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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想成为编程能手？想要自我发明？这个暑假，“益课堂”人工智能公益行动联手唐山各社区给孩子一个不一样的体验和乐趣。

“益课堂”人工智能公益行动由志愿者免费为孩子们普及人工智能知识，培养孩子多元化的思维能力，通过学科融合授课从多角度学习知识，将抽象化的理科知识直观展现，为孩子将来参加机器人竞赛、信息技术考试奠定基础。

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。

2．智能风扇系列，主要是Arduino基础知识的强化与深入。

3．智能小车系列，主要是Arduino机器人的综合运用。

益课堂课程选用教育部研发的信息技术教材，为孩子讲解人工智能和编程的基础知识，同时，在志愿者多方的努力下，在课程中也融合了数学、物理、化学等多个学科的知识点，比如初中的一次函数和三角函数，物理中的运动和电压电路等，化学中的物质组成等，这种学科融合的方式，让孩子更好的理解抽象的初中知识，为孩子将来的学习奠定基础。

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