段宜君 刘碧蕊

(宁夏师范学院物理与电子信息工程学院 宁夏 固原 756099)

2021年2月，教育部为深入贯彻习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神，全面贯彻党的教育方针，制定了《中华优秀传统文化进中小学课程教材指南》，以指导中小学课程教材系统、全面落实中国优秀传统文化教育[1].该指南指出我国古人在认识物质和科技制作等方面的成果对中华民族乃至整个人类的科技文明都具有重大贡献，在物理教材中应该纳入我国古人在探索自然方面积累的知识与成就，帮助学生感悟中华民族独特的智慧与创造，培养学生的民族自豪感，坚定文化自信[2].指南上所指出的该纳入物理课程教材的内容就是我国古代物理学史部分内容，指南上所提及的《墨子》《考工记》等科学典籍，水力磨坊、鲁班木工尺等技术发明，不过是我国物理学史内容的冰山一角.

钱三强院士曾说过，“中国物理学史是一块蕴含着巨大精神财富的宝地.这块宝地很值得我们去开垦，这些精神财富很值得我们去发掘．如果我们都能重视这块宝地，把宝贵的精神财富挖掘出来，从中汲取营养，获得教益，我相信对我国的教育事业和人才培养都会是大有益处的”[3].中国物理学史是一块值得开垦的，拥有丰富精神财富的宝地，这个宝地应该被好好重视利用起来，发挥它应有的教育教学价值.

目前国内学者对中国物理学史的研究主要包括以下几个方面:一是对中国物理学史史料的整理，比如文献[4]对我国女性物理学家吴健雄生平事迹的整理，文献[5]总结了中华传统文化中有关物理学以及方法论的知识;二是对中国物理学史的教育功能与价值进行分析，比如文献[6]探讨了一下中国物理学史在中学教学中的教育价值；三是将中国物理学史与物理教学相结合的教学策略，比如文献[7]从中国古代物理学史、近现代物理学史和物理时事及前沿3个方面对物理新课程中的中国物理学史内容的教学策略进行了初步的探索；四是利用中国物理学史在教学中开展爱国主义教育的策略，比如文献[8]按照时间顺序，列举史料，分析了中国物理学史的爱国主义教育价值，并从课堂教学和课外教学两个角度，提出了利用中国物理学史渗透爱国主义教育的教学建议；五是渗透中国物理学史的教学设计，比如文献[9]在初中物理教学设计中引入中国古人对声音现象的研究的尝试.

以上这些研究中，尚未有针对性地用中国物理学史辅助高中物理教学的策略研究，所以文章尝试从物理学科核心素养的角度对高中物理教材中的中国物理学史的资源进行整理，并从课堂教学和课外探究两个角度对用中国物理学史来辅助高中物理教学的策略进行探究.

1 中国物理学史在高中物理教学中的价值分析

物理学科核心素养，即物理学科育人价值的集中体现，是学生通过物理学科的学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力，物理学科核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任四部分内容[10].

物理学史是培养学生物理学科核心素养的重要材料，而中国物理学史在此意义上，从中国的历史背景出发，更能提高学生对物理这门学科的认同感，增加学生的民族自豪感，激发学生对物理的探究兴趣，培养学生对科学的喜爱.

1.1 引入古人的发现 促进学生物理观念的形成

在高中物理课堂中，很少有学生知道中国的古人在历史长河中凭借着对自然现象的观察，对自然规律的总结，对这些发现的现象和规律的应用，让中国的科技发展在很长一段时间都处于世界的领先地位，这绝对称得上是中国物理学史上辉煌的篇章.这段辉煌应该通过高中物理课堂让学生知晓.

例如在讲到弹性定律的时候，将《考工记》中郑玄注解时记载的弓的弹性定律与胡克在弹簧上发现的弹性定律作一些方面比较，比如《考工记》中郑玄注解时记载的弹性定律要比胡克的弹性定律早了近1 500年，通过这样一个时间对比，大概就能让学生明白中国的物理曾经有多辉煌，但进行中国物理学史教学的目的，并不是让学生盲目自信，而是通过中西方物理学发展历程的对比，引起学生对中国物理学在近现代落后的思考，在用中国物理学史的内容辅助物理观念形成的过程中，促进引导学生进行思考，在学生心中埋下爱国爱科学的种子.

