具有“西藏元素”的中學(xué)物理情境教學(xué)探究

杜瑞 陳浩 西藏民族大學(xué)附屬中學(xué)

藏族學(xué)生認(rèn)為物理學(xué)科難學(xué)的主因之一是物理教材內(nèi)容與藏族學(xué)生日常生活有較大距離[1]，從而缺乏學(xué)習(xí)興趣，以致物理學(xué)業(yè)成績(jī)長(zhǎng)期普遍偏低。西藏大學(xué)楊曉榮等研究者發(fā)現(xiàn)90%以上的藏族學(xué)生希望教師在物理教學(xué)中使用具有西藏特色的教學(xué)資源，96.2%的學(xué)生認(rèn)為西藏特色物理教學(xué)資源對(duì)其物理學(xué)習(xí)有幫助[2]，這表明西藏傳統(tǒng)優(yōu)秀文化中蘊(yùn)含的物理知識(shí)和思想可以激發(fā)藏族學(xué)生（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“學(xué)生”）學(xué)習(xí)物理的興趣，從而提升學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)質(zhì)量，提高物理學(xué)業(yè)成績(jī)。筆者在借鑒具有“西藏元素”的高中數(shù)學(xué)情境教學(xué)[3]的基礎(chǔ)上，探究將“西藏元素”融入中學(xué)物理課堂的教學(xué)方法，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“西藏元素”物理教學(xué)。

一、“西藏元素”物理教學(xué)的內(nèi)涵

“西藏元素”物理教學(xué)，是教師根據(jù)中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)、教材和學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)情況，將“西藏元素”作為情境創(chuàng)設(shè)背景或者挖掘其中蘊(yùn)含的物理思想、物理知識(shí)適切地融入到物理課堂的一種教學(xué)方法。“西藏元素”是指西藏優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。“西藏元素”物理教學(xué)旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)科的積極性，樹(shù)立良好的學(xué)習(xí)信心，進(jìn)而改善課堂學(xué)習(xí)效率，提高物理學(xué)業(yè)成績(jī)的同時(shí)，又促進(jìn)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的傳承和發(fā)揚(yáng)。

二、“西藏元素”物理教學(xué)的意義

將藏族傳統(tǒng)文化中蘊(yùn)含的物理思想和知識(shí)融入到課堂教學(xué)中，對(duì)促進(jìn)物理新課程改革的實(shí)施具有重要的意義。一是“西藏元素”與學(xué)生生活緊密相關(guān)，體現(xiàn)了“從生活走向物理”的課改理念；二是源于學(xué)生熟悉的“西藏元素”，易于激發(fā)學(xué)生興趣，增強(qiáng)課堂互動(dòng)，提高教學(xué)效果；三是“從生活走向物理”這一凝練物理思想與知識(shí)的過(guò)程，培養(yǎng)了學(xué)生的抽象概括、邏輯推理、歸納類(lèi)比等能力；四是學(xué)生通過(guò)對(duì)所學(xué)物理知識(shí)的運(yùn)用遷移，強(qiáng)化了“從物理走向社會(huì)”的課改理念；五是從引入“西藏元素”到凝練與應(yīng)用遷移物理知識(shí)與思想的過(guò)程中，形成和發(fā)展了學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)；六是教師通過(guò)參與“西藏元素”教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，促進(jìn)了自身教學(xué)與教研能力的提升，一定程度上有效地實(shí)現(xiàn)了教學(xué)相長(zhǎng)。

三、“西藏元素”物理教學(xué)的案例

西藏優(yōu)秀傳統(tǒng)文化里蘊(yùn)含了很多物理知識(shí)和人生哲理，比如《薩迦格言》中與力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)等有關(guān)的知識(shí)、藏族民間傳統(tǒng)犁耕技術(shù)“二牛抬杠”、《時(shí)輪歷精要》中的水盆觀食法、公元14世紀(jì)雍頓·多吉白桑關(guān)于地球左轉(zhuǎn)四季右轉(zhuǎn)的觀點(diǎn)等。下面，就以西藏格言詩(shī)、自然現(xiàn)象、農(nóng)耕方式、地理特點(diǎn)、藏民族日常生活等為“西藏元素”，列舉運(yùn)用“西藏元素”物理教學(xué)的案例。

