[智悲翻译]物理学认知的异同——美国大学生与藏传佛教僧侣

Similarities and Differences In Ideas Generated by Physics Learners——US College Students Vs. Tibetan Buddhist Monks

作者:安迪·约翰逊

Andy Johnson

作者安迪·约翰逊(Andy Johnson):先进数学和科学教育中心(CAMSE)副主任,黑丘州立大学。中心致力于支持真正的数学和科学学习,由经验丰富的培训教师教授和指导各级学生的学习,与学校学院合作,承担南达科塔州内及其他州的各种教育研究计划。

1999年获得圣地亚哥州立大学和加州大学圣地亚哥分校科学教育博士学位。1987年,于亚利桑纳州坦佩获亚利桑那州立大学物理学硕士学位。1984年,于科罗拉多州格登科罗拉多矿山学校获物理学士学位。

黑丘州立大学:位于美国南达科他州的斯皮尔菲什市(Spearfish),也是该州规模第三大的综合性公立大学,大学开设了本科和研究生阶段的教育。

摘要:过去四年里,我们使用了基于PER(物理学教育研究)课程教材,对藏族佛教僧人进行了各种物理学主题的教学。通过翻译,我们聆听了僧侣们对物理学概念的理解。我们发现他们的理解,与我们在美国课堂中听到的,有着不少惊人的相似之处。然而,僧人与美国学生认知的相似程度,却随课题的变化而有所不同。

例如,双方对于磁场的理解通常是一致的,而对于色彩叠加的理解,有时僧侣们与美国学生使用的概念有巨大的差别。僧人们说话的方式,也让我们相信文化背景也部分地决定了,他们最初是如何对物理学中的具体课题进行思考和认知的。此调查报告会引用实例,针对双方对于物理学认识上的相似与差别给予说明,并尝试找出其异同的原因。

关键词:文化差异,磁场,色彩,藏族,课程教材

1、引言

物理学教育研究(PER)的成功,很重要的一点在于培养学生的思维和推理论证能力。PER正在建立一套美国学生式的先入之见,以及质疑问题思维方式的知识基础体系。如此一来,课程开发者可以开发出一些能有效针对学生实际的课程教材。然而,在非西方国家的学生身上,我们几乎没做过什么工作——他们的思考方式和西方学生一样吗?美国所开发的PER教材能否成功地应用于不同文化背景者呢?

我们也许会期望那些非西方文化的学生对物理学有着不同的认知。和美国学生相比,非美国学生在教育背景上的差异,可能导致隐性知识和/或知识鸿沟,与西方学生中普遍存在的差异相比,他们的问题更加特别。文化的差异也可能导致对现实本质的思考和认知方式上的不同,这点在西方学生中并不普遍。最后,一些认知科学家坚信,文化在很大程度上会促成认知。因此,在盲目地假设美国的PER结果是放之四海而皆准的真理之前,我们应该先检验一下。

然而,通过探询/定向实验法来教授物理学的过程中,有理由相信,非西方文化的学生至少在某些概念上,与西方科学家是相似的。我们相信物理世界不管观察者的文化背景如何,都应该以同样的方式运转。同样地,所有人类都具有相同的身体和大脑结构,这影响着我们与世界互动的方式。而西方文化正在全世界传播。本研究未涉及对前述最后一个现象之重要性的描述。

2、课程设置

2000年创建了一个为期一个月的数学与科学的年度研讨会——“科学讲习班”,这个讲习班将来自许多藏传佛教寺庙的,具有很高威望的藏族僧侣,集聚在一起组成物理学、天文学、认知科学、生物学和数学等讲习班。他们的年龄从25岁到45岁不等,并且都获得了佛学研究学位,相当于理学硕士或博士学位。这个讲习班的目的旨在帮助僧人了解西方科学,并找到藏传佛教与西方科学的链接点。最终目的之一是要将科学教育引至僧侣课程。

