夏 歡 姚 蕊 榮爭輝 保永亮 蔡武德

(云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 云南 昆明 650500)

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》中提出“堅持育人為本, 德育為先”[1].不論是人文科學(xué)還是自然科學(xué)，教育的根本都是立德樹人.物理學(xué)科也應(yīng)是德育教育的主陣地，中國古代物理學(xué)史在物理教學(xué)的育德教育中恰好能起到得天獨厚的效果.

“欲知大道，必先為史.”“讀史以明智，知古以鑒今.”科學(xué)史是人類文明進程中最能體現(xiàn)智慧的歷史，追尋其在歷史長河中的發(fā)展歷程，可深入挖掘它的歷史功能和教學(xué)價值.但在物理教學(xué)中，引起教師關(guān)注更多的是西方的物理學(xué)史，毋庸置疑，西方物理學(xué)史在教學(xué)中是經(jīng)典且必不可少的，但若長期只提及西方物理學(xué)史，學(xué)生對本國的物理學(xué)發(fā)展一無所知，則可能認(rèn)為“中國物理學(xué)十分落后，中國古代無物理”的認(rèn)識[2].實則不然，中國古代物理學(xué)的發(fā)展是輝煌而璀璨的.近代物理學(xué)的開端是伽利略的科學(xué)研究及其發(fā)現(xiàn)，所對應(yīng)的是中國明清時期，但是在明清之前的夏商周、春秋戰(zhàn)國時期，中國便有豐富的文字記載和科技發(fā)明，都涉及到大量的物理知識.這些都是物理教學(xué)的優(yōu)秀資源，可將其挖掘并有效利用，發(fā)揮其最大的價值.

1 中國古代物理學(xué)史

中國古代物理學(xué)知識雖然豐富，但記錄零散、不成系統(tǒng).早期的物理學(xué)發(fā)展與哲學(xué)有密切聯(lián)系，所以除了科技著作，在各類文學(xué)作品中也能發(fā)現(xiàn)其身影.

1.1 詞源分析“物理學(xué)”

“物理學(xué)”一詞有兩個來源，西方和中國本土.一是源出自希臘文，是古希臘哲學(xué)家亞里士多德(公元前384-322)所寫，最早屬于哲學(xué)領(lǐng)域，本意是探討自然和自然現(xiàn)象；二是源自我國戰(zhàn)國時期(公元前369-286)莊子的一句話“析萬物之理”，泛指一切事物的道理，其意義并非近代所謂的“物理學(xué)”，但由于其無所不包的涵義，近代物理意義下的自然知識也就包含其中[3].

盡管“物理”一詞在古代被普遍運用，但它卻并未在近代中國成為物理學(xué)一詞的直接起源.明清時期，西方科學(xué)開始傳入中國，“力藝”(譯自西文“力學(xué)”)一詞出現(xiàn)，“重學(xué)”(即今“力學(xué)”)是中國近代最早定名的西方科學(xué)名稱.而后，西方科學(xué)又一次傳入中國，人們將其翻譯成“格物學(xué)”“格致學(xué)”.19世紀(jì)60年代，在方以智《物理小識》書名的啟發(fā)和翻譯西學(xué)名稱準(zhǔn)則的影響下，日本學(xué)者于19世紀(jì)70年代將physics譯成“物理學(xué)”.1900年，江南制造局刊行日本飯盛挺造編著的大學(xué)教科書《物理學(xué)》的中譯本，此后，“物理學(xué)”一詞得到中國知識界的認(rèn)同和采用.

1.2 思維導(dǎo)圖說“發(fā)展史”

為方便閱讀，按照時代順序，以思維導(dǎo)圖這種可視化的方式將中國物理學(xué)史進行梳理，由夏、商、周的萌芽時期到明清時期以“物理學(xué)”正式命名的教科書出版，對整個中國古代物理學(xué)發(fā)展都做了簡略介紹，如圖1所示.可總結(jié)中國古代物理學(xué)的特點：(1)對物理現(xiàn)象的記錄；(2)與自然界相處的過程中所獲得的經(jīng)驗；(3)對物理原理的實踐和運用；(4)物理知識豐富，但記載零散；(5)偏重于對經(jīng)驗的總結(jié)和應(yīng)用，而較少有對其背后的物理原理的剖析.

