物理教學中“度量觀”的教育價值及其啟示

傅子杰 邢紅軍

摘? ?要

物理教學中的度量觀是在人們統一了基本物理量和物理單位的基礎上所形成的度量觀念。度量觀不僅能夠幫助學生理解抽象的物理概念與物理規律，而且有助于學生形成科學的物理觀念。因此，物理教學需要在傳授物理知識的同時，以恰當的方式向學生滲透“度量觀”，使物理教學中的科學性和人文性同步發展，進而使學生形成物理核心素養。

關鍵詞 度量衡? 度量觀? 物理人文? 物理教學

在物理核心素養中，物理觀念是其關鍵要素之一。“度量觀”作為“物理觀念”的重要內涵之一，沒有理由淡出物理教育者的視線。為此，本文對我國物理教學中“度量衡”教學展開分析與探討，進而明晰“度量觀”在物理教學中的地位和價值，希冀對物理課程教學改革有所裨益。

一、中西方“度量觀”的歷史沿革

在人類文明的長河中，計量、測量，自人類社會開始就存在了。據考古發現：在新石器時代就存在陶量（等比例的容量物體）[1]。在古代中國，度量衡泛指在生活中用于計量物體的統稱。隨著文明的發展，“度量衡”逐漸成為事物間比較和統一標準的日常操作規范。度量衡從器物逐漸擴展到度量衡制度等應用領域。而后又隨著近代科學的“度量衡”理念發展而發展。

1.中國史中“度量觀”的發展與革新

“度量衡”一詞最早見于《尚書》[2]。古代的“度量衡”指在生活中用于計量物體長短、容積、輕重的物體統稱。“度”的含義在于計量長短，“量”的含義在于計量容積，“衡”的含義在于計量輕重。但是測量這三個量并不能滿足人類生活和生產的需要，隨著人們的發明又有很多“度量衡”產物的誕生，如時間計量器物（在四千多年前堯帝時期的“土圭測景”計時工具），再如質量計量器物（我國湖南長沙東郊楚墓出土的兩千七百多年前的桿秤）等等。在春秋戰國時代，各諸侯國將度量衡發展為各有特色的計量器具。這都是人類為了計量而做出的發明。從物體長短、容積大小、物體輕重、時間的長短，再到物體質量多少，無不體現比較思想，以某一標準作為基礎，比較相同類型物體與標準的差異，從而區別物體。

“度量衡”從古代的計量物器，而后發展成為計量的“標準”，如秦統一后頒布了度量衡法令、漢代形成度量衡制度等等[3]。由此可見，在文明發展的歷程中，度量衡雖然它的計量內容發生著改變，但其標準與比較的思想卻一直是文明發展的基石。自明朝末期，西方科學傳入中國，而后自清朝末期，隨著第二次西方科學漸入中國，這一次西方科學中的“度量衡”如滔滔江水般匯入中國的科學思潮中。在吸收了西方單位制思想之后，我國對于“度量衡”的研究又提上了新的日程。我國考古事業大力發展，帶來了研究者們對于古代文物“度量衡”的研究。在中國，“度量觀”自古至今都在發展，它跟隨著中華上下五千年的發展腳步不斷行進著。

2.西方史中“度量觀”的發展與變化

人體特征成為東西方國家度量衡的共同起源[4]。在人類社會的早期，處于南美地區的印加帝國，其長度單位相當于古代秘魯人的平均身長。古埃及的度量衡器物和度量衡制度也是很著名，在其遺留下來的古墓壁畫中都有所體現。古巴比倫可以算作世界上最早規范度量衡的國家。古巴比倫的度量衡制度影響很廣，后期的亞述人正是依據古巴比倫的度量衡制度發展了其測量體系[5]。古印度的度量衡發展，則是與經濟貿易發展有關。古希臘文明，眾所周知，是受古埃及、古巴比倫、古印度文明影響最深的文明之一，而后的古羅馬人又借鑒了希臘人的傳統進而發展自己的文化，度量衡就此得以延續。再之后，據科技史料記載，西方十字軍征討過程中，客觀上將很多希臘科學著作翻譯過來，總結科學經驗和知識，為自身的科學發展奠定基礎[6]。這也是西方進一步發展“度量衡”的有利條件。之后，法國大革命促進了新“度量衡”單位制的產生[7]。著名科學家拉瓦錫在擔任計量改革委員會主席時，將度量衡制度進行改革，建立采用十進制的度量衡單位系統。近代數學和近代物理的發展大力促進了物理單位制的發展[8]。物理單位制的規范化可以看做是“西方度量衡”的發展標志。

