壹、基礎物理教育的發展
民國初年,北京大學的前身是史靜大學堂,是中國唯壹的官方國立大學。後來壹些地方的高校,如北洋大學、南洋公學等,以工科、工業為主,但壹般理工科學校和師範院校都以普通物理為基礎課,而其他課程,如理論物理、應用物理、近代物理、實驗物理等,根據自身特點、需要和條件開設,差別很大,普遍較弱。北大是正規大學。科目設置和設備都挺齊全的。1917年教育家蔡元培任校長時,學校進行了改組和改革。到1919,北大率先成為14系的綜合性大學。在國內大學中,物理系是最早成立的。蔡元培1923離校,但學校仍保留著他所開創的教育傳統。此時學校分為預科、本科、研究三個層次。預科為兩年制,分為A、b兩部分,預科A必修課以數學、物理、化學為主。除了必修課,選修課還包括物理實驗和化學實驗。這些課程為升本科學習做準備。北大的入學要求和升學考試都很嚴格,因為預科生是本科生的主要來源,所以申請預科的人都要經過初試和復試,而且預科的入學考試題中有壹些比較難的物理題。本科報考人員應根據不同學科的要求確定考試科目。如果報考物理,要考物理知識和實驗。由於考試要求嚴格,學生基礎較好,入學後對提高教學水平起到了積極作用。
在學科建設方面,蔡元培任校長期間,集中了國內多位具有學術專長的知名教授擔任教師。提高和基礎並重。物理系的課程分為三個層次。預科學習初等物理,壹二年級教普通物理,三四年級教專業物理。普通物理課程分為(1)和(2)兩節。普通物理課程(1)包括物理性質、熱學和聲學,主講人是李書華。普通物理(二)的內容包括磁學和光學,授課老師分別是楊釗和葉。專業物理課程有數學物理、熱力學和氣質微動理論、光學物理、應用電學、DC和交流電、電振蕩、電子理論、X射線和輻射理論、質量理論、相對論等。主講人為於傑、光、丁、楊釗、溫玉清、葉等。選修科目有初等力學、理論力學、微積分、微分方程、立體解析幾何、高等微積分、無機化學、物理化學、化學實驗等。當時私立學校,規模相當於天津南開大學,也以物理教學聞名。是中國最早創辦的私立大學,前身為南開學校,創建於1919。起初設有小學、中學、女中、大學文理商三科,學生總數2000余人。這是壹所在北方很有影響力的私立學校。1922年,饒裕泰從美國回國,創辦物理系,並任物理系院長、系主任。物理系的師資力量逐漸充實,課程也逐漸完備,尤其是實驗課。除中外文外,第壹年開設普通物理和微積分必修課,第二年開設近代物理、理論力學和高等微積分,第三年開設高等光學、DC和交流電、氣體運動理論、熱力學和微分方程,第四年開設高等電磁學、近代物理、無線電和研究課題。這些課程都達到了當時物理學發展的新水平。
清華大學的前身是清華學堂。1911成立時,有高等和二級科目。1925成立本科部,招收四年制大學生。1926物理系成立時,只有和葉兩位教授,是逐年聘來的。1928更名為清華大學,到1932,院系規模基本定型。吳、薩本東、周培源、、史等六七位教授參與了該系的建設。此後,清華逐漸發展成為以工科為主的綜合性大學,但物理系壹直保持著強大的師資和設備。所以無論是物理系的本科,還是各個工程系的學科,都有很好的基礎,培養了很多優秀的理工科人才。
