劉迎新 林欽

摘 要：教學(xué)中我們經(jīng)常利用測(cè)量皇冠和純金溢水體積的差異鑒別皇冠是否純金的故事引入“阿基米德原理”的教學(xué)，但少有人對(duì)此方法的可行性進(jìn)行實(shí)證分析。分析發(fā)現(xiàn)，根據(jù)當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件阿基米德無(wú)法通過(guò)體積差異鑒別是否純金，而可以通過(guò)浮力的差異進(jìn)行鑒別。因此，教師應(yīng)加強(qiáng)對(duì)教材內(nèi)容的實(shí)證分析，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行二次加工，才能正確理解教材，提高自身的物理核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：阿基米德皇冠；教學(xué)思考；教材處理

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）4-0065-2

教師的職業(yè)生涯是學(xué)會(huì)教學(xué)，學(xué)會(huì)與教師行業(yè)相關(guān)規(guī)范的一系列成長(zhǎng)過(guò)程。其中，最重要的是教學(xué)過(guò)程，是教師在教科書等教學(xué)資源的輔助下，與學(xué)生共同實(shí)現(xiàn)目標(biāo)認(rèn)知的交往過(guò)程[1]。研究表明，大部分教師在備課時(shí)將教科書視為中心，在課中按照教材順序進(jìn)行教學(xué)。教師更習(xí)慣做教材的執(zhí)行者，而不是開(kāi)發(fā)者。這種做法無(wú)法挖掘教科書的深層含義，很難達(dá)到課程改革的要求[2]。通過(guò)思考教科書的處理方式，創(chuàng)造性地使用教科書有助于教師更好地實(shí)現(xiàn)新手教師向?qū)I(yè)化教師轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)教師專業(yè)化發(fā)展[3]。因此，加強(qiáng)教材內(nèi)容的實(shí)證分析，是教師專業(yè)成長(zhǎng)的必由之路。

在八年級(jí)物理教材第十章第二節(jié)《阿基米德原理》中描述了一個(gè)故事：古希臘學(xué)者阿基米德（Archimedes， 公元前287年—公元前212年）想要鑒定王冠是否由純金制成的，卻苦于無(wú)法測(cè)量王冠的體積，有一天當(dāng)他跨進(jìn)盛滿水的浴缸洗澡時(shí)看見(jiàn)浴缸里的水向外溢，突然想到：物體浸在液體中的體積就是物體排開(kāi)液體的體積[4]。

在許多物理教師的教學(xué)設(shè)計(jì)中都認(rèn)為阿基米德是受到洗澡時(shí)溢水的啟發(fā)，知道了測(cè)量皇冠體積的方法，通過(guò)測(cè)量相同質(zhì)量的金塊和皇冠溢水體積的差異，驗(yàn)證出了皇冠的真?zhèn)蝃5]，并將這一思路作為新課的引入。通過(guò)測(cè)量體積鑒別皇冠的方法是否可行呢？本文嘗試進(jìn)行檢驗(yàn)。

取皇冠直徑為20 cm，重約為1 000 g。已知黃金密度為19.3 g/cm3，白銀密度為10.5 g/cm3。假設(shè)皇冠摻入10%的銀，即100 g銀。

替換100 g黃金后，體積變化如下：

根據(jù)當(dāng)時(shí)的條件，阿基米德顯然無(wú)法通過(guò)“容器中水的高度變化”判斷皇冠是否是純金。因此，教學(xué)中可能傳遞給學(xué)生的是一個(gè)經(jīng)不起推敲的結(jié)論。

仔細(xì)分析教材發(fā)現(xiàn)，教材指出阿基米德洗澡時(shí)感悟到通過(guò)溢水法可以測(cè)得不規(guī)則物體的體積，并未明確說(shuō)明鑒別皇冠使用的是溢水法[4]。在克里斯托弗·德羅塞的《趣味物理的誘惑》中也曾提到這個(gè)問(wèn)題，阿基米德從澡盆中跳起大喊“尤里卡”后卻無(wú)法精確測(cè)量溢水高度，但澡盆溢水給了他靈感卻是實(shí)實(shí)在在的[6]。

