打通数理四观

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为什么学不好数理?

“科学分成物理、生物、化学,学生要了解太多的原理,要明白知识点,需要花很长的时间去阅读。一般上我们会说亨利•戈培尔用科学创造了灯泡,现在的学生思维不一样,他们不会把专注力放在亨利•戈培尔如何创造灯泡,反之会反问亨利•戈培尔花了多少年的时间去发明灯泡。当他们知道了亨利•戈培尔发明的时间,就没有动力要进一步了解。”吉隆坡循人中学教务处助理主任暨初中科学老师钟柔湘表示,在中学阶段,学生不只是学科学,还有其他的科目,所以学习科学是一门费时费力的学科,一旦没有时间管理就会缺乏兴趣。读到这里,相信你可能是其中一人。

 

再看看从古至今的发展,“人类从石头的刀具(大约公元前10000年)到铜的刀具(大约公元前4000年),足足经历了6000年的等待。但是蒸汽机发明后的200多年间,人类生活的改变却是翻天覆地的。公元1985年,人类在公共电话转接系统(public switch telephone system, PSTN)中使用速度只有2Kbps的1G技术;30年后的2015年,人类已发展至1Gbps超高网速的5G技术,甚至让医疗手术得以远距离进行。”拥有化学工程博士学位,目前是沙巴崇正中学校长的郑展兴表示,科技和产品是以指数性的速度被研发推出然后再被取代,而促使这些改变的正是数理的知识和运用。从来没有人征询人们是否愿意让科技不停地改变人类生活的每一个细节,科技就这么顺其自然迅速发展。因此,教育强调和鼓励学习数理是个必然趋势。

 

再看看,你是否可以回答谢上才校长的提问:

  1.为什么海盗是“独眼龙”?

  2.为什么北欧的钟表要做得这么精致?

  3.为什么古典名著《西游记》会有宇宙大爆炸的画面?当时候的文人是不知道宇宙大爆炸,但是为什么会写在这个古典原著里面?

  4.画中有话,绘画已经不仅是一种视觉艺术。你知道一幅画可以用科学知识进行讨论吗?

 

曾获得政府高级中学杰出校长殊荣,参与编撰KSSM物理课程的谢上才,谈到数理课题语重心长地提出观点,并提醒学生数理是世界的趋势,我们抗拒不了!他表示,尤其是现在发生新冠病毒,数理科的知识很重要,能够带动经济转型。

 

“早在25年前,我有幸远赴美国参与了讨论美国经济转型的战略研讨会(Writing Marathon )。当时候是讨论科学界很新的一个课题——光子学(Photonics),用光子来控制电脑和传输。当时我用物理知识,跟他们上了一堂电学的课。”说到这里,谢上才打趣地表示,当时候美国人还误以为马来西亚人住在树上,对于马来西亚人可以讲出先进的理论大为吃惊。美国今天可以成为世界强国,是因为他们在每个阶段都会预先判断发生的事情,然后对教育系统和国家经济做出相应的调整。

 

学数理有什么用?

说到这里,谢上才指出,在国家面对重大问题的时候,数理化知识很重要。

 

再举个例子,郑展兴校长中学时期已经开始大量阅读科学杂志如《美国科学人》(Scientific American)、《牛顿杂志》(Newton)等。这些杂志提供了他科学视野,让他知道科学的最新研究领域;在理解这些研究项目时候,需要融合各种科学和数学的知识掌握和交替运用。

 

90年代在美国当交换生时,郑展兴曾到过美国华盛顿特区的史密森尼学会博物馆群(Smithsonian Museum),在其中17所博物馆参观了5所博物馆,而博物馆中所到之处,都是美国小学生,耐心地聆听讲解人员的说明。他当时感到震撼,震撼一个大国,可以通过那么仔细和良好的呈现方式,直接把知识传递给国民。

 

