十二 04

The Aims of Education Alfred North Whitehead


《教育的本质》阿尔弗雷德·诺思·怀特海著 刘玥译
(读这版,像是和久违的老朋友聊天,书本山被我画满了道道。碰巧微博上有网友要看这本书的读书笔记,我才注意到几年前读过一版了,甚至粗心到作者的名字都能搞错,怀特海不是怀海特,其实我更喜欢怀海特的这个名字。在这本读完和整理完之前,我还不打算去对照,我也好奇经过了几年我还记得什么或什么地方的理解或认识发生了变化。)(当年竟然没有将这本书列入我T50里?!浅薄啊)
怀特海是英国著名数学家、哲学家和教育学家,过程哲学的创始人。英国皇家学会院士、亚里士多德学会会长、英国人文和社会科学院院士。
腰封:深刻影响西方现代教育理念的经典之作。如何激发、实现学生自主学习和自我发展。(反对灌输生硬的知识和没有火花的思想。)

怀特海:教育的成功取决于对许多可变因素的精妙调整,这是因为我们面对的是人类的思想,那不是死物。学生的好奇心、判断力、对复杂环境的掌控力、在特殊环境下运用理论来洞察事态发展的能力---所有这些能力,是统一的教学规则所传授不了的。
杜威:教育,若它为真正的教育,应使这些学生们在被输送出去时,对于他们所生活的这个世界、它的动向,以及他们在这里所要起的作用等具有某种统一的看法。学校应该给予他们进入世界的理智上和道德上的钥匙。

前言
怀特海强调智力教育,提出学生是有血有肉的人,教育的目的是为了激发和引导他们的自我发展之路。反对生硬地向学生灌输知识,反对任何遏止想象力的教学模式。(以己为师,自求自得。)
在理想的教育中个,训练应当来自学生们的自由选择。而自由也应该在训练的帮助下获得更大的可能性。
一个理想的行业,工作即娱乐,娱乐即生活。
数学教学不能只是停留在学习数、量和空间关系上,而是应该上升到哲学高度,让学生认识到数、量和空间的对立统一关系。
1、教育的目的
一个人如果只拥有广博的知识,那他就是世上最无用、最无聊的存在了。我们的目标,应该是让人们既拥有文化素养,也拥有某方面的专业知识。
我们要记住,自我发展才是有价值的智力开发,而这一过程主要发生在16岁-30岁之间。
不经过运用、验证或与其他知识进行新的结合便接受的知识---惰性观点
教授惰性观点的教育不但无用,而且有害。世界上最悲哀的事情,莫过于将最美好的事物染上瑕疵。除了一些思想碰撞活跃的罕见历史时期,大部分的时间里,教育都充斥着惰性观点。因此,那些未受过教育却聪慧过人、见多识广的女性,在步入中年之后便成为社会中最具文化素养之人---原因在于她们没有受到惰性观点的桎梏。
我们应该挑选少数重要的内容教给学生,让他们能够发散思维,举一反三。
理解即包容。”(法国谚语)
无论你的人生目标为何,你受到的教育都应该是实用的。
那些来自过去的知识,唯一的用途就是帮助我们理解当下。对于年轻人而言,无视当下会对他们的思想带来致命的伤害。当下才是全部,才是圣土,会因为它连接过去,导向未来。
正如“圣徒相通”,这场伟大而启迪人心的会面只会发生在一处,那就是“现在”。
我们知道有些人想要通过被动地回顾一些零散的信息,为自己的灵魂提供能量。但人性并不是以这样的方式形成的---当然,除了某些报社的编辑需要这样。
不要将理论与实践混淆。孩子们在学习时,应该明白自己何时在证明理论,何时在运用理论。
证明与运用是两回事。
教育的艺术与科学需要教育者具备一定的天赋,也需要有属于自己的研究。
教育是教学生如何运用知识的艺术,这是一项非常难以传授的艺术。
如果一本书教起来很容易,那它就该被丢进火盆里,因为它不具备教学价值。教育与其他领域相同,所谓的捷径只会将你引入死胡同。
如果学生在考试中要回答的问题既不是其授课老师提出的,也没经过授课老师的审核,那么这样的教育体系是不太可能成功的。
我们必须保证知识的活性,防止变成一潭死水,这也是任何教育形式都面临的核心问题。最佳的解决方法包含数个因素,任何一个都不可忽视,它们包括:教育者的天赋、学生的智力类型、学生的人生规划、学校环境能提供的机会,以及与其类似的其他因素。正是因为如此,统一的校外考试是非常有害的。我谴责这类考试,不是因为我们喜欢与众不同,看不惯被社会所认可的事物。我们还没有那么幼稚。确实,这类统一的考试能帮助检验学生是否懒惰。我们之所以厌恶这类考试,是出于一个非常明确、实用的原因,那就是---它毁掉了文化中最优质的的部分。如果你凭借经验来分析教育的核心任务,会发现教育的成功取决于对许多可变因素的精妙调整,这是因为我们面对的是人类的思想,那不是死物。学生的好奇心、判断力、对复杂环境的掌控力、在特殊情况下运用理论来洞察事态发展的能力---所有这些能力,是统一的教学规则所传授不了的,而考试科目安排表就是这类规则的体现。
我不清楚第一个将思想比作毫无生气的工具的人是谁...
但无论该说法有多权威,受到多高的评价,我依旧想毫不犹豫地站出来谴责它---它是教育理论中最致命、最严重、最危险的观点。人的大脑从来都不是被动的,它总是永不停歇地活动着,些微的刺激都能引起大脑的反应。你不可能先把思想明确化,再去解决问题。不论你想激发学生怎样的兴趣,都必须在此时此刻激发;不论你想强化学生怎样的能力,都必须在此时此刻强化;不论你想为徐色生塑造怎样的精神世界,都必须在此时此刻将其展现出来。这是教育的黄金法则,而且是一条难遵循的法则。
教育的难点就在于让学生通过树木了解森林。
教育只有一个宗旨,那就是面向学生展现生活的所有层面。但我们却将生活拆的零散。我们教授代数、几何、科学额、历史,但也仅限于书本知识而已;我们还教给学生多门语言,但他们却从未掌握;最无聊的是,我们教授文学,却只讲莎士比亚的戏剧...充其量这不过是神明在创造世界时,在脑内快速浏览的造物清单而已,而那时的神明尚未决定如何将这些食物融合成一个世界。
那些蔑视数量理论的知识分子自以为文雅,其实他们受的教育还不够。比起指责,我更应该同情他们。因为在他们尚在学校读书之时,名义上学的是代数,实际上学得都是一些让人不知所云的东西。
我明白,要以浩瀚的文化为基础设计一套课程体系,同时又要给每个孩子留下发展专长的空间,本身就是自相矛盾的做法。但如果事事都能毫无矛盾地展开,那这个世界未免也太简单、太无聊了。而且我相信,在教育中,如果你忽视了孩子的专长,变会毁掉他的人生。
...让学生们亲身体会实际运用中的几何原理。
最好的教育是让学生从最简单的设备中得到最多的知识。所以,复杂仪器的价值并没有人们以为的那么重要。
专业知识的教育比普通教育更简单。专业教育一般开始于更高级的教育阶段,所以实行起来会更容易。
普通教育与专业教育最大的区别:普通教育旨在培养学生的思维活动;专业教育则旨在利用这些思维活动。
学生还需要具备最为难得的精神品质,那就是对风格的感受。
学生对于某一门学科的本质的热爱,其实也是对在学习过程中体会到的学科风格的热爱,它不是那种不温不火如闲庭信步一般的爱。
风格是人类精神的根本道德。风格是专家独有的品质。风格从来都是专业学习的产物,是专业化对文化的特殊贡献。
19世纪的世界所经历的一大深远变化,就是知识的增长提升了人们的洞察力。
接受考察的应该是学校而非学生。
对于教育改革,首要之处是以学校为单位,让学校能够根据自身需求,由自己的教职工设计课程,然后得到政府批准。做不到这一点,我们就会从一种形式主义落入另一种形式主义,从一类惰性观点落入另一类无用的惰性观点。
不重视智力教育的民族注定会走向灭亡。