1.2 利用古人对物理知识的应用营造趣味教学情境 锻炼学生的科学思维

中国物理学史的古代部分，还有很多充满趣味和极具物理学思维的故事、技术发明、以及习题等材料可以挖掘，这些材料均是古人对所发现的物理知识的应用，用这些材料来营造有趣的教学情境，让学生在欢乐的氛围中积极思考，锻炼思维的同时，还能了解我国优秀传统文化，坚定文化自信.

例如在质点与参考系内容中用《吕氏春秋》中刻舟求剑的故事引入，带着如何才能找到剑的疑问，跟着教师进入新课的学习，在学习过程中，在教师的引导下，给学生用自己所学知识对故事情节进行综合分析，归纳概括出结果的机会，如果课堂时间不够，可以将这个找到剑的任务作为课后作业，这个作业想必也比做题有趣，“找剑”的这个过程就是学生将知识应用的过程，也是锻炼学生科学思维的过程.

1.3 通过古今科学家的事迹掌握科学探究方法 领略科学探究精神

由于近代物理学在西方蓬勃发展，在我国有一段时间的空白，所以现在的物理教材中大多是外国物理学家的理论与实践，然而我国古今科学家对物理现象的探索也是经历了反复失败、不断改进、获得突破的过程，在这些探索过程中所蕴含的探究方法、思维品质和科学精神都值得学生好好领略.在物理教学中，应该注意引入我国古今科学家的事迹，避免学生形成“我国古代无物理，近代无物理学家”的错误观念.

例如《墨经》中记载的关于砌墙的“法式”.墨家算是一个手工业团体，对工程问题十分关注，根据《墨经》中的记载，可以了解到墨家这个手工业团体在研究砌墙的问题时所观察与实践得出的结论.《经下》：“堆之必拄，说在废材.”意思大概是说堆放物体的时候，物体必定受到另一个物体的支撑，这是墨家在实践中观察得来的结论，后在《经说下》墨家进一步阐述了砌墙的法式，并用实验的方式对砖石进行了受力分析，来验证了所说的法式，虽然这种解释粗糙，但其中蕴含的基于观察总结得出某种观点，并加以实验论证的科学探究方法值得学生去了解、思考与学习.

1.4 利用物理时事及前沿知识培养科学态度与责任感

正所谓少年强则国强，培养具有道德感，具有科学态度与责任感的人才，是物理教育者重要使命所在，而物理时事及前沿知识，便是物理教育者完成这一过程中的一大助手.

例如，人教版必修1教材中第13页练习与应用栏目里第一题所提到的歼-20隐形战斗机，结合第四章封面中的歼-20插图，向学生介绍歼-20的情况或由知道的学生来介绍，以此引出对国防的思考，我们国家向来提倡和平，为什么又从不轻视军事国防，研发这些战斗机又到底是好是坏等，结合对这些问题的思考，在倾听学生回答的过程中，塑造学生形成正确的价值观，培养学生对祖国、对科学、对世界的责任感.

2 高中物理教材中的中国物理学史的资源整理

表1以高中物理必修1的知识点为例，整理了人教版、粤教版、鲁科版、沪科版、教科版5个版本的高中物理教材中所包含的中国物理学史的资源.

表1 高中物理必修1教材中的中国物理学史的资源整理

3 用中国物理学史辅助高中物理教学的策略

物理课堂是可以包含很多元素的，中国物理学史只是其中一个元素，用中国物理学史来辅助高中物理教学，不一定非得整堂课都是中国物理学史这一个元素，可以根据实际教学情况来决定补充和挖掘程度，再选择合适多样的活动去设计.用中国物理学史来辅助高中物理教学是一个长期的慢慢渗透的过程，在合适的教学内容中融入中国物理学史，利用物理课堂中的一个个小变化结合课外深度的探究活动，潜移默化，由量变引起质变，最终达到更好的教学效果.

