融合中國古代科技的物理跨學科課程開發實踐

【專家介紹】

阮享彬，男，重慶市教育科學研究院基礎教育教學研究所物理教研員，中學物理正高級教師。兼重慶市教育學會物理教學專委會秘書長，中國物理學會中學教學專委會理事等。

20年基層學校教學和12年教研工作經歷中，長期專注于中學物理課堂教學策略和評價專業化研究，《義務教育物理（滬科版）》教材核心作者，曾榮獲全國教學成果獎二等獎1項，省市級教學成果獎6項，主編《基于深度學習的初中物理課型教學策略》專著1本，專利2項，參編教材或著作5本。發表論文50余篇。曾榮獲首屆全國中學物理課堂教學名師賽壹等獎、全國優秀物理教研員、重慶市科普演講優秀講師和重慶市名師等榮譽。

摘 要：將中國古代科技成就融入初中物理跨學科課程中，可以助力全面育人。通過分析中國古代科技與新課程特征的契合點，在課標內容分析基礎上，結合新教材的古代科技素材，基于區域實踐嘗試，提出具有物理學科性和教學適切性的特色課程開發建議，通過倡導“國風”物理課堂建設，在“做中學”中落實責任擔當，為新課程背景下初中物理課堂變革提供參考。

關鍵詞：中國古代科技；物理跨學科；課程開發；教學改革

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）10-0001-4

基金項目：課程教材研究所重點項目“落實基礎教育課程標準實驗研究”（JCSZDXM2022002）；中國教育學會2022年教育科研一般規劃課題“融入中國古代科技的初中物理跨學科實踐課程設計實施和評價研究”（202200150703B）。

義務教育課程方案和課程標準（２０２２年版）的頒布，進一步明確了義務教育階段深化課程改革的方向。在以真實性、綜合性和實踐性為突出特點的新課程背景下，跨學科實踐課程逐漸受到重視。初中物理學科的跨學科實踐主題學習需要加強物理學跟日常生活、物理學跟工程實踐和物理學跟社會發展之間的關聯性，要求我們在日常教學中，需要以物理學中具有聯系實際價值的內容作為突破口，綜合組織和設計教學內容。其目的就是通過跨學科主題學習，發展學生綜合運用多學科知識分析問題和解決問題的能力，在調研、操作、制作、探究等多種形式的活動中培養學生的實踐能力，進而養成實事求是、嚴謹認真的態度和勇于實踐、敢于創新的精神。將中國古代科技融入初中物理的跨學科實踐課程，可以在提升學生學習興趣和創新精神的同時，促進理性反思，激勵理想信念，肩負“為國育才、為黨育人”的物理學科教育教學擔當。

１ 中國古代科技成就契合了課程新要求

新一輪課程改革要求通過關注關聯來加強課程綜合性，通過變革育人方式來突出課程實踐性。各學科需要精選內容，按照明確的育人主線，從社會發展和學生終身發展的需要出發，在正確價值觀念的引領下，厚植學生的家國情懷和社會責任感，在其終身發展所必需的品格和能力形成的同時，重視實踐能力和創新精神的培養。可見，真實性、實踐性和綜合性就成了本輪新課程的突出特征，中國古代科技成就的顯著特點正好契合了這一特征。

１．１ 中國古代科技的生活真實性

我國古代科技成就不僅推動了社會的進步，也極大地改善了人們的生活質量。如古代灌溉、土壤改良、農具、施肥等農業技術的創新，不僅改變了人們的農作方式，提高了農作物的產量，也進一步推動了中國古代的城市化進程。交通方面，我國古代發明了造船和航海技術，創造了馬車等交通工具，同時，我國古代四大發明之一的指南針也進一步促進了社會的交流和商業的發展，在提高人們出行效率的同時，還促進了人們的貿易活動和地區間的文化交流。還有，木人木鵲（古代的無人機）和冰鑒（古代的水箱空調一體機）等發明，都體現了我國古代人民在日常生活用品創新方面的智慧。這些素材的教學功能開發，通過將不同社會發展背景下的古今生活經驗跟物理學科內的相關知識進行整合和統籌，通過尋找生活邏輯和教學邏輯的結合點，自然地設計綜合性的跨學科主題學習活動，以體現本輪新課程的生活性和真實性。

