fairy 2007-3-23 20:51
高中物理学习方法
「物理」可以说是许多同学学习的过程中最感困难的科目之一，究竟它是「悟理」还是「雾里」呢？这个答案除了取决于对自然现象的领悟程度之外，更重要的是要有正确的学习方法，错误的方法不仅感受不到物理之美，更会把物理视为畏途。
在有了这些年的教学经验之后，我先大致把几个学生常犯的错误列出，供往后的学习者参考，希望大家能引为前车之鉴。
1.物理不是一堆公式的组合：因为我们的基础教育对『概念』的学习并不太重视，导致很多同学误以为自然学科就是代入一堆公式所得到的答案，所以导致同学以为只要认真地把各种题型多加练习，就可以得到高分；这样的观念即使因此在各种考试中获得很好的成绩，却没有真正学到科学的态度及方法，对往后高等教育（大学及研究所）的学习不仅没有帮助，更会受到阻碍。
2.物理不是多算题目就好：有些用功的同学花在物理上的时间非常惊人，却只是在多练习题目，这是过去升学导向的学习方式所造成的，但这也扼杀了同学们的思考空间，只要观念够完整，算十题也比算一百题有用。
3.物理不是片片段段的知识：物理的发展有很长远的历史，至少一些重要的人物也是出现在近四五百年内，这些科学家绝对不是凭空想象就能得到物理定律及公式，任何定理及定律都一定有它发展的起源，但是却很少有同学愿意花时间去深入了解这些发展历史，所以对大部分同学而言，物理各章节之间的关联性并不大，似乎拆开来独立学习也无所谓，所以当我们问及整体物理概念时，绝大部分的学生都无法完整回答。
4.物理不是已经发展完成的学科：有些同学把物理课本当成圣经，以为学好这些就能考上大学，然后找到理想的工作；事实上，高中部分所学的物理只在大一的普通物理还勉强用得上，但是到更高年级的学科（不论理科或工科），这些就毫无用武之地了；所以平时多看一些课外相关的书籍，或上网查一些相关的信息，都能获得许多更新的讯息，既有趣又顺便了解最新的科技发展，也可以为往后的生涯发展作一些规划，何乐而不为呢？
5. 物理不是只靠数学而已：当然，学习高中物理必须要有一些基本的数学基础，但是所用到的数学通常不会很难，毕竟数学是一切科学之母，物理却是自然科学之母；有些同学因为数学成绩不好，就认定自己的物理一定学不好，这样先入为主的观念会导致对物里的恐惧感，当然无法学好物理。
6.物理千万不能依赖参考书：坊间的参考书玲琅满目，大多都把物理的观念做好整理，让同学在学习时只要简单的看一下，就能够赶快进入解题的程序，这样的思考逻辑也是台湾急功近利的观念所养成的，难怪乎台湾的物理基础教育无法提升。
7. 物理不是在脑中建立题库：这是学习所有自然学科时的通病，有些同学当看到题目时，都先思考过去作过的题目是否有类似题，然后再套入公式求解，殊不知物理虽然只有少数几个观念，却因为自然界变化万千，能够出题的类型当然也有许多变化，套用计算机的语言来说，与其把所有题目存放在硬盘（HD）再做搜寻的工作，不如把重要观念放在高速缓存（RAM）中，要来得清楚、迅速，负担也轻得多了。
讲了一些负面的物理学习方法，接下来再提一下我对同学学习物理的一些建议，这是包含我个人的学习及教学经验得到的结论，提供大家做参考：
1. 精读课本：有些老师上课会使用参考书或讲义，因为这样上起课来轻松又有效率，学生也不用费时去整理重点，这样的结果导致同学都不爱看课本，甚至会觉得看课本很浪费时间；但是课本却是同学自学时最重要的数据，课本的作者（各版本都相同）花了很多心血在做概念的叙述，从预习、上课到复习对学生都有很大的帮助，为了减少对老师的依赖，建议同学一定要详细阅读课本内的叙述，学习自己划记、整理重点，在不看解答的情形下，把习题好好做一遍，这样的效果远比花钱买讲义、参考书来得有用。