2、教育的节奏
我认为较简单的课程不一定就必须放在较困难的课程之前。相反,一些最困难的课程必须放在最开始教授。一方面是因为人的先天秉性要求我们这么做;另一方面也是因为这类课程对于学生的生活来说是非常重要的。
婴儿所面对的第一个智力任务就是学会说话,将声音和语义对应起来。这是多么困难的人物啊!
我们实在不应该继续将最困难的学科推后。
数学中最困难的部分虽然是代数,但代数的教学必须早于相对来说更简单的微分。
我只想再次强调:在教育实践中,推迟最困难的学科并不可取。
一些愚昧的人为了管理之变,不加批判地以事物的先后次序为学习内容排序,让学习变得像撒哈拉沙漠一样干涸。
人生是周期性的,它由各种周而复始的部分组成。智力成长也有其更为隐秘的循环。虽然每个循环所包含的阶段是不变的,但各个循环之间仍然存在不同之处。因此,我才选择了“节奏”这个词语。对智力成长的节奏和特点关注不足,是教学效果不明显的主要原因。黑格尔将发展过程分为三个阶段,分别是“正题”、“反题”和“合题”...就智力发展而言,我倾向于称这三个阶段为“浪漫阶段”、“精确阶段”和“综合阶段”。
浪漫阶段:从根本上来说,教育必须是梳理学生脑海中纷杂的思想的过程:如果他们的脑中空白一片,是无法进行教学的。
精确阶段也是知识增长的阶段。没有浪漫阶段的积累,学生们在精确阶段将一无所获...浪漫阶段的事实揭示了具有广泛意义的思想,而在精确阶段,我们将条理化、系统化地了解客观事实,从而对浪漫阶段获得的对事物的一般性认识进行挖掘和分析。
综合阶段:即黑格尔所说的“合题”,指的是在对所学知识进行系统分类并获得相关技能之后,从新回归浪漫阶段,这便是精确训练的目标,是我们所追求的最终的成功。
教育应该是这三个阶段的不断循环。
从感知的获取到语言的习得,再到分类思维和更为敏锐的感知,这是人类的第一个智力发展循环,需要我们进行更为详细的研究。这也是我们能在自然状态下观察到的唯一智力发展循环。
旧式教育的问题在于过于专注一门单一学科,丢失了教育的节奏。
(关于教育,我们的方向错了,而那所谓的好方法害处更是大得没边了。现在没有出现人才的一篇荒芜,也是生命力的顽强啊。)
@qiusir:各科模考成绩都出来了,主动约了几位来交流一下,主要是肯定平时的表现,顺便安抚一下不要因为一两次的失利就否定自己;也有几位主动来找老师分析一下原因,并提出会划定专门时段自我练习。人十六七岁大概在生理上已经成人。但精神层面的成长是终生的,而学会自己长大是长大的重要标志…… ​​​​
@qiusir:小朋友很诚恳地问我他的缺点有哪些,我告诉他,我不会问他我的缺点,我知道我不少缺点甚至不允许他说……原因是很多缺点是优点的附属品,比如我倔强,那是我有坚持……所以呢,你没什么一般意义的缺点,即便有,更多的是特点……找到你的方向,要么计算要么锻炼要么休息要么……
@qiusir:家长也有意思,他们不明白失误的合理性,非要证明出孩子说谎或孩子不是那块料,义无反顾地大义灭亲。关键是,就这样的考试,得是老太太一样饱经沧桑的阅历和仔细加上初生牛犊的体力才可能不失误……
@qiusir:我接触的人中,大多数很重视教育,但更大多数并不相信教育的力量,他们的教育非是训练训练训练。就如我认识的人中,都享受着知识带来的便利,但却感受不到知识的力量,知识对他们来说就是拿来拿来拿来……
学生在阅读英语、法语和拉丁语文徐塞时,必然会接触到关于欧洲历史的知识。我并不是说要放弃专门的历史课程,我的意识是,这类学科应该以一种浪漫花的方式进行教学,即学生们不用系统性地记忆大量的精确细节。
不论是从理论角度还是从技术运用角度,科学的重要性都在于具体的运用上,每一次运用都能带来值得研究的新问题。所以,所有的科学教育都应该始于研究,并终于研究,在自然的环节中,理解研究事情。
学生能在普通教育阶段同时保持学习的专注度和新鲜感。如此一来,学生们了解某些知识后,便会希望能更加深入地进行研究,从而进入精确阶段。每个学生都会依次专注于不同的学科,并明白自己的长处在哪儿。最终,理科学生既能了解可贵的文学知识,还能在可塑性最强时,早早养成在科学研究中独立思考的习惯。这也是我最为重视的一个目标。

浪漫阶段涵盖了前12年的时间,精确阶段涵盖了中等教育时期。而综合阶段则涵盖了人们刚刚步入成年的时期。
中学期间,学生们一直伏案学习;到了大学,他们应该抬起头来,观察四周。
真正有用的训练将帮助学生彻底理解一些普遍原理,让他们可以将其运用到各式各样的具体实践之中。
你所学的知识是无用的,除非你能都掉书本,毁掉笔记,忘记自己为了应付考试而死记硬背的细枝末节。
没有人会清晰和有意识地照着知识的引导处理问题。智力的培养,指的不过是塑造合适的思维方式,让人们能用令人满意的方式应对问题。
大学教育的最终目的并非只是,而是能力,它的作用是将孩童的知识转换为成人的能力。
...请不因为我在这方面的失败而对我想要阐述的主要观点产生偏见。

智力的发展是有节奏的,它由交织在一起的多个循环构成,整个发展过程本身受到一个与这些小循环相类似的重要循环的支配...各个阶段的侧重点不同,浪漫阶段、精确阶段和综合阶段是贯穿始终的,但它们会交替处于主导地位,而正是这一交替构成了智力发展的循环。

3、自由和训练的节奏
理想的消失证明了人类的失败,这是一个可悲的现象。在古代的学园里,哲人们试图向人们传递智慧。而如今,我们只有一个更为卑微的目标,那就是教授学科。从古人追崇神圣智慧向现代人获取各个学科的书本知识的堕落,标志着横跨了数个时代的教育的失败。
只要我们还将智力教育看做对机械性的脑力能力和公式化的实用知识的获取,就无法取得进步,不论我们为了弥补时间的不足做出多少努力。耗费多少精力去漫无目的地修改教学大纲。

或许,出现知识过剩的现象反而是好事,因为如果人们不了解一些重要的真相,世界对他们而言反而会更加有趣。
通往智慧的唯一道路,是让学生在知识面前享有自由;而通往知识的唯一道路,则是通过训练,让他们学习梳理好了的事实。自由和训练是教育中的两大基本元素,因此本章的主题为“自由和训练的节奏”。
在教育中,自由和训练的对立并不如这两个词语在逻辑上的对立那般强烈。
有条理的知识才是自然的养料。因此,在理想的教育中,训练应当来自学生们的自由选择,而自由也应该在训练的帮助下获得更大的可能性。
教育在最初和最后阶段,自由都占据着主导地位,但在中间阶段,训练应该处于自由之上。此外,从自由到训练再到自由,这三个阶段并不是界限分明的,所有的智力发展都以这类大循环和小循环构成。一个循环就像一个细胞或一块砖瓦,这个智力发展阶段就是这类细胞的有机构成。
如果孩子没有兴趣,就无法实现智力发展。你可以通过强硬手段逼迫孩子产生兴趣,也可以通过愉快的经历诱发孩子的兴趣。没有兴趣,就没有进步。
痛苦是驱使有机体有所行动的一种次要方式,但只有在快乐失效时,它才会生效。
空洞的知识是无用的,甚至是有害的。知识的意义在于应用,在于我们对它们的灵活掌握,即我们所说的“智慧”。
重要的不是知识,而是拥有知识的人和运用知识的方式。(看过一段录像,路口等红灯的车辆,一辆奥拓一样的小破车率先冲出,而一辆豪华的跑车的司机应该是溜号,但这说明什么呢?和保时捷相比,你会选择开奥拓吗?)
考虑到知识的灵活性,我们在教育中过度强调对学生的训练是非常有害的。
(我们的教育一直是反人性的,之所以这样是或许自然的公平选择,是为了给其他种族机会。而能在这种体制下成材,真是生命力的强大,但想到野草疯长庄稼不占优势,乐观不起来。)
有些人因为学习了过多的惰性知识而使大脑迟钝。过于急迫地传授单纯的知识,反而阻碍了教育的成功,人类的大脑是排斥这种教育方式的。强硬地将梳理过的知识灌输给学生,只会消磨他们对增长见闻、动手实践的渴望。老师的训练应该满足学生们对智慧的自然渴望,因为智慧能让单纯的经验变得有价值。
当一个人来到新的环境,他的大脑会被一堆混乱的观点和经验包围,处于一种发散的状态。这是一个探索过程。我们时常能看到8-13岁的孩童被这一过程所吸引。这是一个惊喜连连的过程,那些破坏这些惊喜的愚人应该受到唾弃。
在老师眼里,孩子是在他的要求下,通过望远镜观察星空;而在孩子眼里,他们其实获得了一个自由体验壮美宇宙的途径。然而,如果这种外界营造的日常环境只要稍微变质,即便是最不敏感的学生也能有所觉察,随即他们会拒绝接纳外界的知识。我们必须记住,教育不是往箱子里放置物品的过程。这种比喻完全不对,如果非要打个比方,那最贴切的比喻应该是将教育比作生物体对食物的消化过程。(想到某著名物理教授提到的过期奶粉...)
孩子是千百年文明的继承人,让他们去揣测冰河时期原始人的思想显然没有意义的。因此,我们必须向他们提供重要的事实、简化的观点和常见的人物,强化学生自然产生的学生动力。不论处在教育的哪个阶段,都不可能摆脱自由和训练两大因素。但在浪漫阶段,我们要将重点放在自由上...如果在智力发展的浪漫阶段结束之前,我们将精确阶段的训练强加在孩子身上,就会阻碍孩子对概念的吸收。剥夺发展的浪漫阶段,孩子们就无法有所领悟。
没有浪漫阶段的冒险,孩子们充其量只能获得毫无活力的惰性知识。
精确阶段是唯一被纳入传统教学计划之中的阶段。学生们要做的就是学好课程,此外便再无教育可言。这种将智力发展必要的精确阶段过分延长的做饭,最终只会产生大量的书呆子。
这些中小学校长和大学教师常常会忘记一点,那就是在教育中,我们不过起着次要作用而已。等待时机成熟,学生们自然会在未来的生活中学到那些知识。
@qiusir:唯一重要的自由是选择成为什么人的自由,或是发现自己;“唯一重要的训练是自我的训练”,人的长大不单是随年龄成长的身体,而是内在的学会自我训练的心灵的长成。
教育的艺术就是要让学生在规定的任务中运用准确知识的同时,培育学生的直观体验。
我并不认为世上存在一个抽象的准则能适用于所有学科、所有类型的学生以及每一个独特的学生,除了我一直在强调的节奏性变化的准则
培养孩子欣然接受指定任务的习惯是非常必要的。
只有通过运用,他们才能记住这些知识。(May读小学的女儿在路上说,语文能在日常生活中运用,数学就没有,英语也令我头疼...)

