超越物理学

文/ 任志祎 冯杰

讲台上，一位留着如同圣诞老人般银色大胡子的人正在操纵着常见又奇妙的道具。这不是魔术表演，也不是杂技，而是来自美国圣马丁大学物理系的斯蒂芬·帕克教授在上物理课。他可以通过如五角硬币、晾衣架等道具，让学生们一下子理解“加速度”“惯性”和“向心力”这些抽象的物理学概念。

我最早对科学感兴趣是在幼儿园的时候

问：您为什么会选择物理学专业？最初是什么激发了您的兴趣？

帕克：我最早对科学感兴趣是在幼儿园的时候，老师给了我一本关于太阳系的书，这本图画书至今还摆放在我的书架上。我记得当时在想，探索太空和太阳系该有多酷啊！

当然，像《星球大战》和《星际迷航》这样的电影，也在我的成长中留下了深刻印象。小时候，科幻电影真的拓展了我的想象力。尽管很多技术可能听起来没有科学意义，但是我发现这类电影令人着迷，引人思考。

高中时，我喜欢数学和科学，也因为是乐队成员（吹小号），所以选修课都是数学、科学和音乐相关课程，远超学校要求的课程标准。高中数学老师是我最喜欢的（也是最好的）老师之一，她对我的早期教育产生了极大的影响。

上大学时，我想主修数学或自然科学，如化学或物理。大一下半学期，我选了近代物理学这门课，学习了相对论、粒子物理学、高能物理学等。这些话题非常吸引我，而且与我之前所学的任何其他科学都截然不同。我认为粒子物理学尤为神奇，能学习夸克、反物质、中微子这些内容。这一切都让我想起了自己喜欢的科幻电影，得知其中的一些情节也小有真实之处，我非常吃惊！因此我便知道，物理学绝对是我想学的专业。

大学的物理学教授都非常优秀。课上，是他们帮助我认识物理材料并产生兴趣。他们所做的课堂演示以及散发的活力让我很喜欢去上课学习。事实上，我的物理学老师们对我决定成为一名教授起到了重要作用；我也想有机会激发学生对科学的兴趣。

国际经历培养全球化意识

问：我们了解到您在日本、英国、巴西等多个国家从事物理学研究工作，对这些国际研究工作的经历，您有什么样的感受和收获？

帕克：如果说是从事物理学研究工作的经历，那么主要是在英国、德国和丹麦。对于日本和巴西，我曾与圣马丁大学的学生到这两个国家进行过文化交流。

本科期间，我培养了一种“全球化意识”。作为物理专业的学生，我有机会前往伦敦，参加学校出国留学项目的通识教育课程，为期一学期。这绝对是一次美好的经历！我读了莎士比亚的戏剧，看了皇家莎士比亚剧团的演出；了解了一些著名的绘画作品，去伦敦的艺术画廊亲身体验。在不同的国家生活了三个月，让我感受到旅行的乐趣。随着成长，我想要去更多地方。

有了本科留学经验，当我在研究生期间得知能够有机会同曼彻斯特大学前往英国达斯伯里同步加速器辐射源实验室做实验，有机会前往德国柏林马克斯-普朗克应用技术研究院弗里茨·哈伯学院学习表面分析工具时，我毫不犹豫地抓住了机会！

我的留学经历并未止步。获得博士学位后，我搬到丹麦孔恩斯灵比，在丹麦技术大学工作三年，从事博士后研究。这对我来说是一次大冒险，在国外生活这么长时间也是我生命中一次美好的经历。虽然那时我尝试学习丹麦语，但是在丹麦生活非常容易，因为几乎每个人的英语都说得非常好。我所在的院系文化多元，所以我们所有的工作、课程、研究和会议都是用英语进行的。

