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觀念物理1:牛頓運動定律‧動量
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觀念物理1:牛頓運動定律‧動量

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  • 推薦序
  • 【導讀】別讓數學計算成為物理觀念的絆腳石 / 蔡坤憲
    從高中開始,物理一直是最讓我頭疼的科目,卻也是帶給我最多學習樂趣。
    我想我很幸運,從一個學不太懂物理的高三學生,有機會成為國中理化與高中物理教師。幸運的是,我沒有因為物理是我大學聯考中成績最低的一科而不敢選擇物理系,這使我有機會一窺物理世界的堂奧;更幸運的是,我能有機會站在講台上,不僅和學生分享學習的喜悅,更有機會回過頭來,看看當初的自己,為什麼會覺得物理是那麼地令人頭疼!
    為什麼我會覺得這本書值得推薦與翻譯?該怎麼幫本書的中文版做導讀?我想,也許從本書作者休伊特教授的生平開始,讀者會比較容易了解本書的特色以及作者的用心。
    作者生平簡介
    本書作者於1982年,獲得美國物理教師學會頒發的密立根講座獎(Robert A. Millikan Lecture Award)。他之所以獲獎是因為他在物理教學專業上的投入,發展出許多有趣而令人激賞的教學示範(譬如第5章的釘床示範),以及他闡釋觀念的方式,讓很多原本不可能喜愛物理的學生,對物理產生興趣。此外,他出版的書、文章與影片,除了幫助許多學生對物理有更好的理解之外,也使得不少物理教師與教科書作者,在物理觀念的詮釋上獲得不少啟示。
    中學時期,休伊特的夢想是拿下全美羽量級的拳擊冠軍,他的高中導師說他相當具有藝術才華,所以「不需要」在學科上下太多功夫,事實上,他的確沒有在高中畢業後繼續就讀大學。在結束了拳擊手的夢想之後,他開始學習漫畫,先是在印刷廠工作,後來又轉到廣告公司,從事戶外廣告招牌的繪畫工作。
    在畫廣告招牌時,休伊特受到幾位同事及「科學先生」弗雷斯科(Jacque Fresco,未來學家,維納斯計畫主持人)主講的大眾科學講座的影響,對科學、科技與人類社會的關係產生興趣,於是決定回到學校,在麻州的羅爾(Lowell)技術學院繼續正規教育,那年他27歲,選擇就讀於物理系,是班上年紀最大的學生。
    休伊特回憶,在他讀大學時,有一位高德(Raymond Gold)博士,是個非常優秀的物理老師,他的教室在學校三樓,負責教授十多位高年級學生及研究生。而作者則和其他600多位大學新鮮人,一同擠在偌大的講堂,聽著授課經驗稍嫌不足、技巧稍顯生疏的老師上課。結果,這600多名學生裡,只有少數的人留下來繼續攻讀物理,其他的人後來都轉讀別的科系了。
    他總認為這樣的安排是個錯誤。優秀的老師,應該是安排去教低年級的基礎課程,而上課技巧稍差的老師,則安排去教高年級的課程。在大一那一年結束時,他便知道自己的志願,他想當個老師,想當個像高德一樣優秀的老師,或是像弗雷斯科那樣,當個「Mr. Turn-on Man」,點燃學生學習科學的熱情!
    由於當時任教那個大學的老師,至少都有碩士學位,所以作者知道自己如果想像他們一樣,也必須攻讀碩士學位才行。大學畢業後,作者轉往猶他州州立大學,並在1964年取得科學教育與物理的碩士雙學位。之後,休伊特到舊金山城市學院開始他的教學生涯,期間也在舊金山市的科學博物館主持一些展覽教學活動。他在1999年從舊金山城市學院退休。
    附帶一提,如果你知道《物理教師》(The Physics Teacher)這本期刊,每一期幾乎都有一道用漫畫畫的物理問題,它們的作者正是有漫畫背景的休伊特。
    我是在「教人」,不是在「教書」
    在休伊特獲頒密立根獎那年,他已經教了18年的書,有人問他這樣年復一年的教牛頓運動定律,難道不覺得累?他舉一位魔術師朋友的例子來回答,他說:「我的疲累,不會比我的魔術師朋友多,他已經當了好多年的魔術師,但我每次看到他,他都是神采飛揚地從小朋友的耳朵裡,變出預藏在手掌裡的銅板,因為他知道,觀賞他表演的小朋友,每一次都是不同的人!」「我不是在教牛頓運動定律,我是在教人;每一學期不同的新人,都是不知道牛頓定律可以提供他們一個嶄新、有趣的方法,來看他們周遭世界的新人!」
    關於「教學」,作者認為教學不僅僅是個工作,也不僅僅是份專業,而是一種對待生命與生活的整體態度。因此,對於當老師的人來說,盡力把教學工作做好,是一件非常重要的事。因為,不論學生有多大的熱情,老師都有能力把它澆熄,但老師也同樣有能力去激發學生,讓他們發揮最大的潛能。
    休伊特相信:學物理「應該」是很有趣的,雖然要相當用功,但一定是件有趣的事。而這書正是他信仰底下的產物之一。
    別讓數學成為學習物理的絆腳石
    我相信,一般人對物理的印象就是「很多數學」。更多的人認為數學不好的人,物理一定也學不好。其實,本書第1冊的譯者雲惠,也是我的妻子,就曾告訴過我,在她國中時,她的父親便對她說過類似的話。這樣的誤解,除了使很多原本數學不太好的人,或是畏懼數學的人,少了學習物理的信心,也使得他們在其他自然學科之外,缺少了經由物理反過來理解數學的機會。
    我同意在高深的物理世界裡,數學是一個不可或缺的工具或語言,然而,在我們的學生還在「襁褓」階段時,數學絕對不能成為啟發他們對物理產生興趣的障礙。
    長久以來,很多的物理或理化教師,在教物理時都是以數學為出發點,或是把教學重心放在解題上,學生早在看到「物理觀念」之前,不知道已經被數學計算帶到哪裡去了,這個現象不論在台灣或美國都一樣普遍。
    除此之外,很多的學生不喜歡物理的理由,並不是因為「困難」,而是因為「無聊」。他們可能是成績不錯的一群,也許用功、也許聰明,很快就能掌握哪一種題型應該代哪一個公式。我們怎麼可能期待學生從這種機械式的學習過程得到樂趣?
    物理觀念為主,數學計算為輔
    休伊特曾以望遠鏡與天文學為例,說明數學在物理教學中應該扮演的角色。他認為數學之於物理學,就像望遠鏡之於天文學,都是非常重要而不可缺少的工具。假設有個學生對天文學感興趣,選修了天文學導論,結果一整個學期下來,天文學老師就只專注在解說望遠鏡的構造細節或操作方法,完全沒有讓學生有機會透過望遠鏡去看看天空,試想,這個學生還會維持對天文學的興趣有多久?
    然而,很多老師教授基礎物理學的方式,就類似上述那位教天文學的老師。我們把好多物理課的時間,都花在代數、三角函數、座標圖與有效數字等「工具」上,而

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