與台大物理系陳永芳老師談話整理 (二)

    物理系課程、研究與產業的聯結：物理學領域研究的內容涵蓋面很廣，有些是純粹理論研究，距實務應用連想像都很難；物理學也有一些研究領域與產業聯繫密切，甚至是業界需求在引導研究走向，研究成果可立刻回饋給產業界；也有些課題界於兩者之間，知識的應用已經能想像，但還在研究如何克服技術困難，例如核融合發電技術。有些教師的研究與實務界聯繫密切，可以隨時到企業擔任顧問、提供專業意見諮詢。

霍金：向宇宙質問

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    而在教學方面，現在物理發展、應用端的趨勢，連基礎的普通物理課都會多多少少提到；例如奈米科技、掃描隧道顯微鏡等。然而，在各課程之中，老師對產業熟悉度不同，其研究和產業相近程度不同，在講課的時候將課程與產業相連的程度，當然也不同。但普遍來說，大部分的教師不會刻意、有計畫地去提應用端的內容，若老師本身參與業界程度較深，在上課時恰好想到，會自然地和學生分享。

    讀物理、化學、或工程 ? ：在科技領域，大學是讀物理、化學，或某些工程領域(材料、電機等)，所學的內容都有些相關，日後進入產業，也並非什麼職位就一定由哪一個系的畢業生擔任。這些科學、工程領域，也許難說是殊途同歸，但說是相關互通卻也不過分。其中的差別也許在於學科傳統性格，物理學的傳統，仍是探究事物根本，也更適合重視思維、喜好追根究柢的學生。也因此，物理系大學部畢業的學生，進入工學院、商管學院讀研究所，表現都不錯。也因為重視思維訓練，學生日後自修的能力也較強。工程領域課程內容，更接近應用端，例如熟悉電子元件，進入業界後上手也許快一些，但長遠觀之，不見得孰優孰劣。

費曼：物理有趣嗎?

    學習目標：在學校最重要的學習，還是在於培養自我成長的能力。要能在沒有人教的情況下，吸收新知，增加自己知識與能力的儲量。也要能夠在複雜的情境中，找出問題，蒐集資料和知識，處理這個新問題，這個能力是跨學科的，也是最重要的。

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與台大物理系陳永芳老師談話整理 (一)

    以下是與台大物理系陳永芳老師談話後的整理，主要內容關於物理領域的教育、學習、日後應用。期待本篇記錄，可供有興趣讀物理、與在讀物理的學生參考。也感謝陳永芳老師撥冗，提供他的觀察與洞見。

為什麼我們要不斷探索未知?
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       近年台大物理系教學的變化：由於物理學的內涵一直在改變，物理系的課程與師資專長比重，也有相應的變化。這幾年，台大物理系在原本的物理所之外，再成立應 用物理研究所和天文所，就是希望擴充研究與教學的領域。當前，台大物理系發展的重點有三：高能物理、凝態物理、天文物理。其中凝態物理領域的老師，大致上 佔了物理系的二分之一。

    物理系要教出什麼樣的學生：物理系的課程該怎麼規劃，對學生該有什麼要求和期待，其實取決於一個問題：要教出什麼樣的學生。期待學生日後進入學術研究領域，或是預備學生日後進入企業與工程領域，其實有頗為不同的教育模式。很大一部分的物理系畢業生，日後並不是在物理學術界成為學者或是研究人員，但是大部分課程，仍是以「學術研究」的思維在規劃及講授。這一點，是有改變調整的空間。

宇宙有幾個?
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    陳永芳老師本身就正在思考規劃，開一門偏重應用的半導體物理課程，告訴學生太陽能發電、LED等技術，是如何運用基本的物理概成所創造的；而在學期末，學 生要做一個專題，運用所學過的物理知識，做出一個能解決現實問題、有實際功能的成果。也許這樣的課程，會有益將進入業界的學生，強化學習的動機，了解所學 如何實用。