１．２ 中國古代科技的技術實踐性

在很多領域中，我國古代都取得了科技成就，盡管不少科技成就缺乏系統全面的理論體系。如《呂氏春秋》中的《上農》等，詳細論述了農業生產技術和原則，即便有一定的理論，這些成就也是與技術應用緊密結合，具有顯著的技術化傾向。這一技術性特點構成了中國古代科技獨特的風格和體系，對后世產生了深遠的影響。

義務教育新課程方案要求強化課程與社會實踐和生產勞動的結合，采用“做中學”“用中學”和“創中學”的方式，加強學生在學習全過程中的學思結合和知行合一。充分利用我國古代的實用技術性科技素材，開發與之密切關聯的工程實踐類課程，采用新技術手段，優化跨學科主題學習的實施策略和途徑，推進工程教育和技術實踐。

１．３ 中國古代科技的跨學科綜合性

中國古代科技涉及農學、醫學、數學、天文學等多個領域，跨學科性十分顯著，體現在多個方面。這種跨學科性不僅推動了各個科技領域的創新，還加深了對于古代中國文化的理解。比如，在我國古代建筑中的坡屋頂、榫卯結構等設計都充分體現了物理學和數學的原理。榫卯結構的運用需要精確的測量和計算，以確保各個部件之間的連接穩固。坡屋頂的設計則考慮了重力和風力的影響，以保證建筑的穩定性和安全性。而中學物理課程在知識內容、研究方法和技能運用等方面具有突出的綜合性，將同樣綜合性強的我國古代科技成就融入跨學科課程，有助于培養學生的全面素質和綜合能力，為學生的未來發展奠定堅實的基礎。落實“加強綜合課程建設，完善綜合課程科目設置，注重培養學生在真實情境中綜合運用知識解決問題的能力。開展跨學科主題學習，強化課程協同育人功能”［２］這一基本原則。

綜上所述，中國古代科技成就與新課程真實性、實踐性和綜合性特征要求之間存在一致性。通過深入挖掘和利用這些科技成就的教學資源，并將其有機融入跨學科實踐課程中，不但豐富了學科教學內容和方法，學生的綜合素養也能得到全方位提升，為他們的未來發展奠定堅實的基礎。

２ 融合中國古代科技的物理跨學科特色課程開發建議

我國古代的科技成就涉及的領域廣、內容多，可合理選擇合適的內容，融入物理跨學科課程，形成融合中國古代科技的物理跨學科特色課程（以下簡稱“特色課程”）。重慶物理教研團隊的課程開發經歷說明，依照課標、參考教材進行特色課程設計與開發實施，才能避免盲目性，實現“教·學·評”一致性。

２．１ 依照課標開發特色課程彰顯學科性

課程標準為教學實施提供了清晰、明確的指導方向，依標教學有助于實現高質量的學科教學和學生的全面發展，課程標準成為課程開發的重要依據。大量的古代科技內容描述成了新版課標的一大亮點。在初中物理新課標中，每一個科學內容主題的教學示例、學業要求以及教學提示等內容中，都含有大量中國古代科技成就方面的內容。例如，在“物質”主題的內容舉例、活動建議和情境素材建議中，明確提出了可以通過資料查閱了解我國古代的鑄造技術和四大發明，及其在社會進步中扮演的重要角色，并嘗試用本主題的相關知識進行解釋；在“運動與相互作用”主題的內容舉例、活動建議和教學策略建議中，還提出將我國古代建筑、測量工具等成就引入課堂，學生在體會古人解決問題的智慧的同時，愛國情懷、民族自豪感得以升華，進而增強實現中華民族偉大復興的使命感；在“能量”主題的學習活動設計中，建議學生通過查閱我國古代水磨、水碓等機械資料，在文獻學習的基礎上完成一篇調查報告。

