自制学具和类比教学
千穗工坊教法实验室
树木比草更高更壮的原因，在于一年年的积累。与此相似，人的意识和智慧，也是在原有的基础上不断地增加新东西。于是可以根深蒂固，枝繁叶茂，生机勃勃，郁郁葱葱。人们总是用已知的，熟悉的事物，来辅助理解未知的陌生的事物。用简单的结构和具体的事物来类比理解复杂的结构事物和抽象的事物。
化学键能，原子能级，金属表面和原子核的结合能是几组很相似的概念。他们的准确理解就需要一些类比思维。
我们可以想象地面上的一个陷阱。 以地面为参考平面，落入陷阱的石头，其重力势能向动能转化，最后又在触底时变为内能。于是它的机械能就成为了负值，数值越小，阱越深，束缚越彻底，逃离的代价越高昂，逃离的条件越苛刻。我们称之为束缚态。离开陷阱的方式八仙过海，各显神通。要么被拽出去（静力），要么被撞出去（动力），要么吹出去（场力）。归结一下就是重新获能。只要总能量越过零点，就能逃出升天。个别的幸运儿，还会有一个分手大礼包。
以此类比，化学键是元素原子的束缚态，原子是核外电子的束缚态，金属表面也是“公共电子”的束缚态，原子核是核子的束缚态。而相应的键能，原子能级，逸出功，比结合能等都是对各自束缚态的描述而已。取值越大，表明相应的结构越稳定，束缚越强，分开需要的代价越大。
可以认为存在相互作用的任何一个物质集团都是一个束缚态。而描述这个物质集团结合的紧密程度的就是不同层次的“结合能”。独木难林，孤证不立。有了这几个陪跑的，我们再来理解原子核的结合能，难度会低很多了，但是还不够。
在实际的教学中，最怕的是学生人云亦云，不知所云。鹦鹉学舌，文本搬家，不过脑子。所以要想办法给他们一种更具冲击感的教学设计。也就是第一视角，直接经验和第一人称。怎么做呢？
这里我设计了一套用强磁珠制作的体验式学具。用20多枚强磁球类比原子核或者任何相互作用的物质成分。然后让学生亲自感受磁珠之间的作用力，体会拆走一个磁珠需要施加的外力，然后用传感器和图像，近似计算需要做的功。从而准确的“结合能”这一概念。 这个学具是比较有拓展性的，还可以模拟核力的饱和性，人工核转变，衰变等等。
许多时候，教学的真正价值，或许并不在于告诉孩子们多少具体的知识和结论，也不在于什么技巧和大招。而在于获得对事物的理解和直觉。要找一些机会，让他们亲自体验和感受事实本身。他们才能设身处地，换位思考，才能触景生情，触类旁通。物理科学讲格物致知，目的就是提高人们对“物”的共情能力：一种超越视觉线索和文本线索的直觉的东西。他能够帮助人们快速的去粗取精，去伪存真，提纲挈领，抓住问题的核心。把一个系统的复杂的大问题快速分解为逻辑严谨，边界清晰的小问题，然后获得解决。庖丁解牛，神乎其技。