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物理學習經歷與眼界 -- 陳博士訪談 二

進入物理學研究領域：
    在大學的時候，陳博士學習一般物理學的必要基礎知識而持續摸索與自我調整，由於自己的喜好而選擇進入研究領域。物理學可以說是一門格物致知的學問，比如說物理學可往無限大與無限小的世界進行探索，一邊是在無限大，如天文學、宇宙學，一邊是無限小，如核子物理、高能物理，探討原子內部的世界。在研究所畢業後，陳博士進一步申請留學美國就讀博士班，並選擇探討極小的那一邊。雖然研究的內容是有一定深度與廣度，但是無可避免的，研究生活會有一段較為單調、沉悶的過程。博士研究生活當中，參與研究團隊的討論及互相合作，與教授間的討論，參與課程教學，進行校際間或研究機構的學術交流活動，實際參與實驗儀器的工作，電腦程式的編寫等等。

Patricia Burchat: Shedding light on dark matter

(聯結至TED網站有中文字幕)

對物理系學生的建議：
    讀物理系，要有定心，就是知道自己為何要花數年時間學習物理，學習物理如何對自己有幫助，以及要有恆心，不要被學習當中可能產生的挫折給打敗。在物理系，數學較重要，包括微積分、向量與矩陣、大二大三的應用數學或工程數學、物理數學，數學對於其他理工科系也是很重要的。物理系的各課程，是許多產業領域的基礎原理，就讀物理系，日後轉各種領域都會很有彈性。例如，物理學當中的熱力學會學到「卡諾循環」，就會間接知道汽車引擎如何運作，同時也知道熱與能量平衡的概念，也可以舉一反三知道電冰箱及冷氣機如何進行冷卻，甚至與空氣動力學進行混合應用去發展航太科學。業界一般不太看成績表現，在校成績不用全力拼高分。一半時間用來讀書，另一半時間用來培養其他興趣或專長，處事的方法，或用來了解產業概況，尤其台灣科技產業的發展歷程。

與物理系相關的產業觀察：
    整體而言，固態物理領域、材料工程、材料科學領域仍欣欣向榮。半導體產業在摩爾定律即將走到盡頭的時候，將會需要更多元化的應用，及跨領域之間的技術搭配。面板顯示、太陽能產業部份，技術日臻成熟，有大家目前所知的發展衰退現象，但可能會有部份技術有新的變化而衍生出新的發展方向。
    光學相關的產業發展也有很多不同的角度，如雷射相關、X 光相關、光訊號傳輸與儲存、通訊、電磁波相關、生物醫學及遺傳工程應用，變化萬千，可以讓人在大學或研究所學習期間找到適合自己進入的領域。

Garrett Lisi: A theory of everything

(聯結至TED網站有中文字幕)

    許多的行業與物理學的訓練有直接或間接的關係，譬如通訊領域、交通領域、機械領域、音樂及影音領域、電腦計算領域、運動或電玩領域、學校教育或產業訓練、科技法律、金融計算、建築、土木工程、醫學影像、醫學治療、能源產業、太空科學、環境工程、大氣科學、以及更多的領域。
    以物理學的背景進入產業，仍需要許多領域不可或缺的英語能力，物理學背景的人的長處在於可以使用數學解決實際的問題，以及對於各行各業的適應性，其寬廣度幾乎大於其他任何一種理工科系的畢業生；而在大學或研究所學習當中，如果可以熟悉編寫程式語言以進行數值分析，將是如虎添翼。

物理學習經歷與眼界 -- 陳博士訪談 一

中學的學習與探索：
    陳博士國小和國中時，數學的表現較好。高中時讀師大附中，在一年級與二年級，因為花許多時間參加社團，加上對高中課程內容的不適應，他的功課成績十分不理想，常是班上後段，甚至有被留級的可能；但是在最後一年，他穩定地複習，展現了很強的爆發力，聯考錄取上清大物理。在中學的課程之中，相對於其他科目，他對於數學及物理較有興趣，因此決定學自然科學的方向。在課外，陳博士在社團中學習與人互動，也是重要的學習經驗。