美国PER社团的一些成员:斯坦麦提斯·沃孔斯(Stamatis Vokos), 兰德·哈灵顿(Rand Harrington), 亨特·克鲁斯(Hunter Close), 杜威·迪克斯塔(Dewey Dykstra), 安迪·杰克逊(Andy Johnson), 梅尔·萨贝拉(Mel Sabella), 埃莉诺·克鲁斯(Eleanor Close), 以及艾德·普拉瑟(Ed Prather),应邀为僧侣们教授物理课。本文以该研讨小组于2006年1月和2007年1月所授的课程内容为依据,讨论两种学生在学习物理学时产生认知概念的相似之处与差别。

我们采用问询式的课程资料,帮助僧人们认识学习西方科学的实验和论证基础,并帮助他们从西方的观点出发,对物理学科的各个领域建立完整、健全的认知。僧人们以小组为单位,通过译成藏文文本的定向问询式方法来学习讨论。在西藏,还会不定期举办全体研讨,西藏学校的老师负责翻译。讨论话题涵盖了过去4年中学习的透镜成像、热与温度、色彩叠加、磁场与磁性材料、以及波和声音。在我们看来,课程开展得非常好,似乎表明西方课程资料可适用于东方的佛学专业的学生。

不过,我们对僧侣们使用这些西方课程教材的可行性产生了怀疑。对此,我们有两大疑问:

1)当僧侣使用翻译过的PER教材和课程结构的时候,他们对其内容的理解,能否达到和西方学生差不多的程度?

2)藏族人是否具有或建立起有别于我们在西方学生中所发现的认知?如果有,我们能否找到其根源?以及,对现今课程教材带来怎样的问题?

我们并不想正儿八经地去评判僧人的思维能力,但我们应保持耳聪目明,收集尽可能多的实用数据。这篇文章所述内容是课堂上关于的磁场和色彩章节的问题,以下为某一时段的具体内容。

3、观察

3.1教授僧侣学习磁场

在僧侣的学习中,我们选择了《物理学和日常思考》(PET)材料中的磁场这一章节。

这一单元的一些内容,旨在区别电和磁,解释铁磁体磁化与未被磁化的条件,并从类磁畴实体存在的方面,解释磁体间的相互吸引和排斥。课堂上学生们通过实验,以及定向问询所设置的仔细思维推导出这种模型。

(1)对僧侣们建立的模型进行分类

通过磁场章节的学习,对于磁体或铁钉内部何种物质产生磁感效应,学员们须就此阐述自己的想法。美国学生们所画的模型图趋向于磁场模型的“标准类别”,这种类别是之前已被证实的。而僧人们的图形与现有类别十分类似,并且,他们对于这一章节中的其他小节的理解,也普遍与那些美国初级入门的物理学学生相吻合。主要区别在于,可以看到僧侣们所绘图形比同样小组的美国学生们高级那么一点点。

表一显示了本章学习的三个阶段中最普遍的模型——开始、中间和结束。

表一、僧侣和美国大学生绘制的解释磁场的图表

Point In The Unit

单元节点
Tibetan Buddhist Monks

藏传佛教僧人
US College Students

美国大学生

Day 1 of Unit (Explaining how a magnet sticks to a metal cabinet or refrigerator)

单元第一天(解释磁体如何粘在铁盒或冰箱上)

Midpoint of Unit (Explaining the two – ended behavior of a magnetized nail)

单元的中间(解释磁化铁钉的两端特性)

Final Proposed Models (Explaining all of the observed behaviors of magnetized and unmagnetized nails, including a cut nail)

最终提交的模型(解释所有观察到的磁化和非磁化铁钉特性,包括方钉)

(2)讨论

僧人们推导模型的方法,几乎严格遵循了美国学生的方式!在此单元一开始,磁场的模型和概念千变万化,但美国和藏族学生都以相同的频率,不断地提出自己对于磁场多样化理解的模型。在本章结束时,两组学生提出的磁场模型都与磁畴模型极为相似。

