微光理科——从根部生长的理科体系

暑假抢跑,恰恰输在起跑线上——2026年6月21日分享实录

暑假的价值不在抢跑,而在调整方向、连接知识的源头。从教育与制造的区别,到数学与物理的联系、幂的现场示例,以及不同年级的暑假转向。

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本文为二〇二六年六月二十一日分享实录,六月二十三日首发于微信公众号「微光理科」。正文及公式保留原文,仅调整网页排版。

暑假抢跑,恰恰输在起跑线上:分享实录题图

开场

我们按约定的时间准时开始。很高兴大家来参加这次分享。

我不太确定大家此前是否了解我们,我想多半是不太了解的。也许有朋友听说过,我们和其他机构有些不同——有人甚至会说很不同。但归根到底,如果只看最后要做的那件事,我想大家的目标其实是一样的;真正不同的,是实现它的方式和路径。今天想聊的,正是这些不同到底在哪里。

这次分享的主题是怎么样学习。大家可以翻看我们之前的公众号或其他社交媒体主页,会看到我们做过别的主题。现在正好临近暑假,所以今天就具体谈一谈:暑假应该怎么学。

一、暑假的意义:它是调整方向的机会,而不是抢跑

暑假很重要,这一点大家应该都能直观地感觉到。

对家长来说,暑假的重要性在于它像一个间隙,像一段可以重新洗牌的时间。对同学来说,它更实在的意义是:至少可以稍微歇一歇。

暑假和平时的不同,主要是一种方向性的区别。尤其对努力的同学来说,暑假的强度未必比学期低,真正改变的是方向。学期里我们一直在往前走,因为有各种进度的压力:一是课程进度,二是课程学得到底怎么样——而这要靠一次次测试来体现。因为所有东西最后都落在测试上,年级越高,压力越大;到了八年级或更高,常常是一个测试接一个测试,压得人喘不过气。

而暑假,这种进度压力可以暂时放一放。至少在表面上,往前赶这个方向先停了下来。这一停,就让暑假有了自主性:你可以自己决定方向,自己决定要做点什么。

所以我们认为,暑假的价值主要不在于继续往前赶。既然有了这样一个机会,不如想一想要做哪些调整,尤其是哪些策略上的选择。在学科上,应当稍微停一停,回头看:我在学期里学了这么一大堆东西,有没有办法用比较少的几条线索把它们串起来?也就是说,怎么去找到整个知识体系的源头,并努力连接它。

如果说暑假的目标就是找到源头,这要求未免太高。我们真正要做的,是努力去连接源头——做这样的尝试、下这样的功夫,这件事本身一定有价值。后面我会用一个具体例子说明:同一个枯燥的东西,你当然可以靠死记第一、第二、第三这几个公式来掌握;但你也可以去理解这几个公式背后的基本原则,而一旦理解,你会发现这些公式其实根本不需要记。

二、为什么抢跑反而会输在起跑线上

我得坦白,我们这种思路其实比较小众。因为大部分同学的想法是:暑假继续往前。如果把学期比作起跑线,那暑假干的事情就是抢跑。

而我要说的恰恰相反:如果你这样做,你已经输在起跑线上了。

什么意思?明明我在暑假多跑了五十米、一百米,怎么反倒是输了?问题出在你如何看待这样一条长线的教育。

不管你想冲刺哪个近期目标,你真正的终点,绝不可能是下学期开学第一次小测验。一旦把终点拉到那么近,你就会发现:这件事即便不是一场马拉松,也是一场很长的长跑——也许十公里,也许三十公里。

对这样一场长跑来说,你在暑假先往前跑五十米、一百米,对全程到底有多少意义?更何况,有的同学还没意识到:在大家抢跑的时候,有人其实还坐在轮椅上,有人还拄着拐棍,有人的跑姿根本就不对,却也急着往前冲了。

这种时候,假如你眼下还拄着拐棍,或者哪里有伤,或者跑姿没练好、连一些运动生理学和饮食上的基本要求都不懂——那你就不该急着先去跑。在暑假里把这些先修正过来,所谓提前做一点准备,这有什么错呢?

三、教育能不能像拆解产品一样被拆解

有一种很流行的逻辑是:把马拉松拆成分段目标。“难道一场马拉松,不就是四百多个一百米吗?”于是把它拆成四百多段,每一小段都优质地、尽全力地完成。在现代管理学里,把大目标分解成小目标,确实被认为是很正确的做法。

这个逻辑看上去没错,但藏着一处偷换:你可以把马拉松拆成四百多个一百米,但你不能把它拆成四百多个一百米短跑。如果要拆,你心里一定得有这个意识——它绝不是那么简单。

这就像那个笑话:怎么把大象放进冰箱?分两步,第一步把大象塞进冰箱,第二步把门关上,目标似乎就完成了。又像一个常被讲起的故事:一个孩子每天抱着一头小羊跳过一棵小树,日子一天天过去,他在长大,小羊在变重,小树也在长高,他似乎总能跳过去;半年、一年后,树长高了,他的跳高也练成了。可我们都知道,这样的简化是不成立的——跳高根本不是这么回事。

所以,如果你把目标设成开学某一次考试,那你现在多跑的五十米当然占优,短期看来抢跑确实有好处。但把眼光放长一点——通常是到了高中——代价总是要结算的。

这两种看法的根本分歧,其实是两种教育价值观:教育到底是不是一种可以拆解的产品?

