آموزش مفاهیم تجربی با استفاده از ابزارهای آموزشی ریاضی و فیزیک

ارتباط عمیقی بین یادگیری مفاهیم در علوم تجربی و ابزارهای ریاضی و فیزیک هست. با توجه به اینکه علوم پایه، بخصوصمفاهیم ریاضی و فیزیک سعی در قانونمند کردن پدیده های طبیعی و علوم تجربی را دارند، بسیاری از قضایای بزرگ ریاضی وفیزیک که ارتباط تنگاتنگی با هم دارند، در حقیقت برگرفته از مفاهیم عمیق موجود در طبیعت هستند. به طور مثال قانونپایستاری نیروی گرانش معادل قضیه مستحکم استوکس در ریاضیات است. مفاهیم مشتق و انتگرال که گاها در ذهندانش آموزان مفاهیمی غریب هستند، در حقیقت منتج از مفاهیم عمیق علوم تجربی هستند. معادل این مفاهیم، در طبیعتمثا لهای کاربردی فراوانی وجود دارند. به زبان ساده ریاضی، پوش محدب مجموع های از نقاط، کوچک ترین حصار بسته شاملآنها است. قضیه گاوس- لوکاس یکی از زیباترین قضیه های ریاضی است. این قضیه بیان می کند که ریشه های مشتق یکچندجمل های درون پوش محدب ریشههای همان چندجملهای قرار دارند. این قضیه ارتباط عمیقی با مفاهیم الکترومغناصیسیو قضیه معروف گاوس در فیزیک دارد. هدفمان از نگارش این مقاله آن است که با ایجاد انگیزه در میان دانش آموزان، اینذهنیت را در میان آنها تقویت کنیم که میتوان برای پیچیده ترین مفاهیم در علوم تجربی با استفاده از ابزارهای ریاضی وفیزیک، به روش های ساده تری برای یادگیری مفاهیم دست یافت. البته استفاده از قضیه گاوس- لوکاس فقط مختصالکترومغناطیس نیست. این قضیه کاربردهای فراوانی در علوم دیگر نیز دارد. یکی از مهمترین کاربردهای این مساله در مسالهبهینه سازی است. در حقیقت با کمک این مساله میتوان در علوم مختلف مساله هایی را به مسایل هندسی محاسباتی تبدیلکرد و سپس نقاط بهینه محاسباتی را بدست آورد. مورادی مثل موزه هنری، یا قضیه شاپلی-فالکمن در علم اقتصاد، مثال هاییاز این دست هستند

Keywords:

ابزارهای ریاضی , ابزارهای فیزیک , علوم تجربی , قضیه گاوس-لوکاس.