國高中物理的自學建議

吳國盛《科學的歷程》

如果你現在剛升高一,那恭喜你,這篇文章應該可以幫你不少忙。倘若你按照我的建議規劃自學物理的方式,那我想你的物理程度應能有效率地提升不少。然而,如果你已經升高二,或高三了,那這篇文章對已經被將近10個科目壓榨的你而言,應該沒什麼幫助,畢竟你應該沒時間讀這些書(有辦法讀這些書,就一定有幫助)。不過,對於任何想從零開始認識物理的人而言,我認為這篇文章應該還是能給予不少指引。如標題,我主要是針對目前有編排入台灣義務教育的物理來給予自學建議,大學以上則不在這篇文章中。


物理學本身就是一整套嚴謹的邏輯推論。例如:

因為平均加速度是用以描述運動快慢的物理量,所以我們將物體在一段過程中所經歷的速度變化,除上此變化所經歷的時間長度,定義為平均加速度。

在我遇過的許多同學中——尤其是已放棄數學、物理、化學等所有自然科的同學——幾乎都是用「死記」的方式去記憶非常基本的物理定義,就連為什麼要如此定義的一點「直覺」都沒有。因此,對這些同學而言,物理一直都是惡夢;他們從未掌握到正確的學習方式。同樣的,我們對於力量、力圖也應該要有一些很基本的認識:

因為牛頓定律是以力量來解釋物體運動狀態變化的原因——力量是因、運動變化是果——所以我們需要掌握物體所受的力量有哪些,接著才能使用牛頓定律推得物體的速度是如何隨時間演變。而為了讓我們掌握物體受到哪些力量,我們自然需要學習使用力圖的方法。

上述想法會出現在考卷中嗎?不會。但如果你知道以上的想法,你才能夠脫離永遠的「F=ma」,任何想要只是數學來學習物理的企圖,絕大多數都是徒然無功。任何把「物理」看作「數學」的人,正好是所謂的「知其然而不知其所以然」的情況;有時你都答對,有時你卻答錯,卻不知道為什麼會這樣,經常懷疑自己的物理程度。這往往是「使用生活經驗來回答物理問題,而沒使用物理觀念(牛頓定律、力圖、…)來回答物理問題」的情況。再舉一例,

因為牛頓定律只能描述不佔據任何空間的質點的運動,所以任何關於木塊、滑輪、槓桿的運動,都無法由牛頓定律來描述。不過,歐拉(Euler)成功將牛頓定律推廣至多質點的形式,並由此得出質心位置的數學定義。藉由這數學定義,我們就能將一個佔有空間的物體運動,設想成它只是一個受到諸多外力的單質點,並得出此質點(質心)受到那些外力時的運動方程式。

這些論述都為那些「數學式」賦予了物理意義。因此,我認為自學物理的要訣,在於獲得這些「物理意義」的管道。那麼,我們可以讀哪些書來學習物理呢?以下就是我的建議:

首先,你可以先找一本高中物理課本來讀。讀許多人不讀、許多人認為沒用處的物理課本的好處是,你可以從中知道大考至少會考什麼,以及從專門為你而寫的書籍中,學習一些最基本、淺顯易懂的物理觀念,但這是仍然不夠的。當你讀完第一章後,你一定會遇到些問題。此時你應該把這些問題記錄下來。接著,寫完第一章後面的習題。寫完之後,你大概知道這一章究竟想要你會什麼了。接下來就可以執行第二步——看課外書。

底下是我很推薦的課外書:

  1. 吳國盛的《科學的歷程
  2. 天下文化的《觀念物理套書
  3. 世茂出版社的《3小時讀通基礎物理:力學篇

只要你能搭配上述三本書,閱讀你的高中物理課本。並將裡面的所有練習,按部就班、循序漸進、由淺入深地慢慢寫完。我相信你的物理一定能有所起色。第一本《科學的歷程》是關於科學史的書籍,從中你可以大致了解科學是如何從無到有的。對於剛接觸物理的同學而言,這本書可以給你比較正確、周全的科學觀。你比較能了解科學的發展是需要經歷許多漫長的道路,而且,科學也不是一開始就誕生在實驗室中,而是在對所有生活現象的反省中。光是這點,在你之後看到物理課本中的數學公式時,倘若你覺得看不懂,你可能就會想起「也許是因為你不了解它發展的來龍去脈」,所以你開始去尋找相關資料來看看,而不是只告訴自己「是我程度差,無法接受、背下這個數學公式」。此外,你也可以針對你有興趣的主題,例如「光是電磁波」的主題、「波粒二象性」的主題,從這些主題開始切入。這本書基本上會給你非常足夠的「Google 關鍵字」,讓你有需要時,就可以使用適當的關鍵字上網找答案,後面也會有許多參考文獻,你有興趣也可以試著借這些書來讀。換言之,你可以在這本書找到許許多多、非常完整的物理參考資源。另外,也許你認為這本書寫得太「成熟」,因為你年紀太「輕」,所以「看不太懂」。我覺得這不必擔心,看久你就也跟著「成熟」了!

至於《觀念物理套書》,你可以期待從中學到非常齊全但又不會深入到讓人無法理解的高中物理知識。相較於台灣的參考書,這套書的範圍可說是非常廣,但不會太深。因此,你可以從中大致快速學習非常多的物理概念。裡面有些範圍超出了高中物理課綱,但如果你也讀了,那麼也許你更能夠掌握範圍比較小的高中物理。最後是我也沒看過的《3小時讀通基礎物理:力學篇》。為什麼我要推薦一本我沒讀過的書呢?我推薦的理由是,我認為力學是許多人遇到第一個物理瓶頸,此時若有一本專門針對力學寫的「可愛小書」,也許它就能陪著你走過這段不好走的自學力學之路。換言之,任何一本特別針對運動學(x – t圖、加速度、力圖、牛頓定律)講解的書籍,都應該會是我推薦初學者讀讀看的書籍。基本上,我想這些書籍應該是大同小異。

對我而言,自學高中物理的關鍵在於你得同時搭配許多本書一起讀。其實我個人覺得,每個學門都是如此。例如說,我現在讀研究所的固態物理,我就同時讀了 Simon、Kittel、Grosso、Mermin 的書。每位作者的個性、想在這本書呈現的重點與習慣都不同,由此你更能看見這門學問的全貌。除了上述這些書籍以外,維基百科也是你很好的、在起步時很推薦的自學夥伴。

在你搭配使用高中物理課本以及上述三本書時,你可能正在學期中,那麼關於考試解題技巧的部分,可以由學校老師幫你稍微訓練一下,自己在課後時間多做練習,基本上,除了解題速度可能還是不夠快以外,就沒什麼問題。關於解題速度這種我認為跟科學素養無關的事,我覺得除了勤加練習以外,沒什麼其他的方法。而倘若你還在寒暑假,那麼我覺得你可以在搭配讀完一本高中物理課本後(一個學期的份量),再去寫充滿題目的參考書,每本參考書都差不多,題目都長一樣,隨便挑一本你看得順眼的來寫即可。如此一來,相信你就能提升不少物理程度。

當然,這篇文章不是要告訴你學習的捷徑。沒有。學習沒有捷徑,學生該做的大概就是腳踏實地的學習,而不是被補習班甚至是學校老師洗腦,認為一切都能「偷吃步」。以上大概是我對自學高中物理的建議。


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關於 Ethan

我是高英倫,79 年次,桃園人,現居住於台北士林。台大物理系、化工系學士,目前就讀於台大電子工程學研究所,未來希望能朝向關於固態物理、半導體物理的研究前進。自 2008 年開始接高中物理家教工作,現已接過至少 65 位家教學生。教過國高中數學、物理、化學與大學的微積分與普通物理學。目前以教大學普通物理為主。關於物理教學研究,我興趣是物理史及其哲學,以及它們在教育上的應用。
本篇發表於 物理教育, 高一物理 並標籤為 。將永久鏈結加入書籤。

國高中物理的自學建議 有 14 則回應

  1. 訪客 說道:

    雖然我不是高中生,但對於您推薦的書目感到興趣,尤其是那本科學史,謝謝您!

