融入物理學史,提升核心素養

蘇豪　韓禮剛　潘留占

【關鍵詞】物理學史;初中物理;核心素養

《義務教育物理課程標準（2022年版）》提出“面向全體學生，培養學生核心素養”，并指出“注重落實物理課程的育人價值，培養學生適應個人終身發展和社會發展需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力”[1].物理學史作為重要的文本資源，其中蘊藏著很多科學家精神，是培育學生核心素養的重要源泉.同時，由于物理學史含有豐富的科學故事和眾多科學家的精神，所以在初中生科學態度與責任等方面教育中有較為良好的效果.

物理教材中往往比較重視西方古代物理學史，對于中國古代物理學史很少涉及.我國古人更多的是對自然現象的描述，而現代物理學體系是基于西方古代物理學發展起來的.通過對中國古代相關的發明創造、名人事跡進行宣傳，更能讓學生形成民族自豪感，養成文化自信.中國古代物理學史內容繁多，為了集中體現古人的智慧，本文主要選用熱學部分進行闡釋，并對人教版初中物理教材涉及熱學部分的章節進行了教育教學嘗試，得到一些經驗和體會供各位專家和讀者參考.

1 中國古代熱學發展

中國古代的熱學發展可以說是從火的控制和利用開始的，因此所取得的成就主要體現在一些對熱現象的認識和熱技術的應用.學習這些會讓學生對古人產生欽佩和自豪感，并激發學生的學習動力.

1.1 “熱學”的詞源學分析

“熱學”一詞起源于西方.最初源自希臘文，表示“熱”.在17世紀蒸汽機廣泛使用之后，西方人把研究熱現象的學科稱為“熱學”.自清朝洋務運動興起，西學開始傳入我國.1875年林樂知譯《格致啟蒙》卷二：“物因熱而動，并及光學、熱學.”這本書最早提及“熱學”，此時“熱學”作為物理學的一個分支存在[2].

1890年，晚清來華著名翻譯家傅蘭雅在他所著的《熱學圖說》中介紹了很多簡單熱學知識，它是第一本采用“熱學”命名的專集.此外，傅蘭雅還著有《熱學須知》等啟蒙讀物[3].此后，“熱學”這個專有名詞得到人們普遍接受并廣泛使用.

1.2 “中國古代熱學發展”思維導圖

為方便閱讀，按照年代順序，以思維導圖這種可視化的方式將中國古代熱學發展進行梳理.由夏、商、周青銅器的制造到清末西方熱學傳入，對整個中國古代熱學發展都做了簡略介紹，如圖1所示.可總結中國古代熱學發展的特點：（1）大多是對熱現象的記錄;（2）大部分是與熱現象相處過程中所獲得的經驗;（3）在生活中對熱學經驗的運用相對較多;（4）熱學知識種類豐富，但記載零散;（5）對于熱學經驗缺少原理剖析.

在八年級物態變化和九年級內能和熱機學習中，簡要對中國古代熱學發展進行介紹，讓學生了解自己國家古代熱學的發展歷程和特點，對物理這門學科也會產生別樣的崇敬之情.

1.3 中國古代熱學知識

熱學發展歷史在物理學史上具有極為重要的地位.我國古代典籍中雖有“熱”一詞，但不具有科學意義.直到19世紀90年代，才有近代含義的“熱學”一詞.古人記載的熱學知識以及應用相關熱學知識制作的器物不勝枚舉，如圖2所示.

2 中國古代熱學發展在初中物理教學中的應用

中國古代熱學發展包括偉大的科學發明、奇特的工藝制作、富有科學原理的記錄等，這些對于初中生而言是優質的物理學習資源.精心選擇部分優質資源將之提煉后加入課堂的各個環節中進行教育教學實踐，全面提升學生的物理核心素養.

2.1 課前

通過課前布置任務，讓學生課下收集中國古代熱學發展的相關史料，為本節課學習助力.

例如 在講“熔化和凝固”這節課之前，讓學生以小組為單位分別收集我國古代在青銅器澆筑和生鐵冶煉領域的國寶，比如后母戊鼎和春秋鋼劍等，在課上讓學生進行簡短的展示.這樣既讓學生理解“熔化與凝固”的應用，又了解到中國傳統文化，并增強了民族自信.

2.2 課中

在課堂上運用中國古代熱學發展歷程培養學生愛國主義情感，學習科學探究和創新精神，領會科學思想方法，傳承唯物主義思想.

2.2.1 培養愛國主義情感

愛國是每個人必備的社會責任.在課上講解我國軍事技術家陳規的事跡以及他在抗擊金朝入侵，守城保家衛國的貢獻，例如他發明“以火炮藥”制造的“長竹竿火槍”燒毀敵人的攻城裝備等.同時補充我國古代在軍事技術上的一些發明，比如突火槍、“火龍出水”以及“火箭溜”等，讓學生了解我國向來具有抗擊外敵入侵的傳統.激發學生的凝聚力和榮譽感，最終喚醒學生的愛國情懷，增強民族自信，樹立明確的人生目標，找到正確的精神追求.