2. 阅读相关课外资料：课本因为受到篇幅的限制，没有办法详细讲述每个概念的发展过程，此时阅读课外资料就能补强这部分的弱点；另外，物理许多新的发展都是现在进行式，从这些最新的科技应用可以让同学了解学习物理的用处，提升对物里的兴趣，甚至可以跨越现在的学习范围，先进行一些小的研究计划，不仅可以增进实力，还可以藉此参加各种比赛或展览，对往后的升学之路有绝对的帮助；眼光若放得更远些，这样对往后的生涯规划也能提供良好的参考。
3. 熟记并了解概念的真实意义：物理的学习过程中，最重要的往往是那几句简单的定义、定律叙述，对同学而言，大都觉得那是单调、枯燥而乏味的，因为没有看到数字心中似乎就不踏实，举个例子来问：有多少同学能够确实说出速度、平均速度、瞬时速度的定义及差异？绝大部分的同学就只会回答：「距离除以时间就是速度」，这个概念还停留在国小的程度；再举个例子：有多少同学能够详细叙述牛顿三大运动定律？什么是动量？为什么动量会守恒？这些动力学的基本概念影响着整个力学的学习过程，与其强记一些公式、题型，不如把这些概念内化成自己的基本知识，就像武侠小说中所说，当武功练至高层时，通常是无招胜有招。
4. 多问师长：经过前面的叙述，好像物理自己学就可以了，这是错误的想法，因为在学习的过程中经常会有自以为是的时候，切记，没有一本书是圣经，我们在阅读完每一本书的叙述之后都必须保持一份质疑的警觉，不一定是书中的叙述有错，也有可能是自己的理解出了问题，所以通过和师长的讨论可能可以防止这一类的错误；此外，也可以经由师长的建议，得到更多的相关信息，所以我很建议将研究所的「师徒制」用在高中，借着更深入的讨论才能学到完整的知识，也能够在离开学校之后继续自行学习。
5. 多帮助同学解答问题：所谓「教学相长」，当我们和同学讨论问题时往往能够找出问题的症结，在帮助别人解答问题时，也能够切实的了解自己是否真的了解透彻；再者，为同学解释时也可以顺便训练自己的表达能力，这在台湾现今的教育训练中极为缺乏，不是说不完整，就是词不达意；看看西方国家一些大师级的人物，他们都能把复杂的观念用浅显的语句来表达，让听者或读者很容易心领神会，反观台湾的教师，常常不去理会学生的吸收能力，反正学习是学生自己的责任，这样的教育方式怎么能够将学生带入知识的殿堂呢？
6. 自己做总整理：由于许多同学喜欢片片段段的读书，很难有连贯的思考，我建议同学在详细读完一章节之后能够阖起书本，自己整理一些重点，然后再翻开书本对照看看，是否有哪些部分漏掉了，通常那些部分就是最常忘记的地方；当读完一个大段落时（例如整个力学、电磁学等等），再一次自己做总整理，就像瞎子摸象一般，有时候太靠近了反而看不到全貌，当我们跳到距离较远的地方，反而比较能够了解真实的意义；另外，自己做整理还有一个好处，那就是学会作笔记，这对将来高等学府的学习效果绝对有正面的帮助。
接着要在同学学习物理之前，避免大家陷入瞎子摸象的情形，教师有义务为同学们先介绍这只大象的全貌，然后再一一介绍大象的每一个部分；高中物理主要分成五大部分，分别是力学、热学、光学（或含波动学）、电磁学及近代物理，等到上了大学，分类的方法就不一样了，甚至上了研究所，物理的基础知识被分为四大力学，分别是古典力学、电动力学、统计力学及量子力学，所以每一个阶段都有不同的分类法，千万不要认为现在所学的物理就是全部，事实上现在所学的物理只能说与大一的普通物理学很类似，大二之后就几乎用不上了，接着我们把五大部分作个大概的介绍，其余的内容再由以后的单元介绍。
一、 力学：主要讲的是牛顿力学，先讲运动学的原因是因为它只包含了长度与时间两个基本量，再介绍静力学，讨论平衡时的条件，最后就是整个动力学，它包含了牛顿的三个运动定律、质量、动量、牛顿的万有引力定律、能量等等概念，是所有物理学的基础。
二、 热学：高中的热学大部分很浅显，引进温对烩个概念，介绍热量、热容量、比热、热膨胀系数等定义，但是较难的部分是理想气体方程式与微观的气体分子动力论，这部分运用到牛顿力学来描述理想气体的情形，也解释压力、体积及温对烩些巨观量的组成原因。
