器滿則傾論重心：基于C-STEAM理念的課題設計

張敏書 于海波

[摘要] 本文以“重心”為知識內(nèi)核，以落實高中物理學科核心素養(yǎng)培育為目的，兼具中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化與民族自信精神的弘揚，結(jié)合C-STEAM課程理念配套的6C教學模式，依托2019年版人民教育出版社普通高中教材物理必修第一冊“課題研究”部分，進行高中物理課題研究教學的設計。

[關鍵詞] C-STEAM;重心;學科核心素養(yǎng);高中物理

將中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化有機融入學科教育的時代已經(jīng)到來。早在2014年，教育部印發(fā)了《完善中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育指導綱要》，將加強中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育認定為落實立德樹人根本任務的重要基礎，并明文指出，包括物理學科在內(nèi)的理科課程應結(jié)合教學環(huán)節(jié)滲透中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化相關內(nèi)容。自此以后，有關在各個教學領域、教學環(huán)節(jié)中滲透文化自信、文化自覺的綱領性文件與學科教學研究成果，便層出不窮。有學者在舶來品STEAM理念之上，聯(lián)系本土國情，扎根中華文化沃土，提出“以傳承中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化為目標導向的學科融合教育”，即C-STEAM教育，其中C為Culture之意[1];而且，在教學改革實踐之后，依托情境認知理論提出與C-STEAM教育理念相匹配的6C模式，包括文化情境感知（Contextual Experience，C1）、文化內(nèi)涵理解（Connotation Comprehension，C2）、文化特征探究（Characteristic Inquiry，C3）、文化制品創(chuàng)作（Create Artifact，C4）、聯(lián)系社會推廣（Connect Society，C5）、總結(jié)評價反思（Conclusive Reflection，C6）等6個核心環(huán)節(jié)及若干關鍵活動[2]。

結(jié)合《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課標》）中以主題為引領，將課程內(nèi)容情境化，以促進學科核心素養(yǎng)落實[3]的課程說明，本設計依托2019年版人民教育出版社普通高中教材物理必修第一冊“課題研究”部分，以C-STEAM課題理念，輔以6C模式，以“重心”為學科知識內(nèi)核，并結(jié)合高中一年級學生學情，進行扎根中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的跨學科教學設計，旨在培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的同時，發(fā)揮物理學科特色，加強學生人文素養(yǎng)培育。

一、教學思路與目標

高中物理教材中提到，重心可以看作物體所受重力的作用點，并對確定重心的“懸掛法”加以介紹。在高中階段，學生所接觸的常見物理模型，如質(zhì)點、小物塊、長木板、斜面等，均屬于質(zhì)量分布均勻的理想剛體，對于質(zhì)量可變的非均勻物體的重心變化，極易處于懵懂狀態(tài)。相應地，《課標》所制訂的5個層次學業(yè)水平等級中，能在真實情境中建立物理模型，綜合應用所學的物理知識靈活解決實際問題，是最高水平等級的學業(yè)表現(xiàn)。因此，可以認為，通過對實物進行觀察、設計、制作、探究，研究由于物體質(zhì)量分布情況變化而引起的重心變化的物理情境，對于學生而言，屬于“跳一跳，夠得著”的最近發(fā)展區(qū)難度。

那么，從C-STEAM課程理念出發(fā)，應當建立何種物理情境，選擇什么樣的器物，既能夠凸顯我國傳統(tǒng)文化，傳遞人文精神，又能夠綜合科學、技術、工程、藝術、數(shù)學等學科思想？中國人自古以來尊崇中庸之道，“滿招損，謙受益”更是成為無數(shù)國人的座右銘。最早的“座右銘”——欹器，原本是仰韶文化時期人們的汲水器具，后來因自身所具備的“虛則欹、中則正、滿則覆”的特點，逐漸演化為實物座右銘，彰顯出“物極必反、器滿則傾”的思想，并因為其精妙的設計與深刻的寓意，在史冊上留下豐富多彩的人文傳說。至今，在諸多博物館與陳設展會上，甚至文人墨客的書房之中仍能見到它的身影。因此，欹器可以說是本教學設計核心器具的不二選擇。

