在物理教學設計中融入中國傳統(tǒng)文化*——以能量轉(zhuǎn)化與守恒為例

葉希希 王慧珍 王淑金 葉晴瑩

(福建師范大學物理與能源學院 福建 福州 350117)

唐 政

(福州金山中學 福建 福州 350008)

在高考的影響下，許多家長與教師以取得一個好成績?yōu)槟繕?，讓學生不停地做題以提高學科分數(shù)，有些學生對于某些物理知識是知其然不知其所以然，并沒有真正理解.新一輪物理課程改革指出將立德樹人作為教育的根本任務，發(fā)展學生核心素養(yǎng)[1].有教育者指出：中華優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化是中華民族的“根”與“魂”，我國學生的核心素養(yǎng)需“根植”于中華優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化，體現(xiàn)中華民族之“魂”[2].中華有上下五千年的歷史，給人們留下了許多經(jīng)典的文化遺產(chǎn)，具有豐富的育人元素.中國傳統(tǒng)器械是時代的產(chǎn)物，深深融合了中華優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化，為人們展示著璀璨的歷史文明.在物理教學中引入中國傳統(tǒng)器械，不僅可以激發(fā)學生的好奇心，使學生積極探索其中蘊含的物理知識，培養(yǎng)學生的科學精神，還可以以點帶面，從器械的歷史背景出發(fā)讓學生了解傳統(tǒng)文化，提升學生文學素養(yǎng)，增強學生的文化自信，激發(fā)學生的愛國熱情.

現(xiàn)滬科版初中物理九年級全一冊第二十章第1節(jié)為能量的轉(zhuǎn)化與守恒，教學設計大多以圖片展示，給學生介紹不同情境的能量的轉(zhuǎn)化情況，并直接得出能量守恒定律.但由于學生不能直觀地感受到能量，因而不能理解能量的變化情況.這樣的教學使學生對知識掌握不牢固，從而對后續(xù)學習產(chǎn)生消極影響.教師在進行完概念教學后，再將水碓引入課堂教學，既能鞏固學生已有知識，又能促進學生理解能量的轉(zhuǎn)化與守恒，擴大學生知識面，促進知識的整合，提高學生綜合素質(zhì)，從而提升教學效果.

1 展示模型 激發(fā)學生探究欲望

首先，教師可以向?qū)W生展示水碓模型，如圖1所示，并對照模型介紹水碓構(gòu)造：一個立式水輪；立式水輪中心位置連接著轉(zhuǎn)軸；轉(zhuǎn)軸上裝有一些彼此錯開的撥板；撥板下面放著碓桿；碓桿的另一端是一塊略重的木塊或石頭；木塊或石頭下面放著石舂.接著，教師介紹水碓歷史及應用，水碓最早出現(xiàn)在漢代，是古代人為提高糧食加工效率而發(fā)明的，利用水力來自動舂米(將谷物褪殼)的器械，直到20世紀末才完全退出歷史舞臺.此時學生在感嘆先人智慧的同時還會產(chǎn)生好奇心理，人們是怎么用這個器械讓谷殼自動褪去呢？

圖1 舂米水車

2 演示實驗 引導學生分析原理

接下來進行演示實驗，教師在立式水輪上方持續(xù)地倒水，適當控制水量，使水輪持續(xù)轉(zhuǎn)動.此演示過程中可讓學生清晰地觀察到水車舂米的整個過程.接著，教師與學生一起討論，引導學生復習相關(guān)觀念，并與學生一起分析水碓的工作原理及能量轉(zhuǎn)化情況：

(1)在整個過程中都忽略摩擦力與空氣阻力做功，以地面為重力勢能零點.

(2)將一定高度的水落到立式水輪的這個過程中，水的重力勢能轉(zhuǎn)化為水的動能.

(3)在水落到水車擋板上使水車轉(zhuǎn)動這一過程中，水持續(xù)對水車有力的作用，并對水車做功，水的部分能量轉(zhuǎn)化給水車，使水車具有動能，由于水車轉(zhuǎn)動，帶動著與水車中心相連的轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動.

(4)在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)到撥板與碓桿開始接觸到離開碓桿這一過程中，轉(zhuǎn)軸上的撥板向下壓碓桿的一端，對碓桿做功，轉(zhuǎn)軸的部分能量轉(zhuǎn)移給碓桿，由于被架起的碓桿相當于杠桿，根據(jù)杠桿原理，碓桿另一端的石錘會向上運動，碓桿動能與重力勢能均增加.

(5)當轉(zhuǎn)軸離開碓桿后，由于不能滿足杠桿平衡條件，石錘端下落，與石錘相連的碓桿系統(tǒng)，重力勢能減少，轉(zhuǎn)化為該系統(tǒng)的動能.

(6)當石錘繼續(xù)下落落到與石舂中谷物接觸時，石錘對谷物有一定沖擊力，并將一部分能量轉(zhuǎn)移給谷物，通過不斷錘擊使谷物的外殼破裂.

(7)由于自然界中能量是守恒的，所以水流需持續(xù)不斷地沖擊立式水輪，不斷地將自身能量轉(zhuǎn)移給水輪，并重復以上操作，從而達到自動舂米的效果.

通過上面的分析，學生不但鞏固了杠桿原理、動能、勢能、能量轉(zhuǎn)化與守恒等相關(guān)知識，還加強了學生知識間的聯(lián)系，提高了學生分析問題、解決問題的能力.

3 教學拓展 提高學生綜合素質(zhì)

此時，教師可再通過圖片展示，舉出其他的例子，拓展學生知識層面.如古人在戰(zhàn)國時期就已經(jīng)發(fā)明了“冰箱”，被稱為青銅冰鑒，如圖2所示.《楚辭·招魂》寫道“挫糟凍飲，酎清涼青”，說的就是夏天喝酒時，可以將酒放入冰鑒冰鎮(zhèn)，喝起來清涼味甘.其原理就是：冰鑒分為一個大容器里面嵌套著一個小容器，在兩容器的空隙處放入冰塊，能量從高溫物體傳遞給低溫物體，使酒冰涼.教師可再次與學生一起復習能量守恒的知識，即能量不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而總量是保持不變的.

(a)實物圖

介紹完以上知識，教師可順勢向?qū)W生普及現(xiàn)代社會出現(xiàn)的能源危機問題與環(huán)境污染問題，及國家采取的措施，如建設風力發(fā)電站、水力發(fā)電站，太陽能發(fā)電站等，利用可再生的風能、水能、太陽能等資源，經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)化變成日常使用的電能，在無形之中給學生傳遞保護環(huán)境、低碳節(jié)能的思想觀念.

4 結(jié)束語

通過上面的課程設計，學生在教師引導下，主動探索，自主分析，加強了學生知識間的聯(lián)系，提高了學生分析問題、解決問題的能力.將物理知識與歷史文化相結(jié)合，不僅可以深化學生對知識的理解，還可以提升學生文化素養(yǎng)，讓學生領(lǐng)略傳統(tǒng)文化的魅力.同時，物理課堂與學生生活實際相聯(lián)系，可以對學生思想道德進行潛移默化的熏陶感染，使學生形成正確的人生觀、價值觀和世界觀.