到20世紀30年代中期,許多公立和私立大學以及師範大學相繼設立了物理系或數學系,大約有30個系,大約有300到400人參加了物理學和數學系的工作。因為物理是所有科學的基礎,物理老師也有相關系物理教學的任務,為理工科學生打下良好的基礎。除了本科教學,有些院系還設有物理研究所,如1928、北大、清華、浙大、仲達大學、中山、武大、燕京等這些學校可以分別授予理學學士和理學碩士學位。有的學校為了培養教師,規定除了主修物理外,還需要輔修化學或數學壹定的學分;有的還規定教育部門的課程必須修壹些學分;有的學校工科師資和設備強,可以兼修工科;或者實行雙學位制,即在獲得物理系學位後,可以選修另壹個相關系的課程,這樣可以避免選修公共必修課。相反,在獲得其他系的學位後,還可以選修物理系的幾門必修課,獲得兩個系的學位。在所有這些情況下,我們都註意拓寬知識面,加強學科之間的橫向聯系,發揮各自的特長。這種靈活多樣的選課制度也值得今後的教育改革借鑒。
二、物理教材
中國高校的物理教學,先是學習了日本,然後是英美。當初在英美學物理回來的人不多,所以早期的物理老師有壹部分是邊教邊跟外教學的。由於當時教學的特點,加上初入大學的學生英語水平較低,所以出版的教材往往是××××原版、××××口譯和××××翻譯的形式。在大多數學校,老師講課,學生做筆記,或者老師寫簡單的講課提綱。民國時期,高校使用的現成教材不多,普通物理教材有以下幾種:
1.Teff物理(封面和封面見插圖17,18)。
大部分教會大學采用AWillmerDuff主編的《普通物理學》(後譯《Duff Physics》)。由於缺乏合適的教材,許多公立和私立學校也用這本書作為教材。很快,該書有了中譯本,由張翻譯,秋、、楊釗、、任誌功、李喜謀、銑等七人審校。這本書的第壹版是更早的(1908),Teff是主編,levis是《波動與光學》的作者,Paige和Hale修訂,Morton Hale是《熱》的作者,Kemen和Naber是《電磁學》的作者,Teff還寫了《力學》和《聲學》。在第七次修訂中,作者對波動、光學和電磁學做了許多修改和補充,以適應時代的需要。本來這本書是作為理工科教材的。因為它簡明、易懂、易懂,也適合作為普通物理的教材。這本書有很多合著者,都是美國的大學老師。主編在序言中說:“壹本高校普通物理教材,幾個作者寫的,是壹個創舉,要說明原因。這本書是七位有經驗的大學老師寫的,希望比現在的其他教材更適合,其他學校的老師也可以用。有壹兩個特點需要註意:這本書的開頭還是比較清晰的,由於重復的描述,適合演講而不是寫作。這本書作者的描述簡潔透徹,所有通俗易懂、分析和討論精妙、適合進階學習的學生都不包括在內。該書首先在導言中介紹了“能量”的概念。他說:我們周圍有各種各樣的物質,其中有許多相似的特性,如慣性、重量和彈性,還有許多被稱為“能量”的東西顯示了物體之間的相互作用。(這裏的“能量”似乎是指“場”,所以作者註),這些都是自然界中熟悉的。”然後物理學被定義為“研究物質和能量性質的科學”。隨後,“能量”的概念在力學、熱學、電學、光學等物理學的各個分支中被不斷強化。最後,在“光電效應”壹節中,對光子和能量進行了簡要的總結。可以說,這本書統壹了物理學各部分能量使用的觀點,所以把這本書作為物理學的基礎教材是非常合適的。
“Teff物理學”的體系後來被很多教科書采用。它的體系和各部分的分布分別是物理性質與力學(約25.2%)、熱學(15.5%)、波動論(4%)、電磁學(31.3%)、聲學(4%)和光學(665.438+0.3%)。當時我們對光的本質認識還不夠,基本上是以“以太”的觀點來看待。只是在光學的最後壹部分,我們用小寫字母提到了對“以太”的懷疑,認為進壹步討論這個問題已經超出了本書的範圍。同壹個時代的幾本教科書,如美國鄧肯&斯泰林的《物理學》和斯圖爾特的書,基本相似。
