導讀
別讓數學計算成為物理觀念的絆腳石
蔡坤憲
從高中開始，物理一直是最讓我頭疼的科目，卻也是帶給我最多學習樂趣的科目。
我想我很幸運，從一個學不太懂物理的高三學生，有機會成為國中理化與高中物理教師。幸運的地方是，我沒有因為物理是我大學聯考中成績最低的一科，而「不敢」選擇物理系，而有機會一窺物理世界的堂奧；更幸運的是，我能有機會能站在講台上，不僅和學生分享「學習」的喜悅，更有機會回過頭來，看看當初的自己，為什麼會覺得物理是那麼地令人頭疼！
為什麼我會覺得這本書值得推薦與翻譯？該怎麼幫本書的中文版作導讀？我想，也許從本書作者休伊特教授的生平開始，讀者會比較容易瞭解本書的特色，以及作者的用心。
作者生平簡介
本書作者於1982年，獲得美國物理教師學會頒發的密立根講座獎（Robert A. Millikan Lecture Award）。他獲獎的原因是由於，他在物理教學專業上的投入，發展出許多有趣而令人激賞的教學示範（譬如第5章的釘床示範），以及闡釋觀念的方式，讓很多原本不可能喜愛物理的學生，對物理產生興趣；此外，還有他出版的書、文章與影片，除了幫助許多學生對物理有更好的理解之外，也使得不少物理教師與教科書作者，在物理觀念的詮釋上獲得不少啟示。
中學時期，他的夢想是拿下全美羽量級的拳擊冠軍，他的高中導師說他：由於相當有藝術才華，所以「不需要」在學科上，下太多功夫。事實上，他的確沒有在高中之後，繼續就讀大學。在結束了拳擊手的夢想之後，他開始學習漫畫，先是在印刷廠工作，後來又轉到廣告公司，從事畫戶外廣告招牌的工作。
在畫廣告招牌時，受到幾位同事，以及「科學先生」弗雷斯科（Jacque Fresco，未來學家，維納斯計畫主持人）主講的大眾科學講座的影響，對科學、科技與人類社會的關係產生興趣，於是決定回到學校，在麻州的羅爾（Lowell）技術學院繼續正規教育，那年他27歲，選擇就讀於物理系，是班上年紀最大的學生。
他回憶，在他讀大學時，有一位高得（Raymond Gold）博士，是個非常優秀的物理老師，他的教室在學校3樓，負責教授十多位高年級學生以及研究生。而作者則和其他600多位大學新鮮人，擠在偌大的講堂，聽著授課經驗稍嫌不足、技巧稍顯生疏的老師上課。結果，這600多名學生裡，只有少數的人留下來繼續攻讀物理，然而，其他大多數的人後來都轉讀別的科系了。
他總認為，這樣的安排是個錯誤。優秀的老師，應該是安排去教低年級的基礎課程，而把上課技巧稍差的老師，安排去教高年級的課程。在大一那一年結束時，他便知道自己的志願，是想當個老師：想當個像高得一樣優秀的老師，想像弗雷斯科那樣，當個「Mr. Turn-on Man」，點燃學生學習科學的熱情！
由於當時任教那個大學的老師，至少都有碩士學位，所以，作者知道自己如果想像他們一樣，也必須攻讀碩士學位才行。大學畢業之後，作者轉往猶他州立大學，在1964年，取得科學教育與物理雙主修的碩士學位。然後，便到舊金山城市學院開始他的教學生涯，期間也在舊金山市的科學博物館，主持一些展覽教學活動。他在1999年從舊金山城市學院退休。
附帶一提，如果你知道《物理教師》（The Physics Teacher）這本期刊，幾乎每一期都有一道物理問題，是用漫畫畫的，這些漫畫題的作者，正是有漫畫背景的本書作者。
我是在「教人」，不是在「教書」
在他獲頒密立根獎那年，他已經教了18年的書，有人問他：「這樣年復一年的教牛頓運動定律，難道你不會覺得累嗎？」他舉一位魔術師朋友為例，作為回答：我的疲累，不會比我的魔術師朋友多；他已經當了好多年的魔術師，但我每次看到他，他都是神采飛揚地從小朋友的耳朵裡，變出預藏在手掌裡的銅板；因為他知道，觀賞他表演的小朋友，每一次都是不同的人！作者說：「我不是在教牛頓運動定律；我在教的是人：每一學期，都是不同的新人，都是還不知道牛頓定律可以提供他們，一個嶄新而有趣的方法，來看他們週遭生活世界的新人！」
