物理教學(xué)中“度量觀”的教育價值及其啟示

傅子杰 邢紅軍

摘? ?要

物理教學(xué)中的度量觀是在人們統(tǒng)一了基本物理量和物理單位的基礎(chǔ)上所形成的度量觀念。度量觀不僅能夠幫助學(xué)生理解抽象的物理概念與物理規(guī)律，而且有助于學(xué)生形成科學(xué)的物理觀念。因此，物理教學(xué)需要在傳授物理知識的同時，以恰當(dāng)?shù)姆绞较驅(qū)W生滲透“度量觀”，使物理教學(xué)中的科學(xué)性和人文性同步發(fā)展，進(jìn)而使學(xué)生形成物理核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 度量衡? 度量觀? 物理人文? 物理教學(xué)

在物理核心素養(yǎng)中，物理觀念是其關(guān)鍵要素之一。“度量觀”作為“物理觀念”的重要內(nèi)涵之一，沒有理由淡出物理教育者的視線。為此，本文對我國物理教學(xué)中“度量衡”教學(xué)展開分析與探討，進(jìn)而明晰“度量觀”在物理教學(xué)中的地位和價值，希冀對物理課程教學(xué)改革有所裨益。

一、中西方“度量觀”的歷史沿革

在人類文明的長河中，計量、測量，自人類社會開始就存在了。據(jù)考古發(fā)現(xiàn)：在新石器時代就存在陶量（等比例的容量物體）[1]。在古代中國，度量衡泛指在生活中用于計量物體的統(tǒng)稱。隨著文明的發(fā)展，“度量衡”逐漸成為事物間比較和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的日常操作規(guī)范。度量衡從器物逐漸擴(kuò)展到度量衡制度等應(yīng)用領(lǐng)域。而后又隨著近代科學(xué)的“度量衡”理念發(fā)展而發(fā)展。

1.中國史中“度量觀”的發(fā)展與革新

“度量衡”一詞最早見于《尚書》[2]。古代的“度量衡”指在生活中用于計量物體長短、容積、輕重的物體統(tǒng)稱。“度”的含義在于計量長短，“量”的含義在于計量容積，“衡”的含義在于計量輕重。但是測量這三個量并不能滿足人類生活和生產(chǎn)的需要，隨著人們的發(fā)明又有很多“度量衡”產(chǎn)物的誕生，如時間計量器物（在四千多年前堯帝時期的“土圭測景”計時工具），再如質(zhì)量計量器物（我國湖南長沙東郊楚墓出土的兩千七百多年前的桿秤）等等。在春秋戰(zhàn)國時代，各諸侯國將度量衡發(fā)展為各有特色的計量器具。這都是人類為了計量而做出的發(fā)明。從物體長短、容積大小、物體輕重、時間的長短，再到物體質(zhì)量多少，無不體現(xiàn)比較思想，以某一標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)，比較相同類型物體與標(biāo)準(zhǔn)的差異，從而區(qū)別物體。

“度量衡”從古代的計量物器，而后發(fā)展成為計量的“標(biāo)準(zhǔn)”，如秦統(tǒng)一后頒布了度量衡法令、漢代形成度量衡制度等等[3]。由此可見，在文明發(fā)展的歷程中，度量衡雖然它的計量內(nèi)容發(fā)生著改變，但其標(biāo)準(zhǔn)與比較的思想?yún)s一直是文明發(fā)展的基石。自明朝末期，西方科學(xué)傳入中國，而后自清朝末期，隨著第二次西方科學(xué)漸入中國，這一次西方科學(xué)中的“度量衡”如滔滔江水般匯入中國的科學(xué)思潮中。在吸收了西方單位制思想之后，我國對于“度量衡”的研究又提上了新的日程。我國考古事業(yè)大力發(fā)展，帶來了研究者們對于古代文物“度量衡”的研究。在中國，“度量觀”自古至今都在發(fā)展，它跟隨著中華上下五千年的發(fā)展腳步不斷行進(jìn)著。

