2017 BioPhyChemEarth


源起

BPCE,三年前還叫做 BPC,那時我高一升高二,是物理組的一個小小學員。當時懷著想學些物理的心情報名了這個營隊,卻發現對有走過競賽的學生來說,課程內容有點太簡單。好在有趣的活動和新認識的許多好朋友彌補了這點,於是開啟早上放空補眠晚上各種玩樂的五天。

然而就在我覺得學不太到東西時,第四天早上到了,那天上的是文于學長的狹義相對論。聽說這個學長很厲害,也想說近代物理比較不熟,於是認真的聽了一下......怎知不聽還好,一聽就停不下來,學到一堆超級超級有趣的東西!可惜相對論只有一堂,在五天的課表中如曇花一現。我好希望能繼續聽更多這種有趣的內容!我想聽廣義相對論......我想聽量子力學......我不想再聽普物課本的東西啦啊啊啊!!!

這樣的聲音在腦中吶喊,最後形成內心中的一點遺憾。

然後三年就過去了。去年八月我人在加州,有天正準備北上 Seatle,在機場裡等班機時突然接到那時根本還不算認識的郭芸彤的訊息:

「你知道 BPC 嗎?」
「參加過」
「你願意出來選物理教學長嗎?」
「WTF」

對話精簡起來大概就這樣吧。那時覺得 BPC 已經是很久以前的事了,也沒當過實習屆,基本上去以後一定是個八九成人都不認識冗在一邊的邊緣人。原本打算委婉拒絕,但因為當時有讀一點跟教育相關的東西,其實也想嘗試看看教別人物理,於是最終經過一番妥協後接下三堂課八小時的物理教學。

有鑒於文于學長在三年前給我的啟發,我決定把課程全部拿來講近代物理。天真的我原本很貪心的打算一堂講量子力學,一堂講廣義相對論,一堂講弦論和其他近代科學的重要發展,後來很快發現課程的時間和節奏會遠遠無法負荷......幾番掙扎後,最終定案把三堂都拿來講相對論,第一堂講狹義,二三堂講廣義。

準備

決定好以後,就得開始備課和編講義。狹義相對論本來就很簡單不擔心,廣義相對論的教學才是真正麻煩的地方。為了想辦法讓高中生也能學會,我花很多時間在研究各種廣相課程的教學方式和優缺點。

大一下特地選了物理所的廣相課,課程的優點是簡單,但數學論證方面相當不嚴謹,內容深度也顯得不足;我也參考了台大 OCW 高湧泉教授的課程,雖然推導論證比較詳盡,但在很多時候太拘泥細節、缺乏物理感;Stanford 的 Susskind 教授放在網路上的 Theoritical Minimum 講課為強調直覺性,卻因此跳過太多東西,讓我聽起來不太踏實;FAU 的 Schuller 教授上的廣義相對論相當紮實,但數學過於深入嚴謹,不適合拿來教高中生。

在腦中盤演許多次以後,我最後參考 Youtube 的 What is a Tensor 系列和 Schuller 前期的教學來設計廣相數學部分的教材,再參考修課時的一些範例、台大 OCW 的廣相以及 Sean Carroll 的教材來編寫物理部份的論證。在死線一次又一次延後的情況下,總算在最後關頭成功生出講義。


萬事俱備,只欠上營。在腦中備課無數次,卻從來沒有試教過,其實心中有些抖。嘛,船到橋頭自然直,我相信學生的資質。除了課程以外,還有一件事也令我有點擔心。BPCE 有五天,我的課程在第一天下午和三四天早上,扣除掉上課時間其實蠻閒的,但又不想天天往返嘉義台南,邊緣如我要找到事做也是另一個挑戰。

上營

就這樣懷揣著一點不安的情緒,總算來到上營當天。果不其然一堆人都不認識,就算認識也有很多人不熟,看到根本不知道該不該打招呼。加上籌備期因事未到,當下真的有股「好好把課教完然後閃人」的念頭xDD 好在這營隊的氛圍還蠻輕鬆的,林欣妤(以前完全沒看過)和李彥翰(以前只講過幾次話)作為總召都很友善的來打過招呼閒聊,讓我有種稍微沒那麼邊的錯覺。後來整個台南幫大票湧入時覺得總算有同伴了QQ

然後就開始上課了。雖然事前稍有緊張,但站到台上後緊張感瞬間就沒了。我發現我很喜歡這種感覺:拿著粉筆對著空白的黑板,把學生當作無基礎,從零開始一步步的導出整個相對論的理論脈絡。我不只想要學生學會相對論,我還想把所有環環相扣的邏輯都烙印在他們腦中,我更希望這樣的過程能對他們產生啟發。


如果教普物、教電磁學、教微分方程,這些東西學生長大只要走理工相關科系自然而然會學到;如果教物奧、教能力競賽,對高中升學可能有些用處,但到大學充其量就是寫習題寫比較快。我想教的東西,是那種如果沒來這個營隊,學生可能一輩子不會碰到的、但又非常非常有趣、精彩的物理。

這樣的任務非常艱難。以廣義相對論來說,它奠定在微分幾何上,即使把難度做最大幅度的簡化,也得介紹張量、向量空間、對偶空間、內積空間、抽象化的微積分和一些群論跟集合論的東西,然後再把它們融入到物理中。裡面哪怕只挑其中一個,可能都可以用一整堂課來上,而我要把它們在有限時間內用適合的節奏全部教給學生。學這些東西所需要的基礎不多,他們只是比較抽象。但如果學生沒有一定程度的 Open-minded,要學會還是有相當難度。

我不要求他們上完後會很懂廣義相對論,我也不要求他們會算。但我希望他們能完整的經歷這樣的過程,知道更高更難的物理是怎麼一回事、知道物理學家以前是怎麼思考的。我希望他們在上完之後,對廣義相對論這東西的認識能遠大於科普書上各種「質量扭曲時空」之類的幹話。

我把自己設定成進擊的巨人裡面的調查兵團團長,帶著這群願意接受挑戰的學生衝出牆外,試圖打破他們的思想框架。即使知道路途險峻,即使隨時可能會被巨人吃掉,我還是想讓他們看看外面的世界是怎麼一回事。我想讓這些學生看到大海。

總結

經過幾天的奮戰後,果不其然,有些學生被名為數學的巨人給吃了。但也有些奮戰到最後,成功看到相對論的大海。說來有些自私,這幾堂課的學生模板其實是三年前的自己,想要彌補當時沒學飽的遺憾。對於沒辦法學會的學生,我盡可能的用一些白話的、但卻同等有趣的物理發展新知來作補償。不過即使沒辦法教會所有人,相信這幾堂課仍然可以對這些高中生產生相當大的啟發。

謝謝營隊中的所有夥伴和學員,願意讓我有這個機會上這個風險極高的課程。當然課程以外,也感謝願意在我這個小邊邊沒事做時收留我的人們、還有賭場猜拳關來捧場的所有小隊員們。

BPCE 結束了,這對我來說不只是一個營隊,也是我近期對自己的一個小結。

謝謝你們。

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