四、拆解思维的蔓延:从餐饮到亲子,越往后越不对劲

家长在社交媒体上,如今会遇到大量帮你拆解一个产业的博主。比如餐饮:你问这个能不能做,博主就把它拆成几个指标——品类是什么、成本和效率如何、品牌价值多少——拆完之后,常常在五到十分钟内就告诉你能成还是不能成,不能成又该怎么调整。

这种看法,本质是从产品经理的视角去拆解一件事。问题在于,这套思路正不断地往外蔓延。

现在也有大量亲子关系博主在做同样的事,逐个指标地拆。先让你判断孩子属于哪个品类,给他贴标签——A 娃、ADHD、文科还是理科、自信还是不自信;再算成本和效率,也就是这样的孩子适合学什么、怎么学、选什么专业,把成长路径规划出来;最后落到品牌,也就是选哪所小学、哪所中学,这些品牌能带来怎样的加持。再往外,还有人把这套产品思维放进更纯粹的情感里。

大家顺着这条线想一想:从餐饮,到教培,到亲子关系,再到亲人之间的感情——越往后,越觉得不对劲。我们是不是真该把这些都当成产品,去做数字上的衡量?

与此相对,还有另一种价值观。把品类、成本效率、品牌这些拆出来的东西全部去掉之后,还剩下重要的东西吗?如果你认为剩下的——比如成长、信心、独立——才是重要的,那它就是另一种价值观。

一旦谈到价值观,价值观这东西在很大范围内是中性的。这不是说有没有坏的价值观的问题,而更像你选择朝哪个方向走,就如同内向还是外向,本身并无好坏。

但落到教育上,这两种价值观对应着两种立场:左边是制造,也就是教培;右边是培育,也就是教育。你是想做制造,还是想做培育?

做培育,对所有参与者的要求都更高。这里至少有三方:学生、家庭、老师。它的难处不在于听起来有点虚、不可量化,而在于——家长自己心里清楚——真要让孩子有所成长、建立信心、变得独立,绝不是打几个勾就能解决的。

五、现场互动:被磨灭的兴趣与好奇心

家长: 我今天来,主要想听右边这一端、也就是家庭这一端的东西。我想知道,一位老师怎样才能让孩子对学习更有兴趣。大部分孩子——可能因为家长,也可能因为孩子自己——对学习、对兴趣,有可能是在被磨灭、在减少,最后变成厌烦。而有了兴趣之后,老师再带着他去探索,一开始是引导,慢慢他自己的自驱力会发展起来;有了进取心和自驱力,成长、信心、独立这些,我相信自然而然就会有。我想听听您在这方面的看法。

家长(补充): 孩子天然是有好奇心的,大概所有孩子都有。但我感觉,随着学习的推进,孩子的好奇心反而在减少。

你其实是把所有东西都落在了兴趣上,认为只要解决了兴趣,其他便会自然而然地有。

这恰恰是现实教育中的问题之一。而且不只是兴趣——你会看到独立性、自信等很多方面,大家都不满意。但这些都是结果,不是原因。

那原因是什么?是不是可以这样解释:大家都在做产品,而没有好好做教育。

这里有一个现象值得注意:当一件事有非常多的声音在帮你拆解时,恰恰说明这件事本身是高难度的,某种程度上是无法被简单拆解的。如果真这么简单,就不会有这么多人围着它说话了。这就像一种疾病——正因为它真的难治,你才会看到各种各样的尝试,既有认真的研发,也有谣言和虚假的声明。

六、教育是一件非常专业的事:别只看主观投入

我觉得很多时候,尤其是家长,会忽视教育的实质内容。

意思是,大家太容易把教育看成一些主观的东西:老师对学生有多好、有多投入,或者家长对孩子有多好、投入了多少时间和爱。这就忽略了一点——教育其实是一件非常专业的事。

它有点像看世界杯。媒体上你看到的,多是教练如何在精神上鼓舞球员、提供那些主观的东西;但还有另一大块、而且分量更重的内容,是日常训练:怎么安排训练计划、怎么制定战术。现在的训练水平,和三五十年前已经有了很大区别。

