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學習和研究需要的能力方向不同

作者:由 數理紅蘋果 發表于 書法日期:2022-10-23

歲月其徂代表1個數是幾

從數學上來說,現在學習的主要課程安排是熟練掌握公式,定理,定律,將資料代入,計算出結果。而研究需要的能力是已經有了一定的觀察資料,透過資料總結出公式,定理,定律。兩者當然是總結出公式更難。物理公式定律發表以後,一些人認為也不復雜,可是當初面對一堆實驗和測量資料,能總結出正確結果的都是傑出人才。現在把用於人工智慧的演算法叫成機器學習,其實應該叫成機器研究才對。因為機器學習本質也是根據資料推算出公式,不是先有公式,再套用資料計算結果。當初只所以叫成機器學習,是因為和人的潛意識學習機制相同,比如自然地學會母語,自然地能夠識別不同的人臉,自然地感知別人的情緒。這些現在學校都不教,現在學校的課程主要教的是現成的公式流程輸入和練習熟練。

學習和研究需要的能力方向不同

漲潮和退潮方向不同

透過體積計算重量,透過面積計算產量,這都是一次函式,不用數學家總結,古人自然就知道,勾股定理,計算斜邊的長,是兩個直角邊的二次方相加加再開方。函式相對複雜,所以一般人不知道,需要數學家專門思索才能總結出來。牛頓第二定律,力等於加速度乘質量,加速度又是距離對時間的二階導數,這個數量關係又複雜了一個檔次,所以發現的晚也是有原因的。放射線元素,隨時間衰變的速度是個指數函式。指數函式在存款複利中會用到,不過複利是個由人設計的系統,不是自然存在的系統。麥克斯韋方程組是偏微分方程。量子力學,能量輻射有最小單位,這個是個分段跳點函式。分段函式,在人為設計的系統中常見,比如退休年齡的設定。在自然界中,冰的融點也是個跳點分段函式。量子現象和冰的融化,和經典力學的連續函式不同。所以量子力學和熱力學都用機率論來解釋預測現象。而經典力學和電磁學現象一般不會用機率論來解釋。

學習和研究需要的能力方向不同

水的狀態是個跳點函式

函式越複雜,越難理解,最好理解的是線性函式。函式越複雜,從現象和資料中發現規律也越難。

要發現規律,從資料總結出函式來重要,測量比較準確的資料也非常重要。資料測量,就是想一些辦法,把非常大的量縮小到人可觀察的範圍內測量,對於非常小的量則放大。比如有人想到用機械轉輪首次測出了光速,這個辦法還是非常巧妙的。小量放大,則有密立根油滴實驗。現在我們測dna用到的pcr擴增技術,就是把dna分子複製多次,濃度增加,達到可測量的程度。

學習和研究需要的能力方向不同

遊標卡尺常用來測量微小長度

現在物理,化學,生物專業的課程中,都安排了實驗,具體做一些實驗,比如生物系的養果蠅做遺傳學實驗。其實具體做實驗重要,一些重要實驗的設計思路也非常重要。實驗設計思路這個能力該如何培養呢? 應該設定一門 實驗設計賞析課。把各個學科中取得突破的實驗過程,歷史背景,設計思路都講解一遍,學生能夠從欣賞的過程中潛移默化,獲得能力。比重複具體的實驗過程效果應該好。

學習和研究需要的能力方向不同

巴斯德發現了分子旋光性

中學物理課程講解電路,講了電源,電阻,並聯以及串聯電路。沒有講既不是並聯也不是串聯的電路。解這種電路需要用到基爾霍夫定律,其實就是解n元一次方程組。這個中學生數學知識上不成問題。中學課程裡沒有講到由電容和電感組成的電路。因為這種電路需要微積分才能計算。常見的收音機電路中用到了電容,改變電容大小調節振盪電路的頻率,才能選擇出接收的頻率。一般的計算機軟體程式設計中,用到的微積分知識不多,電子工程和通訊類專業,會用到很多微積分,用這些專業中的應用例子來講解具體的微積分知識,可以大大激發學生的學習興趣。

學習和研究需要的能力方向不同

電容器

傳統的數理統計是講用資料總結規律的,現在的機器學習也用資料透過計算機來總結規律的,這些課程中提到的方法和物理學家建模的方法非常不同。