2.西方史中“度量觀”的發(fā)展與變化

人體特征成為東西方國家度量衡的共同起源[4]。在人類社會的早期，處于南美地區(qū)的印加帝國，其長度單位相當(dāng)于古代秘魯人的平均身長。古埃及的度量衡器物和度量衡制度也是很著名，在其遺留下來的古墓壁畫中都有所體現(xiàn)。古巴比倫可以算作世界上最早規(guī)范度量衡的國家。古巴比倫的度量衡制度影響很廣，后期的亞述人正是依據(jù)古巴比倫的度量衡制度發(fā)展了其測量體系[5]。古印度的度量衡發(fā)展，則是與經(jīng)濟(jì)貿(mào)易發(fā)展有關(guān)。古希臘文明，眾所周知，是受古埃及、古巴比倫、古印度文明影響最深的文明之一，而后的古羅馬人又借鑒了希臘人的傳統(tǒng)進(jìn)而發(fā)展自己的文化，度量衡就此得以延續(xù)。再之后，據(jù)科技史料記載，西方十字軍征討過程中，客觀上將很多希臘科學(xué)著作翻譯過來，總結(jié)科學(xué)經(jīng)驗(yàn)和知識，為自身的科學(xué)發(fā)展奠定基礎(chǔ)[6]。這也是西方進(jìn)一步發(fā)展“度量衡”的有利條件。之后，法國大革命促進(jìn)了新“度量衡”單位制的產(chǎn)生[7]。著名科學(xué)家拉瓦錫在擔(dān)任計量改革委員會主席時，將度量衡制度進(jìn)行改革，建立采用十進(jìn)制的度量衡單位系統(tǒng)。近代數(shù)學(xué)和近代物理的發(fā)展大力促進(jìn)了物理單位制的發(fā)展[8]。物理單位制的規(guī)范化可以看做是“西方度量衡”的發(fā)展標(biāo)志。

自19世紀(jì)西方對于電、磁、熱、光等現(xiàn)象的研究，再到20世紀(jì)逐漸形成系統(tǒng)的物理學(xué)體系，科學(xué)的“度量觀”也逐漸發(fā)展。1971年，第十四屆國際計量大會舉辦，會議上明確提出了7個基本物理量（長度、時間、質(zhì)量、電流、熱力學(xué)溫度、物質(zhì)的量和光強(qiáng)度）和34個國際導(dǎo)出單位的物理量。這次國際計量大會上提出和統(tǒng)一的基本物理量和物理單位，正是科學(xué)“度量觀”發(fā)展的依據(jù)，這也是現(xiàn)代物理學(xué)科“度量觀”發(fā)展的體現(xiàn)。

二、物理教學(xué)中“度量觀”的教育價值

考察我國中學(xué)物理教學(xué)可知，從物理教學(xué)目標(biāo)的制訂開始，一直存在弱化物理單位制的傾向。研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)教師和學(xué)生沒有系統(tǒng)地梳理物理單位制體系和其歷史發(fā)展。加入“度量觀”思想的教學(xué)對于培養(yǎng)學(xué)生物理素養(yǎng)有著至關(guān)重要的教育作用。

1.物理教學(xué)中“度量觀”的實(shí)踐價值

在現(xiàn)實(shí)生活中，人們很多時候都在應(yīng)用度量思想。如中國采用斤兩的單位于生產(chǎn)生活，其中1兩等于0.05千克，1斤等于10兩。所以，在采購蔬菜果肉時常常會聽到“二兩肉、一斤水果”等詞組。這些實(shí)際上就是人們應(yīng)用度量思想的體現(xiàn)。在物理教學(xué)中適當(dāng)?shù)丶尤肷钗锢碓?，這樣的教育會使學(xué)生的學(xué)習(xí)貼近于現(xiàn)實(shí)生活。