可一换到教育,我认为这个行业如今太过强调主观意愿,而忽视了客观的教育质量。你甚至会看到,现在的教材越改越差,反不如三十年前;再往前,建国之初从苏联传统直接沿用过来的那些教材,翻一翻就会发现,教学材料的水准其实是在后退,而不是在前进。

所以应当从这里入手:就算我们有一个共同而具体的目标——比如把中考考好——要达成它,你要做的是一套系统的、有质量的训练,而不是家长拼命投入、老师拼命投入,再去抓各种各样的纪律。这是一件很专业的事,功夫要花在专业上。

为什么单靠努力加油、制定学习计划、安排每日日程往往不够?我觉得最根本的,是能力的缺乏,尤其对教育者而言。

举个例子,不知道大家熟不熟悉马俊仁,一位很有名的中国长跑教练。他是典型的靠魔鬼训练(主要是训练强度)与鞭策拿出成绩的教练。可过了不到十年再回头看,人们发现他成功的主要秘诀其实是违禁药品,而不是那种鞭策。

再看衡水中学。五年前,它几乎是绝对成功的代名词,据说一年能包揽全省百分之八十以上的清北名额。但如今,这个神话已经破灭。它真正的秘诀其实是掐尖——面向全省招生,把最好的学生集中过来。这批学生在中考时本就是全省最顶尖的,所以无论怎么训练,最后的清北和 985 都会从他们中产生;也就是说,哪怕教育做得差一点,结果仍然落在这批人身上。可一旦不能再这样掐尖,衡水升学名单质量的下滑就是断崖式的。

所以,作为教育者——我想对家长也一样——我们当然希望对一门学科有深入的理解,能从原理出发把它讲得清清楚楚,而不是靠喂养。

这里给大家看一类很典型的教辅:学而思的《几何模型》系列。它把初中几何题归纳成几十个模型——八字模型、手拉手模型、飞镖模型之类,分门别类全部归好;不仅归好,还配上口诀,甚至配视频讲解,主打套用模型,又快又准。这套书印量极大,面向的是初一、初二的学生。你想象一下:对初中生用这种方式去教,长远怎么可能好?

对老师来说,如果有能力,是不愿意这样教的。而这种教法之所以盛行,是因为它各方都省力:对学生省眼前的力,对家长和老师也省力,因为它特别容易被量化——一个模型一个模型地过,也容易看到(眼前的)效果。

所以,真想从源头去搭一套更好的体系,这其实并不是一道选择题。问题不在于我选不选择去做,而在于大多数机构、大多数老师其实做不到。瓶颈,卡在教师能力的上限上。这一点如果大家不认同,我们可以讨论。

七、我们是谁,以及我们怎么做

下面具体说说我们怎么解决这个问题,怎样去实现一套更高质的教育。先介绍一下我们自己。

首先,我们都是活跃在一线的大学老师,如今都还在学校里工作。十几年前,我们也是从这个教育系统里走出来的——算是幸存者吧。从系统里走出来,会让人更容易反思:你会意识到整个系统的效率和产出,似乎越来越成问题。

但这些还偏主观。客观方面,具体到学科,比如数学和物理,我们对学科本身有非常深入的理解。从最简单的——四则运算到底是怎么回事、九九乘法表是怎么回事、分配律和结合律究竟是什么——到物理里整个力学如何建立在牛顿三定律之上,乃至数学与物理之间的关系,我们心里都有一幅图景。这幅图景告诉我们:若想打好基础,所有这些所谓的知识点之间的联系是什么,以及该按什么顺序、深入浅出地把这套体系搭起来。

最后一点我认为非常重要:一个老师必须对长期结果负责,而不是只保证某一次考试。这里有一个看似矛盾的道理:把目标设在长期、并对长期结果负责的老师,往往反而能保住你阶段性的目标;而那种专门针对某次考试、针对性极强、甚至能押题的做法,短期结果反而更难保证。我们当年的学生,如今上了大学还常来找我讨论问题;我能看到,当初给他们的那些基础思维方式,直到现在仍在影响着他们。

八、我们用的是什么教学材料

接下来说教学材料。有一个很有意思的例子:我们现场主要是初中生,但我们整套体系最初,是从这本书开始搭起来的——盖尔范德(Gelfand)的《代数》。

那大约是六七年前的事。当时这本书只有英文版。盖尔范德是一位苏联人,后来去了美国,是上世纪最著名的数学家之一。他这本《代数》,在一些圈子里——尤其是大学老师的圈子里——非常著名,但国内知道的人很少。我把它拿来用了几年后,发现它有了中文版,是中科大的一位老师组织翻译的。他在前言里也提到,这本书是加拿大麦吉尔大学(McGill)的一位华人老师推荐给他的——在数学家、数学老师的圈子里,大家其实都知道它,只是圈外很多人不知道。他读完觉得特别好,便译成了中文。