本教學設計以課題研究形式展開，在實際教學中，具有時間跨度長、地理空間大、涉及機構(gòu)多的特點。出于了解我國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、品味儒家修身思想、提升物理學科核心素養(yǎng)、培養(yǎng)文化自信的目的，從C-STEAM理念角度分解教學目標，具體思路如下表1所示：

二、教學環(huán)節(jié)設計

以6C模式為展開形式的C-STEAM探究性學習活動，結(jié)構(gòu)清晰，邏輯層次明了。由于本教學設計是為課題研究所作，涉及課時以不少于6課時為宜，多數(shù)環(huán)節(jié)可由學生自行組建團隊，在節(jié)假日期間以交游研學形式完成。

（一）C1環(huán)節(jié)：文化情境感知

本環(huán)節(jié)采用團隊研學形式，聯(lián)合文化場館，進行主題參觀。本環(huán)節(jié)課時根據(jù)實際活動開展靈活處理，可采用集中研學的方式，進行一次教學，或結(jié)合學生自主活動情況，實行1+N研學，也就是一次集中學習加多次自由學習的形式。主要參觀內(nèi)容包括：（1）包含陶制尖底瓶在內(nèi)的黃河中游仰韶文化時期陶器文物陳列;（2）明代書畫作品——《孔子觀欹器圖》作品展覽;（3）以青銅為材質(zhì)的欹器文物陳列;（4）以制陶工藝為展示主題內(nèi)容的科學技術陳列;（5）以現(xiàn)代欹器作為座右銘擺件的藝術陳列。教學活動與學校研學活動配合進行，或由學生在節(jié)假日期間外出旅行時，前往旅行所在地博物館（如中國國家博物館、西安半坡博物館、曲阜孔子博物館等）自行游覽學習，并依據(jù)場館內(nèi)陳列說明與配套講解作相關記錄。

本環(huán)節(jié)意在從時間脈絡上挖掘中華歷史文化的C-STEAM教學價值，對“欹器”這一器物的誕生時間、原始形貌、作用功能、寓意變遷等方面進行初步了解，并引發(fā)學生思考：欹器的產(chǎn)生意味著我國古代勞動人民的生產(chǎn)水平達到何種程度？欹器在日常生活中如何體現(xiàn)汲水功能？為什么欹器能夠作為現(xiàn)代沙漏的原型？仰韶文化尖底瓶多出土于墓葬而極少出土于住屋[4]，說明6000多年前人們對欹器的功用進行了怎樣的定義？孔子稱贊欹器的修身育人價值，體現(xiàn)了先秦諸子怎樣的非凡智慧？

（二）C2環(huán)節(jié)：文化內(nèi)涵理解

本環(huán)節(jié)與C1環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，而且C1與C2環(huán)節(jié)作為C-STEAM教學模式中“C”的最集中體現(xiàn)部分，直接決定后續(xù)C3環(huán)節(jié)的人文教育價值厚度。為了避免將C-STEAM課程簡化為膚淺的以傳統(tǒng)文化為名的手工制作課，C-STEAM課題研究整體具有厚積薄發(fā)的意味，C1與C2環(huán)節(jié)即為課題研究活動的“厚積”部分。

教師將以3至4人為一組的標準，將學生劃分為若干小組。各小組依據(jù)前期C1階段所搜集的視頻、圖像、文本資料進行初步整理后，有目的性地對欹器背后隱含的中華文化進行探因，資料來源可包含學術著作、影視作品、戲劇、音樂、書法、美術等，各小組組內(nèi)進行明確分工合作，并做好相關記錄，最后進行小組匯報展示。

