学科文章:第01章◎概述/什么是物理学

第01章◎概述

为什么运动会上,运动员投掷标枪时,它会沿着曲线飞出?火是怎么样灼伤我们的手的,又是如何烹饪食物的?……自从人类诞生以来,人们就已经开始运用物理了,我们人类一直都在得心应手地运用物理,然而,我们却不太理解事物为什么会以它们所运行的方式运行。我们真的理解事物为什么会以它们所运行的方式运行的么?物理学会回答我们,物理学研究得是宇宙间物质存在的基本形式,物质的性质、物质的运动规律、物质之间如何相互作用、相互转化以及各种形态内部基本规律的学科。

物理学是自然科学的基础,是探讨物质结构和运动基本规律的前沿学科,我们的孩子们参加高考时,如果选择了物理学科,将来能够报考的大学数量是最多的,所以说,物理学对孩子们而言至关重要,甚至从某种意义上讲,物理学科学习的好坏,有可能会影响孩子一生的发展。然而,“益课堂”公益活动自2017年09月启动以来,我们发现,很多的孩子学不好物理。帮助孩子更好的学习物理,是笔者撰写本文的源动力,希望本文能够给更多的孩子予以帮助。

孩子们之所以学不好物理,首当其中的原因在于学习的方向出现了偏差。要知道,物理学虽然是研究“物”的(宇宙间客观存在的物质),但物理学却不是对客观存在的物质运动进行简单的记载和描写,而是在研究“物”的“理”,也就是研究物质运动的道理。也就是说,物理学研究得是物质运动的基本规律。如果不能以“运动”的眼睛观察物理现象,不能真正深刻理解运动背后的“道理”,只是机械性的记忆各种公式,是不可能把物理学好的。

愿本文为更多的孩子打开物理世界的大门。

第01章◎什么是物理学

在古代,自然科学是包含在所谓的“自然哲学”之中的,受当时的思想、技术的限制,古人对自然界的知识大多是建立在笼统的直觉观察之上的,当然,各个民族都会出现一些不世出的天才,他们的想象和推测也都很大程度上的推进了自然科学的发展。古代的希腊,后来的阿拉伯,当然这少不了我们这个东方古国,伴随着天文、数学、医学的发展,许多物理现象和规律被发现并流传了下来。科学分化为天文学、物理学、化学、生物学等,只是最近几百年的事情。在不太远的过去,即牛顿的时代,科学和哲学还没有完全分家,所以牛顿才把他划时代的著作命名为《自然哲学的数学原理》。那么什么是物理学呢?试用一句话来概括:物理学是研究物质的结构和运动基本规律的学科。与其它学科相比,物理学更着重于对物质世界普遍而基本的规律的追求。在“益课堂”公益项目的实践中,我们发现普遍存在一种“从根源上错误的”学习物理的现象(也包括数学),即“用数学的方法学习物理,用物理的方法学习数学”。物理学就是要研究客观事物的,所以学习物理的时候永远都不要离开客观世界,而数学,是思维的抽象,那么学习数学的时候,一定要脱离开客观世界,反之,则会造成最基本的概念的混淆、不理解。例如,“益课堂”公益课程中“神奇的红绿灯”一节,专门有一个小段落来讲解光波的散射问题,其所举的例子,就抛弃了传统的水面涟漪,因为给孩子们讲解水波,非常容易让孩子们在潜意识中认为波的传播是平面,而事实上,波是以子波的形式立体的、四面八方的散射的。同样,在“益课堂”专门为志愿者孩子所准备的数学课程中,专门强调了一次方程、二次方程是两个集合的一一对应,而不是直觉上的“等式”,专门强调了对应方程的曲线,是x在集合中一个元素一个元素的取出,y集合中每一个与之对应点所形成的图像,专门强调了函数的动态性概念。“益课堂”公益活动实践中,我们发现很多初中生,根本不具备一元一次方程、一元二次方程是集合的概念,更不具备函数是动态变化轨迹的知识。试问,如果孩子们连对最基础的概念的理解都是不正确的,那么怎么要求他们将来能够灵活运用?

还是回到物理学的话题上,物理学和天文学有着由来已久的血缘关系,可以说,物理学的萌芽之一,就是古人“观测天象”。当今物理学的研究领域中有两个间断,一个是高能或粒子物理,一个是天体物理。前者在最小的尺度上探索物质更深层次的结构,后者在最大的尺度上追寻宇宙的演化和起源。近几十年的前端研究表明,这两个极端竟然能够奇妙地衔接在一起,它们霍然就是一对密不可分的姊妹学科;物理学和化学从来就是并肩前行的,如果说物理化学还是在它们在较为抽象的层次上的结合,那么量子化学则已经深入到化学现象的微观机理,初中、高中的孩子们,在学习化学的时候,经常不能真正的理解化学现象的实质,所以,只好死记硬背,我们的精力是有限的,当孩子们把精力都放置在背诵上,还能多少精力去灵活运用?背诵,烦人的背诵,毁了多少孩子的学习动机,又让多少孩子对探索这奇妙的大千世界丧失了乐趣?物理学与数学、物理学与生物、物理学与历史……国家教育部近年来一直在倡导学科融合,笔者颇为认同,但是对校内、校外的很多学校、机构所宣传的“融合”深深的不以为然,学科需要生硬的进行融合么?它们原本就是一体的啊。行星的轨迹就是椭圆,怎么去预测行星的在某个时间处于什么位置,这就是高中数学所需要解决的问题啊。物质原子、分子的结构,决定了它们的物理、化学性质,熟知了这些,那么,记忆化学方程式还会有那么困难?一元一次方程、一元二次方程、三角函数……一堆抽象的数学概念,想想都头大,那么从其它的角度来看,温度变化的规律、加速度变化的规律……学以致用,才是王道!

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本课程主要涉及到的教学项目有智能LED、智能风扇、智能小车等,分为三章18课,具体的课程内容主要为:

1.智能LED系列,主要是Arduino的基础知识。

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