2.薩本東的《普通物理學》
北大用的教材比普通學校用的略深,都是老師參照國外新版本教的。但在普通物理的範圍內,內容只能以經典物理為基礎。20世紀30年代以後,根據我國的教學經驗,逐漸編寫和使用講義。中國人在商務印書館最早編纂出版的《大學叢書》中,有薩本東主編的《普通物理》(1933),並附有《普通物理實驗》(1935)。薩本東1928留美歸來後在清華大學任教九年。在此期間,他還寫了五六本電學和數學方面的書。但以上兩本書最常用,耗時最長。這本書分兩卷,第壹卷是導論,力學,聲學,熱學,第二卷是電磁學,光學。至於書的結構,作者說:“緣起是描述原因和現象,主幹是列舉物理規律及其相互作用,分支是各種現象的應用和解釋這些現象的理論是歸宿。”其目的是“使剛進入大學的理工科學生獲得關於物理概念的意義、重要現象的情況、相互作用和應用的關系的確切知識”。每章以“總述”的形式描述內容的發展過程,讓學生對其來龍去脈有壹個初步的了解,從而激發學生的求知欲,便於對科學內容有更深的理解。難的地方,多是按照歷史順序陳述,其次是理論推導,尤其是更註重之前在物理中遇到的困難。往往以討論的方式解決,使學生容易抓住重點,找到關鍵,從而啟發思考,質疑解讀,再創造。既傳授物理知識,又培養發現問題、解決問題的能力。這些話既說明了寫這本書的特點,也完全適用於學生閱讀其他教材時必須註意的地方,具有普遍意義。總之,薩本東先生的《普通物理學》不僅易學,而且易學,所以在20世紀三四十年代,幾乎沒有人編寫和使用其他類似的教材。
3.嚴濟慈的普通物理學
嚴濟慈的《普通物理學》於1947年出版(嚴濟慈主編的《普通物理學》封面見插圖19),是在薩本東編輯出版《普通物理學》十多年之後。本書分為上下兩卷,上卷26章,下卷33章,* * * 800多頁,是壹部氣勢磅礴的巨著(目錄見附錄7)。這本書比同類教材理論更完備,論述更深入。它引入了壹些現代思想,如“光的本質”,並討論了“光的二重性”和“物質波”等概念,這些都是過去其他教科書無法觸及的。這本書也開始註重理論與生產實踐的聯系,有“熱機”、“電機”、“電信”等專章。他還指出,學生學習物理時,往往滿足於背公式、算習題。他指出:“物理學中有許多公式,因此沒有必要去記憶公式。記住幾個公式,或許能解答習題,應付考試。不會做習題,自然不懂;但能做到的,不壹定懂物理。”在這本書《致讀者》的序言中,他說:“學物理”不是“讀物理”,而是“做物理”。“壹本理想的書只有輔導功能,更何況我絕對不應該隨便看。”他還指出了學習物理的目的。“物理學是實驗科學之母,它的應用直接或間接地對現代文明做出了相當大的貢獻。我們做物理,無論是為了物理而物理。或者為學習其他學術做準備,努力造福民生,造福人類。”這些“致讀者”的話,對端正學生的學習態度確實有意義,對今天的學生仍然有指導意義。
第三,實驗教學
辛亥革命後,中國高校起步階段的物理實驗基礎非常薄弱,可以說是“從零開始”。在光、胡、丁、饒玉臺等早期留學回國後,葉、吳、薩本東等先後回國,主持幾所學校的物理教學,充實教學設備,改進教學內容,使物理實驗走上了正軌。胡在南京師範大學任教期間,創建了中國最早的物理實驗室。當時的北大物理系雖然在國內,但物理實驗也很簡陋,只有壹個實驗室作為儀器儲藏室。在光的主持下,北京大學的物理實驗得到了很大的加強。幾年間,已經擴展到5個普通物理和專業物理實驗室,3個光學實驗室,1個電振動和應用電學實驗室,1個輻射物理和X射線實驗室。預科兩年初中物理要做的實驗有62個,本科普通物理實驗69個,專業物理實驗每周兩次。這樣,北京大學的物理實驗教學得到了很大的改善,理論教學和實驗教學的質量都得到了不斷的提高。