（一）以格言詩(shī)為“西藏元素”

藏語(yǔ)“勒謝”，即格言詩(shī)，大意是優(yōu)美的語(yǔ)言。格言詩(shī)是藏族不朽的文學(xué)作品，不僅記錄了藏民族的傳統(tǒng)文化、特有的思維方式，其中還包含了豐富的物理知識(shí)，體現(xiàn)了藏族先民對(duì)自然的認(rèn)知。比如，《薩迦格言208》（數(shù)字為格言的編號(hào)，以下同）：“國(guó)王仗勢(shì)過(guò)分狂妄，就會(huì)導(dǎo)致最后滅亡；如同雞蛋拋向空中，只有摔碎一個(gè)下場(chǎng)。”我們可以將這句格言進(jìn)行量化改變成一道物理試題，讓學(xué)生來(lái)嘗試估算解釋。

例1假設(shè)《薩迦格言208》中的雞蛋質(zhì)量為60g，已知雞蛋殼能承受的最大平均作用力為40N，與地面碰撞時(shí)間為4ms，使雞蛋從距離地面0.5m處自由下落，忽略空氣阻力。請(qǐng)運(yùn)用你所學(xué)的物理知識(shí)，計(jì)算說(shuō)明雞蛋為什么會(huì)摔碎。

設(shè)計(jì)意圖：將雞蛋拋向空中，不管拋出時(shí)的速度方向如何，拋出后最終都會(huì)在重力的作用下落地。此題在格言詩(shī)內(nèi)容的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化為自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)研究。學(xué)生根據(jù)機(jī)械能守恒定律計(jì)算出雞蛋落地時(shí)的速度，再根據(jù)動(dòng)量定理計(jì)算出雞蛋落地時(shí)受到的平均作用力，會(huì)發(fā)現(xiàn)此力超過(guò)了雞蛋能承受的最大平均作用力，所以雞蛋破碎。當(dāng)然，這僅僅是一個(gè)估算，雞蛋拋出時(shí)高度越高，落地時(shí)受到的力也會(huì)越大，摔得也會(huì)越慘。通過(guò)這個(gè)演算過(guò)程，學(xué)生看到古老的格言詩(shī)中竟也包含了自然規(guī)律，達(dá)到用物理觀念進(jìn)行科學(xué)探究的素養(yǎng)培養(yǎng)。同時(shí)讓學(xué)生明白不論什么時(shí)候都要謙虛，否則就會(huì)跌落得很慘的人生道理，滲透了德育培養(yǎng)。

在格言詩(shī)中，這種類(lèi)似的例子還有很多。再如，《薩迦格言42》形容賢者名聲遠(yuǎn)播如花香四溢的詩(shī)句，可作熱學(xué)部分的分子動(dòng)理論基本觀點(diǎn)的情境創(chuàng)設(shè)，同時(shí)告訴學(xué)生只要努力學(xué)習(xí)不斷提升自己，成為對(duì)國(guó)家和社會(huì)有貢獻(xiàn)的人，不需自己宣揚(yáng)，自會(huì)美名揚(yáng)?！端_迦格言103》有關(guān)麥稈浮于水的詩(shī)句，可以和浮力相聯(lián)系；《薩迦格言104》關(guān)于小河大海的描寫(xiě)，可以和聲學(xué)聯(lián)系等等。很多學(xué)生對(duì)格言詩(shī)都比較熟悉，所以在學(xué)習(xí)相應(yīng)的內(nèi)容時(shí)適當(dāng)?shù)丶尤敫裱栽?shī)，會(huì)大大提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

（二）以西藏自然現(xiàn)象為“西藏元素”