Brian Cox: CERN's supercollider

聯結至TED網站有中文字幕

選擇物理系：
    在高中階段，陳博士從物理課中學到的觀念並不夠完整，他的物理多半是靠閱讀自修。加上他在讀高中的幾年之間，物理學在社會上正蓬勃發展，譬如與核子物理學相關的核彈話題、核能的應用等等，當時諾貝爾獎華人得主中有三位是物理學領域，具正面意義。因為在物理方面較讀得起來，而且也有志向與興趣，陳博士決定讀物理系，在選填志願的時候，也都填物理系。
大學物理系教育概觀：
    每位教授的教學風格皆不相同，有時候會因為某位教授特別專精於某個領域，因此這位教授較常擔任某些課程的教師。在大學裏會有教授並不是特別擅長於教學，或較少與學生互動；學生並不需太過於介意教學品質或教師評鑑，因為學習是自己的事，同學間的互相學習或參考資料的輔助都有助於學習效果；而且課本例題、作業習題、或考試題目、考古題，很多都是物理原理較為實際的應用，多多練習是不錯的訓練，也有助於腦力激盪。

Murray Gell-Mann: Beauty and truth in physics

(聯結至TED網站有中文字幕)

    科目修課成績不及格是常有的事，絕大部分教授都會為學生的學習品質把關，學生自己如果疏於學習而使得成績不及格，應該想方設法挑戰過去，畢竟未來進入社會工作會有更多的挑戰，而學生還有嘗試錯誤與失敗的機會。不同大學的物理系的學習氣氛會略有不同，有的學校物理系氣氛像個大家庭，師生之間不太有距離，常常互相寒暄問暖，教授也會伴讀；有的教授較專注於研究上，而不是教學上，在課堂上看不出教師的熱情，但在研究室裏的教授就像奔馳的馬匹，學生可以感受其速度感，甚至被點燃潛力。

精選科學家傳記(二)

你管別人怎麼想─科學奇才費曼博士
What Do You Care What Other People Think?
作者：理查．費曼/著
原文作者：Richard P. Feynman
譯者：王碧、尹萍/譯
出版社：天下文化
出版日期：2005年05月19日

    20世紀理論物理的兩大代言人，應是霍金與費曼。費曼吸引人之處，是在於他用狡詰又詼諧的心靈在說物理。

     這一本書不是那麼物理，而是在談費曼最重要的人際關係：家庭與教養、愛情與友情，最後一部分則是他的工作。引本書的說明如下：「第一部分談及費曼父親與眾不同的教育方式，與第一任妻子的生死摯愛，與第三任妻子的相知相惜，以及費曼在生活和藝術等方面的種種觀察與投入。第二部分談到費曼此生的最後一次探險──參與「挑戰者號」太空梭失事原因調查，清晰呈現出一位傑出科學家的洞悉力和思考方式。」

大設計：霍金十年首見卓越巨著，為生命終極問題提供最新答案
The Grand Design
作者：史蒂芬．霍金、雷納．曼羅迪諾
原文作者：Stephen Hawking、Leonard Mlodinow
譯者：郭兆林、周念縈
出版社：大塊文化
出版日期：2011年03月02日

    史蒂芬．霍金所著的《時間簡史》、《胡桃中的宇宙》已經在各大書店的架中佔據格位十餘年，至今不衰。這本《大設計》，也許是下一本無法從書架上消失的書了。霍金以七十歲的年紀，走過物理探索之路，開始回答所有思想家所追尋的人生終極問題。值得所有嚴肅的心靈一聽。

偏執的天才：女人，科學家，居禮夫人
Obsessive Genius: The Inner World of Marie Curie
作者：芭芭拉．高史密斯
原文作者：Barbara Goldsmith
譯者：方祖芳
出版社：時報出版
出版日期：2006年01月19日
語言：繁體中文 ISBN：9571344303
裝訂：平裝

