中國古代物理史與物理教學的結合初探*

許芙蓉 黃樹清

(福建師范大學物理與能源學院 福建 福州 350108)

1 問題的提出

我國作為世界上文明發達最早的國家之一，在物理學領域曾長期處于世界領先水平，我們的先人對物理學的發展做出了重大的貢獻．因此，中國古代物理史是一筆寶貴的不應被忽視的課程資源．

現行中學物理教材即便貫徹了課程改革新思想與新理念，然而對中國物理史的涉及卻寥若晨星．以下為滬科版初中物理教材(表1)、魯科版高中物理教材(表2)中對中國古代物理史引入情況的統計.

表1 滬科版初中物理教材

表2 魯科版高中物理教材

統計顯示，滬科版初中物理教材共引入3處中國古代物理史，而魯科版高中物理教材則共引入8處，平均每冊引入1～2處，因此，現如今物理教學對中國古代物理史的重視程度可見一斑．

2 中國古代物理史與物理教學結合的必要性

2.1 響應課程標準落實核心素養

物理課程改革已經進入了一個全新的時代，2017年版普通高中物理課程標準在實施建議中提出“注重教材的人文關懷，弘揚中華優秀傳統文化，增強民族自信心和凝聚力”[1]，中國古代物理史毋庸置疑是中華優秀傳統文化的一部分,在物理課堂中結合中國古代物理史進行教學則有效響應了課程標準的理念．在介紹古人如何就自然現象進行大量獨立的研究和歸納演繹的過程中，讓學生從中習得人文科學等知識與技能，體現并彰顯了人文底蘊、科學精神的核心素養．

2.2 弘揚愛國情懷助力德育教育

“科學無國界，但科學家有自己的祖國．”愛國情懷是國家凝聚力的內核，是全民族大步向前的強勁合外力，且愛國主義教育又是學校德育的首要內容．在物理課堂教學中不應妄自菲薄、數典忘祖，過分宣揚國外科學家的赫赫戰績，而孤立冷落了我們先人的偉大成就．例如在“體積的測量”一節中，可以在課前向學生展示中國古代量米所用的“斗”，以此引入課題，再簡要介紹秦始皇統一“度量衡”的創舉，促進其民族自豪感和自信力的形成，同時也有助于德育教育的開展與實施[2]．

2.3 激發學習興趣培養探索精神

中國古代物理史主要來源于生產生活實踐，為學生所熟悉，其儀器設備簡潔但原理巧妙，操作性和重復性較高，不少古代科技成就即便從今天視角來看仍令人拍案叫絕．如在學習“機械振動”之后，讓學生雙手來回摩擦“魚洗”的兩只“耳朵”，伴隨著陣陣的嗡鳴聲，洗內的水便產生華麗壯闊的駐波，仿佛是洗底的魚嬉鬧所致，使學生切身體驗這一過程，一改往日對物理持有“晦澀枯燥”的淺層印象，學生興奮不已的同時，對物理的學習興趣也徒然而增，更進一步激發起內心的探索欲望．

3 中國古代物理史與物理教學的結合

3．1 中國古代物理史內化物理概念的理解

“機械運動”這一概念，人教版高中《物理·必修1》的教材中僅是列舉了一系列物體運動的實例便直接給出“物體的空間位置隨時間的變化，是自然界中最簡單、最基本的運動形態，稱為機械運動”[3].即便是“最簡單、最基本的運動”，但這樣的編排對于高一的學生而言仍略顯蒼白淺顯．其實在教學過程中，教師可以介紹我國古代著名思想家、科學家墨子曾言：“動，或(域)徙也．”(《墨子·經上》)這里的“徙”，即“遷徙”之意，指地域即地理位置的變化．意思就是，機械運動就是物體位置的變化．

通過對古人就“機械運動”言簡意賅闡述的深入解讀，提升學生古文的閱讀理解能力的同時，做到學科之間滲透滴漏，從而促進學生核心素養的提升．在物理概念課上巧妙地與中國古代物理史進行結合，豐富了課程資源的同時，加深了學生對知識的理解與感悟，更為后續力學的學習奠定良好的基礎．

3．2 中國古代物理史拓寬物理規律的探究

“探究彈簧彈力與形變量的關系”在新課標中被列為學生的必做實驗之一[1],且胡克定律在日常生活和工農業生產中有著極為廣泛的應用．常規教學中，教師演示或進行分組實驗探究彈力與彈簧形變量的關系，再給出這是由英國科學家胡克發現的，叫做胡克定律．實際上，來自國防科技大學的一名教授研究發現，我國東漢末年的一名大儒——鄭玄(127年-200年)是世界上已知的首位明確提出“力與形變成正比”這一線性關系的學者．

教學中，教師可以拋出問題：“既然彈力的產生和方向都與其形變有關，那么彈力的大小是否也存在與形變的確切關系？”引導學生利用所提供的器材進行分組實驗探究，學生擬合實驗所得數據得出胡克定律．此時教師介紹，早于胡克約1 500年的鄭玄在為齊國人所著的《考工記·弓人》中“量其力，有三鈞”一句做出這樣的注解：“假令弓力勝三石，引之中三尺，馳其弦，以緩擐之,每加物一石,則張一尺．”此處的“緩擐”指的是沒有力的作用，而“每加物一石,則張一尺”則更是正確揭示了彈性定律．學生內心洶涌澎湃著民族自豪感，對胡克定律也有了更深層次的認識，學習興趣和熱情也高漲了不少．

3．3 中國古代物理史顯化物理實驗的思想

實驗之于物理的重要性不言而喻．我國東漢時期的王充也認為“效驗”是必要的，其在所著作的《論衡》中記有“故夫王道定事以驗，立實以效，效驗不彰，實誠不見．”意為必須要通過實際效驗來論證事物，若不引證實際效驗或實際效驗不充分，即便說再多，人們也不會相信．

我國古代先人在光學上的造詣和科學思想是光學教學很好的素材資源．我國古代很早便開始制作和應用光源，為世界古代光學做出了突出的貢獻．在“光沿直線傳播”這節知識的學習中，教師可以讓學生在上新課之前查閱世界上最早的墨家所完成的針孔成像實驗，以及沈括在《夢溪筆談》中所做的小孔成像實驗的相關資料，在課堂上或課后教師還可以引領學生親自動手還原實驗的整個過程．在“焦距的測定”一節中，教師讓學生像沈括那般將一指置于凹面鏡前，觀察成像情況，再隨著手指與鏡面距離的遠近移動，觀察像的變化情況，最后用蠟燭完成凹面鏡的焦距測定實驗．

通過經典實驗的還原再現，讓學生經歷我國古代學者們的實驗探究過程，領悟其中蘊含的思想方法，使其真正領會物理定律背后的科學本質和物理實驗的精美絕倫，提高學生的學習主動性和知識獲得感，從而大大提升物理課堂教學效果及學生的實驗探究能力．

4 結束語

正如諾貝爾獎獲得者、世界著名物理學家楊振寧所言：整理和評價中國學者的科學貢獻，應當是中國科技史研究的重點之一[4]．若緩緩地向學生展開一個個由古代學者們逐步探索的產物，將生動又極富韻味的中國古代物理史與中學物理教學進行結合，學生對物理則不再是停留在物理難學枯燥的淺層印象上，而會萌發更多的新奇與信心，其內心的探索欲望也隨之油然而生，對于核心素養的落實也同樣具有重要的現實意義．因此，在物理教學過程中不應重外國物理史，而輕中國物理史．中國古代物理史是極為珍貴的課程資源，其價值和內涵亟待也值得我們進一步的開發和挖掘．