如何學好中學物理

作者序　細推物理須行樂 

第一篇　學習方法 

第1章  打破學習物理的迷思 
第2章  正確學習高中物理的具體方法 
第3章  解決學習高中物理的問題 
第4章  我該如何準備學測與指考？ 

第二篇　主題攻略 

第5章　認識高中物理的課程內容 
第6章　運動學 
6-1  直線運動 
6-2  平面拋體運動 
6-3  週期運動──等速率圓周運動 
6-4  週期運動──簡諧運動 
第7章　力學 
7-1  靜力學 
7-2  牛頓運動定律 
7-3  質心運動與動量守恆 
7-4  萬有引力 
7-5  轉動與角動量守恆 
7-6  流體的性質 
第8章　能量 
8-1  功與動能 
8-2  位能與力學能守恆定律 
8-3  碰撞 
8-4  熱學 
第9章　波動與聲音 
9-1  波動 
9-2  聲波 
第10章　光學 
10-1  幾何光學：光的反射與折射 
10-2  物理光學：光的干涉與繞射 
10-3  光通量與照度 
第11章　電磁學 
11-1  靜電學 
11-2  電流與電阻 
11-3  磁場與電流磁效應 
11-4  電磁感應 
第12章　近代物理學 
第13章　宇宙學簡介 
第14章　現代科技 

附錄   99課綱學測自然考科命題方向

作者序

細推物理須行樂－－從諾貝爾獎與天下雜誌的調查談起

　　2010年11月中旬的的臺灣可說很「諾貝爾」，因為有兩位諾貝爾獎得主造訪臺灣，一位是10月剛出爐的2010年物理獎得主諾墨瑟羅夫，另一位則是「威而鋼之父」諾貝爾醫學獎得主穆拉德。

　　媒體報導，2010年諾貝爾物理獎頒給諾墨瑟羅夫和他的老師蓋姆，表揚他們在石墨烯材料物理上的貢獻。這對師徒的得獎理由是用透明膠帶把石墨一層層分離，直到只剩單一原子厚度，就是石墨烯，這是目前世界上最薄、最堅韌的奈米材料。

　　為什麼會想到用透明膠帶這麼「不稱頭」的實驗工具？諾墨瑟羅夫說，起因於蓋姆實驗團隊的「週五夜實驗」（Friday evening experiments）。有別於平日正經八百的研究，這個實驗時間鼓勵天馬行空，唯一的規則是：不准用複雜精密的實驗器材，只能赤手空拳或用最簡單的工具。

　　在座談會中，清華大學的學生問他對青年學子有什麼建議？他說：「對你研究的題目要有高度興趣。」「我們對任何事都抱持好奇心，重要的是它要有趣」，諾墨瑟羅夫再三強調「我不是工作狂，我樂在其中」，來闡述他們不是在做科學，而是在做興趣，他大部分時間待在實驗室裡，例如用膠帶剝離石墨的方法也是在「週五夜實驗」進行的，但它不是最瘋狂的實驗。蓋姆曾經把一隻青蛙丟到磁場中，克服重力變成「磁浮青蛙」，這個實驗曾為他拿下了一座「搞笑諾貝爾獎」。

　　人稱「威而鋼之父」的諾貝爾醫學獎得主穆拉德在大學演講中，回答學生的問題時說：「人生若沒有失敗，有問題的可能是你！」他鼓勵學生勇於嘗試，不要怕失敗。

　　當學生請教穆拉德：「臺灣學生升學壓力大、考試多，常被要求依照老師的想法去做，在這樣的教育體系下，臺灣學生有可能獲得諾貝爾獎嗎？」穆拉德表示，亞洲國家學生尊師重道的態度令人印象深刻，但在這樣教育方式下，「請隨時提醒自己要勇於質疑，挑戰權威！」

　　穆拉德建議，雖是遵循規矩，但並沒有禁止學生運用想像力、擁有不同的想法；他提醒學子　們，進入一個領域，一定要因為是「想要做，享受中間的過程，有絕對的興趣」，而不是為了想賺錢、得獎或想要名利才做。

　　諾墨瑟羅夫和穆拉德對臺灣學生的建議重點，可以歸納為「培養興趣，以興趣做研究，從研究中得到興趣」。兩位重量級大師的看法，於我心有戚戚焉，從事工作或是學習，興趣最重要，「寓學於樂」才能可長可久，這正驗證古人所說的：「知之者不如好之者，好之者不如樂之者。」

　　對照諾貝爾獎得主來訪的新聞，天下雜誌在11月16日公布「2010年中學生科學教育大調查」，發現臺灣國中生最不喜歡的科學學科是「數學」，高中生最不愛「化學與物理」，近四成學生表示「都沒做過」科學實驗，顯示臺灣科學教育實作太少。

　　調查也發現，近七成中學生表示喜歡科學，但中學生的科學教育仍以書本傳授為主，缺乏「動手做」的機會，僵化的教學模式，使得原本有趣有用的科學，變得沉悶無聊，臺灣科學教育並未符合學生希望「動手做」的期待。

