解释物理学中的概念或现象,可以只用文字或只用嘴,也可以画示意图,还可以用照相。
与示意图相比,照相的好处是可以传达真实感。
这个好处不是无足轻重的,而是非常要紧。它对学生心灵的影响大极了。
但是,为了把物理学中的有关概念,用照相展示出来,难度很大。这不是我们用手机记录美食美景。
正因为如此,大部分物理课本,压根不会起念头,用照相展示这个那个概念(或现象,原理等)。
可是,世界上除了贪图省事的人,还有用心努力的人(如果只有前一种人,我们就看不到现在这个世界了。)
多年前美国PSSC出版的高中物理教科书,就是这种努力的最高体现。(我认为这书的编写,是高中物理教育史上的英雄行为)
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为了说明运动的描述与参照系的关系,物理书上常常使用一个经典例子:车轮滚动时,车轮边缘上某个点相对于地面的运动。大部分书都用画图来说明这一运动。而PSSC的书竟然用照相展示它。他们竟然给自己提出这样的挑战,真是太疯狂了。2从上方看水面下的物体,物体显得比实际位置要近,似乎向上“浮”了一段距离。游泳池显得比实际的浅,就属于这种现象。为了演示这种现象,PSSC的作者们把两个相同的硬币,放在两个并排的杯子底部,再把其中一个杯子装满水,从上方拍照。照片中两个硬币差别多么明显啊!装满水的杯子中的硬币,显得更近。3这个照片让我们看到,镜面反射与漫反射的巨大区别。光束照在镜子与白纸上,我们看到白纸那么亮,镜子却是全黑的。镜子中的蜡烛像,又向我们表明镜子是反射光的。绝了!4大部分物理书的作者都觉得,阴影的形成与光的直线传播的关系太简单了,太容易理解了,不值得详细探索。但PSSC的作者们不这样认为。5注意这个照片。光源(可以想象成电筒)发出的光,把白纸照亮。可是,光遇与白纸之间,却是全黑的。我们完全看不见“在路上”的光。向中间撒入许多细小颗粒(比如烟尘),“在路上”的光就显现出来。6大部分物理书的作者认为,学生对阴影足够熟悉,而阴影又足够简单,没什么好注意的,只要提到“阴影”两个字,就够了。PSSC的作者们却认为,阴影没这么简单。他们用普通电灯照明(第一图),让我们注意,细杆阴影的近端比较细和清楚,远端则比较粗和模糊。接着,又换用面积非常小的光源照明(第二图),细杆的阴影立即变得边界分明。7这两个照片是在干什么?啊呀,它们只不过是向读者展示“光线”是什么。大部分物理书根本不屑于这么干。光线那么简单,还需要演示吗?8这个照片是展示光线传播的古怪之处。即,两条光线相遇时,竟然可以互相穿过,就像对方压根不存在一样!如果让两股水流相遇,它们可不会这样。9这里是展示光线的镜面反射与漫反射。前面(序号3)展示的是两种反射在效果上的区别,这里是展示过程的区别。10这几个照片都是展示抛物面镜怎样把入射的平行光汇聚到一起。下图是示意图。真实照片与示意图,给读者的感受大不相同,是不是?