南開大學雖然早期是私立的,但在張伯苓任校長時就已經註意到科學實驗的重要性,所以起步比其他大學早。當時他的辦學宗旨是“匡正時弊,育人救國”。為實現這壹目標,提出了重視科學觀察、加強科學實驗等五項辦學和培養原則。到1928,南開大學的通用物理設備基本齊全,近代物理所需的實驗儀器也用當時的許多最新產品購置。在儀器設備方面,南開已經超過了清華和北大。饒裕泰任物理系系主任時,大學四年間進行了大量的物理實驗。壹年級側重於普通物理實驗,二年級側重於電學測量,三年級側重於DC和交流電學實驗,四年級側重於無線電和研究項目。到了抗日戰爭,因為南開領導重視物理實驗,很多儀器都搬出來了。昆明、北大、清華聯合辦學時,南開的物理儀器在教學和科研中發揮了巨大作用。
在物理教學中,薩本東也重視實驗。他在《普通物理》壹書中對教師的演示實驗技能提出了要求,讓教學和實驗齊頭並進。他在《普通物理實驗》壹書中列舉了36個學生實驗,每個實驗又分為若幹個小實驗,從原理、步驟、結論等方面提出要求,並有小問題供學生思考,讓學生不僅能完成實驗,還能對實驗有進壹步的認識,有更深的理解和收獲。
嚴濟慈的《普通物理學》也強調實驗。他在《致讀者》序言中說:“學生應該知道,物理學中所討論的壹切都是真實的,他們可以看到它、觸摸它、測量它、計算它、使用它。對於所有的物理量,不僅要用壹個數和單位來表示,還要用壹種儀器或壹種方法來測量,要深刻理解。”這些話是針對學生在物理學習中不重視實驗的,是物理教學的心得。
第四,教會學校和高等院校的物理教學
教會學校是中國教育的畸形產物,是隨著帝國主義勢力的入侵而發展起來的。但由於歐美高校的體育教育,在中國高校開創體育教育之前,已經有幾十年甚至上百年的歷史,他們有相當豐富的辦學經驗,可以作為我們的借鑒。教會學校是我們介紹他們經驗最便捷的渠道,他們的教學組織、課程設置、教材和教學方法都可以給我們提供借鑒。比如達夫的《普通物理學》首先被教會學校采用,然後推廣到普通高校。20世紀20年代,中國建立了十幾所具有壹定規模的教會大學,其中大部分是由美國教會開辦的。這些教會大學,仿照美國大學的體制,有物理系和專門的物理實驗室,對學生的物理實驗有嚴格的要求。由於教會學校的擴張,他們都向美國政府提起了訴訟。比如蘇州的東吳大學向美國田納西州政府立案,南京的金陵大學向紐約政府立案。他們屬於這個州的同壹個教會系統,與這個州的相關大學有聯系。學校領導和部分老師來自掛靠學校;課程、教材和設備等。,都是參照聯系學校制定的。所以教會學校的畢業生基本達到了接近掛靠學校的水平。比如聖約翰大學已經被哥倫比亞州政府特許授予與美國大學同等的學位;華西聯合大學,與紐約大學簽約,畢業生能被授予這所大學的學位,說明已經達到了同等水平。我國著名物理學家屠呦呦,畢業於聖約翰大學,後留學美國。
總之,外國教會在中國辦教會學校是壹回事,培養學生的專業知識是另壹回事。就物理教育而言,教會學校對中國近代物理教學的發展起到了積極的作用。
以上是對課程、教材、師資、實驗的簡要回顧。可以知道,在20世紀20、30年代,中國的高校體育與國外相比,還是有了壹個良好的開端,可以說是初具規模。