在物理入門學(xué)習(xí)的第一節(jié)課，簡要對中國古代物理學(xué)史進行介紹，讓學(xué)生了解物理學(xué)在自己國家的發(fā)展歷程和特點，對物理這門課也會產(chǎn)生別樣的崇敬之情.

圖1 中國古代物理學(xué)發(fā)展歷程

1.3 中國古代力學(xué)知識

力學(xué)在物理學(xué)史上具有極為重要的地位，中國古代典籍中雖有“力學(xué)”一詞，但不含有科學(xué)意義[4].直到19世紀(jì)30年代，才有近代含義的“力學(xué)”一詞.但古代人記載的力學(xué)知識以及應(yīng)用力學(xué)知識制作的器物不勝枚舉，如圖2所示.不僅在力學(xué)，中國古代人在熱、聲、光、電與磁等物理學(xué)領(lǐng)域也有一定的見解和廣泛的器材制作，但這里不做過多介紹.

圖2 中國古代力學(xué)知識

2 中國古代物理學(xué)史在物理教學(xué)中的應(yīng)用

有趣的古代科技制作、詩詞文學(xué)中的物理知識、情景故事中的物理原理等對學(xué)生來說具有很強的吸引力，能讓學(xué)生產(chǎn)生強烈的學(xué)習(xí)興趣，是物理教學(xué)過程中的優(yōu)秀資源.可選取其中與課程內(nèi)容相關(guān)的素材，加工后將其融入課堂教學(xué)的不同環(huán)節(jié)，助力物理教學(xué)的實施.

2.1 課前

查閱文獻、資料收集與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的古代科技制作，為課堂學(xué)習(xí)做好前提準(zhǔn)備.

古代人創(chuàng)制了很多具有力學(xué)意義的簡單機械，如杠桿、桔槔、滑輪、斜面、轆轤等，當(dāng)學(xué)習(xí)杠桿時，可提前讓學(xué)生查閱“杠桿”在古代的運用，課前簡單匯報，作為課堂引入.當(dāng)學(xué)習(xí)路程這個概念時，可讓學(xué)生下去查找關(guān)于中國古代是如何計算馬車行駛路程的資料，學(xué)生查閱之后，也不由驚嘆這中國最早的“計程車”——“記里鼓車”的發(fā)明創(chuàng)造，發(fā)出“先人們的智慧真是讓人嘆為觀止”的感嘆，對于物理知識的學(xué)習(xí)便更加渴求.

2.2 課中

增加中國古代物理學(xué)史的“出場率”，讓學(xué)生在中國本土文化氛圍中認(rèn)識物理、思考物理、分析物理、運用物理.

2.2.1 以史激趣，情境引入

在學(xué)習(xí)聲音的產(chǎn)生與傳播時，可講述故事：沈括在他的《夢溪筆談》中對行兵打仗的兵法要點做了說明，其中提到，在戰(zhàn)爭時期，士兵要枕著牛皮材質(zhì)的箭筒，同時睡到地上.為什么它們不睡在床上，而是枕著箭筒，睡地上？學(xué)生對此也百思不得其解，這時告訴學(xué)生，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你們便能得知其中原因.

在“氣壓與海拔的關(guān)系”教學(xué)時，可講述范成大的《峨眉山行紀(jì)》中一個有趣的現(xiàn)象：“山頂有泉，煮米不成飯.”他稱峨眉山上的水是“萬古冰雪之汁”，不能熟物.“余前知之”故“自山下攜水一缶來”.范成大認(rèn)為山上“煮米不成飯”是水的緣故，所以他從山下自己準(zhǔn)備了水上山煮飯.同學(xué)們覺得他的飯能煮熟嗎，為什么?

2.2.2 幫助學(xué)生突破重難點知識

在密度教學(xué)中，溫度對密度的影響是一個教學(xué)重難點，學(xué)生不容易理解，教師可播放走馬燈的視頻，并自制走馬燈教具在課堂上演示，引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識對走馬燈的原理進行分析，學(xué)生在興趣盎然中理解：點燃蠟燭，燈內(nèi)空氣溫度升高，密度減小，小于周圍冷空氣密度，熱空氣上升，冷空氣補充熱空氣的空位，形成空氣流通，驅(qū)動燈旋轉(zhuǎn).并告知學(xué)生走馬燈早在南宋時期就已經(jīng)成為節(jié)日必備節(jié)目，學(xué)生不僅突破了溫度對密度的影響這個重難點知識，也深刻體會到了中國古代人對物理知識的運用能力和高超的設(shè)計思想以及創(chuàng)造才能.