彩虹在西藏傳統(tǒng)文化中有著美好的寓意。藏族民諺說(shuō):“西藏是彩虹的故鄉(xiāng)”。彩虹落地，七彩迸濺，美麗場(chǎng)景令人神往。那彩虹是怎么形成的呢？事實(shí)上，彩虹是太陽(yáng)光照射到空氣中的雨滴被折射形成弧形七色光的一種光學(xué)現(xiàn)象，見(jiàn)圖1。因此，可以此為情境引導(dǎo)學(xué)生分析彩虹的形成原因。

圖1 彩虹形成圖［4］

例2在西藏常常能看到美麗的彩虹，請(qǐng)根據(jù)人教版選修3-4中光的折射以及光的折射率知識(shí)，試分析彩虹的形成原因。

設(shè)計(jì)意圖：太陽(yáng)光是復(fù)色光，包含紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種色光，這七種色光的頻率從紅光到紫光依次增高。依據(jù)折射定律n=sini/sinr以及同種介質(zhì)中光的頻率與折射率的關(guān)系，在入射角相同的情況下，由于七種色光的折射率不同，所以當(dāng)太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)空氣中的水珠時(shí)，七種色光的折射角不同，就彼此分開(kāi)，形成光的色散現(xiàn)象，也就是我們看到的彩虹。所以并沒(méi)有什么“虹化現(xiàn)象”，它只是古人對(duì)這些無(wú)法解釋的自然現(xiàn)象的一種精神寄托。因此，引導(dǎo)學(xué)生要相信物理、尊重物理、學(xué)好物理，用物理觀念、科學(xué)思維來(lái)擦亮自己智慧的眼睛，探尋自然現(xiàn)象背后蘊(yùn)含的科學(xué)規(guī)律，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。還可以向?qū)W生拓展，有時(shí)天空出現(xiàn)的一明一暗兩條同心彩虹的“雙虹美景”，其中顏色稍暗的副虹，是太陽(yáng)光在水滴中經(jīng)兩次反射而成的，也是一種自然現(xiàn)象，是可以用物理知識(shí)解釋的。

（三）以西藏農(nóng)耕方式為“西藏元素”

西藏地區(qū)使用“二牛抬杠”這種民間傳統(tǒng)犁耕技術(shù)的歷史已有很久，見(jiàn)圖2。據(jù)《西藏王統(tǒng)記》記載：早在公元前2世紀(jì)，藏民族已“制犁與軛，合二牛軛，墾平原以為田”。教學(xué)中，可以用“二牛抬杠”為情境引導(dǎo)學(xué)生思考力的合成相關(guān)知識(shí)。

圖2 “二牛抬杠”耕作圖［5］

例3在全國(guó)大多數(shù)地區(qū)我們看到的是一頭牛拉犁耕地，而拉薩郊區(qū)以前的“二牛抬杠”耕作是用兩頭牦牛一起來(lái)犁地，為什么要用兩頭牛呢？?jī)深^牛一定比一頭牛拉犁力氣大嗎？這兩頭牛要怎樣拉犁才能使其合力最大呢？

設(shè)計(jì)意圖：特殊的犁耕方式體現(xiàn)了古代藏族人民的物理觀念和科學(xué)思維。通過(guò)這個(gè)情境，學(xué)生們可以看到自己勤勞智慧的先輩們?cè)缭诠?世紀(jì)就明白了這個(gè)力學(xué)知識(shí)，并把它用到了勞動(dòng)實(shí)踐中。熟悉的情境，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)機(jī)，教師趁熱打鐵引導(dǎo)學(xué)生討論分析這其中包含的力學(xué)知識(shí)。通過(guò)三個(gè)問(wèn)題的層層引導(dǎo)，學(xué)生經(jīng)過(guò)分析得到，只有當(dāng)兩頭牛一起沿相同方向?qū)Ω苁┘恿Φ淖饔茫攀遣煌嵌群铣芍泻狭ψ畲蟮?，如果這兩個(gè)力等大，那么合力則是分力的兩倍。實(shí)際教學(xué)中，班上有不少學(xué)生對(duì)于這一生活場(chǎng)景比較熟悉，學(xué)生們熱情高漲，積極給老師和沒(méi)見(jiàn)過(guò)這種耕種方式的學(xué)生講解這個(gè)裝置是怎樣連接的，是怎么耕地的，取得了很好的課堂互動(dòng)和教學(xué)效果。