“学好数理化,走遍天下都不怕”,之所以有这种说法,不是没有道理。科学、技术、工程及数学(STEM教育)是目前很重要的所需技能。

 

所以,要先打破陈规,在这个病毒肆虐的时候,学好数理,在关键时刻就能救命!斗湖巴华中学科学老师陈国宗表示,无论喜欢与否,科学就在我们的生活中。唯有掌握了科学知识,才可以用科学的方式解决人类的问题。如果大家都相信科学数据所证实的戴口罩可降低冠病感染率,那么疫情就不致于如此严重。

 

数理科成绩不是特别好,科学分数才六十几分,但是却喜欢数理,努力进行科学专研,近期还联合两位同学研发“螃蟹环保塑料”获得全国中学科技创新比赛第一名的锺灵独中初三生邝炜权表示,数理科是改变整个地球的进化,像以前汽车是用水蒸气在走,现在是要用电了,所以数理科提升我们人类的生活水平。因此,数理在世界上是非常重要的东西。

 

最后,提醒同学们,别再用错误的模式思考了!

 

第二观:搭建思维支架

“数学和科学是跟地球沟通的一种方式,我们不能对周遭事物什么都不懂。比如疫情当前,社会会乱,是由于理科生少,大部分人对病毒的概念不够深,以致老年人无法想象病毒的可怕,即便在行管时期也敢外出。” 古晋中华第一中学数学老师陈鹏合表示,基础科学知识很重要,虽说它跟我们将来出社会赚钱可能没有直接关系,但它会让生活过得更好,可能会在无形中帮助我们。

 

所以,用科学观察生活非常重要。

 

提到学习数理培育更多的是思考能力的钟柔湘表示,有时候我们学习时要尝试多问“为什么”,科学家为什么要创造这个实验?我要怎样知道有二氧化碳的产生?我要怎样检验二氧化碳?这些都要靠科学基础才可以延伸和运用。理科单靠死背硬记和读课本知识是不足以明白科学概念,真正要明白科学概念,要回到真正的了解。只有反复推敲,才能找到答案。

 

在数理科方面比较多逻辑思考体验的锺灵独中家长陆文亮举例,他曾经面对小孩多次不能关紧水龙头的问题,骂了两三天后,他突然发现,水龙头关不好是一个问题。骂孩子又是另外一个问题。作为一个理科生,解决问题的人,要如何处理?训练孩子直到他学会把水龙头关好?但是这个训练需要一段时间。直接把水龙头换掉,换成容易开关,第二天他就不用骂孩子了。理科背景的陆文亮提到,我们生活中每天都有问题,要看到问题,才能解决。在看到问题之前,要先提升自己的感知力。这些都是在学数理的过程中得到的一些启发。

 

总结老师和家长谈到的,数理教育从金字塔来看,最底层的基础是品格训练,包括好奇心、独立思考、兴趣、热情、求知欲、参与感。往上第二层是方法训练,包括逻辑思维、辩证思维、创新思维、解决问题等,来到最表层才是课程的知识学习。所以在数理学习方面,最重要还是品格和方法训练。

 

第三观:找到好方法,数理很有趣

数理化很枯燥?

 

上了中学看到公式就怕,根本一窍不通,因为学不会,所以数理在学生眼中变成是用来挑剔学生的学科,如何打破这个魔咒?让本来趣味性的数理知识回到最初学数理是挑战同学们的兴趣?