学生们漫无目的地学习大量的精确知识,但那都是些得不到运用的惰性知识,反而让他们的思想变得僵化。大学教授的首要任务,应该是将真正的自我展现给学生们看,让学生们明白,其实他也不是多么的博学,但他懂得思考,明白如何灵活运用自己有限的知识。从某种意义上来说,智慧的增长伴随着知识的消减,因为人们掌握的知识细节会融会贯通,演变成普遍原理。

在精确阶段,人们通过对细节知识的精确学习来领悟普遍原理。而在综合阶段,摆脱知识的细节有利于灵活运用普遍原理。过去掌握的知识细节会变成潜意识下的习惯。(千日练技,万日练道。)
综合阶段的核心,是从被动地接受训练转变为自由灵活地运用知识。
如果有一天,我们能指着我国的伟大成就(我希望不会是战争),告诉别人那是我们在课堂中实现的成果,而不是人们在运动场上实现的,那我们就能对我国的教育模式感到满意了。
机械装置是靠外力将其一点一点拼接起来的,但生命有机体是凭借自己的内部驱动力来实现自我发展的。
教育是引导个体体会生活的艺术。我所说的生活的艺术,指的是生命体在面对真实环境时,能彻底发挥自己的潜能,完成各式各样的活动。这一成就需要人们具备一种艺术感,能实现自己不可分割的人格所蕴藏的更大的潜能,并且高度重视科学、艺术、宗教和道德。每一个人的存在都是一场冒险。生活的艺术能为这场冒险提供指导。
老师的作用有两种:第一种,以身作则,激发孩子学习的热情;第二,为学生营造良好的学习环境,提供更丰富的知识,培养更坚定的目的。
不论科学、道德还是宗教,最终的动力都来自人们对其价值和重要性的感觉;由此引发的价值感能给生命带来难以置信的力量。一旦失去这种价值感,生命便会退回到被动的低层次状态。这一力量最深刻的表现就是对美的感受,对已实现的完美事物的审美感受。
我们不能忽视艺术对于精神生活的意义。我们的审美情感能让我们对价值有一个清晰的认识。没有了这种情感,灵魂的感知力便会削弱。要在教育中给予学生自由,我们就必须留意他们的整体人格发展,不能随意拒绝他们的迫切需求。
我们只是激起了学生们的兴趣,却没有满足他们的需求。历史表明,一个国家要实现文明进步,首先要做的就是实现艺术的繁荣。
一旦国人能深刻理解艺术的作用,能感受到艺术带给我们的喜悦与恐惧,那么当先知传递上帝之爱,当牧师要求人们承担责任,当政治家呼吁爱国精神的时候,人们便能更好地体会他们话语中的力量。
...等到人们因为理想破灭而忍无可忍,英国就将面临与俄国同样的命运。历史学家便会为英国留下这样的墓志铭:它的陨落,源于统治阶级对人民精神追求的无视,源于单调的物质主义,源于像法利赛人一样对狭隘的治国之术的盲目追捧。(犹太人一个突出的宗派,Pharisees 「法利賽」意思是「分離」,指一些為保持純潔而與俗世保持距離的人。过分强调摩西法律细节而不注重道理。)

4、技能教育及其他科学和文学的关系
人们通常羞于为自己树立理想。
“那是联邦,工作即游戏,游戏即生活。”
工作应该与人们的智力和道德观念相结合,如此,工作的过程才能变成一种享受,即便是再苦再累,人们也毫无怨言。
“需求是发明之母”,这句话是毫无道理的,应该说,“需求是无用伎俩之母”。现代发明的增加以科学为基础,而科学的发展,几乎完全来自为人们带来快乐的好奇心。
比起那些以资助医院为借口,而一直用令人厌恶的产业进行敛财的人,那些享受工作的生产者才是人性的希望所在
博雅教育是一种贵族式的教育,受教育者必须拥有足够的空闲时间去从容学习。
柏拉图和圣本笃不同,他不会想和自己的奴隶共事,但他确实称得上是人类的解放者之一。他的文化理念启发了开明的贵族,而正是这些贵族塑造了现今欧洲所享有的秩序井然的自由。
内容越不丰富的文化反而越完整。
柏拉图式的教育要求人们不偏不倚地兼顾各类知识,这从心理学来说是错误的。
从本质上来说,文化是为实践而生的,其作用应该是使人们不用盲目、费力地工作。艺术的存在,使我们明白如何解放我们的感官,因为它能强化我们的感官世界。
探索的目的不是为了获得知识,而获得知识的目的是为了更好地探索。艺术与科学能让人们在辛勤劳动的同时,也感受到既定目标达成的喜悦。
文学课程、科学课程和技能课程,每一类课程都应该涵盖另外两类课程的内容。
柏拉图式教育的缺点是,完全忽视了技能教育在理想人格的塑造方面的作用。
如果你在教学中忘记了自己的学生是有血有肉的,那你的教学注定会失败。
究竟是双手的活动引发了思维活动,还是思维活动指导着双手的活动,这是一个尚存争议的问题。
对专业人士而言,持续的书写和口语表达是必要的,因为这么做能提高些许思维能力。那些一味沉迷书本而不参加其他活动的书虫,并不能因敏锐的大脑而出类拔萃。他们更可能成为在思想上墨守成规的人。
一手知识才是思维活动最根本的基础。从很大程度上,书本学习传递的是二手信息,因此其重要性永远无法与实践相提并论。
学术界的二手属性正是其变得平庸的原因。弗朗西斯·培根的伟大之处,并不在于他碰巧提出了独特的归纳推理法,而在于他在抵制二手信息方面起到了领头的作用。
普遍原理能帮助我们将个案联系在一起。毕竟真正重要的其实是具体的特殊案例。因此在应用数学时,你的计算结果越具体越好,使用的方法越普适性越好。
光有被动的观察时不够的,只有通过创造,我们才能获得对物质性能的清晰认识。要了解一件事物,就必须亲手将其制作出来,这是牢不可破的真理。(求师得的意义,通过动手做,激活惰性知识,调用知识学知识,学一手知识。某种意义上是技能教育。
技能教育应该让学生在思考的同时,进行创造性的实践,通过实践来实现自己的想法、协调动作与思维。
我们要明白,没有人能精通所有知识,发挥自己所有的潜能。然而,要实现智力与性格的最佳平衡,我们还是有三条道路可走:文学教育之路、科学教育之路和技能教育之路。
在所有的教育模式中,失败的主要原因都是不知与时俱进。
纯粹的文学知识是无用的。重要的不是那些知识,而是获取这些知识的方式。文学的存在是为了表达并丰富我们的想象世界和精神王国。重要的不是他们学到了什么,而是他们是不是乐在其中。(不理解。玩游戏的和吸毒的...)
与知识相关的快乐有两种:一种是创造的快乐;另一种是放松的快乐。(体育的快乐主要是获胜的快乐,是看结果的,征服的快乐。)
一旦过度放松,反而会让人觉得空虚。(上高中或读大学的时候,特别是看完一场电影,回到现实中会有很明显的空虚和失落之感。失落是来自反差,空虚是对时间的虚度的惋惜和恐惧。现在常看电影,反倒没有了这种感觉。)
艺术之于健康,就像阳光之于万物一样。
我们认为实践对人有害,在实践中追求成功会让人摒弃远大的理想,这种想法是危险的。

5、古典文化在教育中的地位
在过去,古典文化占据着整个高等教育体系,没有任何学科可以与之匹敌。
各行各业都充斥着古典文化的基调,以至于人们将对古典文化的掌握等同于工作能力;就连最不适合古典文化方向的孩子也要改变自己的兴趣,学习古典文化。(卷,古已有之。人类就是一直卷过来的,轮子是人最伟大的发明哈哈哈。)
“学生是通过接触来学习知识的。”
我们必须避免将泛泛而谈的知识灌输到学生脑中,因为这些知识与他们的个人经历毫无关系。
学习语言的益处是巨大的,能让孩子获得一个非常实用的工具。
拉丁语便是促进思维的最佳工具。
学习拉丁语时,你知道你正在发掘新的知识...拉丁语唤起学生的哲学直觉,是介于逻辑与历史之间,又对二者有促进作用的。
进入一门新课程的过程,其实就是通过接触进行学习的过程。对大多数人来说,语言是促进思维活动的最便捷的方式。启蒙的道路便是从简单的英语语法到法语,从法语到拉丁语,而且广泛涉及几何与代数。
学习法语和拉丁语是学生们接触逻辑哲学与历史哲学的最简单的途径。
如果学生们不明白什么才是真正的伟大并时常规诫自己,那道德教育就是无效的。
对伟大的认知是道德感的基础。
为了培养理想型的学者,我们已经造成太多学生的失败了。
如果你用显微镜去观察罗马的圣彼得大教堂,那对其建筑师来说未免太不公平。(看油画是要有适当的距离的。)
动物学家们从所有的动物中挑选典型的物种进行教学,我们也可以模仿他们的教学方向向学生呈现罗马的历史地位。
现代印刷机对现代民主制度的建立起了极大的促进作用。(最近觉得当初高估了互联网对制度的改变能力)
古代的美索不达米亚和埃及文明都是由灌溉技术支撑起来的。
新生事物所带来的是不同的思考方向,因此它进入社会体系的速度是非常缓慢的。
当希腊人和希伯来人意识到文字的潜力,文明的发展便前进了一大步。
古典文学的重要性在于,它是建立在一手知识的基础上,是不可替代的。