此外,我们通过翻译听了僧侣关于磁场的研讨对话,我们听到的概念与我们在美国课堂上听到的相差无几。因此,在使用磁场章节这一单元材料时,我们并未发现其内容在僧人和美国学生中有太大的差别。

3.2教授僧侣学习色彩

我们采用作了些修改的《CPU光线和色彩》的第四循环章节。本单元的目标,主要包括区别重叠的光波色彩(色彩叠加)与重叠滤光片(色彩抵消),通过使用RGB和CMY色彩制订构成体系,来预测和了解当两种不同色彩的光波叠加在白色屏幕上会产生什么结果;当光透过滤光片时,光的色彩会发生什么变化,以及当观察其他颜色的光线照射到有色表面时,预测所观察到的颜色。

(1)僧人对色彩的认知

就像引言中所介绍的,僧侣的确就色彩章节给出了自己特定的概念定义,且所用时间进度和美国学生差不多。然而,他们谈及的两个特别观点着实令我们惊讶。

在色彩单元中的一个节点,一位僧人就色彩叠加原理的不同推理思路,与指导老师进行了探讨。僧人考虑的问题是:“当绿色和红色滤光片重叠时,我们会看到什么颜色?”该僧人给出了自己的推理方式:“所有的颜色都有黑色和白色的特点,但是绿光所含白色成分较之黑色而言多一些,相反,红光所含黑色成分较之绿色而言多一些”。僧人继续用黑色和白色特性的理论来推测出哪种颜色——红色或绿色——应该更为普遍。

在推测过程中,这位僧人仅考虑到颜色及其属性,而没有考虑到光。美国学生亦是如此。然而,我们谁也没听说过有人使用“色彩的黑白特性”来推理。在此之前,西方国家的老师们对于这种概念完全闻所未闻。尽管这些僧人已经成功学会了使用西方人发明的RGB色板,但是,我们依然不知道这条推理路线,是如何影响他们成功地完成该课程的。

除了对色彩的推理有所不同之外,僧人们对光明和黑暗也有着不同的理解。以下的描述——其中的一部分在不同场合下被大量不同的僧侣们反复提到。藏族僧侣说,光和黑暗两者都是存在的,只是他们在互相竞争或对抗。光是看见物体所必须的,而黑暗则是隐藏物体。白天,光的威力较强;夜间,黑暗则较强。阴影和黑暗是不一样的,因为你在阴影处能看见物体,而漆黑一片的黑暗中你什么也看不到。

当一个藏族僧侣进入一间漆黑的房间,她可能会说:“我唯一能看到的就是黑暗。”(言下之意黑暗是可以被看见的东西)。开灯之后,她大概会说:“光把黑暗打回去了,所以,现在我又能看到东西了。”我们的课程教材中,完全没有提到黑暗是种物质这个概念,至今也仍悬而未决。

僧人们尤为喜欢以西方人的观点来研究色彩,因为对于色彩的观察,是现实世界和心智两者之间边界的一种现象。僧侣们更感兴趣于感性认识。因此,在色彩章节的总结阶段,他们强烈要求西方科学教授,用西方的思维方式来回答他们的疑问:“如果我看到了一个有色物体,那么颜色在哪里?是在照射到物体的光里吗?还是存在于物体本身?或者是在从物体传递到我这里的光里面?还是色彩存在于我的意识中?”他们大概是想让西方教授置身于认识论上的困境中,而找点乐子吧。

(2)讨论

西藏僧人对于光和色彩的认识有不同的概念,这在西方学生课堂上是不曾观察到的!这也许可以解释为文化背景的不同吧。

例如,藏族人有着与西方定义的RGB/CMYK颜色体系有着很大差别的色彩体系。藏族人教育的最初层面,(有部法,Vaibhasika dharma)是关注物理现象的客观的描述和解释。他们将色彩定义为原生色与衍生色:

