——2006年美国全国物理教师协会“密立根奖”受奖演讲
阿特·霍布森(Art Hobson)（阿肯色大学物理系美国)
原文《Millikan Award Lecture,2006:Physics For All》发表在2006年的《美国物理杂志》(Am.J.Phys.74,1048)上.感谢霍布森教授惠赠手稿并授权翻译成中文.
摘要：我们物理教师必须将关注点从“面向物理学家和其他科学家的物理”扩大到“面向全体学生的物理”.理由正如美国科学促进协会说的那样：“没有一个具备科学素养的大众，美好世界的前景就没有指望.”面向全体学生的物理（包括为培养科学家而开设的初级课程）应该是概念性的，而不是技术性的.它应该把宇宙描述为我们今天所了解的宇宙，包括狭义和广义相对论、量子物理、近代宇宙学、核物理、粒子和相互作用的标准模型，以及量子场论.许多科学著作者已经向我们展示这是可以实现的.面向全体学生的物理应该强调科学的过程，并包含如全球变暖、核武器和伪科学等社会性话题，因为公众需要对这些问题做出明智的表决.
1 引言
获得这个奖项，我既惊讶，又欣喜，还有些陶醉其中.非常感谢美国全国物理教师协会（AAPT）授予我这个奖项.在我的观念里，AAPT是我国最重要的物理组织.我并不是因为他们授予我这个奖项才说这样的话，另一个优秀的组织美国物理学会（APS）比AAPT更大、更著名，但在这个科学技术被广泛运用，同时也常常被滥用、误用的时代，科学教育比其他研究更重要.今天，我们拥有不少新的研究成果，却较少知道如何明智地使用它们，而更少有公众能够理解它们.换言之，科学技术缺乏公众的理解，缺乏对科学技术的应用施以我们合理的控制.为此，我们需要教育，祝愿AAPT更加壮大！
我还要感谢我的妻子玛丽·莱利.感谢她的爱，她是我不懈努力的源泉，感谢她多年来对我的鼓励.
在本次会议计划中，我给这个演讲起了个冗长的题目《对21世纪物理教育的思考》.我想把它重新命名为《面向全体学生的物理》，因为这是一个我想讨论的观点，还因为我们的AAPT执行主席伯尼·科瑞在他关于这个主题的精彩社论中也用了这样的词句［1］.
“面向全体学生的物理”意思是为了所有学生的物理素养，当然不仅包括所有未来的非科学工作者，还包括所有未来的科学工作者.对于面向全体学生的物理，我持有四个观点：第一，也是最重要的一个，我们教育者必须把我们的关注点从培养科学家的物理扩大到面向全体学生的物理.第二，面向全体学生的物理应该是概念性的，而不是技术性的.第三，面向全体学生的物理，应该是我们今天所理解的物理，而不是19世纪所了解的物理.第四，面向全体学生的物理必须与其社会意义联系起来.
2 扩大关注点
为了提高整个国家国民的科学素养，美国科学促进协会（AAAS）于1980年代启动了宏伟的“2061计划”.在该项目的手册《面向全体美国人的科学》中，关于“科学素养的必要性”，有如下的结论：
“除非公众变得了解科学、数学和技术，并获得科学的思维习惯，否则科学技术提升生活的潜力就不会实现；没有一个具备科学素养的大众，美好世界的前景就没有指望.”［2］
这些强烈的字眼出自世界上最大的科学组织之一.这句话的含意在今天比在1989年写它的时候更显而易见，而且真实得有些残酷.它暗示着每位学生——每一位！——都需要一门与文化和社会相联系的物理学或天文学课程.
为什么科学素养如此重要？回答很简单：如果其公民不具备科学素养，工业化民主国家就不可能继续生存.想想看：科学技术是每一个工业化国家向前发展的推动力；而在民主国家里，决定诸如能源政策、应对全球变暖问题、学校科学教育和其他更多问题的是大众，包括出租车司机、律师、教师、记者、政治家、家庭主妇，等等.如果他们不理解科学，如果他们对科学的看法是负面的，如果他们被伪科学所蒙蔽，那这个国家的前景就不会好.
AAAS提出科学素养关乎生存.然而，既使是在工业化国家里，也没有多少人具备科学素养.人们不知道什么是分子，四季如何形成；他们不会或不愿阅读报纸中一篇与科学有关的文章；约有50％的美国人相信人类的产生是与其他动物分离的，人类是由超自然的奇迹创造出来的.物理学家和教育家大卫·古德斯坦观察到“我们（美国）的教育系统差到足以构成了对杰斐逊民主主义的一个威胁……从任何合理的科学素养定义来看，大约95％的美国公众在科学方面都是文盲.”［3］尽管科学研究在美国进行着，尽管我们有许多优秀的大学，但科学上无知的选民完全可能使美国滑落到第三世界国家的行列.
