融合中國古代科技的物理跨學(xué)科課程開發(fā)實踐

【專家介紹】

阮享彬，男，重慶市教育科學(xué)研究院基礎(chǔ)教育教學(xué)研究所物理教研員，中學(xué)物理正高級教師。兼重慶市教育學(xué)會物理教學(xué)專委會秘書長，中國物理學(xué)會中學(xué)教學(xué)專委會理事等。

20年基層學(xué)校教學(xué)和12年教研工作經(jīng)歷中，長期專注于中學(xué)物理課堂教學(xué)策略和評價專業(yè)化研究，《義務(wù)教育物理（滬科版）》教材核心作者，曾榮獲全國教學(xué)成果獎二等獎1項，省市級教學(xué)成果獎6項，主編《基于深度學(xué)習(xí)的初中物理課型教學(xué)策略》專著1本，專利2項，參編教材或著作5本。發(fā)表論文50余篇。曾榮獲首屆全國中學(xué)物理課堂教學(xué)名師賽壹等獎、全國優(yōu)秀物理教研員、重慶市科普演講優(yōu)秀講師和重慶市名師等榮譽。

摘 要：將中國古代科技成就融入初中物理跨學(xué)科課程中，可以助力全面育人。通過分析中國古代科技與新課程特征的契合點，在課標內(nèi)容分析基礎(chǔ)上，結(jié)合新教材的古代科技素材，基于區(qū)域?qū)嵺`嘗試，提出具有物理學(xué)科性和教學(xué)適切性的特色課程開發(fā)建議，通過倡導(dǎo)“國風(fēng)”物理課堂建設(shè)，在“做中學(xué)”中落實責(zé)任擔(dān)當，為新課程背景下初中物理課堂變革提供參考。

關(guān)鍵詞：中國古代科技；物理跨學(xué)科；課程開發(fā)；教學(xué)改革

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）10-0001-4

基金項目：課程教材研究所重點項目“落實基礎(chǔ)教育課程標準實驗研究”（JCSZDXM2022002）；中國教育學(xué)會2022年教育科研一般規(guī)劃課題“融入中國古代科技的初中物理跨學(xué)科實踐課程設(shè)計實施和評價研究”（202200150703B）。

義務(wù)教育課程方案和課程標準（２０２２年版）的頒布，進一步明確了義務(wù)教育階段深化課程改革的方向。在以真實性、綜合性和實踐性為突出特點的新課程背景下，跨學(xué)科實踐課程逐漸受到重視。初中物理學(xué)科的跨學(xué)科實踐主題學(xué)習(xí)需要加強物理學(xué)跟日常生活、物理學(xué)跟工程實踐和物理學(xué)跟社會發(fā)展之間的關(guān)聯(lián)性，要求我們在日常教學(xué)中，需要以物理學(xué)中具有聯(lián)系實際價值的內(nèi)容作為突破口，綜合組織和設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。其目的就是通過跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生綜合運用多學(xué)科知識分析問題和解決問題的能力，在調(diào)研、操作、制作、探究等多種形式的活動中培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，進而養(yǎng)成實事求是、嚴謹認真的態(tài)度和勇于實踐、敢于創(chuàng)新的精神。將中國古代科技融入初中物理的跨學(xué)科實踐課程，可以在提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新精神的同時，促進理性反思，激勵理想信念，肩負“為國育才、為黨育人”的物理學(xué)科教育教學(xué)擔(dān)當。

１ 中國古代科技成就契合了課程新要求

新一輪課程改革要求通過關(guān)注關(guān)聯(lián)來加強課程綜合性，通過變革育人方式來突出課程實踐性。各學(xué)科需要精選內(nèi)容，按照明確的育人主線，從社會發(fā)展和學(xué)生終身發(fā)展的需要出發(fā)，在正確價值觀念的引領(lǐng)下，厚植學(xué)生的家國情懷和社會責(zé)任感，在其終身發(fā)展所必需的品格和能力形成的同時，重視實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)?？梢姡鎸嵭?、實踐性和綜合性就成了本輪新課程的突出特征，中國古代科技成就的顯著特點正好契合了這一特征。