2.2.3 體會物理思想

曹沖稱象中的轉(zhuǎn)換思想：曹沖利用水對漂浮在水面上的物體產(chǎn)生的浮力等于該物體的重力，將測量大象體重通過浮力進行等效替代，轉(zhuǎn)換為測量石頭的重量，一個很難的問題被輕松化解.從學(xué)生熟悉的故事介紹“浮力”的概念和計算方式，學(xué)生更容易接受，同時滲透了物理學(xué)的重要思想——轉(zhuǎn)換思想，也啟示學(xué)生要多角度思考去解決問題.

2.2.4 發(fā)揮德育作用

在講解完壓強之后，講述“九龍杯”的故事：明朝時期，朱元璋用九龍杯宴請大臣，結(jié)果淺盛的御酒絲毫不少，滿盛的御酒卻全部從杯底漏走了.其中的原理：當(dāng)杯內(nèi)裝滿水時，杯內(nèi)的龍頭與龍尾狀的杯把形成倒U形的連通器，使杯內(nèi)的水全部溢出.讓學(xué)生運用所學(xué)知識解釋九龍杯的原理，并告知學(xué)生此杯又名“公道杯”的原因,是為了告誡人們做事須公道、不可起貪念.

2.2.5 增強文化自信，激發(fā)愛國主義情懷

在學(xué)生學(xué)習(xí)光學(xué)時，不得不給學(xué)生介紹的一個人——中國古代偉大的科學(xué)家“墨子”.2016年8月16日，中國第一顆量子通信衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空，中國成為首個擁有量子通信能力的太空開發(fā)國家.和國外的伽利略衛(wèi)星和開普勒望遠鏡命名相同，是為了紀(jì)念我國古代偉大的科學(xué)家——墨子，墨子最早通過小孔成像實驗發(fā)現(xiàn)了光是直線傳播的，并對其進行了科學(xué)解釋，這在光學(xué)發(fā)展上極其重要.而且他撰寫的墨經(jīng)中對諸多物理現(xiàn)象都有記載，是中國古代物理學(xué)史坐標(biāo)性的存在.以我國古代偉大科學(xué)先賢的名字作為全球首顆量子衛(wèi)星的名字，體現(xiàn)了中國的文化自信.讓學(xué)生們深切地感受到我國古代物理學(xué)的輝煌成就,從而激發(fā)他們的民族自豪感[5]，潛移默化地增強學(xué)生的愛國主義情懷.

2.3 課后

2.3.1 相關(guān)書籍的閱讀

如《中國古代物理學(xué)》《中國物理學(xué)史大系》《郵票上的科學(xué)家》等等關(guān)于古代物理學(xué)史介紹的書籍，可將其推薦給學(xué)生課后閱讀.

2.3.2 舉行物理學(xué)家的介紹講座

學(xué)生在準(zhǔn)備講座的過程中，主動查閱大量資料，不僅對物理學(xué)家的生平有了了解，對其研究背后的物理學(xué)知識也更加感興趣，增強對物理這門學(xué)科的了解和物理知識的學(xué)習(xí)興趣.

2.3.3 組織古代傳統(tǒng)活動

在學(xué)習(xí)完光的傳播等相關(guān)知識后，教師可以組織學(xué)生準(zhǔn)備一次皮影戲活動，讓學(xué)生既能夠體會到物理知識的趣味性，又能對我國傳統(tǒng)文化有更多的了解、更深的體會.

3 結(jié)束語

中國物理學(xué)史的教育價值是多方面的，從物理學(xué)的萌芽，逐漸發(fā)展，到中間的停滯以及后來的崛起，每一段歷程都是我們學(xué)習(xí)的寶藏，對其進行挖掘加工后都可作為教學(xué)的優(yōu)秀資源用于物理教學(xué)，不僅可以輔助教學(xué)，促進學(xué)生核心素養(yǎng)的培育，同時也契合國家立德樹人的根本任務(wù).