黃昆先生的教學風格

陳金富

在北京大學創(chuàng)辦“五校聯(lián)合半導體專門化”是培養(yǎng)半導體學科人才史上的創(chuàng)舉．1956年，當時的高等教育部根據(jù)我國《1956～1967年科學技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃》迅速培養(yǎng)科技人才的需要，決定創(chuàng)辦“五校（北京大學、復(fù)旦大學、南京大學、東北人民大學和廈門大學）聯(lián)合半導體專門化”，由“五?！狈謩e派出一些教師和實驗員參加聯(lián)合半導體教研室．黃昆教授和謝希德受命分別任半導體教研室主任和副主任．“五?！睂W生先后學習了傳統(tǒng)的物理系基礎(chǔ)課和“固體物理”，還攻讀了“半導體物理”等多門專業(yè)課．經(jīng)過一年（四年制）或兩年（五年制）的培養(yǎng)后，學生總體上優(yōu)秀，畢業(yè)后分配到有關(guān)部門，逐漸成為發(fā)展我國半導體學科的骨干力量，不少學生還成為高校、研究所、工廠和管理部門中的出色領(lǐng)導．1957年暑假，半導體專門化四年制的98名學生畢業(yè)，這是“聯(lián)合半導體專門化”的首屆畢業(yè)生．當時，國防科工委、科研院所、重點工業(yè)部門和有關(guān)高校都非?？释苣玫疆厴I(yè)生分配指標．我曾有幸在黃昆教授直接指導下，具體負責這些學生的畢業(yè)分配工作，這次畢業(yè)分配按黃昆教授對人才布局的考慮具體實施：首先，重點保證“五?！备髯詳M留校的畢業(yè)生將來返回原?；I建半導體專門化的重任；其次，中國科學院、國防科工委和重點工業(yè)部門屬重點保證單位．這年暑期，我每天按時上班，親身經(jīng)歷并見證了“聯(lián)合半導體專門化”的學生備受社會各界歡迎的情況，也見證了當時對學生確定的培養(yǎng)目標的遠見．

因為“五?！钡慕處煋撝拔逍Ｂ?lián)合半導體專門化”結(jié)束后返回原?；I建半導體專門化的重任，他們是培養(yǎng)人才的基礎(chǔ)，所以在聯(lián)合半導體教研室建立之初，就對這些教師的工作安排和培養(yǎng)提出明確的目標并采取有力的措施．黃昆教授在首次教研室會議上部署，年輕教師，包括并不年輕的黃振邦、劉士毅和吳伯僖在內(nèi)，負責籌建半導體專門化實驗室，每人籌建一個實驗，開學前一個月內(nèi)完成，并寫成實驗講義，開學后指導學生做實驗．籌建實驗室期間，中國科學院應(yīng)用物理研究所洪朝生教授兼職擔任指導，北大校方將“聯(lián)合半導體專門化”辦學列為“重中之重”，校金工廠、物理系供應(yīng)室確保元器件加工和原材料供應(yīng)；授課方面則由黃昆和謝希德合作講授“半導體物理”，陳志全備課“晶體管原理”，各項工作緊張而有序地進行．這樣，實驗室得以按期籌建完成．課程講授和實驗課程步上正軌后不久，黃昆教授隨即部署教研室的科研工作．青年教師除指導實驗和聽課外，還被要求參加教研室統(tǒng)一安排的科研課題研究，如半導體基本性質(zhì)、電致發(fā)光，以及參加由蘇聯(lián)專家桑杜洛娃指導的“建立放射性同位素在半導體中雜質(zhì)擴散規(guī)律”的實驗室等多個課題的研究．黃昆和謝希德還為青年教師主講學科專題報告，并分別主持電子—晶格相互作用與能帶理論研究．后來的實踐表明，對“五?！苯處熡辛Φ呐囵B(yǎng)措施確保了這些教師日后成為發(fā)展我國半導體學科的骨干．