盖尔范德其实有一整套教材,如今都已译成中文,我们实际上都在用:除了《代数》,还有《坐标方法》《函数与图像》,这是我们偏代数的部分。

几何这部分,我们用的是基谢廖夫(Kiselev)几何。我们国家从六七十年代一直到八十年代的教材,其实就是以这本书为底——它在当时太出名了,出名到几乎是全世界通用的版本。但经过这么多年的教学改革,现代教材里已经看不到它的影子,换成了另一种讲法。这本书也有中文版,由哈工大出版社出版,不过那个译本质量很差,我高度怀疑用了机器翻译;但这不影响我们,因为我们教同学,并不需要他们去读原文。

除此之外,还有一本很好的几何习题集,书名也很有意思:它不叫几何里的问题,而叫《问题里的几何》——把几何放进问题中,让它在问题里自然涌现出来。

还有这本《怎样解题》,作者是波利亚(Pólya),专门讲解题策略和那些套路。有同学知道这本书吗?大家搜一下就知道了。

另外有一块是给更高年级同学用的,今天来的同学暂时用不上。而这一本是给低年级同学的:我们曾给小学二三年级的孩子开过一次课,叫《平面国》。《平面国》是一部以几何为背景的科幻小说,里头有很多几何的东西,对低年级小学生而言是很好的几何入门;那次课我觉得挺成功。再加上一本代数的入门书,以及若干物理方面的材料(这里没有列出)。

总之,我们选用的这些教学材料,都是当前能找到的、事实上最好的,一点都不夸张。它们完全不是那种经过重新缩略、甚至有所扭曲之后得到的东西。经过这些年的打磨,它们已经串成了一套相当完整的课程体系,我们也有很好的反馈和产出。

这里其实形成了一种奇怪的壁垒:本该非常流行、广为人知的教学材料,大家反而都不知道;大家熟悉的,往往是各种教辅,而非真正讲学科本身内容的材料。

九、核心观点:联系才是重点,而不是孤立的知识点

关于怎么学数学、怎么学物理,我们有一个非常强烈的观点。

大家平时学的,是一个个大大小小的圆圈:大圆代表重要知识点,小圆是零散知识点。常见的做法是线性地、一个接一个地学这些知识点,再靠一个专题一个专题地深挖来加强——比如这一类题有五种题型,每种题型分别有什么解法。

但你真正需要知道的,是每个知识点在整个知识体系中的位置,以及它与其他知识点之间的联系。一个东西看上去也许很独立,比如根号 2,但它其实跟很多东西都相连:跟面积有关,跟直角三角形有关,跟二次方程、二次函数有关,甚至跟相似也有关。

根号 2 怎么会跟相似扯上关系?大家手头若有 A4 纸,可以试一下:把 A4 纸对折,得到 A5,形状与原来一样,只是变小;再对折成 A6,还是同一个形状——比例始终不变。这只有当长宽之比恰好是 √2 时才成立。你换一张比例为 1∶3 的纸去折,会发现一折形状立刻就变了。甚至,根号 2 还跟加速度有关联。

所以,你若真想把这套东西学会,不要孤立地深挖一个个知识点,而要知道它在整个知识结构中处于什么位置、与别的知识有什么联系。重要的反而不是这些点本身,而是把它们串起来的那些连接。

我们的观点就是:联系才是重点,而不是分离的知识点。

如果同学把知识点处理得过于局部——你一问看到根号想到什么,他立刻答根号跟无理数有关、根号里面不能是负数之类的规则——那说明这个知识点被处理得太孤立了,这门课其实还没学深、没学透。

而且要强调:你不可能靠深挖把这张网织起来。如果把那些连接都拿掉,你想单点地往深里挖,其实也挖不深。这跟打井一样:井要打得越深,上面的开口必然越大;想又浅又窄地挖出一个深坑,是非常困难、需要专门技术的。

十、数学与物理是同一件事的两种语言

秉承这套观点,我们把数学和物理放在同一套系统里学。

常规的看法认为,物理和数学的关系主要是:物理是把你的数学技能用在跟物理有关的情境里。比如物理告诉你某些量之间的关系,你便用上点到直线的距离、用上一些代数运算;再比如理解光的反射和折射,把有限的几何知识套上去就行。

但实际上,物理和数学的关系非常紧密,它们几乎是同一种内容,只是用两种语言在讲而已。比如牛顿的《自然哲学的数学原理》里,通篇都是几何图——力学,本质上就是运动的几何学。

最典型的例子其实是光学。光学不是先有数学、再有物理,而是反过来:我们先有对光的种种朴素认识(物理),才去发现与之相关的数学。

举一个同学们会遇到的问题:这是一条河,一个人从 A 点出发,要先到河边取一桶水,再把水送到 B 点,目标是走最短路径,他该到河边的哪一点取水?有奥数经验的同学和家长应该知道做法:把 A 关于河岸作镜像(对称),再把镜像点和 B 连成直线,这条直线对应的就是答案路径。

