利用地方博物館藏品開(kāi)發(fā)中學(xué)物理教學(xué)資源

劉 俊，李奇云

湖南理工學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖南 岳陽(yáng) 414000

1 引言

地方博物館是一個(gè)地區(qū)傳統(tǒng)文化的重要載體，是一個(gè)地區(qū)歷史的濃縮。2021年底，全國(guó)已備案的博物館有6183家，是一座豐富的教學(xué)資源寶庫(kù)。近年來(lái),越來(lái)越多教育專家將教育資源開(kāi)發(fā)的目光投向各級(jí)博物館藏品，但其開(kāi)發(fā)主要集中在歷史、地理和美術(shù)等人文學(xué)科，對(duì)物理學(xué)科的教學(xué)資源開(kāi)發(fā)還相對(duì)較少?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》建議在編寫教材時(shí)應(yīng)該關(guān)注不同地區(qū)、不同民族的自然和人文環(huán)境，充分利用科技館、博物館、科普?qǐng)D書(shū)和科普視頻等教育資源。物理學(xué)科知識(shí)不只限于冰冷的科學(xué)原理，更應(yīng)該與生活傳統(tǒng)文化相結(jié)合。讓學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中體驗(yàn)傳統(tǒng)文化之美，繼承和發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)文化，培養(yǎng)學(xué)生的“文化自信”。

2 岳陽(yáng)市博物館館藏資源

岳陽(yáng)市博物館館藏豐富，主要分為岳陽(yáng)古代文明陳列和岳陽(yáng)民俗文化兩大部分。展品主要以文物和民俗活動(dòng)為主，是古人智慧的結(jié)晶，蘊(yùn)含著不少物理知識(shí)和思想，是優(yōu)良的物理教學(xué)素材和資源。筆者從岳陽(yáng)市博物館工作人員處得知，目前岳陽(yáng)市博物館與當(dāng)?shù)刂行W(xué)合作開(kāi)展的教育活動(dòng)主要以“流動(dòng)博物館”的形式進(jìn)入校園，即博物館工作人員利用圖片和視頻資源進(jìn)行相關(guān)講解活動(dòng)。此類活動(dòng)偏向科普性質(zhì)，主要進(jìn)行歷史文化和思想政治等方面的教育。我們可以進(jìn)一步深入挖掘館藏資源中蘊(yùn)含的自然科學(xué)原理，將古代文明和民俗文化用于物理學(xué)科教學(xué)活動(dòng)。筆者實(shí)地考察了岳陽(yáng)市博物館的館藏資源，分析整理了館藏資源中蘊(yùn)含的物理知識(shí)，按照知識(shí)模塊分類篩選出表1所示的物理教學(xué)資源。

表1 岳陽(yáng)市博物館館藏中的物理教學(xué)資源

3 物理教學(xué)資源開(kāi)發(fā)案例

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，教師應(yīng)當(dāng)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行推斷和解釋，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行推理、鑒別和分析等思維活動(dòng)，同時(shí)為學(xué)生提供豐富的信息資源以及適當(dāng)?shù)膸椭?，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)解決問(wèn)題。博物館中的古代文物和民俗文化兼具有趣的內(nèi)容和厚重的歷史沉淀，利用信息化和生活化等手段將其復(fù)制進(jìn)課堂教學(xué)，可以讓傳統(tǒng)文化“活”起來(lái)，使得學(xué)生可以直觀感受傳統(tǒng)文化的魅力。教師可以根據(jù)文物蘊(yùn)含物理知識(shí)的不同特點(diǎn)，將其應(yīng)用于教學(xué)過(guò)程的不同環(huán)節(jié)。筆者分別選取了聲學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)板塊中的一個(gè)館藏資源，將“陶響球”設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)成一個(gè)完整的教學(xué)案例；將“皮影戲”“龍舟競(jìng)渡”和“失蠟法”應(yīng)用于某一個(gè)具體的教學(xué)環(huán)節(jié)。

3.1 教學(xué)案例設(shè)計(jì)——陶響球

陶響球（圖1）是華容縣車轱山遺址出土的一種原始樂(lè)器，制作于至今約5000年的新石器時(shí)代，既是樂(lè)器，也是最早的聲音玩具。陶響球是一個(gè)中空的陶體球，球內(nèi)填充沙礫，球表面有錐刺的24個(gè)曲面等腰三角形紋飾，集古人高超的制作工藝和藝術(shù)成就于一體。陶響球在日常生活中常用作小孩的玩具，也是一種音樂(lè)節(jié)拍器。舞者可以通過(guò)搖動(dòng)陶響球節(jié)奏的快慢，來(lái)表達(dá)喜慶或哀傷的情感。利用陶響球這種古人有趣巧妙的玩具，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)文化的認(rèn)同感。陶響球蘊(yùn)含的物理知識(shí)為聲現(xiàn)象，具體教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)如表2所示。