    我們很難說第一個傑出女性科學家是誰，但第一個名揚國際的，應該是居禮夫人。除了所有偉大科學家的熱忱、求知的毅力，女性科學家因為家庭角色，揹負著與男性不同的壓力。這一個位大的女性，花了多少時間，用粗糙的儀器，在簡陋的實驗室，提煉有放射性的礦物，已難已算計。這一本書，將居禮夫人的真實人生，做了深入的刻畫。

精選科學家傳記

    科普書當然比課本好讀，但卻也並非人人能熱愛。我曾經買過不少科普書，但沒真的讀完太多本。事實上我覺得它們很好看，而且小時候也從百科全書中讀過不少短篇科學家故事，但並未引發我太多熱忱。能否對科普書籍有好感，應該也可以當作是否合適讀自然科學類科系的一個指標。
    以下，從台大科學教育中心所選的「百大科普好書」之中，挑選其中自傳類的，稍作介紹。自傳類科普書，不但可以看到有趣的科學知識，也可以了解科學家生活與思維全貌的點點滴滴。

    

數學邏輯奇幻之旅：一個追求真理的冒險故事
Logicomix: An Epic Search for Truth

作者：阿波斯托羅斯．杜克西阿迪斯、克里斯托斯．帕帕迪米崔歐
原文作者：Apostolos Doxiadis、Christos H. Papadimitriou
繪者：阿雷卡斯．帕帕達托斯、安妮．迪唐娜
譯者：劉復苓
出版社：繁星多媒體
出版日期：2010年07月21日

    在許多的科普書、自傳之中，這本的特殊之處在於，它是一本漫畫，而漫畫的主角是科學哲學家羅素。引一段本書介紹，可以曲盡本書大概內容：「素一路上經歷愛情、仇恨、和平與戰爭，堅持不懈地追求他的使命，還賭上了事業和個人幸福，最後瀕臨瘋狂邊緣。《數學邏輯奇幻之旅》不但是一本歷史小說，還用淺顯易懂的方式，介紹了最偉大的數學和當代哲學思想。本書有豐富的人物描述、加上生動高超的藝術表現，將理想的追求交織出令人著迷的故事。」

十項最美的實驗：實驗桌上的科學家，影響世界的十個偉大發現
The Ten Most Beautiful Experiments
作者：喬治．約翰遜
原文作者：George Johnson
譯者：賴德鍾
出版社：臉譜
出版日期：2009年06月23日

    有一句話「當你明白一個定理怎麼發現的，才能真正了解它。」這本書介紹從加利略到米利坎，十位科學大師所做的科學研究。讀者能從實際故事中了解，為什麼這些科學家能發現他人所忽略的事理。十個科學大師和重大發現的故事：

1. 伽利略：物體移動的方式
2. 威廉．哈維：心臟的奧秘
3. 艾薩克．牛頓：色彩的本質
4. 安托萬洛朗．拉瓦錫：農夫的女兒
5. 羅吉．高爾瓦尼：動物電
6. 邁可．法拉第：深藏的道理
7. 詹姆斯．焦耳：世界運行的方式
8. Ａ．Ａ．邁克森：迷失在太空
9. 伊凡．巴夫洛夫：不可估量的測量
10. 羅勃特．密立根：界限

我在MIT燃燒物理魂

For the Love of Physics : From the End of the Rainbow to the Edge of Time

—A Journey Through the Wonders of Physics

作者：華爾達．盧文、沃倫．高斯坦

原文作者：Walter Lewin,Warren Goldstein

譯者：蔡承志

出版社：遠流

出版日期：2012年05月01日

   我其實比較欣賞本書的英文書名。不過，一個比較熱情的書名，應該也無損本書的價值。這個教師用各種方法讓學生明白物理，這是一個相當驚人的例子：「將自己充電到三十萬伏特，讓頭髮全都豎立起來，然後告訴學生：高電壓本身並不會致命，關鍵是穿過你身體的電流有多少……」