自19世紀西方對于電、磁、熱、光等現象的研究，再到20世紀逐漸形成系統的物理學體系，科學的“度量觀”也逐漸發展。1971年，第十四屆國際計量大會舉辦，會議上明確提出了7個基本物理量（長度、時間、質量、電流、熱力學溫度、物質的量和光強度）和34個國際導出單位的物理量。這次國際計量大會上提出和統一的基本物理量和物理單位，正是科學“度量觀”發展的依據，這也是現代物理學科“度量觀”發展的體現。

二、物理教學中“度量觀”的教育價值

考察我國中學物理教學可知，從物理教學目標的制訂開始，一直存在弱化物理單位制的傾向。研究發現，多數教師和學生沒有系統地梳理物理單位制體系和其歷史發展。加入“度量觀”思想的教學對于培養學生物理素養有著至關重要的教育作用。

1.物理教學中“度量觀”的實踐價值

在現實生活中，人們很多時候都在應用度量思想。如中國采用斤兩的單位于生產生活，其中1兩等于0.05千克，1斤等于10兩。所以，在采購蔬菜果肉時常常會聽到“二兩肉、一斤水果”等詞組。這些實際上就是人們應用度量思想的體現。在物理教學中適當地加入生活物理元素，這樣的教育會使學生的學習貼近于現實生活。

再如日常計量物重的器物，兩種器物（天平或桿秤）從外形到結構有所不同，但殊途同歸的是，稱量的器物都是生動反映某些具體物質的物重。眾所周知，西方常采用天平裝置來稱重物體。在我國，常采用桿秤來計量物體的重量。桿秤的原理與天平原理一致，但是不同于天平的是，在“杠桿平衡”時動力臂和阻力臂的長度是不相同的。在現有教學過程中，教師教學杠桿原理，學生掌握天平的使用規范，但與生活的聯系有限。所以，筆者希望借助“度量觀”將其緊密結合，進而凸顯物理教育的實踐價值。

2.物理教學中“度量觀”的科學價值

眾所周知，初中學生在歷史課上學習過“度量衡”相關知識，對于“度量衡”知識和思想有了人文層次的理解。那么，在初中物理教學的過程中，基本物理量的教學離不開基本單位的解讀，教師在教育教學過程中，要讓學生結合歷史“度量衡”的發展，促進其學習物理知識，不僅感受歷史的積淀，還應體會科學計量的意義，這正是物理教學中人文思想的體現。

物理學家羅伯特·克里斯曾說過：在“規定性”定義中，一個事物通過與另外一個事物產生聯系而被賦予意義。當一個物理單位（例如千克）被聯系于一個特定的人造物（例如千克原型的金屬塊）以建立標準時，其邏輯條件是成立的。這個定義過程使得這個特定的人造物獨立于所測量的現象[9]。單位的引入是人為設定的、人為規定以固定量的事物為單位，用成倍數的單位標準來描述事物整體。由此可見，度量觀既可以體現出比較的思想，又可以體現出相似物之間的統一“標準”，這樣既公平又有效。學生體會度量觀的過程是感受物理人文性與科學性融合的過程，這既是科學的價值，亦是教育的力量。

3.物理教學中“度量觀”的文化價值

物理學科作為與學生日常生活中測量、計量最相關的科學學科，物理教師需要引導學生思考來源于生活中的物理。生活日常無處不在的計量、測量、比較，都為學生們學習物理量、物理單位提供了生活依據。生活中的各個事物都可以由物理中的“度量衡”來描述和表達。這極大方便了人們對于事物間的比較以及事物標準的統一。物理量的單位蘊含豐富的物理文化，這些都是人類歷經千百年對客觀事物、客觀空間的認識積累結晶。