三、 光学：分成几何光学及物理光学两大部分，几何光学主要谈的是国中曾经学过的反射及折射，只是加入较复杂一点的计算而已，物理光学就必须要用到波动的概念，藉由波动学来讨论光的干涉及绕射现象。
四、 电磁学：介绍电与磁的现象，电与磁不像质量可以看的见，所以电磁学就直接从库仑定律（力）开始介绍，接着介绍电场、电位能、电位这些基本量（静电学），再讲电流、电阻、电压、焦耳定律、电功率等等生活上常用的量；再来就是讨论电如何产生磁场，以及磁场变化如何产生电动势，这些在国中就完全没听过了。
五、 近代物理：简介一些十九世纪末到二十世纪初期的物理发展，主要讨论的是量子力学的发展过程，也些微讨论到相对论的基本假设，算是在讲物理的发展史，只是新教材多了电子学这个新题材，这在介绍半导体的作用原理，只作定性的叙述，不作定量的计算。
或许有些同学会觉得反正如果不念物理系，上了大学就不太用得到物理了，这是错误的观念，试想，如果真的是如此，那为什么教育专家都要把物理放在高中课程内，而要求所有理工类科的学生都要学习；其实，所有学科中最重要的基础是逻辑，而数学是把逻辑用科学的角度所延伸出来的学科，物理真正的用处并不只在那些定理、定律的推导，而是把自然现象用科学的方法（数字）加以整理、归纳，这中间的过程才是最重要的，希望大家能学完整个物理之后，再回过头来看看这句话，相信你也会有所体会的。
我学习物理12年了。回想起初中、高中物理课带来的烦恼，物理几乎是我最大的障碍。
理想化的的中学物理教师一定要精通普通物理，对理论物理有自己的见解。这样才能阻止学生进行无意义的“深刻思考”。可是，中国本来就缺乏人才，有什么理由要求一等人才做中学教师呢？能居高临下，一针见血，这样的人才是百中无一呀！
如果你只是遇到一个缺乏科学素养的只把教书当作饭碗的狂暴的“驯兽员”，只好发挥自己的主观能动性了。
首先，他不会向你解释“为什么力的合成要用平行四边形法则”。
不会向你解释“力的独立作用原理”的合理性。
不会向你解释“帕斯卡原理”的合理性。
杠杆原理如何用数学证明？
……
他只会把课本念一遍，然后开始无休止的题海战术。在你的脑子里建立题库。试图涵盖几个未来的高考物理
题目。
好的物理教师，应该反复向学生强调物理与数学的区别。物理是不可以由数学验证其合理性的。数学是自圆其
说的形式逻辑。而物理是现实存在的归纳总结。物理只是借助数学的语言来精确的描述。
虽然看起来通过已知公式的推倒，产生了新的定理，新的理论，但是，这些新定理和理论（比如量子力学）的
意义，必须是能够预言实验的，能够被大量实验证实的。而且实验的结果往往是精确到小数点以后9位左右。已
经被认为是足够精确了。所以，从逻辑上说，物理定律是不可以由数学逻辑来“证实”其“合法性”的。科学
家可以通过数学和已知物理“生产”出新的公式；可以通过大量的实验发现某种规律，然后用数学符号表示出
来--其他科学家就可以再现这种实验，如果在足够的精度内，实验结果符合公式，则称为这个公式为有用的。
有时物理方程得到的多个解中包含一个奇怪的解，无法在现实中验证，此时往往抛弃这个解，或者意味着新物理量的发现。
数学是“理想主义”的，是绝对正确的，数学理论无所谓对错，因为任何一种数学都是建立在人为规定的几个“公理”和“运算率”基础上的。完全可以认为数学与自然无关。每个人都可以定义一种新的数学。只有“有用的”和“无用的”数学。
而物理是实用主义的，物理定律是近似的。费曼说，物理是研究宇宙怎样工作，而不是为什么工作的。大师尚
且不敢去想“宇宙为什么会存在”这样的终极问题，中学生又何必去想“为什么电荷是两种而不是三种”呢？
人们先使用大炮，然后理解弹道曲线；先应用火药，然后理解其原理。应用走在理论前面。理论走在应用前面。
中学物理不是物理，甚至比“古典物理”还低了一个层次，牛顿层次的物理和数学要等到大学才能接触。