 

谁说数理冷冰冰?老师帮帮忙,找到好方法,数理可以很有趣。

 

钟柔湘:好玩模拟器,科学变得很动感

“过去的教学是靠想象和感受,现在要让他们看到,可以善用科技的模拟器,透过画面和动手可以看到力的存在。当他们会了这个概念的时候,就会运用在他们的生活上,就会开始去观察他们的生活。”线上有一个免费的模拟器使用,叫做PhET Interactive Simulations,于2002年由诺贝尔经济学奖得主,美国科罗拉多大学的Carl Wieman教授发起的延伸教育研究专案计划,透过动画模拟游戏的方式吸引学生去探索和发现数理科的各种知识。钟柔湘在进行网课教学时,会善用模拟器PhET进行能量滑板竞技场设计,让学生去探讨滑板男孩在不同的轨道运动时,其动能、位能与摩擦力的变化。透过动态画面和手动操作,她让同学们看到每个设计都必须要有逻辑思维。

 

除了PhET模拟器,钟柔湘也在网上购买Sketchfab 3D模型App,自己在线上做实验,然后配合课程教学演示,并把户口账号发给学生,登入老师购买的App参与操作体验。

 

此外,在进行实体课的时候,钟柔湘也会善用Quizizz、Kahoot游戏,让同学们拿出手机马上作答。透过这些小活动,可以吸引学生期待每一次课堂老师会使用什么工具进行教学。

 

钟柔湘表示,学生对科学成绩差的定义是对某一个科学成绩知识掌握得不是很好,例如化学。其实不是差,只是比较难明白。化学教会我们的是知识和生活上的平衡。因此,在教学上必须透过一些科技工具让原子变成分子,提高他们的注意力,才能让他们感受到数理生活化的乐趣。

 

钟柔湘老师教学视频(初三科学):https://elearning.dongzong.my/mod/page/view.php?id=4381

 

陈国宗:走出课本学习,设立科学展示厅

“我希望科学展示厅能发挥这样的作用:学生看到的不只是课本上的图片,而是可以看到真的东西,能够看见(书本上提到的)科学反应是真的。”

 

陈国宗指出,巴华中学的科学展示厅是让学生利用课余时间自由进入,会有学长根据特定时段的主题,在现场做实验给同学们看,甚至是带着同学们一起做实验。

 

该校的科学展示厅不仅开放给学生,还开放给社会人士。今年因为疫情关系,故尝试用录制视频并上传至网上的方式,把科学知识传播出去。

 

“如果学生要学会运用,就要在培训中学习如何在有限的时间内,用不同的程度去教不同的人,因为前来参观科学展示厅的对象可能是小学生、初中生或社会人士。所以科学展示厅内培训了二十多位种子解说员(高中理科生)。学生只是上课、看,没办法学好,因为没有亲手做。如果有亲手做,则是另一个记忆,会比较持久。”

 

受疫情影响,陈国宗目前无法进行户外教学,学校也不能办科学营,他在教学上做了什么调整呢?身兼科学展示厅负责老师的他说,自己比较幸运,可以随时进去科学展示厅,在荧幕前演示实验给学生看。另外,他也会给予学生一些指导,让他们在家做较为简单的实验。

 

斗湖巴华中学线上科学展示厅第一季《能源》——太阳能灶:https://elearning.dongzong.my/mod/page/view.php?id=4413

 

陈鹏合:讲数学故事,励志又有趣!

也许你我都曾有同样的疑惑:现在手机、电脑计算那么方便,只要会加减乘除就好了,为何中学阶段还需要打好数学基础?

 

“数学是学习整理、推导等技巧,所以数学有助于我们编排工作与处理事情。而且,生活中,我们也会不知不觉地用到一些逻辑,但没意识到这个逻辑是以前从数学那里训练出来的能力。”陈鹏合举了两个例子:防火演习时,数学好的人,往往能找到最快的路径,知道如何安排疏散会比较快。再譬如排班,数学、逻辑思维好的人能快速处理好。

 

他表示,在教学上,不能让学生每节课都在做功课、抄笔记,要有点乐趣,如教几何图形时,可以实际地做出来或网购道具,或者用彩色纸剪出来,变成一项活动。剪的过程中,学生因为需要测量,所以能够吸收。

 

再来是讲述数学的历史故事。如告诉学生牛顿发明微积分,还有微积分差点儿被英国大主教推翻之类的故事。虽然他笑言自己的教学是“又拐又骗”,但这又何尝不是激发学生学习驱动力的方法呢?