6、数学课程
历史上,如果人类社会对智力的认识发生了改变,那么教育也必然会迎来变革。不过这类变革可能会推迟一代人的时间,因为总有些人会为了保护自己的既得利益而阻扰改革,或者纯粹是因为因循守旧,不愿年轻时接受的观念被历史淘汰。但教育必须让学生接受新的观点,让他们有能力理解自身所处的时代的主流思想,这样的教育才是成功的、有生命力的。
教育如果不是现代的,便会像有机生命一般衰老腐朽。
前一天刚被发现的事物并不一定就是现代的,它可能来自久远的思想体系,又或太过高深,超出现代人的理解范围。教育应该与现代思想相关联,我们所说的现代思想,指的是那些广泛传播到有修养人群中的思想。
我用了“深奥”这个词,并不是说这门学科很难,而是说其设计的知识非常专业。基本与人们的日常思维没有多大关系。
我们要做的不是盲目地教授更多的数学知识,而是直面阻碍数学得到广泛运用的真正难题。
(高三课上,因为表扬另外一个同学,这位就夺门而出了,倒是知道和老师解释...)
对教育而言,这种不断向学生灌输细节知识的方法是最无用的...应该以最简单直接的方式将重要的一般性原理传授给他们。
我们的课程应该以最简单明了的方式向学生介绍一系列重要知识,其他的细枝末节都应该严格剔除。(求师得应该增加一周的微积分的物理课程,让学生体会到数学的威力。)
没有比盲目增加课本中的定理更加糟糕的事情了。这些定理出现在课本中的唯一理由是,出题人能通过简单的题目对学生进行考查。
(如果学生的成绩是靠六亲不认和自残取得的,那成绩和名词又有多大的意义呢?有,就是加速灭亡。)
如果考试中出现的案例依旧涵盖了很多深奥的细节知识,那我们队课本的简化就没有意义了。
只有那些为了奖学金而死记硬背的学生,才能得到好成绩。好的课本不应该根据错误的大纲,将零散的知识拼凑在一起;而应该为学生提供丰富的直接案例,这样的课本比考试更能测试学生的能力。
我们的目标不是盲目地让学生学会大量的数学定理,而是通过多年的教育,帮助他们意识数的关系、量的关系和空间关系,这才是最为重要的。
数学分析中的函数相当于物理中的定律和几何中的曲线。
如果我们不再将学生们无法理解也用远不会用到的定理强行教给他们,我们就有足够的时间将他们的注意力集中到真正重要的知识点上,让他们熟悉真正对思维有益的概念。
代数运用的最简单的例子之一,就是将基本的统计方法运用到社会现象之中。
在很久之前,人类的大脑的演化不是为了逻辑推理,而是为了更多地捕获新鲜的食物。因此,很少有人能在没有大量练习的情况下,就拥有严密的逻辑。
前几天听说有一所美国大学要求学生记住90个三角学的公式或推算结果,幸好我们的教育还没有差到那种程度。(估计这种要求只是中国的重点中学的水平)

7、大学及其作用
当今社会的一大特征便是大学的扩张。所有国家都在经历这一过程,美国在这方面尤其令人称赞。
商学院的建立极具创新性。大学教育从未拘泥于完全抽象的知识。
剑桥大学创建于1316年,为了培养“为国王效力的文官”...
大学致力于教育和研究,但其存在的主要原因并不仅仅在于所传递的知识和提供的研究机会。
我们只是想要传递知识,那根本就不用建立大学,因为从15世纪开始遍得到推广的印刷技术让知识的传递变得非常方便...
大学存在的原因是,使年轻人和老年人在富有想象力的学习中联合起来,从而汲取知识和热爱生命之间建立联系。(大概是物理学家惠勒提到,大学存在的原因是教授有不会的问题云云...)(“大學里為什麼要有學生?”惠勒說,“那是因為老師有不懂的東西,​​需要學生來幫助解答。”)
想象所带来的兴奋能让知识不再枯燥。事实不再只是一个冷冰冰的事实,而是充满了无限可能的存在。
想象不能与事实相脱节:它是照亮现实的方式。
(不经意看到9班的家长反馈,之所以能记住小帅妈妈的名字,除了字很漂亮外,黄昆也是著名的物理学家;劳学长的妈妈叫黄南,之前没见过哪位家长的字比这还好,猜想家里还有黄东之类的,学生告诉我有个小姨叫这。反而,我课代表到底姓方还是姓关,每次都弄错,主要是有个学生叫范范,而关键的是,我只需要提女课代表,或那位认真懂事的孩子就好...)
大学的任务是将想象力与经验融为一体。
有人认为人类对生活的热爱,来自对狭隘的物质舒适度的普通追求,这其实是对人类天性的诽谤。人类开拓创新的本能和很多其他方面的特质,都证明这种想法是错误的。
(了解了几百年来物理学的发展,阅读了千百年来人们关于教育的著作,即便是吸收一点点,也足以让生命不平凡吧。想来人和神话里的神仙或妖怪有点像,读书是一种修行,好的书就是一粒仙丹。)(年龄大才有资格成为mentor,想来也就有几年的光景。)
大学培养了文明的知识先驱---牧师、律师、政治家、医生、科学家和文学家。(注意,没有教师。)
我们只有通过特定的训练才能掌握必要的技能,而这类训练又会浇灭我们运用技能所必须的想象力。
大学的作用应该是帮助学生以富有想象力的方式获取知识。
@qiusir:课间,贯匀同学来办公室交流昨天课上提到的伽利略炮的问题,临走送我一张纸条,上面是一道磁聚焦题目的结论,说知道我喜欢蝴蝶……刚才,看到怀特海关于教育是帮学生以富有想象力的方式获取知识那段……
教育是为了帮助人们探索人生,科研则是探索知识。
你所研究的可能是古老的知识与真理,但必须将其与当下社会结合,以“新鲜”的方式传递给学生,就像是刚从海中捞出的海鲜一样。
对一个国家而言,真正重要的是将所有必须的元素紧密结合在一起。
(你的很大部分是被周围所定义的,如果要改变,除了自我调整,还应该跳出粪坑...)
(成功的运气表现在,成功是成功并连着成功。相反,失败可是失败串联着失败。)(在看到这句话,觉得可以改成:我们所见的成功并联着很多失败的成功;而所见到的失败,通常是串联着成功的失败。)
如今,哈佛引进了商学。这所学校能带给商学的礼物便是其古老的想象力,这是代代相传的薪火。
“她之公民,高贵威严,统领当代,睥睨古今。”
Alfred_North_Whitehead_in_1936


我们的目标,应该是让人们既拥有文化素养,也拥有某方面的专业知识。如此一来,他们便能以专业知识作为自我发展的基础,在文化素养的引领下,达到哲学的深度与艺术的高度。我们要记住,自我发展才是有价值的智力开发...

The Amins of Education 2018[?]

十二 01

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十一 23

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十一 10

The Physics of Everyday Phenomena

《物理学与生活》Griffith & Brosing 秦克诚译
The Physics of Everyday Phenomena A Conceptual Introduction to Physics 8th Edition
序言
如果试图很快学完本书,那么掌握的将只是词语和定义;如果能很好地理解所学的内容,那么少即是多。(Less is more)
1
物理学是基础科学
本书可以提升你欣赏日常现象的水平。
科学研究的最大奖赏,便是理解以前不理解的某件事情所带来的快乐和激动。不论是一位物理学家取得了重大的科学突破,还是一名自行车骑手懂得了彩虹怎样形成,概莫如此。
了解政治和政策争论问题背后的物理概念也会带来好处。
正如今天变暖速度的降低可能也反映了这些周期往复的下行阶段。应小心避开围绕这些短期效应的争论,长期效应才是最要紧的。
某人在你的工作成果中发现了重大错误或遗漏而对你进行尖刻的攻击,是对你将来更加细心的激励。不要指望一名孤独工作的人能想到一切可能的后果、各种另类的解释,或发现一个论据或理论中的潜在错误。科学的爆炸性发展极大地依赖于合作与交流。(数学史上,能起到关键作用的在某一个年代也就那么几个人...)
建立在他人工作基础上的,无须重复他人所犯错误和没有成果的劳动,是人类和科学进步的必要条件。
了解宇宙如何运行时德文兴奋感觉,是在任何层面上都能体验到的。在这一意义上,我们人人都是物理学家。
Greenhouse gases 温室气体 Classical physics 经典物理 Modern physics 现代物理 Mechanics 力学...