3.1 课堂教学

3.1.1 将信息技术与中国物理学史相结合

学生接触中国物理学史的媒介主要是教材和教师，教材中的中国物理学史资源有限且零散，就需要教师找出其中联系并结合教学内容予以补充，教师直接讲授中国物理学史未免太过单调，可简单利用多媒体展示相关图片和视频影像资料，对学生进行多感官教学.例如，在讲授时间的知识点时,可以用我国古代的一些计时仪器来引入，用图片或者视频的形式来展示这些仪器或者仪器的变化过程，由此来介绍我国古代的技术发明，增加课堂趣味性，促进学生对知识的理解.或可结合VR技术，让学生身临其境感受中国物理学史的魅力，由此激发对物理学科的兴趣.也可设计融入中国物理学史元素的翻转课堂等.

3.1.2 制作中国物理学史相关的简易教具

中国古代物理学史中有很多技术发明，彰显着我国古人的智慧与勤劳，在实际物理教学中，可以结合知识点，筛选简单的技术发明进行教具制作，引导学生分析教具中隐藏的物理原理，鼓励学生进行相关创新，激发学生对物理课程和科学的热爱.例如，讲到重力时，可以尝试制作一个简易版的重石锤自动发火装置，向学生普及物理知识在古代军事上的应用的同时，讲解或者与学生一起分析讨论重力在这个装置上的应用原理，营造有趣的教学情境.

3.1.3 将中国物理学史引入习题练习

在整理中国物理学史资源的时候，发现教材中有很多引入了中国物理学史的习题，教师可以利用好这些习题，或者根据自己收集的资料尝试编写或者改编相关习题，在习题中引入有关联的史料，让题干更精彩，让学生在巩固知识和应用知识的同时，了解我国物理学的一些发展，给学生单调枯燥的题海增加一点生机.例如在进行时间与位移知识的巩固练习时结合我国航天发展.

3.1.4 国外一些物理学史应用方法的参考

国外研究中的一些物理学史在课堂上的应用方法或可给中国物理学史的具体活动设计一些参考.比如说Henke和Höttecke在文章中所提及的4种方法[11]：一是阅读、分析和讨论原始的历史研究论文，实验室日志或者技术性的报告[12～14]；二是讲述可以引起概念、方法论或哲学思考的丰富的历史轶事，短故事或者互动小品[15,16]；三是引导学生进行历史上的(思维)实验或者重现历史上实际做过的实验过程，以追溯科学方法、科学概念和科学理论的发展[17～21]；四是在跨越多个学科课程内容的课堂里，进行详细历史案例研究的内容中，可以综合运用以上策略[22～25].

3.2 课外探究

3.2.1 组织学生进行角色扮演

中国物理学史上有很多科学家的事迹值得学生知晓，他们的科学探究方法和科学精神与态度值得学生学习，但是历史中发生的事情，光凭语言描述和书籍阅读，印象远不及角色扮演深刻，教师可以在课余时间组织学生进行有关科学家故事的收集、剧本的编写、演员的选择等一个表演剧目的活动，让每个学生都参与在活动中，在整个活动进行的过程中都有所收获.

3.2.2 融入新的教育理念，设计一些竞赛之类的综合实践活动

根据相关文献，了解新的教育理念，在活动中结合教学内容，融入中国物理学史元素.

例如基于STEAM教育理念，开展以制作“潜艇”“火箭”等为主题的小组竞赛活动，培养学生在工程问题解决过程中，对科学、技术、工程、艺术以及数学多学科的综合应用能力.

3.2.3 设立专题研究，深度挖掘中国物理学史的资源

比如说鲁科版高中物理必修1当中的题目：“上网查询相关资料，了解赵州桥及悬空寺等的基本信息、建筑结构、建筑价值等，完成一篇小论文，并与同学交流讨论”，就以赵州桥和悬空寺为专题进行深入研究，在研究中学生就能了解到赵州桥和悬空寺中蕴含的物理奥秘.

4 反思与展望

高中物理课堂是少不了中国物理学史这个元素的，学生既需要书中的外国物理学史的内容来打开眼界，也需要中国物理学史的内容来帮助他们更完整更深刻地理解世界.教材中的中国物理学史内容零散且少，所以就需要教师予以补充，并且帮助学生找到内容之间的联系.在实际教学中积极尝试用中国物理学史辅助高中物理教学，及时反思，相信融入了中国物理学史元素的教学定会闪耀着不一样的光彩.