另外，在初中物理新課標的“跨學科實踐”主題的第二個二級主題的第一個三級主題內容中，還明確要求學生通過了解我國古代的技術應用案例，體會其對人類文明和社會發展的重要促進作用。在初中物理新課標的“試題命題建議”中，要求正確設計體現積極向上的價值追求和健康的審美情趣方面的測試目標，并通過以我國古人勞動的情境為素材的一個試題樣例，直觀呈現如何將我國古代科技融入物理問題，旨在讓學生感受我國古人的聰明才智、增強民族自豪感［３］的試題命制方法，通過有這樣的測試目標導向的試題，體現積極向上的價值追求和健康的審美情趣。

以上內容為教材編寫、教學實施和評價實施提出了明確的要求。在跨學科課程開發時，首先需要對新課標相關內容進行分析、整合，在認真研究新課標內容的基礎上，科學擬定實踐主題，將中國古代科技元素有機融入到每個主題教學的全過程中，以物理學科為支點的多學科融合，在發展物理核心素養的同時，進一步全面發展學生的綜合素養。

２．２ 依教材學情開發更具適切性的特色課程

教材作為知識的載體和傳遞媒介，扮演著至關重要的角色。教材不僅僅只是給學生提供學科知識內容，更是教師教學實施的重要參考。基于課程標準要求編寫的教材，自然是充分考慮了學生已有認知水平、學習需求和興趣點。所以，依據教材內容中呈現的中國古代科技相關內容，開發一些與之相匹配的特色課程，往往更符合教學適切性。例如，在滬科版初中物理八年級全一冊（２０２４年版）新教材中，中國古代科技相關的素材在每章中數量（圖１）在１～８處之間，全一冊共有３９處之多。由中國古代素材信息在教材欄目的分布情況（圖２）可知，其中教材正文和作業中較多，分別有１３處與９處。可見，新版教材更加重視在“教·學·評”各環節中滲透中國古代科技的育人價值追求，也為我們開發跨學科特色課程提供了重要參考。

另外，教師可以根據包括關聯學科內容、師生特長和本土特色資源等，開發更為廣泛意義上的跨學科特色課程，讓師生在特色課程的沉浸式課程開發和實施中，成為融合中國古代科技的物理跨學科特色課程的主人。

３ 融合中國古代科技的物理跨學科特色課程實施策略

在當今全球化的教育背景下，如何有效融合中國傳統元素與現代科學知識，培養學生的綜合素質和民族自信，成為教育領域的重要課題。特別是在物理這一基礎學科中，通過跨學科特色課程的實施，不僅能夠增強學生的學習興趣，還能促進對中國古代科技文化的傳承與發展。

３．１ 用古代科普閱讀分享樹立民族自信

在課程實施中，我們可以開展一些古代科普文獻閱讀與分享活動。通過閱讀《天工開物》《夢溪筆談》等古代優秀科技作品，讓學生了解古代科學家的智慧與成就，感受中國古代科技的輝煌。這樣的活動不僅能夠增強學生對中國傳統文化的認同，還能樹立他們的民族自信。

為減輕學生在閱讀資源選擇方面的負擔，區域教研團隊也可以甄選一些跟初中物理教學同步的科普讀物，開發成更有物理教學價值的我國古代科技物理讀本，讀本中的每一則中國古代科技故事，可以按照“講故事—析原理—求拓展”的體例編寫。借助這樣的閱讀導引，學生在廣泛了解我國古代真實的科技成就的基礎上，嘗試用已有的物理學原理去解讀或者探究其科學真諦，在領悟和反思中尋求拓展創新，增強文化自信的同時呼喚作為炎黃子孫的責任擔當。