一、牛顿革命
牛顿理论的核心是第二运动定律。
2
运动的描述
我们感到不舒服的胃相应的是瞬时加速度。
free fall通称自由下落,不妥,下落是因为受地球重力,无所谓自由不自由,只是下落过程中未受到明显阻力罢了。改译无碍下落...
Instantaneous velocity瞬时速度 Uniform acceleration 匀加速度
3
落体运动和抛体运动
Galileo Galilei 是精确描述重力引起的加速度的第一人。(在地球上,百公里加速3秒以外的车可并不比自由落体快啊 )
“科学沿着伽利略的斜面,从天堂滑落人间。”
亚里士多德及其学生认为,实验并不是智力活动的一部分,纯粹的思辨和逻辑更为重要。
Acceleration due to gravity重力加速度 Trajectory 轨迹
4
牛顿运动定律:运动的解释
亚里士多德认为小球离手后,维持其运动的力是由小球周围的空气竞相填充小球刚才所在位置的真空提供的。
罗马帝国衰亡后,欧洲的思想家在几个世纪里只知道亚里士多德的部分著述。阿拉伯学者保存了译为阿拉伯文的亚里士多德的全部作品,直到12世纪这些作品才在欧洲再次面试。
虽然伽利略可能并未在比萨斜塔上往下扔过物体,但他的确做过落体实验,并主动发表过他的实验结果。
“一个物体将保持静止或保持匀速直线运动,除非有一个外加的力强迫它做出改变。”
质量是一个物体的惯性的量度,而惯性则是物体抵抗改变其运动状态的属性。
第三定律有时也称作作用与反作用原理。
一头学过点儿物理知识的倔骡对其驭手说让它拉套在身上的小车没什么作用。骡子争辩道:根据牛顿第三定律,它拉车拉得越辛苦,小车也向后拉它拉得越辛苦。因此,最终结果是白忙。谬误简单但不明显,小车的运动只受骡子谈到的两个力中的一个的影响。
Frictional forces 摩擦力 Normal force 法向力
5
圆周运动、行星和引力
加速度既可以是速度大小变会,又可以是速度方向的变化,还可以是二者的变化。
1609年伽利略将望远镜第一次指向天空。(木杆是人的第一个探索天空的仪器...)
哥白尼将太阳放在各颗行星的圆形轨道中心,而将地球降级为知识另一颗行星。哥白尼模型还要求地球绕一根穿过地心的轴自转---这样就解释了太阳和其他天体的周日运动。这一思想在当时是革命性的。
...它会不断下降,但同时地表也会下降。物体将进入一条环绕地球的圆形轨道中。牛顿的天才洞见是,月球在重力的作用下实际上在下落,就像抛体那样。
月球围绕地球公转的轨道要比行星围绕太阳的轨道更为复杂,因为地球和太阳这两个天体都会对月球施加强大的力。
太阳也会对月球施加一个力,这个力会使得月球的椭圆轨道发生形变,即使得月球和地球共同围绕太阳公转时,月球围绕地球真实运动的轨道会在椭圆路径的周围振荡。计算这些振荡的轨道让数学物理学家们忙碌了多年。
1958年发射斯普特尼克...
在靠近月球一侧,导致鼓出的原因是,月球对此处单位质量水体的引力要大于对地球其余部分单位质量的引力。这时出现高潮。在地球背离月球一侧,月球对地球单位质量的引力要大于对水体的引力,使得地球被拉得稍微远离水体,因此也会出现高潮。(这部分解释的不入费曼的观点,离心力更清楚)
新月或满月时,太阳、月球和地球呈直线排列,太阳对力的这种差异也有贡献,因此也会在地球的两侧导致鼓出,这一鼓出与月球产生的鼓出叠加,就形成了高高潮。
为什么这个周期是25小时而不是24小时?地球以24小时的周期自转,但在这段时间里,月球也在运动,很为它的环绕地球以27.3天为周期公转。因此,在一天内,月球移动的距离为其整个轨道距离的1/27,这使得月球再次与地球上的某点和太阳排成一条直线的时间稍大于1天,增加的时间是24小时的1/27...
Eclipse 月食 Ellipse 日食
6
能量和振动
功是能量传递的一种手段。
能量在牛顿的力学理论中并不扮演什么角色,直到19世纪,能量和能量转换才被提升到它今天的地位---我们理解世界的中心地位。
1hp=746W 马力与一匹马之间的关系值得怀疑,但将一匹铁马和一匹血肉之躯的活马做比较仍然有某种魅力。
势能一词的含义是存储待用的能量。
摩擦力做的功并不会增加系统的势能,相反却产生了热量,它要么将能量传出系统,要么增加系统在原子能阶上的内能。
能量是物理世界的货币;对能量记账的了解与科学和经济二者都有关联。对一个系统做功就是将能量入库。(能量和货币的类比不仅是流通上,单位上也是J,kWh,eV...)
竖直方向的弹簧振子避免了水平放置时的摩擦力...
Conservative forces 保守力 Conservation of energy 能量守恒 Simple harmonic motion 简谐振动 Restoring force回复力 Period 周期
7
动量和冲量
动量定理并不是一个新定律,而是牛顿第二定律的另一种表现形式。
F_{net}=\frac{d(mv)}{dt} 这种形式覆盖的情况的范围,比我们更熟悉的F=ma还要宽。
动量守恒要求动量相加构成一个三角形,而动能守恒则进一步规定了这个三角形是直角三角形。
Conservation of momentum 动量守恒 Perfectly inelastic collision 完全非弹性碰撞 Elastic collision 弹性碰撞 Partially inelastic collision 部分非弹性碰撞
8
固体的转动
认为直线运动和转动完全相似,将有助于我们更好地记住角位移、角速度和角加速度...
在直线运动中,质量代表对改变运动状态的惯性或抵抗。对于转动,需要一个新概念,即转动惯量,也称惯量矩。转动惯量是一个物体对改变其转动运动的抵抗。转动惯量是一个物体对改变其转动运动的抵抗。转动惯量与物体的质量有关,但还取决于对于转轴如何分布。
若作用在一个系统上的净转矩为零,则该系统的总角动量守恒。(总不用,总不考...也就忘了。)
角速度矢量的方向满足右旋,拇指方向...
Moment of inertia 转动惯量 I=mr^2 Angular momentum 角动量 L=I\omega L=rmvsin\theta
(关于超重失重的理解,是weightless not gravity less)
(角动量与动量的关系,就如力矩与力的关系。)
惯性 m||I(mr^2)
位移 x=v_0t+\frac{1}{2}at^2||\theta=\omega_0t+\frac{1}{2}\alpha t^2
牛二 F_{net}=ma||\tau_{net}=I\omega
动量 p=mv||L=I\omega
动能 \frac{1}{2}=mv^2||\frac{1}{2}I\omega^2

二、流体的行为和热学
法国科学家和工程师卡诺在1820年前后发展了一个热机理论,但是卡诺理论提出的问题比它回答的问题更多。
9流体的行为
平均压强
海平面的大气压约100kPa。生活在这个空气海洋的底部,我们的身体的每平方厘米上承受的压力约为10.13N。为什么你没有注意到这个力?这是因为流体渗透了你的身体,它反过来向外推---内部压力和外部压力实质上相等。
气压降低表明暴风雨即将来临。
热气球通过加热器来调节气球内空气的密度,进而控制气球的上升或下降。
1738年丹尼尔·伯努利发表了一篇关于流体力学的文章。伯努利原理是将能量守恒应用于流体流动的直接结果。
运动流体的压强与单位体积的动能之和必定保持不变P+\frac{1}{2}\rho v^2=cons.
Density 密度 Archimedes' principle
10
温度和热量
直到19世纪中叶,当热力学定律得到发展之后,人们才真正搞清楚热量和温度有什么不同。
PT等容变化时,所有直线都在-273.15℃处与温度轴相交。
温度这个量告诉我们热量往那个方向流动。
PV=NkTN是气体中的分子数,k是玻尔兹曼常数(气体常数R是玻尔兹曼常量k乘上阿伏伽德罗常量NA。)(1开尔文定义为“对应玻尔兹曼常数为1.380649\times 10^{-23}J/K的热力学温度” 。新的定义于2019年5月20日起正式生效。)
你会感觉到金属要比木头冷。由于这两个物体的最初温度相同,因此这种感觉上的差异在于两种材料的热导率而非它们的温度。
传导需要经过介质,对流需要介质携带热量运动,而辐射却能在真空(譬如被抽成真空的热水瓶)中进行。真空的四壁镀有银层,它可以将辐射降低到极小。由于银层反射而非吸收电磁波,因此减少了进入或流出热水瓶的能流。
普通的黑色路面,尤其是混有碎石的沥青路面,是有效的电磁波辐射源。路面将能量辐射到天空,使路面与周围的空气相比冷却得更快。身子在气温高于冰点时,沥青路面的温度会降低到冰点以下,形成结冰条件。
黑色材料既能在夏季吸收更多的太阳能,又在冬季损失更多的热量。黑色屋顶看起来好看,但它不死节能的最佳颜色。要使得你的家冬暖夏凉,颜色较浅的屋顶更为有效。
温室是一个能量陷阱。
Ideal gas 理想气体 Greenhouse effect 温室效应
11
热机和热力学第二定律
典型汽车发动机的效率小于30%时,会浪费大量的能量。我们能够实现的最佳效率是多大?卡诺预测:一部热机的最大效率将会在以下情况下得到:全部输入热量在单个高温下进入热机,所有未用的热量在单个低温度下从热机排出。
①等温膨胀,热量在某个高温下流入气缸,气体膨胀做功;②绝热膨胀;③等温压缩,热量在某个低温下从气缸流出;④绝热压缩,让流体回到最初状态。这四步都必须缓慢进行,以便使流体在所有时刻都近似处于平衡状态。这时完整的过程是可逆的,这就是卡诺机的一个决定性的特征。e_c=\frac{T_H-T_C}{T_H}
把鸡蛋打到锅中并煎熟它,是不可逆过程的另一个例子。
开尔文结合卡诺的想法与热流是能量的传输这个新认识,提出了一个普遍原理:不可能存在一台不断循环工作的热机,能够从某个温度的热源得到热量,并将此热量完全转换为功。换句话说,任何热机的效率都不可能达到1。
在两个给定的温度之间工作的热机,没有哪台的效率能够比工作在同样温度之间的卡诺热机效率更高。这一证明包括了卡诺循环的可逆性,它表明卡诺的主张是正确的。
如果某台热机的效率比工作在同样两个温度之间的卡诺机的效率更高,那么就违背了热力学第二定律。
一台效率比卡诺机高的热机,在同样的输入热量下将比卡诺机做更多的功,这个功的一部分用来逆向运行卡诺机,将它释放的热量送回高温热库。剩余的功可用于外部,并且没有热量落入低温热库。两台热机协同工作,将从高温热库取得少量热量,将它全部转换为功。这就违背了热力学第二定律。因此,没有哪台热机的效率能比工作在这两个热库之间的卡诺机的效率更高。因此,卡诺效率有时也称为第二定律效率
热力学第二定律不能用逻辑方法证明。它是一条自然定律,就我们所知,它是不能违背的。它对使用热能做什么事设定了限制。(牛顿第一定律不能被证明...)
如果用200J的功从低温热库移出300J的热量,那么交给高温热库的将是500J热量。
对热泵做功允许我们将热能输送到与其自然倾向相反的方向,就像水泵引水上山那样。
克劳修斯:热量不会从较冷的物体流向较暖的物体,除非有某个其他过程参与。