    • Ethan 說道:

      感謝您來我的網誌看看!其實還有非常多有趣的科學史資源還沒分享。不過,因為您的留言,讓我更有動力寫許許多多的文章 XD 感謝您!

  2. 訪客 說道:

    謝謝您的自學建議,對於國中理化沒學好的媽媽,你所推薦的方法,想自己來試試!感恩您的分享

    • Ethan 說道:

      真的很謝謝您的留言,讓我知道這篇文章是不是有所價值,謝謝您!另外,也非常歡迎您分享您的自學心得。在自學過程中,如遇到任何問題,我都很歡迎您來留言討論:)

      謝謝您來到我的網誌!

  3. 訪客 說道:

    我是覺得哦,高中階段的物理,把課本每章後面附的習題寫一寫就可以了,題目也不多,頂多二十來題吧,最多30題。寫參考書沒有什麼必要。

  4. 訪客 說道:

    若是高—的量子現象有推薦的課外書嗎

    • Ethan 說道:

      我其實沒想到什麼適合的書,因為要嘛太深,要嘛太淺。不過我覺得可以在讀完課本(非講義)後,讀那本《科學的歷程》,挑相關章節來讀即可。最重要的是,藉由些故事,了解那些概念的來龍去脈,而不只是死記而已。但那本《科學的歷程》並不合台灣學生的偷懶與速成胃口,所以除非同學很主動積極,不然可能看幾行就看不下去了。

  5. Andy 說道:

    您好,我現在是高二生,對於物理滿有興趣的。然而升上高二後才發現自己對許多物理的觀念並不完全清楚,例如重力位能、場的概念,學過的觀念之間也無法完全融會貫通,思考都是“線性”而非“網狀”的。很想把觀念物理從頭到尾看一遍,修正自己的觀念,但沒有這麼多時間。想請問您有什麼建議嗎?

    • Ethan 說道:

      哈囉您好,謝謝同學你的留言。我的網誌中恰好有幾篇是關於重力位能與場概念的文章,可以參考底下這兩篇文章:

      重力位能的迷思

      古典物理之重力場的意義分析

      目前你應該才高二上,應該還不會很快就碰到這些概念。不過如果你想快點掌握的話,我滿建議直接讀中文版的 Halliday 普通物理,雖然裡面會碰到一些涉及微積分的數學推論就是了,但或許你仍大致了解其定性結果就可,不必深入了解背後的數學定義與定理。

      物理學這東西,需要多多與人討論,有些時候甚至是需要相反意見互相辯論的。只要有辯論,通常都會有很大幫助。另外就是題目多寫寫了。數理很需要寫題目,但前提是有學到正確的觀念 XD 如果你有相關物理問題,其實也可以在我網誌上方的線上解題專區發問,我想我有空就會回覆。

      我了解因為這網誌並沒有與臉書整合在一起,所以某種程度上並不是那麼方便,但…哈,各有其特點。或許也可以想想是不是可以調整一下自己平常的學習方式、順序或習慣,或許可以騰出更多時間來學習物理喔!

      • Andy 說道:

        非常謝謝您推薦的Halliday 普通物理,我會去看看。
        其實我打算在高二下申請自學,大學想去美國讀書。請問關於高三物理自學您有什麼推薦的資源嗎?
        對於你說跟別人討論的部分可能會比較不方便,但看您的網誌內容都寫得很詳細,以後如果有問題會來逛逛:)

        • Ethan 說道:

          高三物理主要就是熱學、一維波動(繩波)、二維波動(平面水波跟光波)、幾何光學(僅將光視為直線,不考慮其波動性)、物理光學(考慮其波動性)、靜電學、靜磁學、基本電路學、電磁感應、近代物理?…

          我還是推薦用 Halliday 普通物理來看這些東東。不過我個人比較在意這些章節主題之間的「連結」,但這些就只有老師才好教你了,自學的人要一眼看出這些概念的關係,應該不可能。

          總之,Halliday 普通物理可看看,但建議對照著課本看,否則一下子就超出高中物理範圍,雖然這也取決於你想把物理學到多深入。

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