兩年的聯(lián)合辦學，系統(tǒng)培養(yǎng)了240多名半導體專門化畢業(yè)生．“聯(lián)合半導體專門化”結(jié)束后，“五?！备髯曰I建半導體專門化或?qū)I(yè)，半導體學科的教育事業(yè)增速發(fā)展．黃昆、謝希德領(lǐng)導我們創(chuàng)辦“五校聯(lián)合半導體專門化”為我國發(fā)展半導體事業(yè)立下了豐功偉績．

領(lǐng)悟黃昆教授的教學風格

在北大的兩年，我首先接受了在洪朝生教授指導下獨立籌建實驗項目的訓練．這是從事實驗課題研究、籌建實驗設(shè)備的一種訓練，我從中受益很大．

在這兩年中我最大的收獲是，在聽黃昆教授授課過程中領(lǐng)悟到黃昆教授的教學風格．這一風格是黃昆教授的治學精神在教學上的體現(xiàn)，授課過程中體現(xiàn)了他獨特的學術(shù)風格、思維習慣、治學精神和方法．從某種意義上看，黃昆教授琢磨教學、研究教學內(nèi)容、探討最佳教學方法，是他過去從事的科學研究的繼續(xù)和拓展，用黃昆教授的自敘來表述，是他把教學和教材建設(shè)的過程看做是借助他“在研究工作的經(jīng)驗，將其作為獲取科研成果對待，潛心研究，臻于完美”．黃昆教授的教學風格像磁石般吸引了我，成為我后來治學從教的楷模．這里，我從四個方面談?wù)勎覍S昆教授教學風格的領(lǐng)悟，以此紀念一代宗師、科學泰斗黃昆院士．

1．全身心投入教學，致力于教學實現(xiàn)自身價值的敬業(yè)精神，是黃昆教授教學思想的基礎(chǔ)

黃昆教授于1951年回國受聘北大任教，從32歲到58歲期間都致力于教學工作．他講授的第一門課程是本科生的入門課程、物理學科的重點基礎(chǔ)課“普通物理”，之后講授“半導體物理”和“固體物理”．作為一位在國外留學、從事科學研究，并在固體物理學科領(lǐng)域具有精湛造詣的學術(shù)大師，回國后毅然擔任基礎(chǔ)課的講授，當時已經(jīng)有一些人表示不解，在當前的高校也是聞所未聞．黃昆教授回國后應(yīng)聘任教，固然是適應(yīng)當時我國高等教育事業(yè)客觀形勢發(fā)展，服從國家大局、為國效力的壯舉，但僅停留在這一認識層次上是不夠的．黃昆教授認為，借助自己的學科優(yōu)勢和科研工作的經(jīng)驗致力于教學，全身心鉆研教學內(nèi)容，悉心探索最好的教學方法，并且把編寫、出版教材作為獲取科研成果來對待，同樣能在教學領(lǐng)域發(fā)揮聰明才智，增長才干，實現(xiàn)人生價值．實踐表明，黃昆教授當年講授“普通物理”的卓越教學效果是眾所周知的，也培養(yǎng)了后來擔任該門課程講授的知名教授（如叢樹桐、李椿等）．后來，黃昆教授又對當年講授另外兩門課程使用的教材加工整理，出版了《半導體物理學》和《固體物理學》兩本經(jīng)典著作．只有具備黃昆教授那樣治學從教的敬業(yè)精神，才能在教學開展和教材寫作上取得那樣豐碩的成果．在今天高校面臨的形勢下，弘揚黃昆教授對待教學的這種敬業(yè)精神，具有重大的現(xiàn)實意義．