圖1 陶響球模型（左圖）和館藏實(shí)物圖（右圖）

表2 陶響球教學(xué)案例設(shè)計(jì)

【教學(xué)效果與反思】該教學(xué)案例選用了圖片和視頻等直觀的教學(xué)資源。學(xué)生通常對(duì)古人的日常生活充滿好奇，所以具有較高的學(xué)習(xí)興趣。利用生活中常見(jiàn)的素材自制簡(jiǎn)易陶響球模型，不僅鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，也讓他們知道生活廢品也有利用價(jià)值。此外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還滲透了單一變量原則。不足的地方是素材形式較單一，主要以圖片和視頻方式呈現(xiàn)。學(xué)校應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)館校合作程度，若能將博物館文物復(fù)制品引入課堂演示，或者在博物館文物旁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，將進(jìn)一步提升教學(xué)效果。

3.2 新課引入案例1——皮影戲

皮影戲又稱“影子戲”或“燈影戲”。據(jù)史書(shū)記載，皮影戲始于戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，興于漢朝，繁盛于宋代，明清時(shí)傳入岳陽(yáng)，現(xiàn)流行于平江、岳陽(yáng)和臨湘等地。用燈照射獸皮或紙板做成的人物剪影（圖2），藝人們?cè)谀徊己笠贿叢倏v戲曲人物剪影，一邊用當(dāng)?shù)氐那{(diào)唱述故事，同時(shí)配以打擊樂(lè)和弦樂(lè)，具有濃厚的鄉(xiāng)土文化氣息。皮影戲表演方式新奇有趣，適合應(yīng)用于新課引入環(huán)節(jié)。

圖2 館藏皮影實(shí)物圖

涉及物理知識(shí)：光的直線傳播。

教學(xué)引入：教師播放民俗藝人表演皮影戲的視頻，然后簡(jiǎn)單介紹皮影戲的歷史文化背景，引導(dǎo)學(xué)生回顧曾經(jīng)看過(guò)的皮影戲表演情景。接下來(lái)提出問(wèn)題讓學(xué)生思考和討論，從生活現(xiàn)象中習(xí)得新知識(shí)。

問(wèn)題1：為什么皮影戲會(huì)在幕布上留下一個(gè)影子呢？

問(wèn)題2：左右移動(dòng)皮影，影子會(huì)怎么移動(dòng)呢？

問(wèn)題3：用什么辦法可以讓影子變大？

問(wèn)題解決：光沿直線傳播，所以光無(wú)法繞過(guò)較大尺寸的障礙物照射到障礙物后方，因此在障礙物后方會(huì)形成一個(gè)陰影區(qū)域，也就是皮影的影子。雖然在課堂上無(wú)法完全重現(xiàn)皮影戲的演示過(guò)程，但是可以用手電筒和一張紙片做成一個(gè)簡(jiǎn)易皮影戲表演模型（圖3）。通過(guò)移動(dòng)紙片，讓學(xué)生觀察紙片和影子的移動(dòng)情況。由于光沿直線傳播，所以可利用幾何關(guān)系分析影子和物體的位置關(guān)系。如圖3所示，光線與紙片所構(gòu)成的三角形△ABC與光線和紙片影子構(gòu)成的三角形△ADE相似，因此移動(dòng)紙片靠近光源，就能夠使影子變大。

圖3 皮影戲表演模型圖

3.3 新課引入案例2——龍舟競(jìng)渡

龍舟競(jìng)渡俗稱“劃龍舟”（圖4），是岳陽(yáng)端午節(jié)主要的民俗活動(dòng)之一。相傳為紀(jì)念戰(zhàn)國(guó)時(shí)期投汨羅江而死的屈原，后來(lái)逐漸發(fā)展推廣成為一種隆重的節(jié)日文化活動(dòng)。汨羅江端午節(jié)一般從農(nóng)歷五月初一開(kāi)始，到五月十五結(jié)束。2005年，龍舟競(jìng)渡作為汨羅江端午習(xí)俗的一部分成為第一批國(guó)家級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)。

圖4 龍舟競(jìng)渡

龍舟競(jìng)渡蘊(yùn)含的物理知識(shí)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)、相互作用力、浮力、力的合成與分解等。龍舟競(jìng)渡容易讓學(xué)生代入運(yùn)動(dòng)員視角，適用于新課引入環(huán)節(jié)。本案例用于講授“速度”這個(gè)物理概念。

