學數理的必要途徑

學數理的必要途徑

2024年1月31日

最近從不同學生不約而同地聽到他們說想要改善數理成績,但是又不確定如何改善,所以就打一篇文章出來說說自己的看法吧。學數學、生物跟理化的方式都不一樣,所以我會簡單說明這三科應該如何準備。

數學

學好數學的方式,最主要就是自己要去算,再者是必須要清楚知道自己的計算推理過程,計算速度或心算能力都是其次。自己要去做練習的方式,並不是拿著參考解答搭配題目看,看過解答覺得跟很順,就當作自己已經會了;而是必須自己實際去計算一次,再看自己的答案跟解答一不一樣,這才會有練習的功效。除非是一看就知道自己會算的題目,那才不需要真的去做計算,要去練習的是不確定自己會不會的題目,就像如果我一直去算九九乘法,並不會對我的數學有進度。

推理過程則著重自己的心路歷程,對於每一步都必須很清楚怎麼推出來的,這在幾何特別重要。不能只是因為看起來一樣長,就說兩線段相同。如果想要達到這樣的宣稱,就必須去證明何以如此,最常用的就是三角形全等性質,再者是中垂線或角平分線,當然也有可能是比例線段證明。但不論是何種方式,都必須要清楚明白為甚麼。

還有一點很重要,就是要多嘗試。很多時候我自己在解題目,我也是第一眼根本看不出來要怎麼算,但很多學生在這裡就放棄了,覺得自己一定算不出來。但其實數學能力有很大的成分是如何在不確定性中找到切入點,尤其看近年的會考題,最後幾題都不是用常規的公式代入即可解出答案的,一定要融會貫通、畫圖、嘗試帶些數字等等,才有辦法解出答案。甚至去年的會考手寫第一題,考的是疫情的保護力跟保護人數的關係,要求學生根據題目所給的定義,去解釋這兩者之間的關係。

這完全就是現代學生學數學不重視的東西,不在意定義是什麼,也不在乎公式怎麼推導的,反正只要能算出答案就好了,結果會考就是想要測驗學生是否平常有培養這種能力。

生物

國中生物注重的是背誦,但怎麼去背是有技巧的。我常對學生說,念生物可以當作念故事書一樣,如果你能夠背得起來一個簡單的兒童故事(例如三隻小豬),那麼生物也是一個單元一個故事,也可以背得起來。而且生物在不同單元,雖然看起來內容完全不同,但其實中間是有關聯的。

舉個例子,循環系統因為心臟有四個腔室,分別對應到不同的血管,血液循環路徑有十幾步,對學生來說非常困難。但實際上,學生需要背的只有心臟腔室的圖,還有血液流動的背後邏輯,之後自己就能夠推得出來循環路徑的所有步驟了。像是我只要知道一定是心室接動脈,再接微血管,再接靜脈,最後回到心房,再分別帶入體循環跟肺循環的差異,一口氣就可以背完所有的路徑步驟了。這之後,包含充氧血、缺氧血、或是從哪裡打針藥物會先去哪裡,這都不需要特別額外去背,只要懂邏輯之後,其他的自然就會出來。

而不同單元間會有關聯,比方說消化系統的小腸是負責吸收養分的,所以進去小腸的血管跟從小腸出來的血管,兩者的血液差別在於養分的多寡,前者少而後者養分多。再者,只要知道進去小腸的血管叫做腸動脈、出來的叫做腸靜脈(實際名稱是肝門靜脈),就可以推得為什麼參考書寫「腸靜脈比腸動脈有更多養分」了。如果每一條都是硬背,沒有了解背後的推理過程,實際到會考要應付全部的生物學的時候,會有比較大的出錯機率。

理化

學理化的方式之前有另外撰文過了,我只簡短的說:「絕對不要背公式」。需要背的東西叫做「定義」,一定要先知道自己在算的東西是甚麼,才有辦法把它算出來,否則就只是在做一堆自己根本不知道在幹嘛的數字而已。

像是熱學有個鼎鼎大名的公式叫做H=M˙S˙△T。

其實只要知道比熱的定義:「每1克的物質,上升1℃所需要的熱量」,就可以把這個公式推出來了,見以下推導過程。

假如酒精的比熱為0.8 卡/g˙℃
根據比熱定義,這意謂著1g酒精上升1℃需要0.8卡的熱量。

  • 那麼2g酒精上升1℃需要0.8 x2卡,因為2g=1g+1g
  • 1g酒精上升2℃需要0.8 x2卡,因為2℃=1℃+1℃

最後只要在判斷2g酒精上升2℃需要多少卡。

  • 背後的想法是2g酒精上升1℃需要0.8 x2卡
  • 所以2g酒精上升2℃需要(0.8 x2)x2卡,同樣是因為2℃=1℃+1℃

因此,如果是5g酒精上升10℃所需的熱

  • 只要先判斷5g酒精上升1℃需要0.8×5卡
  • 再判斷5g酒精上升10℃需要(0.8×5)x10卡

其實就得出了「熱量=比熱x克數x上升溫度」這個公式了

我自己從小就不懂為什麼公式長這樣,為什麼這樣代入就可以算出答案,但實際上,根據定義是可以慢慢推得出來的。而且一旦懂了推導過程,後續的觀念題,例如為甚麼「比熱愈大,上升溫度愈少」其實也很好理解,因為需要愈多的熱才能上升一度,所以相同的熱只能上升比較少的溫度。

結論

我自己在學自然科的過程也不是一開始就很順遂,我記得我高中學化學,碰到反應熱的單元,我怎麼算都是錯的。但我後來去看了定義之後,照著定義的方式去算了一遍,發現我不需要公式也可以算的出答案,反而是運用公式我才會算錯。從此之後,我就很少看公式了。

自然科需要培養的能力是推理證明,即使是生物好像全部都是背的,卻仍然有許多隱藏的概念在背後。如果把理科當作文科一樣,就是不斷的背誦又不去理解,即使在小考或段考可以考好,但會考或學測這種大範圍又跨科的大型考試,有考好也只是運氣好而已。