１．１ 中國古代科技的生活真實性

我國古代科技成就不僅推動了社會的進步，也極大地改善了人們的生活質(zhì)量。如古代灌溉、土壤改良、農(nóng)具、施肥等農(nóng)業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新，不僅改變了人們的農(nóng)作方式，提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，也進一步推動了中國古代的城市化進程。交通方面，我國古代發(fā)明了造船和航海技術(shù)，創(chuàng)造了馬車等交通工具，同時，我國古代四大發(fā)明之一的指南針也進一步促進了社會的交流和商業(yè)的發(fā)展，在提高人們出行效率的同時，還促進了人們的貿(mào)易活動和地區(qū)間的文化交流。還有，木人木鵲（古代的無人機）和冰鑒（古代的水箱空調(diào)一體機）等發(fā)明，都體現(xiàn)了我國古代人民在日常生活用品創(chuàng)新方面的智慧。這些素材的教學(xué)功能開發(fā)，通過將不同社會發(fā)展背景下的古今生活經(jīng)驗跟物理學(xué)科內(nèi)的相關(guān)知識進行整合和統(tǒng)籌，通過尋找生活邏輯和教學(xué)邏輯的結(jié)合點，自然地設(shè)計綜合性的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動，以體現(xiàn)本輪新課程的生活性和真實性。

１．２ 中國古代科技的技術(shù)實踐性

在很多領(lǐng)域中，我國古代都取得了科技成就，盡管不少科技成就缺乏系統(tǒng)全面的理論體系。如《呂氏春秋》中的《上農(nóng)》等，詳細論述了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和原則，即便有一定的理論，這些成就也是與技術(shù)應(yīng)用緊密結(jié)合，具有顯著的技術(shù)化傾向。這一技術(shù)性特點構(gòu)成了中國古代科技獨特的風(fēng)格和體系，對后世產(chǎn)生了深遠的影響。

義務(wù)教育新課程方案要求強化課程與社會實踐和生產(chǎn)勞動的結(jié)合，采用“做中學(xué)”“用中學(xué)”和“創(chuàng)中學(xué)”的方式，加強學(xué)生在學(xué)習(xí)全過程中的學(xué)思結(jié)合和知行合一。充分利用我國古代的實用技術(shù)性科技素材，開發(fā)與之密切關(guān)聯(lián)的工程實踐類課程，采用新技術(shù)手段，優(yōu)化跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的實施策略和途徑，推進工程教育和技術(shù)實踐。

１．３ 中國古代科技的跨學(xué)科綜合性

中國古代科技涉及農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)等多個領(lǐng)域，跨學(xué)科性十分顯著，體現(xiàn)在多個方面。這種跨學(xué)科性不僅推動了各個科技領(lǐng)域的創(chuàng)新，還加深了對于古代中國文化的理解。比如，在我國古代建筑中的坡屋頂、榫卯結(jié)構(gòu)等設(shè)計都充分體現(xiàn)了物理學(xué)和數(shù)學(xué)的原理。榫卯結(jié)構(gòu)的運用需要精確的測量和計算，以確保各個部件之間的連接穩(wěn)固。坡屋頂?shù)脑O(shè)計則考慮了重力和風(fēng)力的影響，以保證建筑的穩(wěn)定性和安全性。而中學(xué)物理課程在知識內(nèi)容、研究方法和技能運用等方面具有突出的綜合性，將同樣綜合性強的我國古代科技成就融入跨學(xué)科課程，有助于培養(yǎng)學(xué)生的全面素質(zhì)和綜合能力，為學(xué)生的未來發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。落實“加強綜合課程建設(shè)，完善綜合課程科目設(shè)置，注重培養(yǎng)學(xué)生在真實情境中綜合運用知識解決問題的能力。開展跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)，強化課程協(xié)同育人功能”［２］這一基本原則。

