蘇豪　韓禮剛　潘留占

【關(guān)鍵詞】物理學(xué)史;初中物理;核心素養(yǎng)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出“面向全體學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)”，并指出“注重落實(shí)物理課程的育人價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力”[1].物理學(xué)史作為重要的文本資源，其中蘊(yùn)藏著很多科學(xué)家精神，是培育學(xué)生核心素養(yǎng)的重要源泉.同時(shí)，由于物理學(xué)史含有豐富的科學(xué)故事和眾多科學(xué)家的精神，所以在初中生科學(xué)態(tài)度與責(zé)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(xué)史，對于中國古代物理學(xué)史很少涉及.我國古人更多的是對自然現(xiàn)象的描述，而現(xiàn)代物理學(xué)體系是基于西方古代物理學(xué)發(fā)展起來的.通過對中國古代相關(guān)的發(fā)明創(chuàng)造、名人事跡進(jìn)行宣傳，更能讓學(xué)生形成民族自豪感，養(yǎng)成文化自信.中國古代物理學(xué)史內(nèi)容繁多，為了集中體現(xiàn)古人的智慧，本文主要選用熱學(xué)部分進(jìn)行闡釋，并對人教版初中物理教材涉及熱學(xué)部分的章節(jié)進(jìn)行了教育教學(xué)嘗試，得到一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)供各位專家和讀者參考.

1 中國古代熱學(xué)發(fā)展

中國古代的熱學(xué)發(fā)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(xiàn)在一些對熱現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和熱技術(shù)的應(yīng)用.學(xué)習(xí)這些會(huì)讓學(xué)生對古人產(chǎn)生欽佩和自豪感，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力.

1.1 “熱學(xué)”的詞源學(xué)分析

“熱學(xué)”一詞起源于西方.最初源自希臘文，表示“熱”.在17世紀(jì)蒸汽機(jī)廣泛使用之后，西方人把研究熱現(xiàn)象的學(xué)科稱為“熱學(xué)”.自清朝洋務(wù)運(yùn)動(dòng)興起，西學(xué)開始傳入我國.1875年林樂知譯《格致啟蒙》卷二：“物因熱而動(dòng)，并及光學(xué)、熱學(xué).”這本書最早提及“熱學(xué)”，此時(shí)“熱學(xué)”作為物理學(xué)的一個(gè)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(xué)圖說》中介紹了很多簡單熱學(xué)知識(shí)，它是第一本采用“熱學(xué)”命名的專集.此外，傅蘭雅還著有《熱學(xué)須知》等啟蒙讀物[3].此后，“熱學(xué)”這個(gè)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(xué)發(fā)展”思維導(dǎo)圖

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

在八年級物態(tài)變化和九年級內(nèi)能和熱機(jī)學(xué)習(xí)中，簡要對中國古代熱學(xué)發(fā)展進(jìn)行介紹，讓學(xué)生了解自己國家古代熱學(xué)的發(fā)展歷程和特點(diǎn)，對物理這門學(xué)科也會(huì)產(chǎn)生別樣的崇敬之情.

1.3 中國古代熱學(xué)知識(shí)

熱學(xué)發(fā)展歷史在物理學(xué)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(xué)意義.直到19世紀(jì)90年代，才有近代含義的“熱學(xué)”一詞.古人記載的熱學(xué)知識(shí)以及應(yīng)用相關(guān)熱學(xué)知識(shí)制作的器物不勝枚舉，如圖2所示.

2 中國古代熱學(xué)發(fā)展在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用

中國古代熱學(xué)發(fā)展包括偉大的科學(xué)發(fā)明、奇特的工藝制作、富有科學(xué)原理的記錄等，這些對于初中生而言是優(yōu)質(zhì)的物理學(xué)習(xí)資源.精心選擇部分優(yōu)質(zhì)資源將之提煉后加入課堂的各個(gè)環(huán)節(jié)中進(jìn)行教育教學(xué)實(shí)踐，全面提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

2.1 課前

通過課前布置任務(wù)，讓學(xué)生課下收集中國古代熱學(xué)發(fā)展的相關(guān)史料，為本節(jié)課學(xué)習(xí)助力.

例如 在講“熔化和凝固”這節(jié)課之前，讓學(xué)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(lǐng)域的國寶，比如后母戊鼎和春秋鋼劍等，在課上讓學(xué)生進(jìn)行簡短的展示.這樣既讓學(xué)生理解“熔化與凝固”的應(yīng)用，又了解到中國傳統(tǒng)文化，并增強(qiáng)了民族自信.

2.2 課中

在課堂上運(yùn)用中國古代熱學(xué)發(fā)展歷程培養(yǎng)學(xué)生愛國主義情感，學(xué)習(xí)科學(xué)探究和創(chuàng)新精神，領(lǐng)會(huì)科學(xué)思想方法，傳承唯物主義思想.

2.2.1 培養(yǎng)愛國主義情感

愛國是每個(gè)人必備的社會(huì)責(zé)任.在課上講解我國軍事技術(shù)家陳規(guī)的事跡以及他在抗擊金朝入侵，守城保家衛(wèi)國的貢獻(xiàn)，例如他發(fā)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(shí)補(bǔ)充我國古代在軍事技術(shù)上的一些發(fā)明，比如突火槍、“火龍出水”以及“火箭溜”等，讓學(xué)生了解我國向來具有抗擊外敵入侵的傳統(tǒng).激發(fā)學(xué)生的凝聚力和榮譽(yù)感，最終喚醒學(xué)生的愛國情懷，增強(qiáng)民族自信，樹立明確的人生目標(biāo)，找到正確的精神追求.