　　這一則以中學生為調查對象的新聞，確實值得我們深思，尤其是在中學服務的科學教師，孩子的心聲我們聽到了。當我與北一女的自然科同事分享這則新聞報導時，同事們都能「摸著心肝，問心無愧」說：「我們都按照課綱課程安排學生動手做實驗。」因為「實驗教學」是我們科學教育重要的一環。

　　呼應天下雜誌的調查結果，如果對高中學生作問卷調查：「你覺得學習高中的課程，哪一科目對你最困難？」我想填寫「物理」的人數可能不少吧！

　　談到「物理」，確實很多人的反應是「物理好難」，物理是不是真的讓人退避三舍、敬而遠之？我想這個話題與中學的教材和教師的教法有關，當然也與學生的學習方法、態度、思路與格局有關。

　　前面提到，諾貝爾獎得主諾墨瑟羅夫和穆拉德鼓勵臺灣學生「培養興趣，以興趣做研究，從研究中得到興趣」，同樣是諾貝爾物理獎得主的李政道先生，在勉勵青年學子的專題演講中，也常引用杜甫的詩句「細推物理須行樂，何用浮名絆此身」來勉勵學子。他解釋說：「世界上除了真空外，都是由物質構成，物理就是萬物之理，研究物理最基本的精神就是細推，細就是細微的觀察和實驗，推就是數學的邏輯演繹和推理，仔細的推敲萬物的道理，就是物理學的內容。」

　　李政道先生把「細推物理須行樂，何用浮名絆此身」當作一生做人做事的準則，仔細推敲萬事萬物的道理，從事讓自己快樂的事，絕不為世間的浮名所牽絆。誠哉斯言，這是學習物理學的大格局。

　　這幾年的10月到11月，我以感恩與回饋的心回到母校臺灣師大，協助科學教育中心培訓科學奧林匹亞的國手，我的任務就是帶著六位國手討論與演練物理題目，我發現這些年紀輕的學生國手共通的特質就是「對科學感興趣」，由於興趣與堅持，幾年來這些國手大多能更上一層樓，繼續獲得國際物理、化學、資訊或地球科學競賽的金牌。

　　我在中學服務年資邁入第二十五年，其中除了將近兩年的義務役預官外，在國中服務五年，高中十七年，深刻了解中學生的學習物理課程的困境與學習方法，期盼能把自己的學習過程與教學體驗寫成書，協助學生學好中學物理。升學考試是人生的轉捩點，學生除了了解自己的目標外，讀書方法與態度是決定考試結果的重要因素。

　　我們要準備考試，那麼要如何從國中或高一就建立正確的學習方法與態度？當然要愈早知道、愈早建立會更好，否則等到高中生涯都快剩下一學期或快要結束，才有「眾裡尋他千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處」的喟嘆，豈不是「怎一個愁字了得」啊！

　　根據我的觀察與理解，不少高中生在學習物理的歷程中充滿迷思和困境，成績不佳的原因也有其共通性，例如學習物理的方法是「讀」物理和「背」公式、著重「快速解題」、認為物理成績低就代表永遠學不好、學不好是因為題目做得不夠多等等。當然，有些學生覺得在學校學習的課程不夠，再到補習班聽一次，卻忘了學習的過程是需要給自己時間來消化教材，消化之後再內化成自己的東西，這才是最重要的學習歷程。

　　今年9月，建國中學家長會的王會長邀請我為家長演講，吩咐我說明現在高中物理的課程內容和學生學習的現況，以及為什麼學生的物理成績低。王會長有鑑於不少學生家長看到孩子的物理成績偏低，總是不解而憂心忡忡，因此交代我在12月14日晚上對家長談談「如何學好高中物理」。我想對於學物理這個主題，不僅高中生關心，連家長都很關注。

　　這本書除了為高中生而寫，其實也提供學生家長和老師一個了解孩子學習過程的資訊。我期盼家長能閱讀這本書，當您閱讀後，相信更能以同理心看待孩子學習物理時的困境，不會一味苛責孩子的物理成績不佳，或責備他不用功，而是多鼓勵孩子找對方法，鍥而不捨的學習，一起幫助孩子學好物理，除了獲得高分外，也獲得科學概念，做一個富有科學素養而能理性思考的國民。

　　當然我也期待這本書可以提供中學物理等自然科教師在教學歷程中參考，尤其是初任中學自然科的教師，也許可以透過閱讀這本書的心得，在教學時能掌握學生的學習心理與態度方法，在命題時能符合命題原則和評量原理等，一起協助學生學好中學物理，讓孩子更喜歡學習物理及其他科學課程。

　　「生活即悟理，物理即生活」，生活中離不開物理。我期盼這本書能幫助中學生學好物理，提升學習物理的成績，也能因為學好物理而喜歡物理，因為喜歡物理而樂在學習，能在生活中應用物理來思考，能理性面對事物、現象或議題，不會陷入「理盲濫情」的窠臼，而逐漸能體會「細推物理須行樂，何用浮名絆此身」的真諦。