學生閱讀后的分享形式也要多樣化，常見的有講故事式的口頭分享、科技小論式的書面分享等。激勵學生借助情境再現以增加直觀性，對于有繪畫天賦的學生，還可以鼓勵他們通過原創漫畫的方式，以增添分享的趣味性和創新性。無論選擇哪種形式進行閱讀分享，關鍵都是科學表達和直抒胸臆，鼓勵更多的人群參與到科普閱讀中來。

３．２ 讓有濃郁“國風”特色的物理課成為常態

我們可以把中國古今科技素材作為物理學科的“國風”元素。在跨學科特色課程開發與實施中，應注重“國風”元素融入真實學習情境，讓“國風”物理課成為常態。例如，在“牛頓第一定律”課堂教學中，在介紹人類認識“力與運動”的歷程時，可以通過援引我國古代經典著述中的真實記載，按歷史脈絡呈現墨子（力，刑之所以奮也）、韓非子（有烏獲之勁，而不得人助，不能自舉）和王充（其力雖重，不能自稱，須人乃舉）［４］等古代科技人物代表性學術觀點，讓學生基于證據感受華夏賢哲的科學貢獻和聰明才智，樹立文化自信。

隨著通用技術課程的開設，木工等傳統加工專用教室越來越普及，物理教研組要加強跟通用技術教師開展跨學科教研，有條件的學校完全可以借力通用技術課程設計開發一系列教具和學具融入公開課、常態課和學生社團，讓學生在濃郁的“國風”物理特色課堂中感受古代技術為現代物理課堂添彩的魅力。

通過“國風”物理課堂建設，讓學生在其濃郁的氛圍中被感染、被熏陶，民族自豪感油然而生，激發他們為中華民族偉大復興貢獻力量的責任和擔當。

３．３ 以還原古代的科技樣品向非遺致敬

為了讓學生更直觀、深入地了解古代科技，我們可以組織學生進行古代科技樣品的還原制作。通過親手制作桿秤、投石機、桔槔、舂等古代科技模型，在制作圖紙設計、材料選擇和加工成型等環節中，鍛煉學生跨學科解決問題的能力，將“做中學”“用中學”落到實處。

古代科技樣品還原制作成品后，還可以開展樣品功能展示、答辯等形式多樣的實踐性活動。比如，學生自制桿秤的課程中，設計了自制桿秤精度大賽，學生在深入領會物理原理的基礎上，結合過程中的嘗試、改進、優化的親身經歷，暢談從一開始的“想當然”到初試后的“殘酷的失敗”，從理性質疑走向科學修正的內心反思，養成實事求是的科學態度，使創新思維能力得以提升。

綜上所述，融合中國古代科技的物理跨學科特色課程的開發與實施，旨在通過多樣化的教學方式和手段實現全面育人。基于教材版本參考、不同地域教育資源和學生構成現狀等因素的差異化，設計開發的課程形態應該也是有差異的，但是培養學生的綜合素質和民族自信，同時促進對中國古代科技文化的傳承與發展的育人目標卻是一致的。

“教育的本質意味著：一棵樹搖動一棵樹，一朵云推動一朵云，一個靈魂喚醒一個靈魂。”［５］我們希望通過濃濃中國味的物理跨學科課程開發與實踐，在情境創設、活動設計和評價設計各環節探索深度融合機制，讓常態化的“國風”物理課成為那棵“樹”、那朵“云”和那個“靈魂”。

參考文獻：

［１］廖伯琴．跨學科主題學習實踐指導 初中物理［Ｍ］．北京：北京師范大學出版社，２０２３．

［２］中華人民共和國教育部．義務教育課程方案（２０２２年版）［S］．北京：北京師范大學出版社，２０２２．

［３］中華人民共和國教育部．義務教育物理課程標準（２０２２年版）［S］．北京：北京師范大學出版社，２０２２．

［４］盧嘉錫，戴念祖．中國科學技術史 物理學卷［Ｍ］．北京：科學出版社，２００１．

［５］卡爾雅斯貝爾斯.什么是教育［Ｍ］．童可依，譯．上海：生活·讀書·新知三聯書店出版社，２０２１．

（欄目編輯 廖伯琴）