2．借助科學研究的經(jīng)驗，潛心研究教學內(nèi)容，悉心探索最好的教學方法，形成獨具風格的教學方式

我特別推崇、贊譽黃昆教授在教學上體現(xiàn)的下列獨特風格：

（1）嚴謹、清晰地闡述物理概念和物理模型．

物理概念和物理模型是物理教學中的關(guān)鍵性科學語言，是物理學家進行科學思維、表達其物理思想和表述客觀規(guī)律的工具，是培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維與獨立工作的基礎(chǔ)．衡量課程教學質(zhì)量的標準之一就是能否嚴謹、清晰地闡述物理概念和物理模型．黃昆教授具有最善于駕馭這方面的能力．例如以講授布喇菲^①（Bravis）點陣學說為例，當年黃昆教授不采用從講授初學者難于理解的、抽象的布喇菲點陣學說入手介紹晶格幾何的系列概念，而是選用容易理解的實體圖像（多個等徑圓圈緊密堆積成的“基元”在二維空間規(guī)則排列成的周期性結(jié)構(gòu)圖）定性表示晶體的周期性結(jié)構(gòu)．選擇基元中任意一點A作為參考點，則在二維空間圖像中的每個基元上都可以找到一系列與A點環(huán)境完全等同的點子．這組無限多的等同點系就構(gòu)成一個二維點陣，改變參考點的選取，所得到的點陣都是相同的．從點陣出發(fā)就可以引申出布喇菲點陣、陣點、基矢、格矢、原胞、晶列、晶面等概念，然后由二維點陣擴展到三維點陣．黃昆教授的這種教材組織方法所遵循的教學過程是從實體圖像到抽象（等同點系），最后提煉出抽象的科學概念（晶體幾何的系列概念）．這種選取教材的方法既保持科學嚴謹性，又能清晰闡述物理概念、化解教材難點的講授，教學效果好．

黃昆教授還擅長借助物理概念和模型，盡可能不用復(fù)雜的數(shù)學工具（避免用繁長的數(shù)學推演而掩蓋對物理本質(zhì)的闡述）闡述課程中某些重要內(nèi)容．例如，不用復(fù)雜的化學鏈理論介紹晶體結(jié)合的基本結(jié)合形式．當時黃昆教授用元素的“電負性”（化合物分子中的組成原子把電子吸引向自己的本領(lǐng)）概念闡述元素和化合物晶體結(jié)合的規(guī)律．

（2）教學過程中，培養(yǎng)學生提煉科學模型的思維能力．

擅長科學模型的構(gòu)思，培養(yǎng)學生提煉科學模型的思維能力，是黃昆教授治學從教風格的突出體現(xiàn)，在教學中，黃昆教授經(jīng)常借用啟迪形象思維的教學方法培養(yǎng)學生的思維能力．例如在講授晶格振動這一難點時，黃昆教授先抽象出可不必考慮邊界上原子與內(nèi)部原子差異的無限長的一維原子鏈（這是為研究對象規(guī)定的概念），陣列上的原子以電磁作用相互聯(lián)系，其耦合方式導致陣列上原子具有特定的集體運動形式．對這種復(fù)雜的集體運動，又抽象出只考慮原子間近鄰相互作用，略去次近鄰作用；而原子間的近鄰相互作用力，又只考慮類似彈簧振子的簡諧作用力，略去非簡諧作用力（這是已知的形象化模型）．根據(jù)以上假設(shè)提煉出一維陣列上的原子在簡諧作用力下繞其平衡位置做微振動的科學模型，這種振動形成各種模式的格波．在此基礎(chǔ)上再討論雙原子鏈的振動，然后推到三維晶格振動，并簡述與非簡諧作用有關(guān)的若干問題．這種組織教材的方法使初學者可以在原有知識基礎(chǔ)上學習復(fù)雜的教學內(nèi)容．更為重要的是教會學生提煉科學模型的方法．