如果热量能够从低温热库流向高温热库而无序做任何功,热机排放的热量就能流回高温热库。于是就能从高温热库取出一些热量,并把它全部转换为功,而不必将热量加入低温热库。从而违背了热力学第二定律的开尔文表述。

熵是描写这一损失的程度的量。随着熵的增加,我们失去做功的能力。有时将熵定义为系统无序的测度。只要系统的无序或无规律性增加,系统的熵变会增加。从这个意义上,一个被分为两个不同温度的热库的系统,要比能量都在某个中间温度的系统更有组织性。
宇宙或一个孤立系统的熵只能增大或保持不变,而不能减小。
如果热量能够自动地从较冷的物体流向较热的物体,那么宇宙的熵将会减少---但热力学第二定律的克劳修斯表述称这不可能发生。同样,如果单一温度下的热量能够全部转换为功,那么宇宙的熵也会减小,但这违背了第二定律的开尔文表述。
如果所有的分子都朝向同一方向运动,那么我们就能够将它们的动能全部转换为功,这将是一种低熵的情况,但它不代表气体中热能的正常情况。热能的无序性是使得热力学第二定律的三种表述存在限制的原因。
只有以功的形式引入能量将事物再次整理好,才能对抗熵的增大这一自然倾向。
电动机工作的效率为90%或更大,因为它们不是热机。当然,起初发电的效率可能要低得多。
虽然物理学家认为不可能存在这样的发动机,但这并不能阻止一些发明家提出它们。
违背热力学第二定律但并不违背第一定律的发动机更为玄妙。
如果两个热库的温差不大,那么运行在这两个热库之间的任何热机的效率将是相当低的。在给定温差下任何声称效率高于卡诺效率的话也违背了热力学第二定律。
Carnot engine 卡诺机 Carnot efficiency 卡诺效率

三、电学和磁学
物理学中没有哪个领域对我们生活方式的影响比电学和磁学更大。
1800年意大利科学家伏打Volta发明了电池。伏打的发明源自一位意大利医生Galvani称之为生物电的效应。
电池的发明导致奥斯特发现了电流磁效应。1865年,苏格兰物理学家Maxwell发表了电场和磁场的综合理论。
12
静电现象
我们关于正电和负电,是富兰克林在1750年前后随意规定,玻璃棒和丝织物摩擦后,玻璃棒上带的电荷为正电荷。
超距作用
电场的概念由苏格兰物理学家麦克斯韦在1865年前后作为其取得巨大成功的电磁理论的一部分正式引入。法拉第在麦克斯韦之前曾非正式地使用过这一概念。法拉第提出了一种今天我们称之为场线的概念,并将它作为想象电效应和磁效应的一个辅助工具。
静电力是一个保守力,它的意思是我们能够定义静电势能。
由某种绝缘材料如空气隔开的两块金属板是存储电荷的一种有用手段。(重点中学对于有些学生而言,是负电荷进入了正电荷的高电位...)
Conductor 导体 Insulator 绝缘体 Semiconductor 半导体 Voltage 电压 Induction 感应
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电路
德国物理学家Georg Ohm
包含电动势的等式则应用于整个电路或回路,有时称之为回路方程。
电池仍有电动势(几乎为1.5伏),但是内阻已经如此之大,它再也不能像一个外部元件如灯泡给出可以觉察的电流...电池的状态更多地由其内阻描述,而不由其电动势描述。(多么像一个有雄心的老人呢)
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磁体和电磁学
奥斯特以前也曾将罗盘置于一根载有电流的导线附近,但未发现任何效应。其他科学家也曾寻找过类似效应,但未获成功,因此奥斯特课上罗盘指针偏转是出乎意料的。奥斯特不想在学生面前出洋相。但他发现,罗盘指针会发生一些可重复的效应,条件是电流足够强并且导线和罗盘处于一定的方位。
即使罗盘到导线的距离只有几厘米,也需要几安培的电流才能让罗盘指针有较大的偏转。早期的电池无法产生大电流的限制和这一效应的出乎意料的方向,可能是延误其发现时间的原因。
电流回路是一个磁偶极子,因为它的磁场与我们更熟悉的偶极子条形磁体的磁场一样。
是随时间变化的磁效应才能感应出电流,而不是磁体或电流的稳态存在感应出电流。
穿过一个线圈的总磁通量等于线圈的匝数乘以穿过每一匝线圈的磁通量,线圈匝数越多,感应电压越大。(这一点和我们不同。)
法拉第1831年首次发表了其在电磁感应发面的成果。一年后,当时在普林斯顿大学工作的亨利报道了一个相关的效应。亨利更细致地探索了这一现象...亨利发现了自感应。
美国最初的配电系统是爱迪生1882年微纽约市部分地区设计的110V直流系统。
人们也偶尔用直流电来远距离传输电能,因为它不辐射电磁波而损失能量。辐射是交流电的弱点之一。交流电振荡时,电源起天线的作用,辐射电磁波。
Generator 发电机 Galvanometer 检流计GALV

四、波动和光学
与牛顿同时期的荷兰人惠更斯通过假设光是一种波,成功解释了牛顿讨论的反射、折射、散射等现象。在随后的一百年里,这两种观点相互竞争,但牛顿的显赫声名使得粒子观点更为流行。
1800年,英国的内科医生托马斯·杨做了著名的双缝实验...以后的50年里,物理学家和数学家给出了波的行为的详细数学描述,成功地解释了光的干涉的许多新特征。1865年,麦克斯韦预言了波速为光速的电磁波的存在。(wave+paticle=wavicle)
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波的形成
运动的是介质中扰动,它可以是一个局部变化,它可以是一个局部压缩、一个侧移,或介质状态的某个局部变化。扰动以某个确定的速度运动,而该速度由介质的性质决定。
脉冲波在钢弹簧上比塑料弹簧上进行得慢,因为对于给定长度的弹簧,弹簧的质量要比塑料弹簧的质量大。(钢弹簧的弹力是不是也大?)
在浮标的中心是一块较长的磁体,它通过栓链拴在海底,因此不能上下移动。浮标的浮动部分包括磁体外围的一个大线圈。当波浪经过浮标时线圈上下运动。
如果波是一个更长的周期波,那么反射波与输入波发生干涉,因此生成的图样会很复杂。
由于两个波节之间的距离是发生干涉产生驻波的波的波长的一半,因此这时发生的干涉的波的波长必定是弦长的两倍。
这个最简单的驻波称为基波或一次谐波。基波的频率是f=\frac{v}{\lambda}=\frac{v}{2L}
在吉他上,我们可以通过压弦来改变有效弦长。缩短的有效弦长会产生更高的频率...
更高的张力会导致更高的波速,进而导致更高的频率。拉紧吉他上的调音琴栓很容易证实这一点。反之,更粗的琴弦则产生更低的波速和更低的频率。钢弦吉他或钢琴上的低音琴弦是用更细线绕在一根心线外制成的,它有着更大的单位长度质量。
在琴弦中点附近产生虚影,这里的振幅最大。
能在一端开口的管子中出现最简单的驻波...封闭端有一个波节,而在开口端附近有一个波腹...波长是管长的4倍。
饮料瓶或乐器实际产生的声音,通常是各个谐波的合成音,合成音决定了所生成的声波的音色或丰度。
Harmonic wave 谐波 Standing wave 驻波
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光和颜色
虽然麦克斯韦在1865年预测了电磁波的存在,但产生和检测电磁波的第一个实验及实验电路是赫兹在1888年完成的。
大气中带电粒子反射的无线电波,可与发射机直接发射的无线电波发生干涉,使广播信号一会变强一会变弱...
锥状细胞集中在视网膜中心附近的一个成为中央凹的区域里,日光下的视觉和颜色视觉是由它们产生的。杆状细胞分布在整个视网膜上,它们产生夜晚的视觉和周边视觉。杆状细胞不提供任何有关颜色的信息,因此我们在晚上或其他低照度条件下时色盲。
波长580nm的光对M锥形细胞和L锥形细胞的刺激都很强,我们将这种颜色的光认定为黄色光,但是,红色光和绿色光的混合光也产生类似的响应,我们也会感觉这种混合光是黄色光。
(瑞利散射适用于尺寸远小于光波长的微小颗粒)(当光子打到直径大于自己的粒子时,会与其碰撞,导致行径方向偏折。其中多数的光子,都是发生弹性碰撞,故散射出来的光子,跟射入前的光子,波长、频率与能量相同,称为瑞利散射。然而,有一小部分散射的光子(约千万分之一)和介质分子之间发生非弹性碰撞,出现能量交换,故散射后的波长、频率与能量会产生变化,称为拉曼散射。)

