，限于篇幅，我们重点追忆当时教与学中，结果分析与讨论这一环节的“精做”内容 .按照狄拉克的研究物理问题的观点，一个好的物理学家在求解方程之前，应能粗略看出数学结果［ 7］.当得到方程解之时，物理学家的实际工作才刚刚开始，他必须将数学语言翻译为物理语言①，并检验结果的正确性，深入进行讨论，与预想的粗略结果比较，与前人的工作比较，与实验结果比较，反复多角度改变条件（参数）进行进一步探讨 .这是物理工作者或物理学家研究问题的收获时刻，他们抓住细微末节，寻找蛛丝马迹，争取获得更多的成果 .当年老师们正是把这种精神与方法，移植到做物理题之中，这就是“精做”的核心 .显然，“精做”是和“好题”密不可分的，“精做”是做题的一种追求，千万注意“做物理工作”和“学物理”是不同的 .学习阶段许多基本功的培养，如单位换算，数量级比较等等 .又如物理思维方式的建立，如物理意义上的大、小，远、近，轻、重，时间、空间等等，和生活经验，和纯数学概念都存在差异.以及概念、基本规律的简单应用等等.围绕上述内容的许多基本题，在学习阶段是必不可少的，它们确实起了应有的作用 .它们是加强基础的“好题”，但几乎没有前述的“精做”的空间 .而当年南开中学老师们，仍然从另外的视角，如将贴近生活，引起兴趣，激发联想，逻辑归纳等等融入基本题，使同学们得到收获 .在演练基本功时也不失谐趣.
“独立自信”在南开教育思想中，体现于方方面面，如同学自办报纸，自建社团；又如伙食管理，宿舍管理，社团管理……都有独立参与机制 .“独立”“自信”的品质，被南开人极为看重 .此处“独立”指学习时所倡导的，独立思考刻苦钻研的精神.在物理课中（其他课也如此），完成作业（做习题）要求“独立”贯穿于始终 .首先独立面对于题目，然后独立思考独立完成，最终自己独立判断结果的正误 .每一道题都蕴藏着“独立”的全过程，在完成求知功能之外，同时也为“独立”“自信”的品质培养做着点点滴滴的积累 .
同学们将“独立自信”视为南开人的气质 .做题时遇到困难，若不经思考,轻易就去问同学和老师，久之，被大家视为“思想懒汉”和“肤浅与不成熟” .轻易去从习题集中寻求答案，甚至依样葫芦，久之，被大家视为“在诱惑面前的软弱” .抄袭别人的作业，更被南开师生嗤之以鼻，其品格为同学们鄙视，老师斥之为“在学习态度上的哀莫大于心死”，仅此数言，振聋发聩，使糊涂学生铭记于心，从此不敢造次 .如此严训，中学六年，记得课堂上仅听一次而矣 .
当今同学们学习物理时，习题集早已是人手多册 :XX名题，多解无敌，状元之路，名师点拨，题源等等，已是题海茫茫 .利大弊大？选择两难，不加妄评.而早年南开至少认为，它对初学物理的同学而言，是对“独立”的诱惑 .因而老师们约定俗成，不将习题集推荐给同学作为参考书 .沙哈罗夫编著的《中学物理习题集》是当年极有影响的习题集，译者是汪镇藩，在南开中学教物理时，汪老师从未向同学作过推荐，后来，汪老师在大学讲授电动力学时，其译著《电动力学习题集》同样未作推荐 .老师更看重独立思考，其观点是：遇到难题，同学不要轻易找“拐棍”，老师也不要轻易给“拐棍”，学习爱因斯坦所提倡的：善于思考，思考，再思考 .同学们用“独立思考”和“刻苦钻研”去面对习题中的一个个难题.从中得到了“智慧”，建立了“自信”，享受到“无比的欢愉” .难怪有的同学将解难题视作人生几大趣事之一，乐此不疲，如痴如醉 .
6 “题中寻题” 精做范例
物理学家或物理工作者 ,他们的很多工作,是从老的课题中去寻求新的课题.新课题是对旧课题的补充、修正、扩展、方法改进 ,甚至推翻前人课题中的结果等等.题中找题的能力是“做物理研究”必须具备的素养和能力 ,因为这种素养和能力,不仅仅在物理学课题中显示出重要性 ,它对科学甚至于生活同样重要 .这方面早年南开极其重视,当然中学阶段以学为主,对问题的深究,受到如知识、工具、思想方法等诸多方面的制约 ,即便如此,物理课的教与学中时时鼓励和追求着创新精神，南开的校训中“日新月异”时时刻刻鞭策着南开人，哪怕是一道习题中的点点滴滴的新意（如解法有新意，分析结果有新意等等）都会受到老师鼓励 .