培養(yǎng)科學思維能力時處理好物理模型與數(shù)學模型的融洽關(guān)系，是黃昆教學風格的另一特色．理論教學中，黃昆教授不但擅長為研究對象構(gòu)思物理模型和相應(yīng)的數(shù)學模型（參照物理模型引入描述系統(tǒng)屬性的參數(shù)，建立諸參數(shù)間的關(guān)系，推算結(jié)果，預(yù)測和評述結(jié)果），還重視將數(shù)學模型回歸到物理模型，對概念和模型做必要的復(fù)述．這一復(fù)述深化了對物理實質(zhì)的認識，也體現(xiàn)了教師的素質(zhì)．

我舉聽課中印象深刻的一個例子：在講授熱激發(fā)（如施主、受主的熱激發(fā)，基于晶體中熱漲落現(xiàn)象產(chǎn)生的點缺陷的熱激發(fā)）時含有一個獲得大于u的能量漲落幾率的表達式exp（－u/k_BT）（對不同的問題u代表諸如施主、受主激活能，點缺陷的激活能等）．在討論與點缺陷運動（跨越勢壘過程）有關(guān)的自擴散問題時，擴散系數(shù)D的表達式含有一個exp［－（u＋E）/k_BT］的指數(shù)因子．指數(shù)表達式中的k_BT體現(xiàn)出過程的熱激發(fā)本質(zhì)；u較小時點缺陷濃度大，擴散原子附近出現(xiàn)點缺陷的幾率大，有利于擴散的進行；E是擴散原子與其鄰近的缺陷交換位置時所必須跨越的勢壘高度，E較小時點缺陷運動快，它容易移近擴散原子并與其交換位置，完成一次布朗行程，因此當u＋E小時D數(shù)值較大．這種將數(shù)學模型復(fù)歸到物理模型進行必要的復(fù)述，是黃昆教授經(jīng)常傳授的分析方法．

（3）臻于至善的教學效果．

我想舉兩個例子記述黃昆教授爐火純青的教學效果：

其一，黃昆授課非常嫻熟，從不按稿平鋪直敘，而是隨著課程內(nèi)容層次的深入不斷提出問題，介紹描述對象的物理概念、參數(shù)，提煉物理模型，再對模型進行數(shù)學分析．如此不斷提出問題、解決問題，使課程講解逐層深入．聽課師生則聚精會神地跟隨教師講授的思路領(lǐng)悟、思索，在理解的基礎(chǔ)上記憶、消化．聽黃昆教授這樣的講課其實是一種探索知識的享受．當年聽黃昆教授講授“半導體物理”和“固體物理”在全國是首次，聽課的師生中除“五校聯(lián)合半導體專門化”的師生外，還有清華大學進修生，更有乘早班火車從天津趕往北大聽課的南開大學部分師生，可謂盛況空前，無與倫比．

其二，聽課師生課堂上基本理解、記住教學內(nèi)容，是黃昆教授教學效果的另一例證．當年在沒有任何現(xiàn)成教材可供預(yù)習、參考的“空白”背景下，僅依靠聽課和筆記就能記住、理解授課內(nèi)容，特別是領(lǐng)悟其教學風格，足以顯示黃昆教授卓越的教學效果．

3．著書過程中的治學精神，教材建設(shè)的豐功偉績

黃昆教授將編書過程作為獲取科研成果來對待，潛心研究，臻于完美．當年他與謝希德教授合著的《半導體物理學》一書于1958年正式出版，書中大部分章節(jié)由黃昆教授親自執(zhí)筆撰寫，最后由他統(tǒng)一定稿．這本著作是國內(nèi)半導體學科第一本專著，在國際上也是一本優(yōu)秀著作．黃昆教授編著的《固體物理學》一書在出版后的相當長時期內(nèi)同樣是一本標準用書，無需改版．1977年黃昆教授調(diào)中國科學院出任半導體研究所所長，自教學崗位轉(zhuǎn)至科研崗位，肩負領(lǐng)導科研并組織全所半導體物理研究的重任．在當時形勢下，黃昆教授無暇為《固體物理學》撰寫增訂版，這一任務(wù)后來由黃昆教授的學生韓汝琦教授完成．我在《教材通訊》上發(fā)表的《教材內(nèi)容更新的又一途徑》一文，向國內(nèi)外固體物理領(lǐng)域內(nèi)的讀者推薦韓汝琦教授在黃昆教授指導下改寫黃昆教授原著的《固體物理學》這部著作的情況，有興趣的讀者可參閱．