再如日常計量物重的器物，兩種器物（天平或桿秤）從外形到結(jié)構(gòu)有所不同，但殊途同歸的是，稱量的器物都是生動反映某些具體物質(zhì)的物重。眾所周知，西方常采用天平裝置來稱重物體。在我國，常采用桿秤來計量物體的重量。桿秤的原理與天平原理一致，但是不同于天平的是，在“杠桿平衡”時動力臂和阻力臂的長度是不相同的。在現(xiàn)有教學(xué)過程中，教師教學(xué)杠桿原理，學(xué)生掌握天平的使用規(guī)范，但與生活的聯(lián)系有限。所以，筆者希望借助“度量觀”將其緊密結(jié)合，進(jìn)而凸顯物理教育的實(shí)踐價值。

2.物理教學(xué)中“度量觀”的科學(xué)價值

眾所周知，初中學(xué)生在歷史課上學(xué)習(xí)過“度量衡”相關(guān)知識，對于“度量衡”知識和思想有了人文層次的理解。那么，在初中物理教學(xué)的過程中，基本物理量的教學(xué)離不開基本單位的解讀，教師在教育教學(xué)過程中，要讓學(xué)生結(jié)合歷史“度量衡”的發(fā)展，促進(jìn)其學(xué)習(xí)物理知識，不僅感受歷史的積淀，還應(yīng)體會科學(xué)計量的意義，這正是物理教學(xué)中人文思想的體現(xiàn)。

物理學(xué)家羅伯特·克里斯曾說過：在“規(guī)定性”定義中，一個事物通過與另外一個事物產(chǎn)生聯(lián)系而被賦予意義。當(dāng)一個物理單位（例如千克）被聯(lián)系于一個特定的人造物（例如千克原型的金屬塊）以建立標(biāo)準(zhǔn)時，其邏輯條件是成立的。這個定義過程使得這個特定的人造物獨(dú)立于所測量的現(xiàn)象[9]。單位的引入是人為設(shè)定的、人為規(guī)定以固定量的事物為單位，用成倍數(shù)的單位標(biāo)準(zhǔn)來描述事物整體。由此可見，度量觀既可以體現(xiàn)出比較的思想，又可以體現(xiàn)出相似物之間的統(tǒng)一“標(biāo)準(zhǔn)”，這樣既公平又有效。學(xué)生體會度量觀的過程是感受物理人文性與科學(xué)性融合的過程，這既是科學(xué)的價值，亦是教育的力量。

3.物理教學(xué)中“度量觀”的文化價值

物理學(xué)科作為與學(xué)生日常生活中測量、計量最相關(guān)的科學(xué)學(xué)科，物理教師需要引導(dǎo)學(xué)生思考來源于生活中的物理。生活日常無處不在的計量、測量、比較，都為學(xué)生們學(xué)習(xí)物理量、物理單位提供了生活依據(jù)。生活中的各個事物都可以由物理中的“度量衡”來描述和表達(dá)。這極大方便了人們對于事物間的比較以及事物標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。物理量的單位蘊(yùn)含豐富的物理文化，這些都是人類歷經(jīng)千百年對客觀事物、客觀空間的認(rèn)識積累結(jié)晶。

盡管伴隨物理學(xué)發(fā)展，物理量單位體系只有百多年歷史，但其誕生的物理文化卻很厚重，繼承和發(fā)展了近千年。無論是西方思想入東方，還是東方思想傳入西方，這都是文化的交流與融合的過程。在歷史的長河中，物理單位制的形成與發(fā)展是繼承了人類“度量觀”思想的精華，最終形成的國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，是物理人文精神傳承與發(fā)展。

三、物理“度量觀”的教學(xué)建議

在現(xiàn)代物理教學(xué)中，需要大力提倡物理人文培養(yǎng)模式，對于學(xué)生進(jìn)行全面的培養(yǎng)?；凇岸攘坑^”的物理教學(xué)，筆者設(shè)計了如下教學(xué)方式，希冀對中學(xué)物理教學(xué)開展“度量觀”教學(xué)有所啟示。