教師自本環(huán)節(jié)開始對學生所在各小組及個人進行學業(yè)水平形成性評價，對學生進行小組劃分，并要求各小組以成果匯報的形式，對C1與C2環(huán)節(jié)所學進行小組間匯報與交流。值得注意的是，本環(huán)節(jié)的靈活程度與開放性非常之高，教師進行情景預設時，可能會囿于已有傳統(tǒng)文化典籍中對欹器的文化內(nèi)涵解釋，例如唐朝蘇安恒上疏力諫武皇“物極則反，器滿則傾”[5]、祖沖之制欹器勸諷竟陵王蕭子良[6]、孔子觀于魯桓公之廟對欹器作“虛則欹、中則正、滿則覆”的評價[7]等。須知教師個人知識的范圍畢竟有限，學生集思廣益，在本階段所進行的成果展示極有可能出乎教師意料。因此，教師應當在把握教學目標與教學理念的基礎上，隨機應變，對學生的創(chuàng)新精神與全新視野進行及時肯定。

（三）C3環(huán)節(jié)：文化特征探究

本環(huán)節(jié)包括兩大實踐活動。其一是對欹器自身結(jié)構(gòu)與功能演變的現(xiàn)狀調(diào)查。調(diào)查途徑包括網(wǎng)絡資料查詢、實地調(diào)查、生產(chǎn)作坊參觀、文創(chuàng)商店調(diào)研等，以便對現(xiàn)今欹器在人們生活中所扮演的角色定位進行初步了解。研究問題包括：欹器的初始形態(tài)——尖底陶器目前是否尚在生產(chǎn)？如有生產(chǎn)，成品功能幾何？后人對欹器的生產(chǎn)原料進行數(shù)次改變，不同的生產(chǎn)材料加工制作的欹器在結(jié)構(gòu)上有何不同？又分別對應著什么樣的功能？在當前流行的手工作坊里，是否存在復制欹器的可能性？當前市場上欹器以何種商品形式進行流通？反映了什么樣的社會認知？其二是圍繞欹器本身所展開的，以人為研究對象的社會學調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容包括：現(xiàn)階段，人們對欹器這一物品的熟悉程度如何？當前的價值觀下，人們對于欹器在歷史演變中蘊含的“中庸之道”認可程度如何？有關欹器的典故，有哪些稱得上廣為人知，原因是什么？在傳統(tǒng)儒家思想講究的修身齊家治國平天下中，欹器以座右銘的形式多見于“治國”與“平天下”的歷史場景中，在現(xiàn)代人“修身”“齊家”的態(tài)度養(yǎng)成方面，欹器的教育價值凸顯程度如何？等等。

本環(huán)節(jié)是在C1、C2環(huán)節(jié)“繼往”與C4、C5環(huán)節(jié)“開來”的流程中起承接角色的重要環(huán)節(jié)。由于年代已久，學生對古代文化典故產(chǎn)生疏離感在所難免，只有把握住了傳統(tǒng)文化的生命脈搏，才能在現(xiàn)代教育環(huán)境下，輔以新的教學手段與教學形式，對優(yōu)秀文化進行傳承與發(fā)揚。因此，本環(huán)節(jié)中，教師尤其應當注意對學生在舊與新的轉(zhuǎn)折中進行引導。

（四）C4環(huán)節(jié)：文化制品創(chuàng)作

本環(huán)節(jié)是與物理學科聯(lián)系最為緊密的環(huán)節(jié)，前序環(huán)節(jié)中學生對于欹器這一器件的功能與人文價值已經(jīng)具備充分了解，自然而然地，在此基礎上會產(chǎn)生一系列的疑惑。欹器為什么具備“水半滿則器平衡，水全滿則傾斜而水溢出”[8]的特點？與欹器自身的結(jié)構(gòu)特點是否存在直接關聯(lián)？所涉及的科學原理又是什么？對應的科學知識又是什么？高中物理教科書中在“課題研究”板塊體現(xiàn)出將物理探究活動與日常生活聯(lián)系的傾向[9]，那么用日常生活中常見的物品，結(jié)合物理知識，能否制作出簡易的欹器？結(jié)合計算機建模與3D打印技術，能否嘗試性地對欹器進行精準設計與還原？從視覺審美角度，欹器自身又能夠承載何種美學功能？