这个做法是怎么来的?它其实等价于一个物理问题:光从 A 经一面镜子反射到 B,会怎么走?因为光走最短路径,所以你只要发射一束光就行了。从这里你能看到,物理和数学的地位是可以调换的:如果同学先把它当成一个物理问题去理解,你会发现那个数学问题变得显然——它无非是把同一个物理情境换了个地方使用。

物理对数学的帮助还有很多,这里随手举一个:量纲。

同学肯定知道,1 厘米等于百分之一米。那么,1 平方米等于多少平方厘米?

现场同学: 一万。
主讲人: 为什么?怎么来的?
现场同学: 1 平方米等于 100 平方分米,1 平方分米又等于 100 平方厘米,所以是一万。

很好,这是最标准的算法。但如果学过物理、有了量纲的概念,你会发现这件事根本不用记。

平方厘米是什么意思?就是字面意思:厘米 × 厘米。而1 米又是什么?就是 100 厘米。于是:

$$1\,\text{m}^2 = (100\,\text{cm}) \times (100\,\text{cm}) = (100 \times 100)\,(\text{cm} \times \text{cm}) = 10000\,\text{cm}^2$$

把两个 100 合在一起就是一万,把两个厘米合在一起就是平方厘米。所以量纲这东西,你不需要记任何换算——单位就像任何一个数学符号一样,你把它们放到一起,换算自然就出来了。遇到更复杂的,比如英寸、平方英寸,道理完全一样。

量纲的直觉,还能帮你解决看似抽象的代数题。比如七年级同学可能觉得有点难、八年级是典型问题的这一类:

已知 $A + B - 2C = 0$,$A - 2B + C = 0$,求 A、B、C 之间的比例。

如果你有量纲的直觉,可以这样想:把 A、B、C 都看成某种实际的量。这两个式子告诉我们:A、B、C 一定是同一个单位的。否则——一块钱加一块钱再减两千克,虽然形式上是 $1+1-2$,但能等于零吗?显然不能。所以它们必须同单位。

由此可知,最终要求的那个比值一定是个无量纲的纯数,也就是一个纯粹的比例。这意味着:重要的不是 A、B、C 的具体数值,而是它们之间的比例关系——如果 $(1,1,1)$ 满足等式,那么 $(3,3,3)$、$(5,5,5)$ 也满足。一旦看清这一点,你只要把 $C$ 除过去,把方程改写成关于 $A/C$ 与 $B/C$ 的两个式子,比例就能解出来了。

数学老师当然也会教这道题,但他往往会说这是某某法(比如齐次法之类),却不一定告诉你背后为什么要这么想。其实,它有物理上的根源。

物理还有一个好处:它会帮你理解一般与特殊的关系。物理问题往往是一般的,而数学问题很多时候是特殊的。比如数学里告诉你一个三角形有一个 90 度角、一个 30 度角,你就知道这是个特殊三角形,里头有很多特别的结论;但物理问题很难被设计成特别的,你设计的物理问题里的数字其实都可以随便换,所以物理处理的往往是一般性的问题。无论数学还是物理,特殊的具体问题和一般的问题这两面都很重要,如果你能对二者有一个平衡的认识,理解自然会加深。

十一、现场示例:从源头理解幂

最后,我们就以一个非常基础、也很枯燥的代数对象——幂——来现场看看:它有没有一条贯穿的脉络?能不能从源头来理解,而不是把规则一条条死记下来?

请大家(包括家长)把自己当成还没学过这个东西的学生,有问题随时提。我们的课堂是要求学生必须互动的,没有问题我就反过来问大家。

幂这个字,同学不一定听讲过,但一定听过它更通俗的说法:几次方,二次方、三次方。

我先问两位同学:我们为什么要用乘法?乘法有什么用?

现场同学: 图个简便。比如 $1.1 + 1.9 = 3$ 很简单,但 $1.1 \times 1.9$ 我不一定一下就知道等于几。
主讲人: 很好。

关键就在于:乘法是一种简记。当我写下 $5 \times 20$,其实是在写一个缩略——用它来代替把 20 个 5 加起来。因为那样一个个写太长,根本写不下。

同样地,幂就是乘法的简记。下面我们顺着这条线,把整套幂的规则从头走一遍。你会看到:每当直观失效,我们都不靠死记,而是靠让已有的规则继续成立去反推出新的定义。

1. 整数次幂:从直观定义到规则 I

幂最初的定义,就是相同因数连乘的直观写法:

$$2 \times 2 \times 2 \times 2 = 2^4,\qquad \underbrace{2 \times 2 \times \cdots \times 2}_{m\ \text{个}} = 2^m$$个

由这个直观定义,马上能看出一条规则 I:

$$a^m \cdot a^n = a^{m+n}$$

因为左边是 $m$ 个 $a$ 连乘,再接着 $n$ 个 $a$ 连乘,合起来正好是 $m+n$ 个 $a$ 连乘。

2. 零次幂:2⁰ 等于多少?为什么?