（四）以西藏地理特點(diǎn)為“西藏元素”

西藏位于青藏高原之上，海拔高、空氣稀薄、空氣中的塵埃等雜質(zhì)少，并且緯度低、日照時(shí)間長(zhǎng)，每平方米達(dá)到7千瓦時(shí)，年日照期長(zhǎng)達(dá)3400小時(shí)，光熱資源極為豐富，是我國(guó)太陽(yáng)輻射能最豐富的地區(qū)。教師設(shè)計(jì)課程使時(shí)可以此引導(dǎo)學(xué)生對(duì)西藏太陽(yáng)能發(fā)電情況進(jìn)行討論。

例4交流電的發(fā)現(xiàn)給人類(lèi)的生活帶來(lái)了翻天覆地的變化，選修3-2的第五章中就研究了交流電以及遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題。而在光熱資源豐富的西藏，是怎樣因地制宜開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能發(fā)電的？你家有沒(méi)有太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)討論以及查閱資料，學(xué)生發(fā)現(xiàn)西藏有多種發(fā)電方式，其中太陽(yáng)能發(fā)電一直受到國(guó)家的大力支持。拉薩早在上個(gè)世紀(jì)六十年代就已經(jīng)開(kāi)始使用太陽(yáng)能發(fā)電，而且西藏自治區(qū)一直致力于推廣太陽(yáng)能發(fā)電，截止2019年西藏太陽(yáng)能光伏電站裝機(jī)總?cè)萘课痪尤珖?guó)第一，惠及廣大農(nóng)牧民群眾，而且不少同學(xué)家中也都有太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。教師向?qū)W生介紹太陽(yáng)能發(fā)電原理以及遠(yuǎn)距離輸電知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生感受生活與物理的緊密關(guān)系，樹(shù)立學(xué)生用物理觀念思考問(wèn)題，用科學(xué)思維分析問(wèn)題，用科學(xué)探究方法研究與解決問(wèn)題，從而形成良好的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

（五）以藏民族日常生活為“西藏元素”

在人教版高中物理必修一第二章研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí)，可以以拉薩雪頓節(jié)、牦牛等日常生活中的西藏元素，創(chuàng)設(shè)關(guān)于勻變速直線運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題情境。

例5扎西的父親今年8月份開(kāi)皮卡到拉薩參加雪頓節(jié)，在平直的公路上行駛，自A點(diǎn)以3m/s2的加速度加速行駛了10s運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，這個(gè)過(guò)程中卡車(chē)駛過(guò)了200m。請(qǐng)問(wèn)汽車(chē)在A點(diǎn)的速度是多少？如果扎西的父親到B時(shí)恰看到前方150m處有一頭牦牛在路中央，立即緊急剎車(chē)，若剎車(chē)的加速度是5m/s2，皮卡是否會(huì)撞到牦牛？

設(shè)計(jì)意圖：以日常生活中的西藏元素創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)同感，通過(guò)組織討論，引導(dǎo)學(xué)生在位移、速度、加速度等知識(shí)的理解與應(yīng)用過(guò)程中，鞏固所學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)思維處理實(shí)際問(wèn)題，用科學(xué)探究進(jìn)行問(wèn)題解釋與證明的能力。

通過(guò)“西藏元素”物理教學(xué)，讓學(xué)生在感受西藏文明進(jìn)步歷程的同時(shí)，找到物理學(xué)習(xí)的樂(lè)趣與意義，從而開(kāi)啟物理學(xué)習(xí)的新篇章。然而由于“西藏元素”物理教學(xué)的關(guān)鍵在于“西藏元素”素材，特別是具有物理知識(shí)和思想的“西藏元素”素材。因此，希望更多的同仁參與到素材的收集、整理，以及“西藏元素”物理教學(xué)案例的開(kāi)發(fā)中，以更好地達(dá)到“西藏元素”物理教學(xué)的目標(biāo)。