被散射的粒子小于光的波长时,瑞利散射随波长迅速变化,较短波长的散射比较长波长的散射的效率更高。
我们可以将气体分子想象为微小的天线。由于气体分子是由带电粒子组成,当电磁波射入到分子上时,电荷将会以这个波的频率振动。正像振荡的电流产生无线电波那样,散射的光波是由气体分子中的振荡电流产生的。当波的波长与无线电的尺寸近似相同时,这个过程的效率最高。由于气体分子的大小仅为几个纳米,而可见光的波长为几百纳米,因此散射过程的效率不高。不过,最短的波长---可见光谱蓝色区域中的波长的效率要更高一些。
由于太阳光的光谱中含有的蓝色光要比紫色光多,而且眼睛对蓝色波长的响应要比最对紫色波长的响应强烈,因此我们认出的颜色是蓝色。

(前天doodle是高锟的介绍,之前有过天空为什么是蓝的[?])
为什么日落或日出时太阳光看起来是橙色或红色的?在日落时,太阳直射的光束穿过地球大气所走的距离,要比中午时长得多,由于蓝色光和中间波长的光与红色光相比,会以更高的效率被散射到光束之外,直射的光束中剩下的便主要是红色波长。太阳越接近地平线,就显得越红。
较大的粒子如云层中的水滴也能产生散射。水滴的大小通常大禹可见光的波长,这时,散射的强度与波长的关系不大。因此,从云层中散射的光呈白色或灰色。所有波长都被等同地散射,得出的颜色与阳光相同,知识强度变弱。
衍射效应能限制我们的视觉灵敏度。由于衍射,小瞳孔将来自点状物体的光散开为一些更大的模糊的圆。我们看清细节的能力在较低的光强下可能会得到改善,因为这时允许有较大的瞳孔。
我们远望星星时,也会看到瞳孔所产生的衍射效应。星星看起来不是一个点,而常常像是具有从中心射出的光刺。这些光刺是由孔径的直边的衍射产生的。这些直边产生的衍射效应更像单缝衍射,而不像圆孔衍射。
虽然干涉和衍射有时可以互用,但我们通常提到分开的狭缝或开孔的效应说是干涉,而在提到单个开孔的效应时则说衍射。
衍射是来自同一开孔不同部分的光波的干涉。
与水平面成37°角入射到水面的偏振光,反射波完全被平行于水面的电场偏振。(布儒斯特角,tan\theta=\frac{3}{4}
通过方解石看看条纹,直线数加倍,双折射 Biregringece
Thin-film interference 薄膜干涉
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光和成像
在几何光学中,我们使用垂直于光波波前的光线来表述光的行为。
(彩虹的原理)
眼睛实际上包含两个凸透镜,一个是角膜,它是一个弯曲的膜片,构成眼睛的前表面;另一个是依附在眼肌上的调焦晶状体。光的弯折绝大部分发生在角膜上。调焦晶体更多地起到微调作用。
虽然视网膜上的像是倒立的,但我们的大脑会将它解释为正立的。有趣的是,如果给人们配一幅倒转镜戴着,将视网膜上的像变成正立的,那么他们最初看物体时会觉得物体是倒立的,但经大脑调整一段时间后,看到的物体会是正立的。
由于视网膜上像的大小与物体对眼睛所张成的角度成正比,因此我们说让物体更靠近眼睛会放大角度。能让物体靠得多近受到眼睛的聚焦能力的限制。
由于制造和实际支撑大反射镜面要比制造和支撑大透镜更为容易,因此在大多数天文望远镜中使用的是凹面镜。
观剧镜是大地望远镜的一种简单形式...
屈光度是透镜处于空气中焦距的导数,焦距越短,折光能力越强。
Positive lens 凸透镜,正透镜 Negative 凹透镜,负透镜(计算过程中f正负也是)

五、原子核原子核
18
原子的结构
炼金术士通常沉迷在从普通的金属炼出黄金的虚妄中。
法国化学家拉瓦锡发现,在化学反应过程中,反应的物质总质量与生成物的总质量是守恒的。(在法国大革命时期被砍掉头颅。)他的发现很快被英国化学家道尔顿的另一个重要成果接续上。
门捷列夫 1869年元素周期表 1896法国科学家贝克勒尔发现了天然放射性。
中国采用的是PAL制式,美妙25帧,每帧625行,扫描方式是隔行扫描。
1908年卢瑟福和助手Royds确定α射线是被剥离了电子的氦原子:将少量镭样品放到一个管壁很薄的管子中,再将管子封装在换一个大一些的管子里。α粒子可以逃出薄壁的管子,但无法挑出较大的管子。较大的管子中含有两个电极,累积的α粒子气体产生了辉光放电。辉光放电的颜色是氦特有的颜色,而最初管子中却不存在氦。
卢瑟福很快认识到α粒子将成为研究原子结构的有效探针。1911年,卢瑟福发表了对盖革和马斯登的α散射实验的分析结果。
波尔的功绩是把所有这些思想---原子核的返现、关于电子的知识,氢光谱中的规律,以及普朗克和爱因斯坦的新量子观---整合为一个新原子模型。
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原子核和核能
我们关于原子核知识的发展过程是20世纪科学领域最迷人的故事之一。
有段时间物理学家认为还有电子出现在原子核中,以部分中和额外的质子电荷。
被约束在原子核内很小区域中的电子的能量,必定远远大禹放射性衰变中作为β射线射出的电子的能量。
查德威克对中子的发现解决了原子核的基本构建基石问题:如果原子核由中子和质子组成,那么我们就既能解释它的电荷,又能解释它的质量。
中子的发现还解开了另一个谜团,人们已知同一元素的原子核的质量可以由不同值。
中子提供了探测原子核结构的一个强有力的新探针。由于中子不带电,因此它能打进原子核并重新排列和原子核。而质子和α离子都带正电,因此受到同样带正电的原子核的排斥。

烟雾报警器是利用粒子(氦核)的一个特性巧妙设计的...如果空气中充满了烟雾粒子,那么粒子失去能量的速度要快得多,根本就飞不了多长距离...烟雾报警器里有一个粒子源,镅241(自然界没有镅稳定的同位素,烟雾报警器中使用的镅都是在核反应堆中产生的)。当粒子轰击氧气分子和氮气分子时,他们将电子从这些分子中打出来,是分子电离...
烟雾报警器定期更换电池十分必要。当电路中有电流时,一切正常。但是,如果空气中有烟尘粒子,那么电流就会减小,触发警报。电流减小既是因为粒子被烟雾粒子吸收而不能产生许多离子,也是因为烟雾粒子与出现的离子相互作用,给出电子,使粒子又回到电中性状态。