實踐、弘揚黃昆教授的教學風格

北大“五校聯(lián)合半導體專門化”結(jié)束后，我返回廈門大學，參與籌建廈大物理系半導體專門化，擔任“半導體物理”和“固體物理”課程講授，在教學實踐中進一步領(lǐng)悟黃昆教授教學風格．歷經(jīng)坎坷后，1976年時年48歲的我返回專業(yè)繼續(xù)從事上述兩門課程的講授．自此至退休前夕在長達17年的教學生涯中，我努力全面深入地實踐、弘揚黃昆教授的教學風格，全身心投入教學，致力于通過教學實現(xiàn)自我價值，開展教學研究，包括編寫配套教材，對多年的教學實踐進行理論總結(jié)，開展固體物理教材教法研究，如固體物理教材難點內(nèi)容的研究、固體物理教學法資料研究、教學研究的拓展，撰寫教學研究論文等．其中《固體物理學學習參考書》于1986年8月由高等教育出版社出版，這本書是高等學校理科物理學教材編審委員會固體物理編審小組和高等教育出版社組織編寫的一套固體物理學科的教學參考書之一．應(yīng)該著重提及的是，我編寫這本教材的準備階段就得到黃昆教授的支持．1985年5月8日我寫信給黃昆教授，告訴他我根據(jù)多年從事固體物理、固體理論的教學經(jīng)驗，參考國外某些富有啟發(fā)性的圖表、資料，針對課程內(nèi)容和教學上的難點編寫了一本《固體物理學學習參考書》，經(jīng)教育部固體物理編審小組的認可列入了人民教育出版社的出版規(guī)劃．書中采用人教社規(guī)定的以《英漢物理學詞匯》為主要參考；我采用現(xiàn)有中文教材中使用的名詞，例如晶格、格子、正格子、倒格子、正格子基矢、倒格子基矢、原胞、晶胞、倒格子原胞、倒格矢等稱呼，而不擬采用倒易矢、倒易空間等稱呼．出版社考慮到這些名詞尚有爭議，建議我寫信向幾位老前輩請教．為此我請老前輩在繁忙中抽暇對隨信附表所列名詞提出指導性建議（只需打“√”以節(jié)省時間）．我寫信給多位老教授請教．黃昆教授收到信后第一個給我復(fù)函，用打“√”形式發(fā)表他的建議．他的建議和我原先的想法完全一致，他的復(fù)信和建議對我寫好書稿是極大的支持與鼓勵．事隔二十余年，我只找到當年用復(fù)寫紙寫的信稿，信稿的附頁（附頁詳列有爭議的名詞一覽表以及國內(nèi)已出版的讀物中對這些名詞的稱呼）已遺失．

黃昆教授雖然離我們而去了，但他的精神仍然在指導著我們的教學工作，我們會永遠懷念他．

作者簡介

陳金富，廈門大學物理系教授．1952年畢業(yè)于同濟大學物理系，分配到廈門大學物理系任教．1956年8月至1958年參加“五校聯(lián)合半導體專門化”工作．隨后同年8月返回廈門大學參加籌建廈大半導體專業(yè)，并長期講授“半導體物理學”和“固體物理學”課程．曾任高等學校理科物理教材編審委員會固體物理編審組固體物理教材研究小組副組長．曾參編《固體物理學大辭典》，撰寫《固體物理學學習參考書》，發(fā)表論文30余篇．

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注釋

①　根據(jù)全國自然科學名詞審定委員會公布的《物理學名詞》（1996），現(xiàn)譯為“布拉維”．