中学数学物理的智力,是古希腊时代的。
中学物理是自然常识课，所以不必冥思苦想哲学问题。等将来学习了普通物理和四大力学，积累了更多自然常识，才可以稍微深入的思考。否则是“拒绝站在巨人肩膀上”。
中学物理只是告诉你“世界表现为如此”“会出现这种现象”，并没有打算也没有能力告诉你“为什么是这样
的”。
中学物理与物理学无关，中学物理被规定为真理，而物理学是不断进化的。牛顿物理是对宇宙行为近似的描述
，相对论力学是更精确的近似描述，更具有概括性的力学正在茁壮成长中。物理必然是近似的。
许多学生总是幻想能够推导出所有的定理，承认它们
的合理性，然后才能心安理得的运用这些公式。这样的学生无疑是理性的，对物理有感情的。可惜，他们只能
得到70%的分数。
而得满分的学生并非因为他们热爱物理,也不是他们思考的更深刻,而是他们有一种偷懒的天赋。那时一种实用主义的态度，即：不去想定理普遍适用的合理性，不把物理同现实联系起来，而是把物理作为一种形式逻辑，“拿来就用”。这样的人无疑是计算机人才。不热爱哲学才能考好物理。
如果非要理解定理的所谓“合理性”之后才肯放心应用它们，那是无法应付高强度的脑力劳动--考试--的。
这种情况下，只有搜集一些“物理学史”，翻看一些大学“普通物理”才能解决部分问题。
学物理，时刻不忘“实验”两字。虽然没有条件重复那些经典的实验。从逻辑上讲，物理定律的合理性首先是
由实验决定的。
理想实验：
1、力的合成要用平行四边形法则。考虑大量的“一个点，多个绳，弹簧测力计”的张力实验，虽然无法做到，
但是可以相信它们是能够验证力的平行四边形法则的；再考虑空间中悬浮的或者被细绳悬挂的带电小球，它们
的受力线类似弦的张力，改变电荷的多少，改变电荷的距离，可以想象它们受力图是如何符合平行四边形法则
的。相信它吧。
2、帕斯卡原理。为什么气体和水的的压力，在同一高度各个方向都相同？测出来的，还有呢？
气体的压强是什么？是由分子的平均动量体现的。考虑一个烧杯中的空气分子。想象每个分子都有机会撞击一
下烧杯壁，那是多少个分子啊！分子会被弹回来，杯壁得到了什么呢？分子是足够“密集”的，假设时间也是
连续的而不是离散的。想象一下大堤一侧的水对大堤的推力，气体分子能产生同样的效果。气体分子的冲击力
形成一个宏观的效果，一个推力。近似的看来，在某一小范围内，分子的动能的宏观效果是不变的。表现为各
个方向的压强都相等。显然，气体压强与气体分子的宏观冲量成正比。实际上，“测出来的”，这个解释足够了。
液体压强呢？实验证明，连续介质能够传导力。根据对称性，某一点水平各个方向的液体分子所受得力为什么要有区别？没有区别。所以它们传导的力也相等。至于上下方向。足够薄的层，上下分子所受的力相等。不同的深度，液体受的重力不同，不符合对称性。显然与深度有关。
3、力的独立作用原理。我为什么要相信呢？考虑一下1800年左右的拿破仑战争，战场上双方要抛射大量的球体。它们有的是实心的10克左右的小铅丸，最大能射中200米外的人，给他的身体造成一个盲管。有的是1千克以上的金属球，用大量火药，几乎水平射出，用来对付密集的方队--常常一次打穿20个人。有的空心金属球装满炸药，向斜上方发射，用较少的发射药，只要抛射到对方就可以了，依靠爆炸的破片杀伤敌人。
这些铅丸如果水平射出，会在途中钻到地里。要想射的更远，必须高于水平的角度发射。而角度高到一定的程度，比如垂直，又会越来越近。它们一边向前飞，一边下降！
近代和现代的战争，作了几亿次抛体实验。无论抛的多快,物体也要受地球的引力。人们发现，大概45度角左右抛得最远。
此时，根据“力的独立作用猜想”，可以求出水平距离的极大值。水平距离极大时，发射角度恰好是45度。看，猜想符合实验，升级为定理了。想叫原理也行。这表现了一种慎重的态度，“原理”是不可根据其他定理推导证明的，是由大量实验总结出来的。想念“杠杆原理”了吧。