我们物理学家们并没有认真地担负起这个责任.物理教育关涉的不仅仅是物理学家，也不仅仅是科学家.它关涉的是所有的人们，关涉的是每个人的生活质量，事实上关涉的是文化的存亡.但看看现实中任何有资格培养博士的物理系，问问自己“这个系优先考虑的是什么？”
排列在清单最前面的将会是教师们做的科研、获得的项目经费和发表的论著，后面跟着的是博士生，然后是研究生课程.排在其后的是物理专业的本科生.许多系对本科生的培养很不重视，甚至他们自己的本科生都很少得到关注，本科毕业生人数也缩小到了每年仅一至两人.我自己所在的系曾经一度就是这样.从1980年代到1994年，我们平均每年授予的学士学位只有2个.1994年，我们尝试了新的做法：首次为物理教育和物理教育研究聘请了盖伊·斯图尔特.由于她专注于本科生教育以及探究式物理教学，我们的物理专业学生数量立即得到回升，到1990年代末，我们每年约有12名毕业生，而在过去的3年中则每年超过了20人.
排在物理专业本科生后面的将是为培养工程师、生物学家、医学预科生以及其他理工科专业而开设的本科物理课程.
排在最后有时甚至排不上的，将是培养非理工科专业的本科生教育.这些学生当中90％的人毕业后将成为幼儿园到8年级教师、律师、记者、母亲、商人、政治家和总统.他们是决定科学和地球未来命运的人，但你能从他们在物理系受到的冷遇中知道他们将是决定科学和地球命运的人吗？
这种错误的优先考虑，已经融入了几乎每个具有培养博士资格的物理系的有关人员聘用、晋升、酬劳和终身教职的政策.在我所在的系和多数其他系里，科研几乎是聘用和取得终身教职的唯一标准.没有取得终身教职的人员去教一般的基础课程是冒着风险的，因为投入这些课程就等于少了科研的时间，分心于这样的事情有可能让他们付出丢掉工作的代价.因此，我所在的系和多数其他系经常缺少教基础课的人，这些课通常只能交给研究生助理和其他临时人员去上.
一般来说，没有博士培养资格的学院无疑比这做得要好.但恐怕许多这样的学院也在学着这样做——真是一个拙劣的样板！
翻阅罗伯特·密立根的传记，我注意到他在芝加哥大学时专注于大学生的教育.他编写了两本大学基础物理教材，三本其他的大学物理教材和一本高中物理实验课教材.遗憾的是，今天多数的研究者都没有以密立根为榜样.
为非理工科专业学生开设的物理课程，不但不是最无足轻重的，反而是我们所教课程中最重要的.物理系却不那样看，大学也没看到这一点，然而事实的确如此.如果这个国家的状况和地球的环境继续恶化，世界上所有的物理学研究都将无济于事.每个物理系都非常值得重视文科生的物理和天文学课程的开设；这些课程可以以几个大班或多个小班的形式进行教学，但底线是必须在大学多数非理工科专业中真正开设这些课程.我很自豪地说我所在的系达到了这个目标：在我们的大学非理工科专业中，有略微超过50％的学生，毕业之前在一定程度上学习了我们的文科物理课程，或基础天文学课程.
至于物理和其他理科专业的学生，在他们求学过程的某个阶段，也许在高中，一定程度上也需要一门内容广泛的、概念性的文科物理课程.多数科学工作者像大多数其他人一样，科学素养也是不够的.许多理科出身的人在完成大学学业时所具有的诸如全球变暖、科学方法或能源等社会相关性科学知识少得可怜，他们对粒子和相互作用的标准模型、量子物理的概念或最近的宇宙学发现等近代物理的内容知之甚少.我们从物理教育研究中得知，他们常缺乏对物理学基本概念的定性理解.在高中让将来要学理科的学生直接去啃一门很数学化的“理科班”物理课程，这是一个严重的错误.在那里他们将花两个学期的时间学习18世纪的力学和19世纪的电磁学，而之前他们并没有先宽泛地接触经典物理学和现代物理学的概念以及物理学与学生的生活、与他们脚下的地球的关联.所有的理科学生，特别是物理专业的学生，需要在高中阶段先学一门广泛的、概念性的、并且和社会背景相联系的物理课程，包括许多近代物理和当代物理知识.这样，他们再学起理科班物理课程来才会是有准备的.
3 概念性物理
我的朋友保罗·休伊特，同样是个教科书作者，也同