到了 $2^0$,直观的连乘已经讲不通了——0 个 2 相乘是什么意思?这时有两条路。

① 找规律。把指数往下排:

$$2^0 \quad 2^1 \quad 2^2 \quad 2^3 \cdots$$

$$1 \quad\ \ 2 \quad\ \ 4 \quad\ \ 8 \cdots$$

每往右一格乘以 2,那么往左一格就该除以 2;由 $2^1 = 2$ 往左退一步,自然得到 $2^0 = 1$。

顺带一个思考题:那么 $0^0$ 等于多少?

但找规律这条路有个隐患:规律是我们看出来的,凭什么一定对?所以更可靠的是第二条路。

② 用规则 I 来定。我们希望规则 I 对 $2^0$ 也继续成立。如果只盯着 $2^0 \times 2 = ?$,单看是定不下来的;但借助规则 I 就唯一确定了:

$$2^0 \times 2 = 2^0 \times 2^1 = 2^{0+1} = 2^1 = 2 \;\Longrightarrow\; 2^0 = 1$$

也就是说,只要我们坚持让规则 I 成立,$2^0$ 就只能是 1,没有别的选择。这才是 $2^0 = 1$ 真正的理由——不是规定,而是为了不破坏规则 I。

3. 负整数次幂:2⁻² 等于多少?

到了负指数,直观更彻底地用不上了——$-2$ 个 2 相乘完全没有意义。仍然是两条路,而我们仍以规则 I 为准。

① 找规律。

$$2^{-2} \quad 2^{-1} \quad 2^0 \quad 2^1 \quad 2^2$$

$$\tfrac14 \quad\ \ \tfrac12 \quad\ \ 1 \quad\ 2 \quad\ 4$$

② 用规则 I 来定。

$$2^{-2} \cdot 2^2 = 2^{-2+2} = 2^0 = 1 \;\Longrightarrow\; 2^{-2} = \frac{1}{2^2} = \frac14$$

推广开来:

$$2^{-m} \cdot 2^m = 2^{-m+m} = 2^0 = 1 \;\Longrightarrow\; 2^{-m} = \frac{1}{2^m} \;\Longrightarrow\; \boxed{\,a^{-m} = \dfrac{1}{a^m}\,}$$

负指数的含义,就这样被规则 I 逼了出来。

4. 规则 II:规则 I 的升级

接着问:$(a^3)^4$ 等于多少?

① 从定义。$(a^3)^4$ 就是把 $a^3$ 连乘 4 次:

$$a^3 \cdot a^3 \cdot a^3 \cdot a^3 = \underbrace{(a\cdot a\cdot a)\cdots(a\cdot a\cdot a)}_{4\ \text{组}} = a^{3\times 4} = a^{12}$$组

② 用规则 I。

$$(a^3)^4 = a^3 \cdot a^3 \cdot a^3 \cdot a^3 = a^{3+3+3+3} = a^{3\times 4} = a^{12}$$

一般地,这就是规则 II:

$$(a^m)^n = \underbrace{a^m \cdot a^m \cdots a^m}_{n\ \text{个}} = a^{\,m+m+\cdots+m} = a^{mn}$$个

5. 规则 III

$$\boxed{\,(ab)^m = a^m b^m\,}$$

6. 幂的运算法则原理:一切都从 I、II、III 来

到这里就要点出整套体系的源头了:幂的所有运算规则,都可以由规则 I、II、III 推出来,不必另记。举两个例子:

$$a^m / a^n = a^m \cdot a^{-n} = a^{m-n}$$
$$(a/b)^m = (a \cdot b^{-1})^m = a^m b^{-m} = \frac{a^m}{b^m}$$

你看,平时要单独去记的同底数相除指数相减、分式的幂等等,在这里都不是独立的新规则,而是 I、II、III 的直接结果。

7. 分数次幂:2¹ᐟ² 等于多少?

到了分数指数,找规律已经无从下手了——你没法在整数那一排里直接看出 $2^{1/2}$ 该填什么。于是我们彻底依赖前面的规则:

$$\left(2^{1/2}\right)^2 = 2^{\frac12 \times 2} = 2^1 = 2 \;\Longrightarrow\; 2^{1/2}\ \text{是平方等于 2 的那个数}$$是平方等于的那个数

也就是 $2^{1/2} = \sqrt{2}$。注意:这个结论同样不是凭空规定的,而是为了让规则 II 继续成立,被逼出来的。

留两个思考题:$4^{1/2}$ 和 $27^{1/3}$ 分别等于多少?再想一想,$\left(\tfrac18\right)^{-1/8}$ 和 $1$ 相比,哪个更大?

