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大和尚的因材施教:胖瘦不同体型在雨中行走的最佳策略

这几年,许多老师开始尝试“翻转教室”这项新观念——藉由学生在家中看教学影片,老师得以从一成不变的讲课中释放,在课堂上跟学生有更多的互动、讨论,实践真正的因材施教。论语里一则关于因材施教的故事:

某天,子路跟冉有先后问了孔子同一个问题:

“听到一个好的道理,就要立刻去实践吗?”

孔子回答子路,别急,你该先想到家里还有父亲与兄长;但却对冉有说,当然,听到就该去实践。在一旁的公西华听了很纳闷,问老师为什么给子路和冉有不同的答案。

孔子说:

“冉有个性保守,我要鼓励他更积极;相反地,子路已经够积极了,我得拉他一拉。”《论语.先进》

根据不同学生的特质,告诉他们不同的答案,才是最理想的老师。这道理,上篇教大家打伞的大和尚也懂。

两个徒弟拿伞

走了半天,大和尚一行人总算来到个小聚落,聚落里的人生活很清苦,没什么能布施给他们的,大和尚跟徒弟在聚落里的祠堂睡了一晚,隔天一早即动身前往下一个村落。虽然肚子还很饿,但至少天气放晴了,大雨清洗过的草原,翠意盎然,光是看着,就令人比昨天更精神抖擞。然而好景不常,才离开祠堂没一刻钟,乌云彷佛像发现自己睡过头了,迅速从后方赶上,稀哩哗啦地又是一阵大雨。更糟糕的是,背行囊的胖徒弟出发时看到天气好,不小心将伞留在祠堂里。大和尚一行人躲在路旁的草棚底下避雨,讨论该怎么办。

“我比较瘦,跑得比较快,不如师父跟大家在这里等着,我回去拿伞。”

一位体态单薄的瘦徒弟自告奋勇,大和尚担心他感冒,但也想不到别的方法,只好目测一下他的身形,再看看棚子外的雨势,掐指算了算。大伙儿送瘦徒弟出发时,最机灵的小徒弟听见大和尚对瘦徒弟说:

“你现在回去,雨会从你身后打来。要是雨势斜到……度,你就全力冲刺,不然,以……的速度走慢一点,比较不会淋湿。”

雨声盖住了大和尚的话,小徒弟听得不是很清楚。过了半响,瘦徒弟还没回来,坐成一圈的大伙儿开始担心起他会不会迷路。胖徒弟霍地站了起来

“我去找他好了。”

“你?不要好了,你那么胖,跑不快,表面积又大,会淋到特别多的雨,等会感冒了。”

“伞是我保管的,本来就该我去找回来才是。”

现在才想到,谁叫你早上只顾着吃。小徒弟心里嘀咕着,但同门师兄弟一场,不好意思说出来。

“好吧,那就麻烦你走一遭,看看他到底去哪里了。”

大和尚又掐指计算了一会儿,接着说

“你随时注意雨势,根据雨打下来的角度,调整你的最佳速度为……。”

大和尚用手杖在地上写了一道复杂的式子,胖徒弟把式子抄在手上,作势吞掉。

那是上台前写“人”避免紧张的吧。小徒弟又想吐槽他,等到胖徒弟跑出去后,他才问大和尚:

“师父,同样都是在雨天里奔跑,为什么你给了一道最佳速率的式子给胖师兄,但告诉瘦师兄的却是‘要嘛全力跑,不然慢慢跑’呢?”

“因材施教,他们俩个嘛,身材不同。”

大和尚露出微笑,他回答:

“在雨中行走,我们常以为全力奔跑,降低在雨中停留的时间,可以淋到最少的雨。但事实上,跑得越快,雨势相对会变得更水平,身体受雨的面积因此增加,脸上、胸膛,都会被雨淋到。因为‘被淋到的雨’同时跟‘雨中停留时间’和‘身体受雨面积’都成正比,最小化前者,却大幅增加了后者,反而不一定是最佳结果。”

大和尚又拿起手杖,在湿掉的泥土地上画了个图形。

制图/赖以威

“瘦徒儿的身高h,身宽w,他的侧面可以用一个长方形来近似。假设雨势跟水平夹角是φ,瘦徒儿奔跑的速度是vr,那么,单位时间内,长方形的高所受到的雨势是:h∙(vr -u∙cosϕ)/vr

长方形的宽被雨淋到的量则是:(w∙u∙sinϕ)/vr

两个相加,整理后得到:h+u(w∙sinϕ-h∙cosϕ)/vr

从这个式子里可以看到,要是w∙sinϕ-h∙cosϕ>0,表示第二项是正的,这时候提升vr跑越快越好,因为第二项会减少。但要是 w∙sinϕ-h∙cosϕ<0,则跑太快,反而第二项负的会变小,表示会淋到更多雨。这时,最佳策略就是‘像风一样’,保持同等于雨势水平分量的奔跑速度,抵消雨的水平速度。这么一来,只有头顶、肩膀、以瘦徒儿的高鼻子会湿。这么一说,他倒是很像那个香港艺人,唱《风一样的男子》的……”

大和尚自己傻笑了起来。

数学无所不在

小徒弟不理师父无聊的笑点,蹲下来低头钻研泥土上的画。除了长方形之外,师父还画了另一个椭圆形的人,那应该就是胖师兄吧,可是,这两者之间有甚么差异呢?站着的大和尚回答,一句句解释从小徒弟头上落下来:

“椭圆形的胖徒弟,就算雨是垂直的,他的胸口跟鲔鱼肚都还是会被淋湿哦。”

“原来是近似于身体的几何图形不同啊……”

“是啊,假设胖徒儿的身材是一个椭圆形,用方程式表示为:x2/a2 +y2/c2 =1

其他的计算方式就差不多,一样算出他的表面积在不同奔跑速度影响下,被雨淋到的份量,再利用微分取极值。可以得到:ve=u∙cosϕ+(a/c) 2∙tanϕ∙u∙sinϕ这样的结果。有趣的是啊……”

大和尚讲得兴起,不管在一旁开始推导的小徒弟,或早就被催眠到睡着的其他徒儿,自顾自地说下去,“这式子告诉我们,要是胖徒儿的肚子越大,个头越小,就得跑得更快。这难道是上天对体型的歧视吗……”

过了大半刻,好不容易雨停了,胖徒弟跟瘦徒弟才一起回来。当他们的身影同时出现在草棚前时,还在算微分的小徒弟抬头一看,背对阳光的他们,看起来就像是一个10。小徒弟顿然领悟,数学这东西,真是无所不在啊。

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The End

发布于2014-03-04, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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賴以威

电子工程博士

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