原生色(藏族的主要颜色)包括:蓝、黄、白、红。

衍生色(藏族的次要颜色)包括:云、烟、原子、尘/朦胧、黑暗、阴影、阳光与彩虹的色彩、以及ngangwa色(译者注:可能为藏语发音,网上有一个解释为橄榄油色)。

此外,当藏传佛教僧人们开始辩论时,他们的第一个话题就是关于颜色的。结果就是,藏传佛教僧侣都精通于用传统的藏传的概念来思考关于颜色的问题。然而我们的确还没有发现,藏传佛教的寺院里存在教授“白色与黑色特性”见解的可能性。

教授僧人们色彩时,我们无意中遇到了一种文化背景知识。在进入僧侣科学讲习班之前,僧侣们就把这种知识发展得很好了。当然,僧人们的确都解决了课程上的主要问题,并且他们提出的“常规公认概念”的确与美国学生所提出的极为相近。

与色彩章节不同的是,僧人们并没有在寺院里广泛学习过磁场。在之前的几年中,他们也听过研讨小组的许多物理学讲座(但并非是上述提及的那些PER成员所讲)!很大可能大多数僧人都听闻到过电荷,少许僧人也曾学过磁畴。显然,在磁学章节的学习中,僧人试图把这些知识运用到课程中去,结果就像我们在美国学生的课堂上看到的一样。

也有可能,基于我们课堂上的观察,少部分僧侣已经学习过磁场内容。几乎没有人能将他们所学的有关磁场的概念和知识,灵活地运用到课堂上。这也再次说明了,那些由德高望重的藏族佛学大师,甚至是享有盛誉的物理学学家所讲的学习讲座,都无法对学习者产生多大的作用。

4、结论

现在,我们可以对我们当初的疑问给予尝试性的回答:

问题1:西藏僧人对于物理学的理解是否或多或少与西方学生相似呢?

问题1回答:看上去似乎如此。但是,还需要更详细地深入研究。达到此目标之前,僧人们可能应采取其它的方式。

问题2:藏族人是否具有,或建立起有别于我们在西方学生中所发现的认知?

问题2回答:这取决于以前的学习经历。

藏族僧侣们并没有在寺院里广泛学习过磁场,所以他们试图运用之前听过的讲座上的知识。然而,由于藏传佛教寺院中学习过特定色彩推理的文化重要性,僧人们对于光的叠加理论层面的推理,的确有着显著的不同,至少,在他们学习西方教材之前是这样。

有关色彩的白色与黑色特性,以及黑暗是一种“物质”这种认知,源于传统的西藏教育和藏族的文化。我们无法证实是否现有的课程资料足以保证大多数僧人,将会转变到光和色彩的新认知上并且运用这种新的认知。事实上,我们也没想要他们放弃他们对于光和彩色的原有概念,因为我们科学讲习班课程研究的目的,只是为了给他们介绍西方推理方式并使其有意义,而不是强行向他们灌输新的思维方式。

参考文献(略)

文章来源:物理学教育研究会议,AIP会议论文集,1064卷,26-29页(2008年)。

智悲翻译中心

译者:袁吉文

校对:圆慧、桑吉耶西

编辑:圆唐

注1:CPU是全称为“The Constructing Physics Understanding in a Computer-Supported Learning Environment project,”即:“计算机协作学习环境项目中构建物理学理解”中的前三个字的首字母,即构建物理学理解,该项目是美国国家科学基金于1995-2000年间设立的,该项目开发了大量的课程材料和计算机程序,旨在帮助学生建立完整健全的物理学知识(Goldberg, 1997; Goldberg, et. al. 1999; 可查阅http://cpuproject.sdsu.edu )。)

注2:RGB色彩模式是采用色彩叠加原理,使用红、绿、和蓝三种颜色作为基本色彩来构建任何其他色彩;CMY色彩模式是采用色彩抵消原理,使用青、洋红、黄色三种颜色构建任何其他色彩,在打印系统中还使用黑色K共四种颜色来构建其他色彩称为CMYK色彩模式,之所以用K表示,是因为B也可能表示蓝色。