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洋爸教编程之物理学的启蒙
编者按：编程教学除了教语法,还可以教什么？其实,您完全可以结合现实生活中的问题来设计教学任务,让学生在探索真实世界任务的过程中自己去发现世界的奥秘,收获创造的快乐.曾任资深信息架构工程师,现为“阿儿法营创意编程魔法学校”主要创办者的余宙华就以这种理念开展编程教学,并写下了一系列生动的教学故事.可以看到,作为工程师的他,所设计的教学案例以编程为基础,融合数学、物理、自然、人文、音乐、美术等多学科知识,启发孩子的学习兴趣,拓展孩子的求知欲和想象力,将创造型基因注入孩子的人格.本期,我们选取其中一个教学故事呈现给大家,希望他的故事带给您更多教学设计上的启发.
余宙华
人物介绍
洋爸：儿子叫瀚洋,在家长圈里被亲切地贯以“洋爸”的绰号.现任阿儿法营创意编程的魔法教授.北京大学信息科学硕士.
Tony：小学四年级,完成了阿儿法营第一学期的课程,是阿儿法营的白衣魔法师.
Jerry：小学三年级,完成了阿儿法营第二学期的课程,是阿儿法营的绿衣魔法师.
一个人要过得有趣,觉得我们所处的世界在不可思议中又能有所思议,那么必然得唤醒其内心深处的创造冲动.
作家王小波写过这样一段话：“人都喜欢有趣.
这是我一生不可动摇的信条,假如这世界上没有有趣的事,我情愿不活.有趣是一个开放的空间,一直伸往未知的领域,无趣是一个封闭的空间,其中的一切我们全部耳熟能详.”
我想,牛顿在观察苹果下落的时候,一定满是讶异,觉得这个现象十分有趣.所以,物理学一定是由那些最有趣的心灵构造出来的.
今天,我想要为孩子们展示物理学的趣味、物理学的优美、物理学的力量.
下午三点,教室的门哐当一下被撞开了,听动静就知道是Tony.面颊通红、满头大汗,毫无疑问,刚刚结束一场激烈的足球比赛.
“去卫生间洗洗,把汗擦干,喝点水……”
Tony一边朝卫生间走去,一边问：“老师,今天我们做什么啊？”
“研究乒乓球！”
“什么？”Tony 把头从卫生间里探出来.“等Jerry来了,我表演给你们看！”
Tony一杯水下肚的功夫,Jerry也安静地走了进来.
“ Jerry,Jerry,老师说今天让我们玩乒乓球.”Tony一边快速地动着嘴皮,一边拉扯满脸困惑的Jerry.
“不是玩,是研究！”洋爸纠正道.
Tony 吐了吐舌头：“研究,太牛了！只要不是吹牛……”洋爸盯了Tony一眼,Tony自觉地说：“好吧,我闭嘴！”
洋爸拿出一个乒乓球,把它举过头顶,停在比桌面高半米的地方.“注意看啊！”他放开手,乒乓球落了下来,碰到桌面又弹了起来,再落下去,如此反复……终于慢慢地停在了桌面上.
“看清了？”Tony和Jerry互相看了一眼,有些不以为然：“看清了.”
洋爸提出了今天的编程目标：“你们都是编程的老手了,请你们尽快完成一个小程序,模拟这个乒乓球的运动.”说完,展示了教案程序的效果：
“请看,在这个程序中的乒乓球运动是不是和现实世界的乒乓球非常相似？它的运动是重复落下、弹起、又落下.”
Tony 和 Jerry都表示赞同.
“用一个程序做出和现实世界同样的效果就是模拟.模拟有什么用呢？”洋爸自言自语道：“如果你能模拟出真实世界,那么你一定是发现了真实世界的秘密,否则你是不可能造出一个真实世界的！所以,模拟既是发现,也是验证真理的方法.”
洋爸转头对两个孩子说：“你们觉得模拟乒乓球难吗？”
Tony大大咧咧地说：“我看很简单啊,Y坐标的变化就可以上下运动,下落的时候Y坐标减小,上升的时候Y坐标增大……”
洋爸说：“好极了,给你们10分钟够吗？”
Tony：“没问题！”
两个孩子风风火火地开始写程序了,Tony的嘴闲不住：“老师,下落已经完成.老师,上升也可以了.”刚过5分钟,Tony就喊老师了：“老师,老师,你看看我这个行吗？”
洋爸看了看Tony的程序,评论道：“你的乒乓球能落下来,又能弹上去.可是,为什么弹上去后就停在半空了呢？这和刚才真正的乒乓球太不一样了.”Tony辩解道：“要想再落下来,那还不简单吗？我把落下的程序再执行一次不就可以了？”
洋爸没有过多解释：“那你再改进一下吧！”
过了10分钟,Jerry交卷了.洋爸过去仔细查看他的程序:“你的乒乓球的确能落下、上升,反复很多次,但是总觉得怪怪的,不像真实的乒乓球.我再表演给你看一下.”
说完,洋爸又把乒乓球从空中抛下,乒乓球落下弹起、落下弹起……
“你看,这个乒乓球落下的时候是不是越来越快？相反,在它弹起来的时候,越往上速度越慢,最后终于没力气了,又落下来了.”Jerry点点头.“你的乒乓球上下运动的时候,速度总是不变的,所以显得很奇怪,和真实世界不一样！”Tony打岔：“Jerry还没找到世界的秘密呢！哈哈！”
“你呢,你找到了吗？”洋爸反问Tony.