    這個物理教授在1999年的課程影音，至今仍在MIT開放課程以及Youtube上找的到。相信我，你看了不會睡著。

青年尬科學 大擂台 -- 參加觀察

於2012/11/3，參加台灣大學科學教育中心主辦的「青年尬科學 大擂台」的決賽。

永久網頁

這個活動有不少錄像已經放上Youtube, 歡迎前往觀看：

這是決賽中其中一組的表現：

主辦單位費許多心力辦這樣的活動，想要帶給學生的幫助是很值得欣賞的。無疑地，許多學生，也從中得到機會，用「習題與考試」之外別的方式來接觸科學 -- 這是極重要的。要用「答案與選項」之外的方式，來表達科學，也是一大考驗。如果同學們有興趣成為科學家，或成為自然科學方面的研究人員、教師，都應該參加這樣的活動。

從今年的學生表現，我整理出一些觀察(偏重待改進的部分)，供日後參加的學生參考：

1. 大部分的上台發表內容，是書中某些段落的重述，或是對作者表現敬仰。(即使，費曼在書中最重要的精神就是不要對權威敬仰)
2. 上台論述、表演、呈現方面，在安排、條理、創新能力上，「可圈可點」的程度有限。
3. 由於發表內容往往缺少「主題」，提問方和被提問方都處於「臨機應變」的狀態；交叉提問，或教授提問，大致上是「勉強對付」的情勢，難在問答的交流之間有思辯的火光。
4. 好像很少(幾乎沒有)團隊利用PPT或任何影音媒材輔助他們的呈現，讓我頗為意外(在報名簡章上沒看到不能用影音媒材)
5. 在台上的呈現，大致上是安排好的對話，小短劇，或是接力陳述。大致上沒有利用更好的「分工合作」，例如，用不同的切入點進行多層次的互相辯難、補充。
6. 活動網頁中所說的主旨：「對自然現象的好奇、觀察、推理、歸納、演繹、還有創造力與應用等，訴諸文字表達或演示是基本技能，也是藝術。」但目前活動，比較像對於「文本」的觀察推理歸納演繹，「自然現象」的角色反而較弱。

    我在想，同學們在「青年尬科學」之中的表現、學習、思考能力的提升，是否能更顯著呢? 這是否對高中學生的期待有點太高? 讀者們可以看一下中正高中手語社成果發表的表演錄影：http://www.youtube.com/watch?v=ZAJp03QatO8   經求證，特技和編舞是專業老師做的，專業者也有上台做「維護安全」的動作，但大部分的表演，都是高中生。如果中正手語社的高中生可以做出這樣的表現，我覺得，似乎參賽者還有很大的潛力沒有發揮。
    對日後可能參加的學生，在此提出一些建議，也許一屆一屆會辦得更好：

1. 從TED或其他媒材上，找一些「樣版」、「榜樣」，仿傚甚至超越它。
2. 如果大會不反對，試著運用影音媒材，包括影片、音效、圖片。
3. 如果明年大會沒有提供發表的參考題目，參賽團隊應該自己找一個發表的重心，這些個重心主軸的性質應該是：聯結到自然現象、關於自然科的教學、關於科學精神與科學教育、幫助學生將書籍/生活/學習三者相融。
4. 以這一次比賽來說，決賽讀物是「別鬧了，費曼先生」，我會選擇的重心主軸包括：

• 用本書的精神，發現一件日常生活中，我們常常誤解的一個自然現象或生活細節
• 如果我是費曼，會如何將物理或化學課的一個實驗重新設計
• 拿身旁的一個物件、現象、或課堂教過的某一個(某些)原理，用費曼的思維，進行陳述、分析、測試，找出新發現
• 假設我是物理老師，以費曼的精神，設計個物理科的學期報告題目，並告訴評審為什麼要這麼做
• 費曼如果來到台灣，會建議台灣的高中生怎樣學科學? 
• 費曼要我們有好奇心，但事實上，世界上、生活中值得深究的事物太多，應該如何取捨? 

建議未來高中生們繼續參加，並且，若參考本文，應該可以有更好的表現。