盡管伴隨物理學發展，物理量單位體系只有百多年歷史，但其誕生的物理文化卻很厚重，繼承和發展了近千年。無論是西方思想入東方，還是東方思想傳入西方，這都是文化的交流與融合的過程。在歷史的長河中，物理單位制的形成與發展是繼承了人類“度量觀”思想的精華，最終形成的國際統一標準，是物理人文精神傳承與發展。

三、物理“度量觀”的教學建議

在現代物理教學中，需要大力提倡物理人文培養模式，對于學生進行全面的培養。基于“度量觀”的物理教學，筆者設計了如下教學方式，希冀對中學物理教學開展“度量觀”教學有所啟示。

1.制作“度量衡發展史”學案

教師在初二質量課程之前，應當提前備課，充分了解度量衡相關的科技史。教師提取度量衡科技史的重要信息于學生學案中，在課前給每個學生打印一份閱讀學案。在課堂相應環節中，讓剛接觸物理學科的初二學生結合他們在歷史學科學過的度量衡知識進行閱讀，思考物理計量、測量的重要意義。這樣的課程設計既有連貫性、又有呼應感，能夠讓學生逐步提升物理學習深度。學生在課堂花五分鐘的時間閱讀“度量衡”的發展史，這對于學生接下來學習新的物理量、新的物理單位制都是有很大幫助的。五分鐘的閱讀時間，既不會耽誤很多物理教學時長，又可以讓學生的物理素養得到提升。

2.采取“度量衡分組作業”模式

教師在前一節課程下課前，讓學生進行分組，不同組抽取收集物理材料主線，每組學生的側重點不同，讓學生在課后利用現代信息技術和電腦的支持，查閱資料，制作物理“度量衡發展”報告。在正式上課時，設計學生匯報環節，讓不同小組的學生從不同視角展開對于“度量衡”的解讀。圍繞的主線可分為“度量衡”歷史時間主線、不同國家發展“度量衡”主線、中西方對比“度量衡”主線、中西方“度量衡”關聯主線、“度量衡”不同功能主線、科技史“度量衡”主線展開，讓學生從不同方面收集材料，在課堂上匯報成果。最后，教師提煉主要觀點，最終提煉匯總得到“度量衡發展”與物理單位制發展的聯系。

“課下收集材料、課堂匯報成果”的活動課形式既生動，又有學習價值。讓學生親力親為收集素材、學習素材、匯總分析素材，為他們之后學習物理量和物理單位打下基礎。

3.教學中將物理量的學習與度量觀相結合

隨著我國新課程改革的推進，“物理觀念”“科學思維”成為物理核心素養的重要維度。物理觀念的培養，對于物理學科而言，基本物理量的學習和基本單位的學習是關鍵一步。學生在學習質量、時間、長度、速度、加速度時，一方面要讓學生掌握物理概念，另一方面，還應該加強學生對于物理單位的深度學習。

質量是物體所含物質多少的反映。人們為了計量兩個物體的質量，在比較中就需要統一標準。由此質量的單位引入，就極大地方便比較。質量的單位千克和克等是人為規定的固定數量的物質標準，千克被聯系于一個特定的千克原型的金屬塊并以此建立標準，通過成倍數的千克和克來描述不同物體所含總物質的多少。長度單位的引入也是如此。讓初中學生在學習抽象的物理量和單位時，結合歷史中的實物進行理解，就能夠有效地降低學習難度。如此，度量的力量和奧秘也逐漸凸顯出來，“度量觀”也會深深地根植于學生的大腦中。

參考文獻

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[5] 陳曉紅，毛銳.失落的文明：巴比倫[M].上海：華東師范大學，2003：32.

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[8] 劉增強，馮立昇.葉在揚對中西度量衡的研究與清末度量衡的改制——以《度量衡新議》為中心[J].自然科學史研究，2018，37（01）：71-86.

[9] 羅伯特·克里斯.物理單位的哲學新思考[N].科技日報，2018-12-14（001）.

[作者：傅子杰（1996-），女，北京人，中國科學技術館展覽設計中心，碩士;邢紅軍（1960-），男，河南平輿人，首都師范大學教師教育學院，教授，博士生導師。]

【責任編輯? 孫曉雯】