ประมาณปีที่แล้ว หลานสาวอายุ 15 ปีขอให้ฉันอธิบายบางอย่างในการบ้านวิชาฟิสิกส์ของเธอ ครั้งก่อนที่เธอขอความช่วยเหลือจากฉัน เธอต้องการทราบว่าอิเล็กตรอนแต่ละตัวในไฟหลักไฟฟ้ากระแสสลับเคลื่อนที่ถอยหลังและไปข้างหน้าได้ไกลเพียงใด คราวนี้เธอเรียกร้องน้อยลง แต่เป็นเวลากว่าครึ่งศตวรรษแล้วตั้งแต่ฉันอายุ 15 ปีทำการบ้านฟิสิกส์ และใช้เวลาส่วนใหญ่ในอาชีพการงานของฉันในฐานะ
นักสรีรวิทยา
การวิจัย ฉันคิดว่าฉันควรค้นหาว่าเด็กอายุ 15 ปีควรเรียนรู้อะไรในวันนี้ฉันจึงซื้อและอ่านหนังสือเรียนฟิสิกส์ GCSE ห้าเล่มที่วางอยู่บนชั้นของร้านหนังสือที่ใหญ่ที่สุดสองแห่งในเคมบริดจ์ หนังสือเหล่านี้มุ่งเป้าไปที่นักเรียนในช่วงสองปีก่อนที่พวกเขาจะสอบ GCSE เมื่ออายุ 16 ปี สิ่งที่ฉันพบอาจช่วยอธิบายได้
ว่าทำไมจำนวนนักเรียนที่เข้าเรียนจึงลดลง 35% ตั้งแต่ปี 1991 สอบฟิสิกส์ระดับ A ที่โรงเรียนในอังกฤษ เวลส์ และไอร์แลนด์เหนือคำสั่งใหม่แปลก ๆหนังสือทุกเล่มเป็นไปตามที่คุณคาดไว้ ผลิตอย่างสวยงาม กระดาษดี พิมพ์ชัดเจน ไดอะแกรมและภาพประกอบสวยงาม แต่ความประทับใจแรกเริ่มของฉัน
เกี่ยวกับความเป็นเลิศนั้นจางหายไปเมื่อฉันเริ่มอ่านข้อความ สิ่งที่น่าแปลกใจที่สุดคือความหลากหลายที่ไม่ธรรมดาตามลำดับหัวข้อต่างๆ คุณอาจคิดว่ามันเป็นเรื่องธรรมดาที่จะเริ่มต้นด้วยแรงและการเคลื่อนไหว ดังนั้นแนะนำแนวคิดของมวล ความยาว และเวลา ในความเป็นจริง จากหนังสือทั้งห้าเล่ม
มีเพียงสองเล่มเท่านั้นที่เริ่มต้นด้วยวิธีนี้ หนึ่งเริ่มต้นด้วยดาราศาสตร์ หนึ่งด้วยไฟฟ้า และอีกหนึ่งด้วยแสง
ในหนังสือที่เริ่มต้นด้วยดาราศาสตร์ ฉันรู้สึกทึ่งที่พบนักเรียนได้รับการสอนเกี่ยวกับวิธีที่ดวงจันทร์ทำให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลง และเกี่ยวกับผลกระทบของแรงโน้มถ่วงต่อทิศทางการเคลื่อนที่ของดาวเทียม
ก่อนที่จะมีการอภิปรายเกี่ยวกับแรงและการเคลื่อนที่ และนักเรียนที่มีแต่แนวคิดที่คลุมเครือเกี่ยวกับทฤษฎีคลื่นของแสงจะเข้าใจได้อย่างไรว่าทำไมการเลื่อนสีแดงจึงเป็นหลักฐานสำหรับการขยายตัวของเอกภพ การเริ่มต้นด้วยไฟฟ้านั้นยากยิ่งกว่า เราได้รับแจ้งในหน้าแรกของหนังสือเล่มนี้
ว่ากระแสไฟฟ้า
คือการไหลของประจุ แต่แนวคิดของประจุจะยังไม่ได้รับการอธิบายจนกว่าจะมีการกล่าวถึงไฟฟ้าสถิตในอีกห้าบทต่อมา ก่อนหน้านี้ เราได้เรียนรู้ว่าเมื่อประจุไหลไปรอบๆ วงจรไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าหรือความต่างศักย์ของแต่ละส่วนประกอบจะบ่งชี้ว่าพลังงานนั้นกำลังแปลงเป็นพลังงานเท่าใด
จากนั้นเราได้รับการแนะนำให้รู้จักกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน แม้ว่าเราจะยังไม่ได้เรียนรู้ว่านักฟิสิกส์หมายถึงอะไรโดยงานหรือพลังงานเมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว การเริ่มด้วยแสง (และเลิกใช้ทฤษฎีคลื่นให้นานที่สุด) นั้นค่อนข้างปราศจากปัญหา ในที่สุดเมื่อมีการแนะนำคลื่น มันเป็นเรื่องสับสน