虽然单词反应释放的能量看起来很少,但它已是一次化学反应中释放的典型能量的100万倍左右。
意大利物理学家费米是最早探索中子产生核反应的潜在可能的先行者之一,他在1932年至1934年的一些列实验中试图找到新的重元素,当时已知质量数和原子序数最大的是铀。
1938年,德国科学家哈恩和斯特拉斯曼从用低能中子轰击过的铀样品中分离出钡,钡的原子序数56...哪种反应能从铀中产生钡...1939年,波尔在丹麦与迈特钠和弗里施讨论...他认为有关铀的同位素应该是铀235,波尔后来流亡到美国,并把这一想法告诉了不断壮大的核科学研究人员。
尽管爱因斯坦的主要兴趣并不是原子核物理学,但他是全球公认的一位卓越理论家,因此爱因斯坦的一些同事说服他出面给罗斯福总统写了一封信...不久后,曼哈顿计划启动...
科学家在战争结束前成功地分离出了几公斤的铀235,但仅够一颗原子弹使用。
1942年,费米和其合作者在芝加哥大学实现了首次受控的链式反应。
20世纪70年代,科学家认为到90年代会出现能工作的聚变反应堆,这一估计过于乐观。现在看来,这一目标在21世纪初还不太可能实现。(懒着搜相关国产新闻)
冷聚变(高温超导)
Chain reaction 链式反应 Half-life 半衰期 Antiparticle 反粒子
六、相对论及其他
近代物理学中的一些最迷人的概念,要与日常经验联系在一起会更困难...爱因斯坦的相对论...让我们重新思考空间和时间这些基本概念;量子力学的发展及其在原子核物理中的应用,产生了一些远离我们日常经验的研究领域。
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相对论及其他
我们总是相对于我们预期会保持静止的物体来测量我们自身的运动。
如果我们想象自己和一束光一起运动...
物理定律在任何惯性参考系中都是相同的,这个原理意味着,我们不能通过做物理实验来判断我们的参考系是否在运动。
...增加由参考系的加速度引起虚拟力或惯性力,我们有时说的转动参考系中感觉到的离心力,就是这样的一个虚拟力...因为它不是从受力物体与任何其他物体的相互作用得出的。换句话说,它不服从牛顿第三定律,它的出现仅仅是因为参考系的加速度。
我们的问题显然来自不可能建立一个绝对静止的参考系。
(看《理查德朱维尔的哀歌》,被总是以善意揣测包括满怀恶意的FBI探员的小保安气得差点把遥控器摔了,一个人在楼上大骂...)
(常听人说,越努力越好运,难道这就是我们努力的目的?那种甘愿跟随天赋尝尽人间疾苦的勇气呢?努力是超越自我,即使常有越努力越绝望的体验。)
迈克尔逊-莫雷的实验未能得到预期的结果,反倒是一个重要的结果。那时爱因斯坦还只是个孩子,他在开始研究相对论时并不熟悉实验结果,但他清楚地知道关于以太是否存在的争论。
如果光速不能像普通的速度那样相加,那么不同的观测者测量空间和时间必定会有一些问题。即光速对于所有观测者都相同,那么就必须放弃时间和空间对所有观测者都相同的观点。
地球上的观测者看到光束以同样的速度走了一段比飞船中的观测者测量更常的距离...因此所用的时间更常。
{(c\frac{t}{2})}^2-{(v\frac{t}{2})}^2={(c\frac{t_0}{2})}^2
在不同的参考系中,时间流逝的快慢不同。
宇航员测量的本征时间t_0,测得光速在飞行时间里飞船所走的距离为L=vt_0;同理,地球上的观测者得到的L_0=vt...由于时间膨胀了,我们看到静止的长度L_0必定大于飞船中观测者的长度L

对不同的观测者,不论他们怎样相对运动,光速的数值都相同,那么我们就必须放弃某些惯常的空间和时间观。用光速作为时间测量的标准,我们发现两个事件之间的时间,以看到这两个事件发生在空间同一点的观测者测量的为最短,其他观测者测得的时间都有延缓。此外,相对待测距离运动的观测者,测得的距离是收缩长度。不同观测者甚至对两个事件是否同时发生都不一致。

不可能将一个参考系的加速度同引力效应区分开来。
在广义相对论中,我们还发现,加速运动的时钟,走得比不加速运动的时钟更慢。根据等效原理,我们还预测了强引力场中的时钟要比弱引力场中的时钟走得慢。引力红移。
Rest energy 静止能量 Red shift 红移

21日常现象深入研究
科学最令人感兴趣的一方面是,我们永远不了解它会把我们引向何方。就像一个好的谜语,有线索,有提示,但答案就是无法确定。(人生大概如此?)
正电子发现有1932年,英国物理学家狄拉克在理论基础上预测其存在后不久就被人们发现。
夸克粒子永远不会单个出现,它总是与其他夸克粒子组合成团。
希格斯玻色子是在1964年首次预测的,有了它,标准模型才会完整,其作用是作为夸克和其他粒子之间相互作用的媒介,从而为这些粒子赋予质量。
粒子物理学标准模型的主要成就之一是,它统一了弱作用力和电磁力。这两个力现在可视为同一个基本力电弱力的不同表示。麦克斯韦的电磁理论早期曾统一了两个貌似独立的力---电力和磁力,将它们统一为电磁力。
也许我们应该说,只有三种基本作用力:强作用力、电弱力和引力。
在大爆炸的最早阶段(开始后1微秒),所有我们今天看到的物质都在一个极热的夸克海中。随着膨胀的进行,物质冷却并凝结。夸克凝结为介子和重子,包括中子和质子。大爆炸开始后的几分钟,质子和中子可能会聚合为原子核,主要是氢和氦的同位素。
空穴表明缺少一个电子,但这些空穴也能在材料中迁移。一个运动的空穴的行为就像是一个带正电的载流子,因为不论它去到哪里,都会带上去一个多余的正电荷。
二极管(单向导电性)由一块p型半导体与一块n型半导体连接而成,彼此之间形成一个结。如果电池正极与p型半导体材料连接而负极与n型半导体连接,那么材料中带正电的空穴就会推向与n型材料形成的结,它们在那里可以与电子结合。于是就有电流流过。
超导体可以完全阻止外部磁场或电流产生的磁感线进入其中。
(关于人的固执,从一道物理题中就很有感触,而在三观上,考虑到人基本不变的环境和那有限的思维生命,改变就成了永恒的但结果确实徒劳的,一开始就定了一样。)
此前就出现了全息图这一概念,但第一张良好的全息图是20世纪60年代早期激光器发明后才得到的。全息图是一幅关涉图样,它由物体反射的光波和来自激光器的另一光波相加而成。激光器是高度相干的光源,其产生的波列要比普通光源产生的波列长得多,因为普通光源产生的是短而不相干的光脉冲。
Hadron 强子 Meson 介子 Weak nuclear force弱核力 Superfluid 超流体 Hologram 全息图 Critical temperature 临界温度

夸克是由介子和重子组成,介子和重子包含质子和中子,电子是轻子...
宇宙之初,物质和能量并不以分离的形式存在(光子的碰撞会产生亚原子粒子---物质)。

十一 09

立冬那天,先是下小雨,然后是霰,在家的我还特地打开了遮雨棚...

2021 snow shenyang

(为了拍倒影,趟着很厚的雪到对岸,相比男单和女单,特别选了有这两位大叔的。)

今冬这第一场雪就连下了两天,先是串休一天,然后网课一天,家人叮嘱不要乱跑,要是了解我的话,这算是提醒了...留意了一下,这种天气能出来的都是哪些人呢。桥下篮球场,几位大叔打球,旁边有位在跑步;足球场里,独自踢球的少年和拿着相机的大叔隔着铁丝网不知在说什么;小广场上,常来跳舞的那位女士带着音响,一会来了几位跳像是街舞的广场舞;有老两口跟着我的脚印也来拍那结满红果的树...最有瘾的,如果不是河边背着渔具急行的钓客,就是路边那群穿着粉艳的拍照大妈们了。当然,偶有带孩子出来玩雪的,也有遛大型犬的,至于拍客,还有两位带相机的女士,我呢,揣着手机采风...

@qiusir:雪岸边,斜背渔具急行的大叔像是位行侠的剑客;积雪荒原,揣只手机独觅风景的我,像是只饥饿的野狗哈哈哈...

2021-11

一直在想,怎么能更清楚了地说明沈阳这两天的雪很大呢?话说,阳台上的雪很厚,无处堆放;大雪压青松,青松无奈也断臂求生了;遮雨棚被雪压塌了,也听路人说塑料大棚都塌了;全市中小学少有的不是因为疫情停课;汽车打滑,连环追尾,道路瘫痪;商家门前都堆了雪人;公园里的雪过膝盖了,走起来很吃力,想起小时候在沟里生活,大人外出砍柴要用到绑腿;很蓬松,很黏,这雪竟然很白;比2007年的那场雪量要大...

今年长白岛这爆发过禽流感,上一批水鸟的被就地...这次再看到新的它们,感受很特别,雪天看这些黑天鹅想起冬天在动物园看狼的经历...

2021 snow shenyang

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2021 snow shenyang

大雪的这两天过得挺过瘾,上午出去一趟,上完课午休,下午再出去看看。还随手拍了白鹅、鸳鸯、树叶和倒影等,除了拍黑天鹅,就喜欢拍这种小的红的果子了,两者都有一点红~~~

2021 snow shenyang

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2021 snow shenyang

@qiuir:一早看遮雨棚塌了,好在阳台的门还能推开...
@qiuir:这种天怎么能宅在家里。楼下邻居带孩子清理车上的积雪,保洁们早在忙碌。
@qiuir:散步的两位跟着我的脚印也找到这,老汉还提醒老太等我拍完再照。
@qiuir:大雪天果断登上号称有蛇的小岛。
@qiuir:杏黄的叶子砂糖的雪...
@qiuir:莫名地感受这些雪很享受、很踏实地坐着,而这些凳子,平日里人们也只是借用一下。
@qiuir:亲尝了几个,现在舌头还有点涩。看来是不应该和鸟抢食啊。
@qiuir:明天竟然恢复线下课了?!大雪天看黑天鹅很带感~~~

·(2007)沈阳的今天是“后天”[?]