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第903期
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【2019/1/22 】 |
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打破學習高中物理的迷思1
文/簡麗賢 北一女中物理教師
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打破「學物理，記公式」的迷思
教學生涯快滿三十三年，服務杏壇期間，最常聽到學生考試前焦慮地說：「糟糕！我物理公式還沒背。怎麼辦？」「公式的英文符號那麼多，都搞混了？」「這些公式怎麼用啊？什麼時候套進去？」「物理公式，公式，又是公式，搞得我頭好痛啊！」
如果克卜勒、牛頓、都卜勒、安培、馬克士威、愛因斯坦等物理學家地下有知「臺灣的高中孩子苦於記公式」，可能長吁短嘆說：「罪過罪過啊！怎麼讓二十世紀後的莘莘學子辛苦學習呢？我並沒有要他們背我的重要結論啊！你們臺灣的高中物理老師怎麼教的啊？讓我們含冤九泉，睡得好不安穩。」
確實如此，「物理公式」困惑不少高中學生。「困惑」的背後原因，不外乎是「學習態度不正確」、「囫圇吞棗」、「上課不專心」、「缺乏思考習慣」、「想一步登天」等，心態不正確，加上不務實，就會陷入「記公式應付考試」的學習窠臼。
當然，身為高中物理教師的我，遇到學生陷入「記公式應付考試」之苦，走不出「學物理，記公式」的迷思，真的要深切反省，究竟我有沒有引導學生「如何正確學好高中物理」？有沒有引起學生學習物理的動機和熱情？如果只是讓學生在腦海裡堆砌「物理公式」，如果只有「考物理，記公式」，如果學物理只剩「解題」，那麼真的是「罪過罪過」啊！
「學物理，記公式」？這真的是迷思。物理公式，嚴謹說應是物理學家孜孜矻矻、焚膏繼晷辛苦後的所得的「關係式」，是最精要洗鍊的一行詩，描述苦心孤詣的物理精華，是可以流傳久遠的思想經典和實驗成果。後人學習的應是「這個物理關係式究竟在什麼情況下得到？如何得到？適用在什麼時機？對後代的思想有何啟發？對科學發展和科技應用有何幫助？」
因此，我遇到學生陷入「學物理，記公式」的迷思，必定「曉以大義」，在課堂上一定苦口婆心再三叮嚀：「學好高中物理，必須專注上課，學思並重，提問解惑，不是只記最後的結論公式，而是知道公式的來龍去脈。」
「知道公式的來龍去脈」和「學會思考」、學習提問是學好高中物理不可或缺的方法。
舉例說明，提到「萬有引力」自然想到牛頓，深入一點會知道萬有引力定律的內容「任何相距 R、質量為 M 與 m 的兩質點間必有一引力，其值與兩質點質量乘積成正比，但與其距離平方成反比。關係式寫成F＝GMmR2。」學習這單元時，應能思考「為何是與兩物體中心點連線距離的平方成反比，而不是三次方呢？或是一次方？」「關係式中的比例常數G 值有何意義和故事嗎？」這就是很好的提問，也是很好的思考模式。
學習高中物理的樂趣之一，應該是思考後得到解答，以及從科學家的奮鬥故事獲得啟示。
牛頓的萬有引力定律中的數學關係式，其中的「重力常數 G 值」並不是牛頓推導出來或實驗測出，這追溯到 1873 年物理學家才由 1798 年卡文迪西所設計的「扭秤實驗數據」中延伸推導出來，現在G 的公認值為6.672×10－11
m3∕kg．s2 ，非常小，因此引力的效應在質量很大的天體星球互相作用或在質量很大的地球表面上才顯現其效應。
至於「為何是與兩物體中心點連線距離的平方成反比，而不是三次方？或是一次方呢？」這其中自然有故事。牛頓有句名言：「我站在巨人的肩膀上看得更高更遠。」牛頓所說的「巨人」應該包含提出「行星運動三大定律」的克卜勒。「克卜勒行星運動定律」是由其師父第谷的觀測數據整理歸納所得，其中第三定律(週期定律)提到「行星繞太陽的週期平方與其平均軌道半徑的立方的比值為一定值」啟發牛頓的萬有引力定律，也是「為何是與兩物體中心點連線距離的平方成反比」的重要源頭活水。萬有引力定律是包含更廣的理論定律，可推出許多規律。萬有引力定律可以解釋克卜勒定律，但萬有引力定律卻是來自克卜勒定律的啟示。
如果高中學生能進一步寫出：圓周運動的向心力由萬有引力提供，故可以寫出：Fc＝macGMSmR2＝m×4π2RT2﹐得 R3T2＝K＝GMS4π2，那麼相信學生不是只記物理公式，而是能知道定律的背後有其來龍去脈，隱含「站在巨人的肩膀上，讓我看得更高更遠」的深遠故事。
學好高中物理就是要打破學習的迷思，養成思考、學會提問和知道物理定律的來龍去脈，絕對比記公式重要。杜甫的詩句「繁枝容易紛紛落，嫩蕊商量細細開」，想要學好高中物理，不能抄捷徑或急就章，若只是背公式，很容易「繁枝容易紛紛落」，考完物理就忘記公式；學好高中物理必須一步一腳印，才能「嫩蕊商量細細開」，知其然也知其所以然，享受學習高中物理的樂趣。
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