回到美国，在圣马丁大学教学后，我有机会牵头文化交流项目，通过国际项目和发展办公室，与学生前往日本和巴西到友好学校进行数周的参观交流。这些都是非常棒的机会，让我继续自己热爱的事情，学习不同文化。让学生接触不同文化有助于他们加深全球理解。

斯蒂芬·帕克（Stephen Parker）：美国圣马丁大学物理系副教授。2001年，他在华盛顿大学取得了物理学博士学位，随后在丹麦从事博士后研究。帕克博士曾在日本、英国、巴西等多个国家从事物理学的研究工作，并在过去15年里一直教授本科生物理课。他还在北华航天工业学院开设了物理学导论课程。图为帕克教授在北华航天工业学院授课

教学重在互动与激发兴趣

问：您为什么会选择来中国并在北华航天工业学院开设物理学导论课程？

帕克：圣马丁大学和北华航天工业学院合作办学，因此我来到北华航天工业学院。学校推出一系列课程，由一位中国教授和一位美国教授共同完成，学生们有机会参加学习，接受国际化教育。有过非母语学习经历的学生会有不同且更加全面的理解。这样的教育有很多好处，能使学生更有准备地参加各种工作。事实证明，他们有能力在各种环境下学习，并在工作中迅速掌握新技能。

问：您希望这门课程能为学生们带来什么？如今学生们是否达到了您的期望？

帕克：这些课程很重要的一方面是用不同的语言来学习。就美国教育体系来看，我认为有一点我们做得很好，就是进行各种实践活动和课堂演示，让学生们能够以不同的方式与材料进行互动，而不仅仅是听老师推导或阅读相关材料。

举例来说，我在每堂课上都会运用个人反馈（或者更常见的说法是“clicker”）。这样，我可以就刚刚讲过的材料提出一个多项选择题。每个人作出选择后，汇总结果以柱状图显示，我和学生们就能够立即看到全班对材料的理解程度。这很像家庭作业，但相比之下，有更即时的反馈。通过把这些clicker融入教学中，我的课堂教学很成功。如果学生们表现出不理解时，我可以回顾材料；那些大多数人回答正确，少数回答错误的学生就知道要寻求帮助，掌握概念。即时反馈对他们的学习至关重要。

我认为教师的工作绝不仅仅是给学生提供材料，让他们理解理论，也需要激发学生对材料的兴趣。有时候，当教授感觉就像表演者，需要先让学生对材料感兴趣，这样他们才会想花时间与材料互动，掌握知识。如今的教育，教师不能只坐在教室前面讲述；而是要吸引学生，并营造出互相吸引的氛围。正是这一点，让教学充满乐趣。也正是这一点，让我热爱在大学任教。

问：您在中国与同事以及学生相处过程中，有哪些有趣的故事或难忘的经历？

帕克：在中国期间，有很多难忘的时刻。

1）我最喜欢的时刻就是与班上的学生在一起。他们看到我下课后走回办公室，便会来询问是否愿意和他们一起去学生食堂吃饭。我很喜欢和学生们一起吃饭。

2）其中一个比较困难的事情是，对于我这样一位在华的美国人来说，在校园附近逛街购物时，会看到很多奇怪的表情。人们看到我总是感到非常惊讶，结果只是以某种怀疑的眼光盯着我看。一天晚上，我在校园附近的一家餐馆吃饭，一对中国夫妇和他们的儿子就是这样看着我。过了一会儿，父亲和儿子过来了，我们进行了非常愉快的交谈。父亲英语很好，儿子也兴奋地用他知道的单词进行交谈。那一天，儿子刚刚通过了英语课一级考试，夫妇很高兴他们的儿子能来和我交流，并同我庆祝他们儿子的成功。吃完饭后，我发现这对夫妇实际上也付了我的饭钱。我走过去，和他们一起结束用餐，非常感谢他们的热情。我的母校最珍贵的一项传统就是热情好客，能够在世界各地看到这样的传统，我为之深深感动。

