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知乎日报:研究物体在斜坡上滑动的高中试题,对科研真的挺有用

时间:2016-10-24 15:19:53

我把题主的问题仔细读了几遍,我觉得题主问了一个很实际也很常见的疑惑——纸上谈兵的教学方式真的有用吗?以及它对科研来说有实际意义吗?

我的回答是,挺有用的。

没有很多实验经验的同学(比如题主)可能会认为做实验是一件比做题更简单的事情,比如拿两个小球撞一撞呀,拿两种溶液倒一倒呀;或者高级点,弄个带电小球往电场里一丢呀,做个合成制造点冰毒呀,听起来比纸上谈兵光做题有意思多了是吧。

太天真呐。

有些人认为动手比动脑容易多了,做实验比做题有趣多了,我现在告诉大家,恰恰相反。动手从来就不容易,需要大量动脑与动手搭配的真实实验更不容易。做实验有比做题有更有意思的地方,但大多数时间却是花费在枯燥、重复的实验步骤上面,甚至是花在事后看来无意义的、错误的实验上面。

最重要的是,如果理论训练不足,实验设计和处理意外实验结果的能力不足的话,一个人大量的时间和努力都会变成无用功。

所谓的小球滑块,如果实验当中都是这等理想问题,大家就该谢天谢地了。真正的物理实验早就不玩种东西了,因为前人早就玩过了。真正的化学实验也不像书上的方程式那么简单,因为随便一点小的失误都有可能导致完全不同的实验结果。真正的生物实验更不靠谱,说好的一个酶能催化一个反应的,它就是敢置书本理论于不顾,胡搅瞎搞一通,让你摸不出个头绪。

说了这么多,我首先说明了这么一个道理,即实验并不比难题更简单,不要太天真了。

接下来的问题是,纸上谈兵对这些复杂的实验有多大的用呢?

如果我说用途非常大,那我肯定是在骗人,因为理论永远要与实践相结合才能发挥出它的作用,光说不练肯定是不够的。举个例子,我们实验室就有人知识量非常大,理论基础非常扎实,但是实验就是做不出来的。如果我说毫无用处,那我更是在骗人,因为正是从这些简单的物理 / 化学模型出发,一点点培养对物理世界的理解和直觉,一个人才能够在将来驾驭真正复杂而又未知的难题。若是只学了基本概念就去做实验,你是要把科学历史再重现演绎一遍吗?科学的进步是要站立在巨人的肩膀之上的,而不是一代又一代平地重建。而且高中时候的理论学习的深度还是有一些的,尤其是相比于高中阶段所能够进行的实验,更是要深刻许多。

理论基础打好了,后面的实验进行起来就容易多了。如果以我本人的实验为例,我的大部分工作时间不是花在实验室里,而是花在实验设计上面,也就是电脑面前。说白了,就是先纸上谈兵,排兵布阵做好了,再来真枪实干。

举个例子,下面的东西是我的一个实验设计图,里面包含了所有 DNA 序列的信息,它花了我两个月时间准备,加上两个月时间完成,而且这已经是很罕见的速度了。

按照我的设计图,去合成相应序列的 DNA,然后我又做了两个月实验,得到了如下实验产物,也即被我设计成半球形的 DNA 纳米结构。

如果我的实验设计有问题,那么我这半年的时间就搭里面了。相应地,如果是一个细胞实验的实验设计有问题,那设计者至少一年的时间就搭里面了。如果是一个动物实验的实验设计有问题,那么实验人员几年的青春也就搭里面了。如果是高能物理实验的实验设计有问题,那么不知道多少科研人员,数亿计的科研经费,多少年的心血,就全搭进去了。

纸上谈兵肯定是不行,但是连纸上谈兵的能力都没有,真要上战场那肯定是死路一条。

理想模型容易理解,所以这是在给学生降低难度而不是增加难度。把理想模型转变为实际更为可行的模型,需要大量的时间和经验。如果不是以此为生,花费大量时间来进行真正实际的科学实验是不太值得的。

除了大量的时间成本,高昂的金钱成本是我国中小学还不能大量普及实验教育的另一个重要因素。一本试题多少钱?做一次实验多少钱?

这是另外一个非常重要而又现实的因素。我做上面这单个实验,就需要烧掉几千美金。如果真要让中学生做实验,又有多少家长愿意出资赞助自己的孩子做这些事情呢?我上高中的时候能做上几次实验就已经很不错了,而且也都是闹着玩的。(当然我搞物理竞赛的时候去大学里面做实验就另当别论了。)

不仅如此,在中国,学校如果让学生跑步跑出问题了,家长都要去学校闹事,新闻记者更是要找机会大肆宣扬——那就更别提出点实验事故了。中国的学校就算是有钱恐怕也不敢玩这么大。

现在我们再看看题主原本的问题:

类似于物块在斜坡上划来划去,几个弹簧求瞬时速度,拿绳子吊物体受到几个力的 ,高中物理那些难题科研的时候会遇到吗?
还有高中化学那些超难的解答题 ,真正做实验时有用吗?为什么考试这些难题非得笔试而不是做实验?
我认为,考试考点书中基础概念就够了,然后让那些对某方面有兴趣的人去研究那方面,然后考试时应该靠动手实验 :给一张白纸,将实验步骤记录下来,自己动手,再判定分数。现在考那些超难的题 ,我们不能做实验,只能推断,这样有用吗?
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