例如 在講“內能的轉化和利用”這節課之前，讓學生以小組為單位分別收集我國古代在火槍和火藥的發明和改進方面的相關人物和事跡，之后在課上讓學生進行簡短的科普展示.這樣既讓學生理解內能如何轉化和利用，又了解相關的愛國人物，并增強學生的愛國主義情感.

2.2.2 學習科學探究和創新精神

科學探究和創新精神是物理核心素養的重要部分.通過講解熱學部分時融入六個世界之最：世界上最早的冰箱和保溫瓶—— 銅冰鑒;世界上最早科學解釋“露”成因的科學家—— 王充;世界上最早發明使用管型射擊火器的人—— 南宋陳規;世界上最初的二級火箭—— 明代火龍出水;世界上最早的直桿火箭—— 火箭溜;世界上利用火箭飛行的第一人—— 萬戶.培養學生的探索和創新精神，獨立思考的能力，學以致用的態度.最終讓學生體會到科學探索需要敢為人先，勇于創新的精神.

例如 在講到“內能”這節課的“物體內能的改變”知識點時，講完“熱傳遞”這種改變內能的方法之后加入“銅冰鑒”這個例子，讓學生耳目一新，并學習到古人的科學探究和創新精神，激發學生的創造力.

2.2.3 領會科學思想方法

科學思想方法是科學思維的重要組成.在學習熱學相關知識時，讓學生通過閱讀相關古代典籍，采用思維導圖的形式列出所蘊含的科學思想方法.比如觀察法：古代工匠們就是通過觀察爐火的顏色，來判斷溫度高低.又如歸納法：《論衡》中說到，云雨不是天上固有的，而是從地面蒸發出來的，雨、露、霜、雪形式不同，其實質是一樣的，都是水冷凝成，因為溫度不同，才形成四種不同的形態.使學生體會到古人的科學思想與方法，潛移默化地訓練學生的科學思維和科學方法.最終讓學生用科學思維去解決問題，鍛煉學生正確運用科學解決問題的能力.

例如 在講“物態變化”這一章時，融入《論衡》中有關“雨、露、冰、霜”的描述，從而讓學生理解“固、液、氣”三種物態.并且通過古代典籍的描述，體會古人“歸納法”的思想，增強民族自豪感.

2.2.4 傳承唯物主義思想

唯物主義是物質觀念的重要體現.通過讓學生課下查資料了解王充的思想，然后在課上分享，比如“寒溫之氣，系于天地而統于陰陽.人事國政，安能動之？ ”[4] 使學生能夠辯證地看待問題，客觀地推理并積極地用實踐去驗證，最終培養學生一分為二看待問題的能力，形成唯物主義的世界觀.

例如 在講到“分子熱運動”時，在“物質的構成”這個知識點加入了唯物主義思想：物質是由分子和原子構成的，恰恰體現了“唯物主義思想”，而古人也意識到了這一點.通過講解“唯物主義思想”有助于學生形成正確的物質觀念.

2.3 課下

在課下讓學生閱讀中國熱學發展相關書籍并創作思維導圖、制作傳統玩具等活動.

2.3.1 相關書籍閱讀并制作思維導圖

讓學生課下閱讀中國古代熱學思想的一些著作，比如《淮南萬畢術》《論衡》《諸家神品丹法》《物類相感志》《武經總要》等.讓學生通過思維導圖的形式列舉出這些著作中所蘊含的科學思想與方法，有利于形成良好的科學思維.

例如 在講到熱學部分時，比如物態變化、熱傳遞和能量守恒之后，讓學生總結課上所學以及在《論衡》中得以體現的相關思想，并制作成思維導圖.這樣做深化了學生對物理原理的認識，同時也擴展了物理視野.

2.3.2 制作傳統玩具

讓學生在課下制作一些傳統玩具，比如孔明燈、走馬燈等.不僅提升了學生的動手能力，還使得學生對熱學知識有一個更深的理解.同時這些小制作還會激發學生學習物理的興趣，形成良好的科學態度.

例如 講到“熱機”這一節課時，在展示完塞子受到水蒸氣的壓力而沖出去的實驗后[5]，再展示一個走馬燈的模型.通過向學生講解走馬燈的原理，并說明它與蒸汽機的相似之處，從而自然引出蒸汽機.同時在講完這節課之后，讓每一名學生做一個走馬燈的小制作.這樣既加深學生對熱機原理的理解，又激發學生對熱機的興趣.

3 結語

有關于物理學史融入課堂的研究，本文以人教版熱學部分進行了部分實踐.從手工制作到創新發明，再到蘊含的科學思想，每一段歷程都值得我們去研究、去開發并應用于課堂來提升學生物理核心素養.從火的利用到火藥的發明，從青銅器的鑄造到火槍的使用，每一段歷史都有其重要的教育價值，將之融入課堂有利于培養學生對物理的興趣和對物理知識的理解，有利于核心素養的提升和育人目標的實現.