那么，阿基米德是如何鑒別出皇冠是否純金的呢？首先，用杠桿天平測(cè)出與皇冠等質(zhì)量的純金塊，然后將天平兩端的皇冠和純金塊都浸入水中，觀察天平左右兩邊是否仍然保持平衡（如圖1），若無(wú)法保持平衡則皇冠不是純金的。

即天平兩端受到的浮力差約為0.04 N，這一數(shù)值大約是4 g物體的重力，即杠桿天平兩邊質(zhì)量差約為4 g，這顯然在杠桿天平的測(cè)量范圍內(nèi)。阿基米德正是通過(guò)不同體積物體浸入水中的浮力差，巧妙地比較了皇冠和金塊的體積，發(fā)現(xiàn)皇冠被摻入了雜質(zhì)。這種巧妙的間接測(cè)量仍然是今天物理學(xué)研究的重要方法。

由此可見(jiàn)，通過(guò)溢水體積的差異鑒別皇冠是否純金的方法需要一定的技術(shù)條件，在阿基米德時(shí)代顯然是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。如果教師們不對(duì)阿基米德的故事進(jìn)行刨根究底的仔細(xì)推敲，勢(shì)必會(huì)遺漏一些關(guān)鍵的細(xì)節(jié)，造成學(xué)生對(duì)科學(xué)的誤解。在物理教科書中還有一些同樣值得教師仔細(xì)推敲的問(wèn)題，例如“人眼視物”問(wèn)題。教科書中定義“依靠眼睛調(diào)節(jié)能看清的最遠(yuǎn)的極限點(diǎn)”為“遠(yuǎn)點(diǎn)”，同時(shí)指出正常人眼的遠(yuǎn)點(diǎn)在無(wú)窮遠(yuǎn)[7]。可是，人們卻無(wú)法看到無(wú)窮遠(yuǎn)的物體。事實(shí)上，人眼系統(tǒng)中除晶狀體與角膜組成類似凸透鏡之外，還有非常重要的瞳孔——相當(dāng)于孔徑光闌。根據(jù)物理光學(xué)的衍射規(guī)律，當(dāng)光線經(jīng)瞳孔進(jìn)入晶狀體時(shí)，在瞳孔上會(huì)發(fā)生衍射，瞳孔的大小決定了人眼的分辨率大小，人眼能分辨8 m左右物體的極限距離約為40 km。所以，楊利偉在太空中無(wú)法看見(jiàn)長(zhǎng)城[8]。教材中的“遠(yuǎn)點(diǎn)”只是一種理想情況而已。

教師對(duì)教科書中內(nèi)容毋庸置疑的忠實(shí)執(zhí)行，使其失去了很多研究物理問(wèn)題的機(jī)會(huì)。教師的實(shí)踐活動(dòng)并非必然導(dǎo)致實(shí)踐智慧的生長(zhǎng)[9]。如果實(shí)踐的過(guò)程只是機(jī)械重復(fù)，教師很難生成實(shí)踐智慧。只有教師在實(shí)踐的過(guò)程中不斷地進(jìn)行批判性的自我反思，創(chuàng)造性地展開(kāi)實(shí)踐活動(dòng)，教師實(shí)踐智慧才具備生成的條件。

參考文獻(xiàn)：

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[2]俞紅珍. 論教材的“二次開(kāi)發(fā)”——以英語(yǔ)學(xué)科為例[D]. 上海：華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文， 2006.

[3]劉亞娜. 從教材的處理方式看教師專業(yè)發(fā)展[J]. 中國(guó)成人教育，2011（9）：57-58.

[4]義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書編寫組.義務(wù)教育教科書物理八年級(jí)下冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2012：100-101.

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[6]克里斯托弗·德羅塞. 趣味物理的誘惑[M].南昌：江西教育出版社， 2015.

[7]義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書編寫組.義務(wù)教育教科書物理八年級(jí)上冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2012：100-101.

[8]戴昌達(dá)，姜小光，習(xí)曉環(huán).進(jìn)一步剖析“從太空看長(zhǎng)城”的爭(zhēng)論[J].科技導(dǎo)報(bào)，2007，25（4）：72-76.

[9]徐小容，林克松，朱德全.教師教學(xué)實(shí)踐智慧：內(nèi)涵解讀與生成之道[J].教育理論與實(shí)踐， 2012（31）：41-44.