綜上所述，中國古代科技成就與新課程真實性、實踐性和綜合性特征要求之間存在一致性。通過深入挖掘和利用這些科技成就的教學(xué)資源，并將其有機融入跨學(xué)科實踐課程中，不但豐富了學(xué)科教學(xué)內(nèi)容和方法，學(xué)生的綜合素養(yǎng)也能得到全方位提升，為他們的未來發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

２ 融合中國古代科技的物理跨學(xué)科特色課程開發(fā)建議

我國古代的科技成就涉及的領(lǐng)域廣、內(nèi)容多，可合理選擇合適的內(nèi)容，融入物理跨學(xué)科課程，形成融合中國古代科技的物理跨學(xué)科特色課程（以下簡稱“特色課程”）。重慶物理教研團隊的課程開發(fā)經(jīng)歷說明，依照課標、參考教材進行特色課程設(shè)計與開發(fā)實施，才能避免盲目性，實現(xiàn)“教·學(xué)·評”一致性。

２．１ 依照課標開發(fā)特色課程彰顯學(xué)科性

課程標準為教學(xué)實施提供了清晰、明確的指導(dǎo)方向，依標教學(xué)有助于實現(xiàn)高質(zhì)量的學(xué)科教學(xué)和學(xué)生的全面發(fā)展，課程標準成為課程開發(fā)的重要依據(jù)。大量的古代科技內(nèi)容描述成了新版課標的一大亮點。在初中物理新課標中，每一個科學(xué)內(nèi)容主題的教學(xué)示例、學(xué)業(yè)要求以及教學(xué)提示等內(nèi)容中，都含有大量中國古代科技成就方面的內(nèi)容。例如，在“物質(zhì)”主題的內(nèi)容舉例、活動建議和情境素材建議中，明確提出了可以通過資料查閱了解我國古代的鑄造技術(shù)和四大發(fā)明，及其在社會進步中扮演的重要角色，并嘗試用本主題的相關(guān)知識進行解釋；在“運動與相互作用”主題的內(nèi)容舉例、活動建議和教學(xué)策略建議中，還提出將我國古代建筑、測量工具等成就引入課堂，學(xué)生在體會古人解決問題的智慧的同時，愛國情懷、民族自豪感得以升華，進而增強實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的使命感；在“能量”主題的學(xué)習(xí)活動設(shè)計中，建議學(xué)生通過查閱我國古代水磨、水碓等機械資料，在文獻學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上完成一篇調(diào)查報告。

另外，在初中物理新課標的“跨學(xué)科實踐”主題的第二個二級主題的第一個三級主題內(nèi)容中，還明確要求學(xué)生通過了解我國古代的技術(shù)應(yīng)用案例，體會其對人類文明和社會發(fā)展的重要促進作用。在初中物理新課標的“試題命題建議”中，要求正確設(shè)計體現(xiàn)積極向上的價值追求和健康的審美情趣方面的測試目標，并通過以我國古人勞動的情境為素材的一個試題樣例，直觀呈現(xiàn)如何將我國古代科技融入物理問題，旨在讓學(xué)生感受我國古人的聰明才智、增強民族自豪感［３］的試題命制方法，通過有這樣的測試目標導(dǎo)向的試題，體現(xiàn)積極向上的價值追求和健康的審美情趣。

以上內(nèi)容為教材編寫、教學(xué)實施和評價實施提出了明確的要求。在跨學(xué)科課程開發(fā)時，首先需要對新課標相關(guān)內(nèi)容進行分析、整合，在認真研究新課標內(nèi)容的基礎(chǔ)上，科學(xué)擬定實踐主題，將中國古代科技元素有機融入到每個主題教學(xué)的全過程中，以物理學(xué)科為支點的多學(xué)科融合，在發(fā)展物理核心素養(yǎng)的同時，進一步全面發(fā)展學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