關於「教學」，作者認為：教學不僅僅是個「工作」，也不僅僅是份「專業」，而是一種對待生命與生活的整體態度；因此，對於我們當老師的人來說，盡力把教學工作做好，是非常重要的一件事。因為，在我們的手上，不論學生有多大的熱情，我們都有能力把它澆熄，但是，我們也同樣也有能力去激發學生，讓他們發揮出他們最大的潛能。
作者相信：學物理「應該」是很有趣的，雖然也許要相當用功，但一定是有趣的事。而這書正是他這個信仰底下的產物之一。
別讓數學成為學習物理的絆腳石
我相信，一般人對物理的印象就是「很多數學」。更多的人認為「數學不好的人，物理一定也學不好」。其實，本書第一冊的譯者，雲惠，也是我的妻子，她就告訴過我，在她國中時，她的父親便對她說過類似的話。這樣的誤解，除了使很多原本數學不太好的人，或是畏懼數學的人，少了信心來學習物理，或其他自然學科之外，也讓他們少了經由物理，反過來理解數學的機會。
我同意在高深的物理世界裡，數學是一個不可或缺的工具或語言，然而，在我們的學生，還在「襁褓」階段時，數學絕對不應該成為啟發他們對物理產生興趣的障礙。
長久以來，很多的物理或理化教師，在物理教學上，都是以數學為出發點，或是把教學重心放在解題上，學生早在看得到「物理觀念」之前，就已經不知道被「數學計算」帶到哪裡去了。這個現象不論在台灣或美國，都是一樣普遍。
除此之外，也有很多的學生，不喜歡物理的理由，並不是因為「困難」，而是因為「很無聊」。他們可能是成績不錯的一群，也許用功，也許聰明，他們很快地便能掌握，遇到某一種題型時，應該代某一個公式。我們怎麼可能期待，學生從這種機械式的學習過程中，得出什麼樂趣？
物理觀念為主，數學計算為輔
作者以望遠鏡與天文學為例，說明數學在物理教學中，所應該扮演的角色。他說，數學對於物理學來說，就像望遠鏡對天文學來說一樣，都是非常重要而不可缺少的工具。可是，假設有個學生對天文學感興趣，選讀了天文學導論的課，結果，一整個學期下來，天文學老師就只專注在解說望遠鏡的構造細節或操作方法，而完全沒有讓學生有機會透過望遠鏡去看看天空。試想，這個學生還會繼續保有對天文學的興趣多久？
然而，很多老師教授基礎物理學的方式，就類似上述那種教天文學的方式。我們把好多的物理課時間，都花在諸如代數、三角函數、座標圖形與有效數字等「工具」上，而不是花在物理觀念上。
利用數學求解物理問題，本身並沒有什麼過錯，解題的確也可以加深對物理觀念的理解；只要這些問題是「觀念導向」，而不是「數學導向」。然而，在基礎的物理課程中，過分強調「定量」的理解，卻容易產生二個缺點：
首先，是所謂的「死讀書」：許多同學，對自由落體的計算題，可能都很會計算，但卻也認為往上拋的小石頭，之所以會減速，是因為手給它作用力漸漸減小的緣故。或者是，同學可以正確地背出「1牛頓等於9.8分之一公斤重」，但卻對「1牛頓」的大小沒有感覺。
其次，在數學計算上花太多的時間，會少了很多時間，去學習有趣的物理基本觀念。譬如說，大家都知道愛因斯坦的《狹義相對論》很重要，但是，對一般的高中生來說，相對論卻是門非常「神秘」的學問。作者寧可省去在運動學上鑽牛角尖的時間，而把時間花在對高中生講解相對論的基本觀念上。
然而，別誤會，作者完全沒有輕忽數學計算在物理教學上的重要性。相反的，在本書中，作者不厭其煩地使用文字、漫畫、圖表或照片，來解釋隱藏在方程式背後的意義，同時，也藉此教我們如何利用數學方程式，來「幫助」我們思考問題。
一本很好的「另類」參考書
原書在設計上，雖是一本寫給美國高中生的物理教科書，但在我看來，它也非常適合台灣同學，拿來作為自行閱讀的參考書。
目前台灣坊間常見的參考書，大都還是偏重在解題公式的層次上，至於所謂的「觀念」，常常就是在解題的計算過程旁邊，畫個方格（或漫畫），加個一兩句簡短的「文言文」，供提醒或記誦之用。至於物理或理化教科書，則因限於篇幅，對許多的觀念，只能精簡地提供一個「骨幹」式的說明，期待老師利用上課的時間，自行補充或與同學討論。