3）所有班级都有对材料感兴趣和不感兴趣的学生。北华航天工业学院班上的学生（尤其是前排的学生）总是积极地回答我提出的问题。很高兴看到整个教室的学生都能积极互动。告别晚宴时，我们都会邀请班上的几位学生来参加，自己包饺子，这一点非常棒！

对我来说，重要的是能够与学生互动，不仅是以老师的角色在课堂上互动，还要在课外对学生有更深入的了解。例如，在圣马丁大学，我和学生们一起参加了校内排球队，我们每周和其他学生队打比赛。在课堂外与学生接触，有助于展示出你和他们有共同的兴趣，能够在另一个层次上去了解学生，他们也喜欢接触课堂外的你。这些课堂外的联系促使学生真正想要来上课，不仅仅因为他们喜欢这些材料，更因为他们想去上你的课。在北华航天工业学院，我也很喜欢能够在课堂外与学生互动。

帕克教授（右二）一行到西交利物浦大学交流访问

中外合作办学项目超越传统

问：您如何看待中外合作办学？

帕克：中外合作办学项目是国际合作的结果，超越传统留学项目。传统留学项目中，学生在回国之前，会花一个学期或一年的时间在合作机构或分校学习。虽然有些学生在外国学习时可能适应得很好，但有些学生可能会经历文化冲击、会想家，或者在学业上没有做好准备。而中外合作办学项目中，学生们还在自己的学校里接受国际教育。他们从进入大学时起，就接受来自本国和外国机构的教师授课，有更多的时间来处理国际经历，提高英语和跨文化能力。

另一个优势是，参与合作办学项目的学生可以选择转到外国合作大学完成学业，并在毕业时获得两份文凭。对于学生来说，这是很好的机会，能在教育中有更多收获。

问：您对中外合作办学的发展和推进有哪些建议？

帕克：中外合作办学需要中外机构的坚定承诺和共同奉献。当然，总会有挑战和不可预见的障碍，但在这一过程中，双方需要共同努力，营造氛围，解决一切问题。

我认为明确的合作办学任务或目标至关重要。例如：合作办学的目的是什么？对学生有什么好处？如何建立一个包含不同教育理念、教学方法和学科的学术机制？如何获得教职员工、学生和家长的支持和信任？

此外，在采取行动前，必须周密思考合作办学项目，教师引进是重中之重。教师参与和支持的程度将是决定合作办学项目成功与否的一项重要因素。在国际团队教学环境中，有些教师比其他教师能更好地适应。此外，教师还必须设法让学生参与跨文化的教学环境，开发课程，培养学生的国际经验。

圣马丁大学（SMU）和北华航天工业学院（NCIAE）花了几年的时间研究讨论上述问题，然后推出了我们的合作办学模式。该项目得益于北华航天工业学院韩文仲校长和该校机电工程学院王怀明院长以及圣马丁大学罗伊·亨德里克斯校长和凯萨琳·博伊尔副校长的支持。我们很幸运与北华航天工业学院成为合作伙伴！

北华航天工业学院的索菲亚（陈健）和吉姆（任志祎），以及圣马丁大学的翁雪梅女士，对中外合作办学项目取得成功也发挥了至关重要的作用。如果没有像上述三人努力的工作，让此次经历如此完美且充满价值，就不可能建立合作办学项目。他们的努力对该项目的成功起到了重要作用，正如我们在美国说的，他们在处理细节方面做得非常完美。

科学最大的乐趣在于探索“融合”

问：物理其实渗透在我们生活的方方面面，目前您对哪些物理学相关的热点问题比较关注、比较感兴趣？

帕克：最近，我对计算力学很感兴趣。实际上，我今年利用公休假，研究如何将实验纳入一个典型的理论课程。博士期间，我主要从事实验工作，但我接受的教育最有趣的一点是能够同时探索实验与理论。