大體來看，本環(huán)節(jié)可以包括：欹器模型建構(gòu)與物理原理（欹器重心因自身質(zhì)量分布情況發(fā)生改變而改變）的探究分析;簡易欹器制作與改良;結(jié)合科技前沿技術的再創(chuàng)新;美學工藝再雕飾。本環(huán)節(jié)對學生的科學探究、科學思維、動手能力、小組合作能力進行考查與提升，主要的難點是從實物到模型，再從模型到實物，采用計算機技術進行建模，最后回歸實物的流程實現(xiàn)（流程圖如圖1所示）。通過開展上述活動，學生的科學思維能力處于曲折前進、螺旋上升的狀態(tài)。動手制作是從生活走向物理的必經(jīng)之路，這一過程中學生容易因?qū)嵺`活動不順利產(chǎn)生沮喪情緒，甚至放棄。因此，教師在本環(huán)節(jié)中，應當格外注意引導學生對實踐制作中的失敗原因進行反思分析。

（五）C5環(huán)節(jié)：聯(lián)系社會推廣

本環(huán)節(jié)依托學校德育活動與社會實踐平臺進行學習成果展示與交流。學生以文字形式，例如征文投稿、個人博客撰寫、海報制作等形式對欹器自身結(jié)構(gòu)特點、歷史價值、育人價值進行詮釋與推廣;或者通過圖片形式，以海報制作、公眾號推送、照片墻等形式，對C-STEAM課題研究過程中所學所得進行分享與交流;或者依托短視頻平臺，對活動過程及實踐成果予以視頻記錄后，進行平臺發(fā)布，與公眾交流，放大活動育人功能。

（六）C6環(huán)節(jié)：總結(jié)評價反思

本環(huán)節(jié)為評價環(huán)節(jié)，可分為三大主題：（1）學生在組內(nèi)進行個人總結(jié)，組內(nèi)成員自評，繼而以小組為單位進行成果展示交流，學生組間進行互評;（2）教師結(jié)合筆試、活動展示、成果記錄文本資料三方面對學生表現(xiàn)進行知識層面（人文知識、重心知識）學習評價、實踐層面（欹器模型建構(gòu)、實物制作、計算機設計）學習評價、合作層面（小組合作形式下的信息交流、問題解決、成果展示）學習評價;（3）學生對本課題研究的各個環(huán)節(jié)進行自我審視與反思，并對自身實際學習情況與理想學習情況進行比較，總結(jié)收獲，撰寫反思記錄。

三、結(jié)語

STEAM教育作為國外教育時髦名詞被直接引進國內(nèi)，不考慮國情與學情，未加批判與改造地直接使用，在某種意義上來說，何嘗一種不是“拿來主義”？中華民族擁有璀璨的文化與厚重的歷史，無論是在人文還是科技方面，有待挖掘之處比比皆是。實際上，蘊含民族特色的STEAM教育當下正處于萌芽階段，以PBL教學形式為依托，結(jié)合各學校實際學情、學校所在地特色民俗特色，融合學科教學資源，進行C-STEAM主題研究活動，不失為弘揚民族自信、培養(yǎng)文化自覺的一種教學嘗試。

[參考文獻]

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[5]袁樞.通鑒紀事本末：注譯本[M].杭州：浙江人民出版社，2019.

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[7]荀況.荀子[M].哈爾濱：北方文藝出版社，2013.

[8]愛新覺羅·溥儀.我的前半生[M].北京：中華書局，1977.

[9]杜明榮，趙藝佳，王翚.系統(tǒng)功能視域下高中物理教科書的話語分析：以必修部分“課題研究”模塊為例[J].物理教師，2021，42（8）：14-17，20.

張敏書? ?東北師范大學物理學院。

于海波? ?東北師范大學物理學院教授，博士生導師。