吳統雄觀點:牛頓老師─1分鐘理解如何解決曲折問題

2025-10-06 05:35
10月5日是聯合國世界教師日。( UNESCO/Erika Pineros)
10月5日是聯合國世界教師日。( UNESCO/Erika Pineros)

105日是聯合國世界教師日,上周介紹了知識的革命家伽利略老師,今天進一步認識知識的建設家牛頓老師。

牛頓啟示我們,只要有無窮的好奇心,與一點點的耐心,你就能夠看見別人看不見的世界,解決無限曲折的問題。

伽利略設計「滾球實驗」:由斜坡向下滾的球,每單位時間愈滾愈長,印證有重力的存在。現代人沒有異議,因為自小就「被灌輸」了重力。而當時的人並無法理解這個抽象的理由,認為球就是會滾嘛,做這個實驗很無聊,該滾的是伽利略。

何謂思想方法?不能用乘法就改用除法

過了80年,不被認為是好學生的牛頓,發覺伽利略才是對的,但為何別人都看不懂?他就示範了何謂「思想方法」,即正面不能解決,就由反面解決;天下事不是只有左右兩個方向,要能用多元曲折的方法去瞭解。

他的思想過程因為有趣而簡單,我當初看到他寫的心路歷程,忍不住跳起來拍頭打腿,對我這個天生偏愚笨(不是假客氣)的人,激勵實在太大了!

不幸,絕大多數學校介述牛頓時,跳過他的「思想方法」,直接講他的結論與要求背誦數百條公式,就是令人聞之生畏的微積分。

伽利略的實驗為何抽象難懂?因為他的實驗記錄是一條曲線,如插圖的下左。

2300年前,歐幾里得幾乎把幾何問題都解決了,所有的直線與對稱曲線(如圓形),他都能分析解釋,大家能瞭解,也對「二元論」的議題連帶有認識能力。但伽利略的實驗是不對稱曲線,大家只能托腮乾瞪眼。

看見微積分就趴了、看見青蛙就笑了

百年來的中外教科書幾乎全部是抄寫剪貼,絕大多數老師照本宣科,只要求背公式和計算,全班學生,尤其是社會與管理學院學生,看見可怕的公式(如插圖下中),就全部趴下睡覺了。

伽利略的實驗,球每秒滾的距離都不一樣,我們想要預測到底可滾多遠,就是「距離*時間」,即「長*=面積」,但長度一直在改變,我們就無法知道其面積大小。

牛頓就想了:面積是乘法,如果我們不能做乘法,能不能反過來用除法解決?

我生在貧困時代、偏遠地區、鄉鎮內根本沒有初中,什麼也學不到。小時候就只會唱田邊的歌謠:1隻青蛙 4條腿、2隻青蛙 8條腿。

如果我們不知道1隻青蛙 4條腿,有人問我們,6隻青蛙(如插圖下右)有幾條腿?怎麼辦?

因我們知道2隻青蛙 8條腿,我們就先用除法,824,便可以知道任何青蛙數的腿數了,大家都可以開心大笑了。

微積分真簡單:1分鐘、3句話

我們知道,長除寬就是斜率,所以斜率乘寬就是長。

初中/國中有教「函數」:意思就是「等號=」的左邊,會跟著右邊變。

要知道微積分是什麼?我歸納為3句話,不到1分鐘就讀完了:

1.斜率=/寬,微分就是斜率函數。

把以上公式移項:

2.=斜率*寬,就是「求長」函數。

3.積分=總加「所有直線長度」,就是面積函數。積分公式前面的「大S」就是sum,即總加;「大S」後面的就是「求長函數」,如插圖下中。 (相關報導: 吳統雄觀點:伽利略老師─人類的認知內容相反、認知的方法相同 更多文章

唯教科書是以「導數」「極限」來解釋微分,「求長函數」稱為「微分方程式」,直線必須稱為「碎片」,積分公式更具備可怕的形式。數學家用細瑣的術語陳述並沒有錯,因為要把這套思想應用到更抽象的層面,但他們不是教育家,沒有顧慮循序漸進的說明。

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