走到这里,幂这条线就完整了:从相同因数连乘的直观定义出发,提炼出规则 I;此后每当直观失效——零次、负次、分数次——我们都不去硬记新规则,而是反复用同一句话来确定它的含义:让已有的规则继续成立。这,就是从源头理解一个知识点的样子。

十二、学习是输出,不只是接收

刚才那段关于幂的演示,大家可能注意到了,从头到尾都是我在问、两位同学在答。这是刻意的,因为它正是我们最看重的一件事:学习是输出,不只是接收。

很多人默认,学习就是把老师讲的、书上写的接收进来,装进脑子。可真正发生学习的那一刻,往往是在你把它讲出来、用出来、做出来的时候。你能把幂为什么等于这个、量纲为什么这样换算,清清楚楚讲给别人听,你才算真的懂了。

我给大家看一张图,这是我们一节课的发言记录,右下角标着共有七个发言人。最上面那条长长的,是老师;但你往下看,六个学生每一条都是密密麻麻的发言。这就是我们课堂的常态:每个孩子都在不停地讲、不停地被追问。上面那道二次函数的压轴题,也是学生自己推、自己上去写的,我在旁边只管问为什么、还有没有别的走法。老师从头讲到尾、学生从头记到尾的那种课,在我们这儿很少见。

为什么一定要这样?因为接收是廉价的,输出是昂贵的,而恰恰是昂贵的那部分才长本事。一道题你听老师顺一遍,当场觉得懂了,这种懂最靠不住;你自己讲一遍、写一遍、被人当场问倒一次再补上,这才作数。前面我们批评过那种把模型和口诀喂给学生的教法,它的毛病也在这里:学生全程在接收,几乎不输出,所以看着会了,情境一换就垮。

十三、启发式原创作业:从源头理解

刚才我们说,乘法是加法的简记,幂是乘法的简记,理解一个东西要一直追到它的源头。我再给大家看一份作业,你就明白从源头到底是什么意思。

这份作业的标题写着:三三乘法表,用的是四进制。大家大概一眼看不懂上面这些符号,三角、尖角、竖道,因为这是一套全新的数字记号。我们让学生用这套他从没见过的符号,在四进制下,自己造一张乘法表,再拿它去做乘法、除法、列竖式。

先说这个名字本身就有讲究。我们背的叫九九乘法表,为什么是九九?因为十进制里最大的一位数是 9,表也就排到九乘九。可到了四进制,最大的一位数是 3,乘法表就只排到三乘三——它叫三三乘法表,正好对应十进制的九九乘法表。光是这个对应,就把一件大家从来没想过的事翻了出来:乘法表该有多大,原来是由进制定的,九九这个数字一点都不天经地义。一个孩子要是能自己想明白四进制的表为什么是三三,他对进制的理解就已经比背了十年九九表的人深了。

为什么要这么折腾他?因为你平时背的九九表、列的竖式,都是十进制、阿拉伯数字,你太熟了,熟到以为那是天经地义,根本不去想个位为什么满十进一、竖式为什么要这样错位。可一旦把数字换成你不认识的符号、把十进制换成四进制,你背的那张表立刻作废,所有口诀都救不了你。这时你只剩一条路:回到最源头,重新问运算到底是什么、进位到底是什么、竖式凭什么这样写,自己一步步推出来。

这就是我们说的启发式原创作业。它的原创,在于这套题、这套符号,你在任何教辅、任何搜题软件里都搜不到答案,你抄无可抄,只能自己想;它的启发,在于它把你逼回源头。一旦你能在四进制下、用陌生符号把乘除法做对,就说明你对运算这件事的理解,已经脱开了具体的符号和进制,触到了底下的根。

它看着像绕远路。可这条最远的路走一趟,运算的根就理解透了,往后任何进制、任何情境你都不慌。这也是这一页标题想说的:从源头理解,是最直接、最有效率的学习方式。

十四、不同年级最有价值的暑假转向

我们开头说,暑假的价值在于调整方向。具体到不同年级,方向该往哪儿转,这一页讲得很实在。

升初一的孩子,核心转向是从算术到代数。这是整个初中最关键的一次跨越。小学算术打交道的是具体的数,三加五、七乘八,都是定死的;代数要你开始跟字母、跟未知数打交道,设未知数为 x,处理的是一般的关系。很多孩子初一数学掉队,根子就在这次转向没完成,还用算术的脑子去对付代数。暑假把这道坎迈过去,后面一路顺;迈不过去,后面年年补。