过去几年，我喜欢研究的物理知识涉及物理与音乐的交叉。实际上，我和音乐系的一位教授一起进行了一堂音乐物理学课的教学。高中时，我在乐队吹小号，但我从未真正研究或思考过音乐和物理之间有多少交叉。

随着成长，把两种爱好结合在一起真是太美好了！对班上的学生来说，看音乐家和科学家用不同的方式谈论同样的事情，是非常有趣的。例如，我们最喜欢的一个课程是身为科学家的我给音乐教授上一堂唱歌课。他试着唱一个音符，升起八度音阶（音乐术语）或变换双倍频率（物理术语），但声道形状要保持不变。（他不会直接这样做，于是就很困难了，为了课程考虑，他不得不做错误的示范。）声道（音乐术语）或共振器（物理术语）需要变换不同的形状才能唱出更高的音符，所以我们从物理学的角度研究如何做到上述情况。

课程中，我们做过很多这样有趣的示范。这使我深入研究了音乐很酷的方面，比如大音阶和小音阶，我们对它们的感知，以及耳朵是如何听到不同声音的。有很多问题值得探讨：为什么小号听起来像小号，钢琴听起来像钢琴？如果我们录制这些声音，然后倒着播放，它们的声音是否仍然相同？如果我们切断音符的加强和削弱部分会发生什么？我们能不能骗过耳朵去听实际上不存在的东西？

美国声学协会推出了一张非常棒的光盘，探索“听觉幻象”，这些听觉幻象是非常好的课堂素材。这也正是一种方式，让那些热衷艺术却并不热爱科学的人在谈话中涉及科学。许多光盘上的例子都让班上的学生大吃一惊。

问：5月22日，您在“外国专家科学讲堂”上现场教授演示，对于这次活动及效果，您有怎样的感受？

帕克：被邀请去北京参加“外国专家科学讲堂”，进行现场教授，我需要选一个自己感兴趣的主题。我选择了相对论，因为在这个领域，一些悖论非常奇怪，但就像拼图一样，只要仔细、深入地思考，就能慢慢拼凑出正确答案。这可能让人感觉像是科幻小说，然而这些理论已经一次次地得到证明，成为我们日常生活的一部分（即使我们可能没有意识到）。

活动中，我有点儿担心学生们不会对这个话题很感兴趣，也担心没有学生自愿参加我的演示活动，但我惊喜地发现教室里所有的学生都很投入。看到他们都争先恐后地想要上台演示，我感到非常欣慰。这正是我希望通过这次演示达到的目的。他们不需要完全理解狭义相对论，但需要对我所讲述的奇怪科学感兴趣。开始快速移动时，学生们可以直观地看到奇怪且有趣的东西。通过这种方式来呈现，他们能够投入到与材料的互动之中。克莱尔（孙梦格）用中文做翻译，很好地向学生们传达了其中的乐趣。来自北华航天工业学院的张博洋老师在整个演示过程中也提供了非常宝贵的帮助。

问：广义相对论和量子力学的矛盾很有趣，那么您如何看待未来物理学发展的方向呢？

帕克：科学的一大乐趣是努力发现所有事物是如何“融合”的。我们努力探索这样的矛盾时，可以学到最有趣的东西，学会使其兼容。正因如此，我们发现了生活中的物理学。

话虽如此，但我坚信，物理学的未来最重要的一点是让人们学到超越物理学之外更多的东西。学生在受教育期间必须选择的其他课程有利于扩展其思维，对培养一位优秀科学家也至关重要。有时，恰恰从完全不同的参照系来解谜题才会给我们带来最好的新思维。

物理学最重要的基础必须是进行实验，验证理论（反之亦然）。这两者都需要相互推进，否则我们永远不可能对任何结果真正有信心。大世界（一般相对论）与小世界（量子力学）使之具有挑战性。没有人能确切地说出我们在未来一年、十年甚至一个世纪可能学到什么。然而，重要的是要继续探索，并激励学生继续探索。