【教學(xué)實(shí)施過(guò)程】教師播放龍舟競(jìng)渡的視頻資料，然后通過(guò)以下設(shè)問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生逐步深入思考，進(jìn)而引出“速度”這個(gè)物理概念，符合“先概念后名稱”的物理教育觀念。

問(wèn)題1：如何判斷同時(shí)同起點(diǎn)出發(fā)的兩艘龍舟運(yùn)動(dòng)的快慢？

問(wèn)題2：不同時(shí)間和不同路程情況下，怎么比較兩艘龍舟運(yùn)動(dòng)的快慢？

問(wèn)題3：請(qǐng)估算生活中常見(jiàn)物體運(yùn)動(dòng)的速度。

【問(wèn)題解決】判斷龍舟運(yùn)動(dòng)快慢有兩種方法。一種方法是在運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同的情況下，比較運(yùn)動(dòng)路程的長(zhǎng)短，運(yùn)動(dòng)路程長(zhǎng)的龍舟運(yùn)動(dòng)快。另一種方法是在運(yùn)動(dòng)路程相同的情況下,比較花費(fèi)時(shí)間的多少，花費(fèi)時(shí)間越少說(shuō)明運(yùn)動(dòng)越快。如果兩艘龍舟運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和路程都不一樣，用路程除以運(yùn)動(dòng)時(shí)間，得到相同時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的路程。相同時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)路程越長(zhǎng)的龍舟運(yùn)動(dòng)越快。而路程與時(shí)間的比值就是速度。然后讓學(xué)生列舉日常生活中常見(jiàn)物體的運(yùn)動(dòng)速度大小，進(jìn)一步深化“速度”這個(gè)物理概念。

3.4 教學(xué)拓展案例——失蠟法

失蠟法是從中國(guó)古代流傳下來(lái)的一種生產(chǎn)技藝，最初用于精密青銅器加工。工匠們先將蜂蠟雕刻成所需的器皿形狀，然后用耐火泥料外敷一層外殼。加熱升溫讓蜂蠟熔化，隨后從外殼底端開(kāi)孔處流出，形成器皿狀空腔。最后注入融化的銅水，待銅水冷卻凝固后，一件精美的青銅器便完成了。此工藝過(guò)程中包含了多個(gè)物態(tài)變化過(guò)程，適用于教學(xué)拓展環(huán)節(jié)。

【教學(xué)實(shí)施過(guò)程】教師先設(shè)問(wèn)：生活中，人們制作一件復(fù)雜的鐵器有什么方法？引導(dǎo)學(xué)生思考和討論。接下來(lái)，教師展示精美的青銅器圖片，介紹制作復(fù)雜精密青銅器的一種古老技藝——失蠟法。通過(guò)了解失蠟法的發(fā)展歷史，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到這種古老的生產(chǎn)技藝傳承發(fā)展到了現(xiàn)代，并應(yīng)用于高科技領(lǐng)域，從而提升學(xué)生的民族自豪感。

【教學(xué)總結(jié)與反思】用失蠟法制作復(fù)雜的鐵器需先用易熔化的物質(zhì)（如蜂蠟）捏成模具，然后在模具之外加上一層耐高溫的外殼。將固態(tài)的鐵熔化成液態(tài)的鐵水倒入耐熱的外殼，蜂蠟受熱熔化從模具底部小孔流出，而鐵水則填補(bǔ)了原來(lái)蜂蠟的空間，最后冷卻凝固成和蜂蠟?zāi)＞咭粯拥男螤睢Ｕ麄€(gè)過(guò)程涉及蜂蠟從固態(tài)到液態(tài)以及鐵水從液態(tài)到固態(tài)兩種物態(tài)變化過(guò)程。

4 結(jié)語(yǔ)

地方博物館館藏的教學(xué)資源帶有明顯的地方文化特色，可以開(kāi)發(fā)為具有地方特色的校本課程和地方課程。對(duì)于特定類型的博物館，例如自然科學(xué)博物館和科技博物館，與自然科學(xué)結(jié)合性更強(qiáng)，更適合自然科學(xué)教學(xué)資源開(kāi)發(fā)，但這種資源開(kāi)發(fā)方式不易普及。大型綜合性博物館，例如中國(guó)國(guó)家博物館、湖南省博物館等具有成熟的線上展品資源，教師并不需要實(shí)地考察就可以獲得詳實(shí)資料開(kāi)發(fā)成教學(xué)資源，這種教學(xué)資源開(kāi)發(fā)應(yīng)用模式更易推廣。