ที่จะบอกเกี่ยวกับการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าก่อนที่จะมีการอภิปรายเกี่ยวกับไฟฟ้าหรือแม่เหล็กคำอธิบายสั่นคลอนในแต่ละช่อง บางครั้งคำอธิบายอาจเลอะเทอะ แน่นอนว่ามีความยากลำบากอย่างแท้จริง ทำให้เกิดความสับสน ตัวอย่างเช่น เราใช้กิโลกรัมเป็นหน่วยของน้ำหนักในชีวิตปกติ แต่เป็นหน่วยของมวล
ในวิชาฟิสิกส์
แต่มีเพียงสองในห้าเล่มเท่านั้นที่ชี้ให้เห็นถึงที่มาของความสับสนนี้ และมีเพียงสองเล่มนี้เท่านั้นที่กล่าวถึงความเฉื่อยโดยเฉพาะ หนังสือเรียนระดับมัธยมต้นอาจไม่ใช่สถานที่ที่เหมาะสมในการแนะนำมวลความโน้มถ่วงและมวลเฉื่อย แต่เด็กๆ จำเป็นต้องเข้าใจแนวคิดเรื่องแรงโน้มถ่วงและความเฉื่อย
ในการทำเช่นนั้น พวกเขาจำเป็นต้องได้รับการบอกเล่าเกี่ยวกับการทดลองของกาลิเลโอในการทิ้งลูกบอลที่มีน้ำหนักต่างกันจากหอเอนเมืองปิซา แม้ว่าการมีส่วนร่วมของหอคอยอาจเป็นเรื่องในตำนานก็ตาม พวกเขาสามารถเข้าใจได้ว่าทำไมนักบินอวกาศบนดวงจันทร์จึงมีน้ำหนักเพียงหนึ่ง
ในหกของน้ำหนักปกติ แต่มีแรงเฉื่อยและโมเมนตัมเท่ากันกับบนโลก สถานการณ์ที่แปลกประหลาดนี้อธิบายได้ว่าทำไมนักบินอวกาศเหล่านั้นถึงล้มลงอย่างง่ายดาย เหตุใดพวกเขาจึงพบว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะเดินเร็วๆ หรือวิ่ง และเหตุใดพวกเขาจึงใช้การเดินที่ยาวและเอียง
และเมื่อกลับมายังโลก แม้ว่าหนังสือทั้งห้าเล่มจะพูดถึงกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน และแนวคิดเรื่องพลังงานจลน์และโมเมนตัม สองเล่มไม่ได้อธิบายว่ากฎเหล่านั้นแสดงว่าพลังงานจลน์เท่ากับ ½mv 2 ได้อย่างไร อีกห้าข้อไม่ได้อธิบายว่าเป็นไปตามกฎของนิวตันที่โมเมนตัมถูกสงวนไว้ในการชนได้อย่างไร
การละเว้นเหล่านี้ทำให้ยุ่งเหยิงอย่างทั่วถึงแนวคิดเรื่องพลังงานและการอนุรักษ์พลังงานยังได้รับการปฏิบัติที่ไม่เหมาะสมเช่นกัน นักฟิสิกส์นิยามคำว่าพลังงานแบบดั้งเดิม ซึ่งมาจากคำภาษากรีกที่แปลว่า “ใน” และ “งาน” ซึ่งเป็นความสามารถในการทำงานเชิงกล (เช่น งานที่ทำเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ด้วยแรง)
หนังสือสี่ในห้าเล่มแนะนำแนวคิดของพลังงานก่อนที่จะแนะนำแนวคิดของงานเครื่องกล พลังงานไม่ได้ถูกกำหนดไว้อย่างใดอย่างหนึ่งหรือถูกกำหนดอย่างไม่เพียงพอว่าเป็นสิ่งที่ทำให้สิ่งต่าง ๆ เคลื่อนไหวหรือทำให้การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น แนวคิดเรื่องพลังงานมักมีปัญหาเสมอ
ซึ่งไม่เหมือนกับมวลตรงที่วัดไม่ได้โดยตรง แต่หนังสือเรียนในปัจจุบันทำให้ปัญหาเหล่านี้แย่ลงโดยละเลยคำจำกัดความดั้งเดิมบ่อยครั้งวิธีที่ดีที่สุดและน่าสนใจที่สุดในการนำเสนอแนวคิดใหม่คือการอธิบายการทดลองทางประวัติศาสตร์ที่นำไปสู่แนวคิดดังกล่าว
แต่หนังสือเหล่านี้ก็ยังใช้ประวัติศาสตร์โดยพลการอย่างน่าสงสัย ทั้งห้ากล่าวถึงการค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ แต่ไม่มีใครพูดถึงการค้นพบของเขาที่ว่ากระแสไฟฟ้าในสารละลายที่เป็นน้ำถูกนำพาโดยอนุภาคที่มีประจุซึ่งเขาเรียกว่าไอออน (ตามคำภาษากรีกสำหรับ “คนพเนจร”) ทั้งห้าพูดถึงเซลล์ไฟฟ้า แต่มีเพียงหนึ่งเดียวที่พูดถึงไฟฟ้าของเขา
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