例如 在講“內(nèi)能的轉(zhuǎn)化和利用”這節(jié)課之前，讓學(xué)生以小組為單位分別收集我國古代在火槍和火藥的發(fā)明和改進(jìn)方面的相關(guān)人物和事跡，之后在課上讓學(xué)生進(jìn)行簡短的科普展示.這樣既讓學(xué)生理解內(nèi)能如何轉(zhuǎn)化和利用，又了解相關(guān)的愛國人物，并增強(qiáng)學(xué)生的愛國主義情感.

2.2.2 學(xué)習(xí)科學(xué)探究和創(chuàng)新精神

科學(xué)探究和創(chuàng)新精神是物理核心素養(yǎng)的重要部分.通過講解熱學(xué)部分時(shí)融入六個(gè)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(xué)解釋“露”成因的科學(xué)家—— 王充;世界上最早發(fā)明使用管型射擊火器的人—— 南宋陳規(guī);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(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)新精神，獨(dú)立思考的能力，學(xué)以致用的態(tài)度.最終讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)探索需要敢為人先，勇于創(chuàng)新的精神.

例如 在講到“內(nèi)能”這節(jié)課的“物體內(nèi)能的改變”知識(shí)點(diǎn)時(shí)，講完“熱傳遞”這種改變內(nèi)能的方法之后加入“銅冰鑒”這個(gè)例子，讓學(xué)生耳目一新，并學(xué)習(xí)到古人的科學(xué)探究和創(chuàng)新精神，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力.

2.2.3 領(lǐng)會(huì)科學(xué)思想方法

科學(xué)思想方法是科學(xué)思維的重要組成.在學(xué)習(xí)熱學(xué)相關(guān)知識(shí)時(shí)，讓學(xué)生通過閱讀相關(guān)古代典籍，采用思維導(dǎo)圖的形式列出所蘊(yùn)含的科學(xué)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(fā)出來的，雨、露、霜、雪形式不同，其實(shí)質(zhì)是一樣的，都是水冷凝成，因?yàn)闇囟炔煌?，才形成四種不同的形態(tài).使學(xué)生體會(huì)到古人的科學(xué)思想與方法，潛移默化地訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)方法.最終讓學(xué)生用科學(xué)思維去解決問題，鍛煉學(xué)生正確運(yùn)用科學(xué)解決問題的能力.

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

2.2.4 傳承唯物主義思想

唯物主義是物質(zhì)觀念的重要體現(xiàn).通過讓學(xué)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(tǒng)于陰陽.人事國政，安能動(dòng)之？ ”[4] 使學(xué)生能夠辯證地看待問題，客觀地推理并積極地用實(shí)踐去驗(yàn)證，最終培養(yǎng)學(xué)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(yùn)動(dòng)”時(shí)，在“物質(zhì)的構(gòu)成”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)加入了唯物主義思想：物質(zhì)是由分子和原子構(gòu)成的，恰恰體現(xiàn)了“唯物主義思想”，而古人也意識(shí)到了這一點(diǎn).通過講解“唯物主義思想”有助于學(xué)生形成正確的物質(zhì)觀念.

2.3 課下

在課下讓學(xué)生閱讀中國熱學(xué)發(fā)展相關(guān)書籍并創(chuàng)作思維導(dǎo)圖、制作傳統(tǒng)玩具等活動(dòng).

2.3.1 相關(guān)書籍閱讀并制作思維導(dǎo)圖

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

例如 在講到熱學(xué)部分時(shí)，比如物態(tài)變化、熱傳遞和能量守恒之后，讓學(xué)生總結(jié)課上所學(xué)以及在《論衡》中得以體現(xiàn)的相關(guān)思想，并制作成思維導(dǎo)圖.這樣做深化了學(xué)生對物理原理的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也擴(kuò)展了物理視野.

2.3.2 制作傳統(tǒng)玩具

讓學(xué)生在課下制作一些傳統(tǒng)玩具，比如孔明燈、走馬燈等.不僅提升了學(xué)生的動(dòng)手能力，還使得學(xué)生對熱學(xué)知識(shí)有一個(gè)更深的理解.同時(shí)這些小制作還會(huì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，形成良好的科學(xué)態(tài)度.

例如 講到“熱機(jī)”這一節(jié)課時(shí)，在展示完塞子受到水蒸氣的壓力而沖出去的實(shí)驗(yàn)后[5]，再展示一個(gè)走馬燈的模型.通過向?qū)W生講解走馬燈的原理，并說明它與蒸汽機(jī)的相似之處，從而自然引出蒸汽機(jī).同時(shí)在講完這節(jié)課之后，讓每一名學(xué)生做一個(gè)走馬燈的小制作.這樣既加深學(xué)生對熱機(jī)原理的理解，又激發(fā)學(xué)生對熱機(jī)的興趣.

3 結(jié)語

有關(guān)于物理學(xué)史融入課堂的研究，本文以人教版熱學(xué)部分進(jìn)行了部分實(shí)踐.從手工制作到創(chuàng)新發(fā)明，再到蘊(yùn)含的科學(xué)思想，每一段歷程都值得我們?nèi)パ芯?、去開發(fā)并應(yīng)用于課堂來提升學(xué)生物理核心素養(yǎng).從火的利用到火藥的發(fā)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(jià)值，將之融入課堂有利于培養(yǎng)學(xué)生對物理的興趣和對物理知識(shí)的理解，有利于核心素養(yǎng)的提升和育人目標(biāo)的實(shí)現(xiàn).