“这个乒乓球程序看起来好像很容易,可是越做越复杂了！老师你看,乒乓球向下要越来越快,向上又要越来越慢,反弹的高度还要越来越低,太复杂了,搞晕了.”Tony有点泄气的样子.
“一个小小的乒乓球还真挺复杂的呢.”Jerry也表示同意Tony的说法.
洋爸微笑着说：“你们知道有个人叫牛顿吗？”
“知道！”两个人异口同声地说,“牛顿观察落下的苹果发现了万有引力！”
“嗯,今天我们就学习一点点物理学：牛顿发现的世界秘密.牛顿第一定律：如果一个东西在运动,没有任何力量去干扰它,不推它也不阻拦它,那么它就会一直按照那个速度向前运动.”
“这个定律好简单！”Tony评论道.
“我们让乒乓球从舞台的上方落下,下落的速度保存在一个变量里,速度不变.”
Tony说：“这不是和Jerry做的程序一样么？牛顿定律也没什么了不起啊！”洋爸眉毛挑了一下,说：“牛顿还有一个定律,叫牛顿第二定律.”Tony和Jerry异口同声：“啊,到底有几个牛顿定律啊？”洋爸：“我们今天就学习两个牛顿定律,第一定律和第二定律.第二定律也很简单,牛顿认为如果你去推一个运动的物体,那么它的速度就会改变.顺着它的前进方向推,那么它的速度会变快；反着它的前进方向推,那么它的速度会变慢.你们觉得这个第二定律有道理吗？”洋爸说完反问.
Tony ：“挺有道理的！”洋爸：“呵呵,如果我们按照牛顿的定律可以模拟出真实的乒乓球效果,我们才能确认他说的到底有没有道理.”Tony ：“对对,老师说了,一定不能迷信他人！”
洋爸：“当乒乓球下落的时候,有没有力量去推它或者拉它呢？”Jerry：“有,地球的吸引力.”洋爸：“那么,这个地球的吸引力,在向什么方向拉它呢？”Tony ：“向下.”
洋爸：“OK！我们已经有一个变量保存了向下的速度.因为地球的向下拉力,这个变量的值就会变大,对吗？”Tony ：“这个没问题,向下的速度变大.”
洋爸：“行了！程序写好了！”
Tony 和Jerry简直不敢相信：“程序这么短！这才几行指令啊,不会吧,老师？ 这就能模拟出真实的乒乓球效果吗？”洋爸：“我说了也不算,是真是假,让程序运行一下吧！”
结果当然令他们更加震惊,区区几行代码比他们堆砌的一大串指令都管用.物理学揭示了世界的秘密,让那些千头万绪、杂乱无章的事物,突然变得简单明白,尽在我们的掌控之下.
在剩下的时间里,我们又对程序做了一些深化,让乒乓球可以反复地落下、弹起,我们还可以设定乒乓球的坚硬程度,控制乒乓球反弹高度的衰减快慢.在编程过程中,孩子们都在运用牛顿定律.学习物理不是为了考试,而是因为它非常有用！非常强大！
说明：鉴于Tony和Jerry都是小学生,所以牛顿第二定律只做了定性的解释和运用,这样做既考虑到孩子的理解力,也是为了让孩子更多关注物理定律的趣味、力量,激发他们对物理学的兴趣.
写在最后
因为我致力于少儿创意编程推广,经常会碰到很多家长的疑问.他们问我编程到底是学什么的？有什么用？小孩儿为什么要学？
提问的不乏IT业内人士.
我不断地回答这样的问题.现在,我把我的想法总结一下,一并回答如下：
人类是会使用工具的生物,而所有工具发明中最了不起的是思维符号工具.
迄今,人类先后发明了三种通用智力工具,分别是自然语言（中文、英文等）、数学符号（方程、函数等）和程序语言.它们分别诞生于人类文明的三个发展阶段：农业文明时代、工业文明时代和信息技术时代.
这些符号体系极为重要,因为人类的智力成果是通过它们来表达的.
中国近代的落后就在于未能创立现代数学符号体系,所以无法掌握近代科技知识.欧洲的现代数学符号体系,正是从中国明末时开始建立,代表人物为笛卡尔、伽利略、牛顿、莱布尼兹等.借助明晰的数学表达符号体系,众多未知领域被人类掌握,诞生了近代力学、光学、热学、电磁学,它们和技术相结合,彻底改造了人类的生产和生活方式.
幸亏近代充满远见的中国先贤,引入了现代数学.
中国引入现代的算术教育是民国时候的事情了,在那之前,中国的算术教育基本没有.私塾只学习文史哲,也就是自然语言符号部分.
所以才会有这样的现象：今天一个中学生的数学思维能力远胜以前的秀才举人.
这一点并不是说今天的孩子智商高很多,而是一种符号体系的力量.
要知道在明代,一个开方的算式用中文表达需要整整两页纸,而现代符号只是简洁的一行！
每一种符号体系的建立,都是人类智慧跨越式的发展,是上了一个大台阶！
借助简洁清晰的符号,小学生学习乘除法也没有困难,而这些算术以前被认为是非常艰深困难的.当孩子站在新的台阶上,掌握了一种新的符号体系和它带来的新思维方法,他就能看到更加广阔的世界、更多的可能性.
程序语言非常简单,难度不会超过加减乘除.这也正是程序语言堪称“人类第三代通用智力工具”的原因.
人类未来几十年的科技创新,将主要来自信息技术.而在数字时代自由航行的水手,一定要具备数字思维方式.学习程序设计语言,学会编程的思维方式,就是为了让孩子掌握人类的第三代智力符号工具,为孩子打开通向未来的窗户！@
物理学论文范文结:
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