1.制作“度量衡發(fā)展史”學(xué)案

教師在初二質(zhì)量課程之前，應(yīng)當(dāng)提前備課，充分了解度量衡相關(guān)的科技史。教師提取度量衡科技史的重要信息于學(xué)生學(xué)案中，在課前給每個學(xué)生打印一份閱讀學(xué)案。在課堂相應(yīng)環(huán)節(jié)中，讓剛接觸物理學(xué)科的初二學(xué)生結(jié)合他們在歷史學(xué)科學(xué)過的度量衡知識進(jìn)行閱讀，思考物理計量、測量的重要意義。這樣的課程設(shè)計既有連貫性、又有呼應(yīng)感，能夠讓學(xué)生逐步提升物理學(xué)習(xí)深度。學(xué)生在課堂花五分鐘的時間閱讀“度量衡”的發(fā)展史，這對于學(xué)生接下來學(xué)習(xí)新的物理量、新的物理單位制都是有很大幫助的。五分鐘的閱讀時間，既不會耽誤很多物理教學(xué)時長，又可以讓學(xué)生的物理素養(yǎng)得到提升。

2.采取“度量衡分組作業(yè)”模式

教師在前一節(jié)課程下課前，讓學(xué)生進(jìn)行分組，不同組抽取收集物理材料主線，每組學(xué)生的側(cè)重點(diǎn)不同，讓學(xué)生在課后利用現(xiàn)代信息技術(shù)和電腦的支持，查閱資料，制作物理“度量衡發(fā)展”報告。在正式上課時，設(shè)計學(xué)生匯報環(huán)節(jié)，讓不同小組的學(xué)生從不同視角展開對于“度量衡”的解讀。圍繞的主線可分為“度量衡”歷史時間主線、不同國家發(fā)展“度量衡”主線、中西方對比“度量衡”主線、中西方“度量衡”關(guān)聯(lián)主線、“度量衡”不同功能主線、科技史“度量衡”主線展開，讓學(xué)生從不同方面收集材料，在課堂上匯報成果。最后，教師提煉主要觀點(diǎn)，最終提煉匯總得到“度量衡發(fā)展”與物理單位制發(fā)展的聯(lián)系。

“課下收集材料、課堂匯報成果”的活動課形式既生動，又有學(xué)習(xí)價值。讓學(xué)生親力親為收集素材、學(xué)習(xí)素材、匯總分析素材，為他們之后學(xué)習(xí)物理量和物理單位打下基礎(chǔ)。

3.教學(xué)中將物理量的學(xué)習(xí)與度量觀相結(jié)合

隨著我國新課程改革的推進(jìn)，“物理觀念”“科學(xué)思維”成為物理核心素養(yǎng)的重要維度。物理觀念的培養(yǎng)，對于物理學(xué)科而言，基本物理量的學(xué)習(xí)和基本單位的學(xué)習(xí)是關(guān)鍵一步。學(xué)生在學(xué)習(xí)質(zhì)量、時間、長度、速度、加速度時，一方面要讓學(xué)生掌握物理概念，另一方面，還應(yīng)該加強(qiáng)學(xué)生對于物理單位的深度學(xué)習(xí)。

質(zhì)量是物體所含物質(zhì)多少的反映。人們?yōu)榱擞嬃績蓚€物體的質(zhì)量，在比較中就需要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。由此質(zhì)量的單位引入，就極大地方便比較。質(zhì)量的單位千克和克等是人為規(guī)定的固定數(shù)量的物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，千克被聯(lián)系于一個特定的千克原型的金屬塊并以此建立標(biāo)準(zhǔn)，通過成倍數(shù)的千克和克來描述不同物體所含總物質(zhì)的多少。長度單位的引入也是如此。讓初中學(xué)生在學(xué)習(xí)抽象的物理量和單位時，結(jié)合歷史中的實(shí)物進(jìn)行理解，就能夠有效地降低學(xué)習(xí)難度。如此，度量的力量和奧秘也逐漸凸顯出來，“度量觀”也會深深地根植于學(xué)生的大腦中。

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[作者：傅子杰（1996-），女，北京人，中國科學(xué)技術(shù)館展覽設(shè)計中心，碩士;邢紅軍（1960-），男，河南平輿人，首都師范大學(xué)教師教育學(xué)院，教授，博士生導(dǎo)師。]

【責(zé)任編輯? 孫曉雯】