 

“如果你无法简单地解释,代表你不够理解”,陈鹏合很喜欢爱因斯坦说的这句话。他认为老师在传授知识时深入浅出是很重要的,有办法将知识讲得简单,代表老师是完全吸收、消化、再消化很多次后才分享给学生。

建议非理科生掌握的基本数理知识

数学

基本的思维推导方式

希望每个部分都碰到一点,若以后读大学有用到,会学得较快。

科学

科技发展史

学习事物如何演变而来。

生物

人类起源

了解人体器官,如熬夜会伤及什么器官、艾滋病不会通过口水传染。

物理

现代物理学

如光速的极限及量子化的基本知识。

化学

原子的组成

如哪些食物同时吃会产生化学反应、氧和氢混合会爆炸,知道了就可避免。     

*整理自陈鹏合老师口述。

 

陈鹏合老师教学视频(高三数学,函数):https://elearning.dongzong.my/mod/page/view.php?id=4411

 

教出语文味——数学术语

为什么要学数学?

 

郑展兴表示,数理本身就是数学的应用,数学是科学的母亲,也是科学的语言,想要理解科学,掌握数学是重要的途径。在数学素养上,除了需要有基本计数能力,还要懂得使用比例、分数、百分比、指数等。非数理科学生也需要懂得测量及量化,懂得预测一个合理的数值范围,懂得使用规律和关系,懂得逻辑推论,懂得使用统计和分析说明。

 

大部分的同学都很怕数学,而小编也是其中一人。为什么学习数学的效果会这么差?大家可以仔细想一想,我们学习数学是不是为了要应付考试?如果是,学习成效一定大打折扣。

 

如何才可以学好数学?

介绍大家如何在数学中也能学出语文味。比起背数学的各种名词、动词,陈鹏合透过数学术语,让学生知道数学具体做法的重要性。

 

由于部分数学符号无法显示,请点击链接阅读完整内容:http://www.dongzong.org.my/ebook/mp333/mobile/index.html

 

第四观:学科交叉,知识碰撞

这几年我们会常听到“文理知识兼容”、“跨学科/跨领域学习”,学生要应付的学科太多,还要提倡文理兼融?董总准备在2024年推出高中普通科学,意味着文科商科的学生要开始上普通科学。看到这里,不知道文商科的同学会不会开始碎碎念,因为多了一门学科要应付。

 

如果大家有关注,其实在政府的教育课程里面要培养学生科学教育哲学(Falsafah Pendidikan Sains Negara),所以文商科的学生是有上一门普通科学,而我们在前述已经提到数理科的重要性,如陈鹏合提到的,基础科学知识很重要,虽说它跟我们将来在职场工作可能没有直接关系,但它会让生活过得更好。

 

“一个跨国企业的经理若兼具超强的数据分析和解说能力,肯定在组织决策上有重大优势。一个工程师若懂得产品的生产成本计算,产品寿命规律肯定会加分。想象一个医生如果能够在人文科和沟通能力方面掌握好,这样的敏锐能力或许就可以协助医生观察在非语言沟通的蛛丝马迹,从而加强医生看诊的能力。”

 

郑展兴举例,世界气候变化问题看似是个科学问题,但是要解决这个问题,它肯定会牵扯到许多的领域,它关乎国际局势的知识、政治学,它也关乎如何透过文字、海报等艺术表达,来让大众醒觉。

 

“跨领域是避免不了,现在强调自主学习,也强调学生的能动性。要解决世界气候的变迁、新冠病毒等,不是只有一个方法,需要很多涉及政经文哲方面的相互配合,所以跨领域的学习,现在是非常重要。”谢上才提到,当所有东西都很重要的时候,教育领域必须懂得学会提倡一个观点‘Less is for more’(少既多)。针对这点,陈鹏合提到,效仿大学实行学科制是其中一种教育改革方式。