相對來說，原作者除了盡量避免使用數學公式來做說明之外，在觀念的說明上，作者也注意到取材自日常生活中常見的現象，或是基本的科學史史料，並以淺顯的白話口語來做說明。
首先，我想從學生的觀點，來看這本「另類」參考書：如果你也和我以前一樣，總是覺得老師在講解觀念時，花的時間太少，講得太快，那麼，作者這種「娓娓道來」的寫作風格，正好讓本書像是另外一位老師，細心而耐煩地向你解說著物理觀念的種種內含，讀起來，就像親身在他的課堂上一樣。
不論你正就讀的是國中或高中，在閱讀本書時，請暫時先把對物理公式的那份「憂慮感」放下，跟著書中的文字，仔細去想想，本書所討論到的各個物理觀念或現象，確定自己已經理解這些觀念之後（做習題，是確定自己是否有理解的好辦法！），再開始去擔心考試所可能會考的「計算題」。相信你的感覺會是：原來計算題並沒有想像中的困難！
當然，若你在閱讀本書時，還是遇到了「百思不得其解」的狀況，那麼，別擔心，就近去找你的老師討論，即使你可能還不是很懂那個觀念本身，但是，相信在你用心閱讀了本書的討論之後，你也已經具備了相當的能力，可以去和老師「討論」問題了！
除此之外，作者認為，光是聽老師上課講過，很容易就會忘記，但若是能用自己的話說過一遍，相信結果會是：想要忘記，也難。這是光靠記憶物理公式的學習方式，所無法達到的。因此，作者期待大家都能多去「說」一點物理，不僅在課堂上，甚至在下課以後，等公車時，和父母或朋友用餐時等等。
也是一個個人的經驗，有幾次參加教學研習活動，聽到有些老師討論到他們上課的難處：面對一些考題，老師們自己會「解」，但是，除了用數學公式算給學生看之外，覺得很難用「話」說清楚。如果，不巧地，你有這種困擾，也和那些老師一樣，正積極地在尋找有用的參考書籍，那麼，本書會是個不錯的選擇。
用自己的話來說物理
如同我先前說過的，這是一本寫給美國高中生的物理教科書，所以，書中所舉的例子，當然會是以美國人週遭的生活環境為主，尤其是涉及所謂STS（科學、技術與社會）上的討論時，作者自然以美國人關心的題材為主。
我相信，這也是我們許多老師都正在做的事。不論本書再怎麼好，有些內容，對台灣的同學來說，可能還是會覺得不夠貼切，無法引起共鳴，譬如美國就沒有「核四問題」。我想，在這種情形下，就是老師發揮影響力的時候了。
我總相信，每一位在教學用心的老師，都有他很獨特的「一套」，本書的作者是一例，多年前暢銷的《蘇菲的世界》的作者，也是一例，希望透過這本書的翻譯與出版，拋磚引玉，能讓更多的老師，用自己的話，用生活周遭的例子，來教物理或其它任何學科，我們未必要以成為暢銷書的作者為志願，但相信，受惠最多的，會是那群我們用心教過的學生。
綜觀作者的生平，也曾是物理老師的我，有一點小小感觸。在台灣，社會大眾普遍認為，追求高深的物理知識，比發展物理教學法，來得「有價值」，簡單地說，就是「科學家」比「老師」來得有學問。我非常反對這樣的價值觀。科學家與教師的「學問」，根本就是不能比較的！因為各自用心的地方不同，而本書的作者，剛好是一個很好的例子，我相信，他對物理學界的貢獻，絕對不比任何一位物理諾貝爾獎得主來得低。試想，如果大多數的老師，都認為自己的工作是件沒有價值的事，或大眾無法體認到教育工作者的價值，又有誰會在「教書」之外，還用心去「教學生」呢？
誌 謝
沒有一件事，是單靠一個人便可以完成的，我希望能藉著寫這個導讀的機會，對所有促成本書中文版問世的人，表達一點謝意。首先是我在懷卡托大學的學姊張慧貞博士，本書就是在和她討論物理教育問題時發現的。其次是我的妻子雲惠，若沒有她的鼓勵，以我有點內向的個性，實在不會向天下出版社推薦這本書。再來是「科學天地」的主編林榮崧先生，很高興他認同我推薦這本書的理由。最後則是包括版權人員、其他譯者、責任編輯、美術編輯等所有的幕後工作人員。
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