数学和物理是令很多学生都头疼的科目,在如今的“双减”形势下,没有了课外培训班这个高效而实用的选项,想必家长们都在想:怎样才能让孩子通过科学的思维认识、理解数学和物理,从而提高孩子们的科学素质?你也许会在北京科学中心得到启发、找到答案。

9月11日上午,北京科学中心人头攒动,热闹非凡,2021年全国科普日北京主场活动暨第十一届北京科学嘉年华在这里拉开了帷幕。科普时报记者走进场馆内发现,两个“实验室”成为了孩子们关注的焦点,说是实验室,其实更像是两个分别以数学和物理为主题的游乐场。

让抽象的数学具象化

数学是一门抽象的科学,拿著名勾股定理来说,我们都在课本上学过它的表述:直角三角形两条直角边的平方和等于斜边的平方。但对于刚刚或即将踏入数学世界大门的孩子们来说,这样抽象的表达并不容易理解,有没有什么方法能将这个几何定理具象化地呈现,从而让人一目了然呢?北京科学中心的具象数学实验室给出了完美的答案。

具象数学实验室的勾股定理展台由三个圆盘装置组成,里面分别是直角、锐角和钝角三角形,每个三角形的三边都延伸出了一个正方形,其面积就代表着“边的平方”,在这些空心的正方形中注有醒目的粉色液体,转动圆盘,大正方形中的液体就会受重力流向小正方形,结果发现,只有直角三角形满足了大正方形中的液体恰好等于两个小正方形之和,勾股定理的内容就这样被生动、直观地展现了出来。

像这样有趣的展项,具象数学实验室共有110多个,分布在数学之史、数学之美、数学之用、数学之趣四大主题展区,丰富多彩的展教具让孩子们玩得不亦乐乎。

展区讲解员表示,这些展品都是针对的师生熟悉的数学课标和逻辑思维课程中的数学知识点,挖掘提炼蕴含其中的科学思维和科学方法,通过“展教结合”的方式激发公众对数学的好奇心,提升到好奇引发兴趣,进而在引导下掌握逻辑思维的科学途径,学习“发现问题、提出问题、分析问题、解决问题”的科学思想方法。

让具象的物理抽象化

相比于数学的抽象,物理是一门具象的科学。丰富物理知识和规律就隐藏在我们日常生活中遇到的各种物理现象中,如何把这些具体的物理现象抽丝剥茧,变成简明的物理知识?这就是抽象物理实验室要做的。“思考一下,这三个小球哪个会先到终点?”展台前,一位家长正在向自己的孩子发问。在他面前的是降速曲线演示装置。它由三条起点和终点相同的轨道组成,一条是直线,另外两条是坡度不同的曲线。常识似乎告诉我们,位于直线轨道的小球会最先到达终点,因为它的路径是最短的,但事实果真如此吗?

通过实际操作观察,结果发现反而是旅程最远、位于更陡的曲线上的小球率先抵达终点。为什么路程最长却最先到达终点呢?这是因为这条曲线是特殊设计的。小球在下降的初始阶段,通过较陡的轨道获得了最快的速度,然后利用这个速度走完了剩下较为平坦的路径。在物理学中,这条曲线被称为“最速降线”,是速度与路径的最优解。古代建筑的屋顶就是按照最速降线设计的,这样就可以让屋顶上的雨水以最快的速度落下。

据介绍,抽象物理实验室展览包括穿越物理时光隧道、畅游物理知识之海、探索物理实验空间三个展区,涉及互动展教具80余件套,内容涵盖了力学、电磁学、光学、热力学等物理学重要的分支领域。

展区讲解员表示,希望这个展览能激发公众对物理学的兴趣,通过观察、互动、实验,了解物理学中一些关键的知识点,更重要的是,希望孩子们像科学家一样思考,抽象概括其中的规律和知识,从而学习物理中解决问题的方法。本次展览活动的展品和实验给观众展示的都是自然界的物理现象,而从这些现象中抽象概括出背后的规律就是物理的科学思维。(吴 桐)