升初二的转向是从题型到原理,同时物理起步。初一也许还能靠刷题型、记套路混过去;到了初二,几何全面铺开、内容陡增,题型记都记不过来,你必须转向理解原理。与此同时物理起步,而物理又是一门得从源头理解才学得动的科目,起步那一下尤其要紧,起好了事半功倍。

升初三这一年没有新方向了,是收口。暑假要做的是把初中三年的学科结构做一次回顾性的梳理,也就是前面说的,把那张知识的网在脑子里重新铺开,同时进入考试策略和考试训练。

这一页底下那句话很关键:每个年级各有一个必要的转向,在它该发生的时间窗口里去做,效率最高;错过窗口,后期再补,费力得多。这又落回我们开头的判断——暑假这段时间,最该做的是转向。

十五、学生去向:升学结果是副产品

讲到这里,可能有家长心里在打鼓:理念听着都好,从源头理解、不抢跑、做培育,那结果呢?孩子最后到底去了哪?这一页就是我们这些年学生的去向。

中学这一档,去了南外、南师附中、金中、UWC;国内这一档,去了南大、上海交大、中科大;海外这一档,去了 Colby、Hamilton、UChicago、Duke。

放出这一页,我要说的重点在底下那行小字:升学结果是副产品。

这话是认真说的。我们从不把考进某所学校当成目标去打。前面讲过那个悖论:死盯着某一次考试、某一个名额去训练的,往往两头落空;而踏踏实实把人养厚、把学科理解透、对长期负责的,这些去向反倒水到渠成地来了。它是副产品。我们瞄准的靶心从来不在这些校名上——你一旦把这些学校当靶心,手上的事就会慢慢变形,又滑回掐尖、刷题、套模型的老路。

十六、极致的应试准备:有能力的教育者进行系统工程

说到这儿可能又有一层误会:你们这么强调理解、强调长期,是不是就不在乎考试了?前面我说过,真正对长期负责的老师,往往也最能保住阶段性的目标。我们对应试非常认真,只是我们做应试的方式是系统工程,靠喊口号、拼时间是做不出来的。

我给大家看一张我们真实备考系统里的试卷分析表,这是第四次模考、二十六道题的逐题分析,个人数据已经隐去。大家看它怎么分析一道题——它不只看你这道题对没对、得了几分,而是给每道题标了两个维度:客观难度,指这道题本身有多难,是不是公认的硬骨头;主观难度,指这道题对你个人有多难、你做起来多吃力。

这两个维度一交叉,信息就出来了。你看第五题,客观难度只有一颗实心点,题本身挺简单,可这个学生主观难度两颗点、得分零分;再看第十六题,客观三颗点、主观三颗点,是真难,他也是零分。这两个零分,价值完全不一样。第十六题是真难题,丢分情有可原,补它性价比不高;第五题客观上简单、他却做错,这种丢分才最该马上补,因为它说明一个本不该出问题的地方出了问题,是离他最近、提分最快、也最危险的漏洞。这正是这一页底下那句话:客观难度乘以主观难度——一道客观上简单、却做错的题,比一道难题的失分更该马上补。

这套系统还能按不同维度把题分桶:所有错题、做错的高难度题、做错的低难度题、所有高难度题,另外配着得分统计和相应的任务与资料。

这就是我说的系统工程。它不神秘,但它要求能力——你得真懂这门学科、懂每道题考的是什么、懂这个学生卡在哪,才能把一次模考拆到这个颗粒度,再精准地决定他下一步补什么。这跟那种多刷题、多熬夜、抓纪律的应试,完全是两回事。极致的应试准备,本身就是一件专业的、系统的事。

结语:向上,不是向北

最后,我想用一本书来结束今天的分享。前面提过,我们给低年级孩子上过一门课,用的是《平面国》这本科幻小说。

《平面国》写的是一个二维世界,住在那里的是一些平面图形,他们的世界只有长和宽,没有高,方向只分东南西北。有一天,一个三维世界的球闯了进来,告诉那个二维的正方形:还有一个方向,叫向上。正方形怎么也理解不了——在他的世界里,你说的向上到底指哪儿?他脑子里只有东南西北,向上这个维度,他想破头也想象不出来。

我用这个故事收尾,是想说:今天讲的这些,抢跑也好、拆解也好、刷题型也好,都还是在同一个平面里打转;你往北跑得再快,人还在那张平面上。我们真正希望孩子拿到的,是那个二维世界的人想象不到的、垂直于这张平面的方向——向上。

向上,不是向北。向北是在原地的平面上更使劲地往前赶,向上是升出一个维度,是理解的升维。而有意思的地方在于:你一旦能向上,低头一看,整张平面尽收眼底,反倒更清楚该往哪儿走、怎么走。所以这一页底下写着——向上看,可以更好地向前赶。