观察与交互不可见之物：科学学习的强大工具

为了描述自然现象，科学发展出了复杂的模型，这些模型使用数学和形式语言，这些语言似乎——且往往确实——远离日常经验。当某种现象无法被我们的感官感知时，对其的描述是间接的，对于未经训练以理解科学家所使用形式语言推论的人来说，理解可能会很困难。当人们成功获得对感官不可及现象的直接可视化时，由于涉及了非常有效的学习渠道，便有可能获得更深入的理解。如果用于可视化的物理系统能够实现与现象的直接交互，则可以在学习过程中获得更广泛和更深刻的结果。从红外视觉到宇宙射线，从磁场到能量流动，许多现象都适合用于构建系统，从而获得对物理世界更充分的认知。本文给出了物理学相关主题和数学工具的此类系统的一些示例。它们是为高中最后几年的学生暑期学校，或针对中学有天赋学生的深化实验室而设计的，但稍加注意，便可将其适应于高中课堂或本科生等其他情况。