偶然初识了当今南开中学高二的同学卢某，2003年他刚读高二时参加全国物理和数学竞赛，在天津赛区分别获得了一等奖和三等奖 .以下题目，是他在准备物理竞赛时，做过的一个练习题：
如图所示，一长为 2L的轻杆上，固定两个相同的重球，质量均为 m，将其竖直立于光滑水平面上，因其不稳定，由静止倒下.
试求：倒下过程中， A球与B球运动轨迹.并求杆倒至水平位置时两球的速度大小和方向.
类似的题目，在大学普通物理习题［8］中，可以见到.解此题时，解题者必须承认，在本题中一个“隐含”的物理事实 .即杆倒下过程中，它与水平面的接触端，不会离开水平面.之所以称之为“隐含”是指原题中对上述的物理事实，未加任何文字说明.遇此问题的同学，大体可分为三类：一类是在解题过程中，对杆端是否离开水平面，未加思考，不自觉的将上述“隐含”的物理事实用到解题之中，虽然也得到正确答案，但事后甚至都不知道该事实的重要性 .第二类是解题前，已经知道了这一“隐含”的物理事实，种种原因暂不深究，采取先承认先做题，个别悬念有机会再去深究 .这是大多数同学采取的现实可取的态度.第三类则是卢某这样的尖子学生，他们有能力也有较一般同学更好的基础知识，能把对问题的深究和学习相结合 .他们执着的追求，早年南开称之为“痴迷者”，这类同学需要得到鼓励和引导 .
上述“隐含”的物理事实，就是卢同学在上述练习题中给自己寻找到的一个值得去深究的问题 .限于篇幅，本文将其“精做”从略，待以后另行文.既然是题中寻题，那么围绕本题有关的内容，还有那些问题可以“深究”或能引起兴趣呢？罗列问题如下供有兴趣的读者参考 .
(1） 杆的质量为M.（不是轻杆）本题如何解？
(2） 不是光滑的水平面，μ≠0本题如何解？
(3） 求杆由竖直倒置水平面的时间.
(4） 设计一个实验，尽量接近本题描述的物理图像，用多次曝光的方法，拍摄A、B两球的运动轨迹 .
撰此文时 ,查阅了普通物理和理论力学有关的例题和习题,北京大学朱照宣教授等编著《理论力学》下册中的一个例题［ 9］和本文范例类同.该题研究了一个质量为M的均匀直杆在光滑水平面上倒至水平面过程中，支撑力 N的变化规律.本文“范例”和它不同之处，在于杆上两个重球位置，向两个极端位置变化时，给解题者在解题前提供了粗略判断的机会，另外，可推广至非均匀杆的情况，这正是狄拉克所推崇的办法 .虽然仅仅是一道例题，这种方法，在物理课教与学中应该是被关注的 .另外，一个高中二年级的同学，对上述问题边“深究”，边“学习”的过程中，体现出吴大猷院士所推崇的“学而不思则罔，思而不学则殆”的精神 .即使他很优秀，为此也是“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴” .
杀青时有感，诌拙诗以概全文
南开百岁祭严公，今古贤哲在校中 .
格致开篇教物理，知识力量续春风 .
日新月异尊实践，兼顾思学立志宏 .
海阔天空多幻想，前途无量是痴聪 .
文中部份资料由南开老师和校友安同沛，梁秉彝，谷明杰，宁玉田等提供 .
参 考 文 献
1 弗朗西斯·培根.世界圣哲全传.王东胜译.北京：中国人事出版社，1998
2 阎康年.经典力学.物理通报，1987(8)
3 (美)卡约里.物理学史.戴念祖译.桂林：广西师范大学出版社，2002
4 吴国盛.科学历程.北京：北京大学出版社，2002
5 李建珊.科技文化的起源与发展.天津：南开大学出版社，2004
6 (美)阿伯拉罕·派斯.基本粒子物理学史.关洪，等译.武汉：武汉出版社，2002
7 洪定国.物理实在论.北京：商务书局出版社，2001
8 王发伯，等.普通物理典型题解.长沙：湖南科学技术出版社，1981
9 朱照宣，等.理论力学（下册）.北京：北京大学出版社，2001
① 文献［ 7］中简述，狄拉克的研究工作中，将物理与数学的结合，推至如影随形臻善尽美的境界，［ 6］、［7］两书中多处引用生动实例，阐述了狄拉克研究工作中所倡导的方法和特点 (科学灵感，大胆设想，解决问题前的粗略判断，结果的详尽分析 )，如：狄拉克猜中了量子力学的对易子和经典力学中的泊松括号有简单的对应关系 .又如《狄拉克自述》：我大量的工作就是摆弄方程，并观察它们给出了什么 ?我知道二次量子化就是摆弄方程的产物.再如《狄拉克自述》：我不能不承认负能态不能从数学理论中排除这一事实 .所以我想，让我们设法找到一种物理学的解释.