２．２ 依教材學(xué)情開發(fā)更具適切性的特色課程

教材作為知識的載體和傳遞媒介，扮演著至關(guān)重要的角色。教材不僅僅只是給學(xué)生提供學(xué)科知識內(nèi)容，更是教師教學(xué)實施的重要參考?；谡n程標準要求編寫的教材，自然是充分考慮了學(xué)生已有認知水平、學(xué)習(xí)需求和興趣點。所以，依據(jù)教材內(nèi)容中呈現(xiàn)的中國古代科技相關(guān)內(nèi)容，開發(fā)一些與之相匹配的特色課程，往往更符合教學(xué)適切性。例如，在滬科版初中物理八年級全一冊（２０２４年版）新教材中，中國古代科技相關(guān)的素材在每章中數(shù)量（圖１）在１～８處之間，全一冊共有３９處之多。由中國古代素材信息在教材欄目的分布情況（圖２）可知，其中教材正文和作業(yè)中較多，分別有１３處與９處。可見，新版教材更加重視在“教·學(xué)·評”各環(huán)節(jié)中滲透中國古代科技的育人價值追求，也為我們開發(fā)跨學(xué)科特色課程提供了重要參考。

另外，教師可以根據(jù)包括關(guān)聯(lián)學(xué)科內(nèi)容、師生特長和本土特色資源等，開發(fā)更為廣泛意義上的跨學(xué)科特色課程，讓師生在特色課程的沉浸式課程開發(fā)和實施中，成為融合中國古代科技的物理跨學(xué)科特色課程的主人。

３ 融合中國古代科技的物理跨學(xué)科特色課程實施策略

在當今全球化的教育背景下，如何有效融合中國傳統(tǒng)元素與現(xiàn)代科學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和民族自信，成為教育領(lǐng)域的重要課題。特別是在物理這一基礎(chǔ)學(xué)科中，通過跨學(xué)科特色課程的實施，不僅能夠增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能促進對中國古代科技文化的傳承與發(fā)展。

３．１ 用古代科普閱讀分享樹立民族自信

在課程實施中，我們可以開展一些古代科普文獻閱讀與分享活動。通過閱讀《天工開物》《夢溪筆談》等古代優(yōu)秀科技作品，讓學(xué)生了解古代科學(xué)家的智慧與成就，感受中國古代科技的輝煌。這樣的活動不僅能夠增強學(xué)生對中國傳統(tǒng)文化的認同，還能樹立他們的民族自信。

為減輕學(xué)生在閱讀資源選擇方面的負擔(dān)，區(qū)域教研團隊也可以甄選一些跟初中物理教學(xué)同步的科普讀物，開發(fā)成更有物理教學(xué)價值的我國古代科技物理讀本，讀本中的每一則中國古代科技故事，可以按照“講故事—析原理—求拓展”的體例編寫。借助這樣的閱讀導(dǎo)引，學(xué)生在廣泛了解我國古代真實的科技成就的基礎(chǔ)上，嘗試用已有的物理學(xué)原理去解讀或者探究其科學(xué)真諦，在領(lǐng)悟和反思中尋求拓展創(chuàng)新，增強文化自信的同時呼喚作為炎黃子孫的責(zé)任擔(dān)當。

學(xué)生閱讀后的分享形式也要多樣化，常見的有講故事式的口頭分享、科技小論式的書面分享等。激勵學(xué)生借助情境再現(xiàn)以增加直觀性，對于有繪畫天賦的學(xué)生，還可以鼓勵他們通過原創(chuàng)漫畫的方式，以增添分享的趣味性和創(chuàng)新性。無論選擇哪種形式進行閱讀分享，關(guān)鍵都是科學(xué)表達和直抒胸臆，鼓勵更多的人群參與到科普閱讀中來。

３．２ 讓有濃郁“國風(fēng)”特色的物理課成為常態(tài)

我們可以把中國古今科技素材作為物理學(xué)科的“國風(fēng)”元素。在跨學(xué)科特色課程開發(fā)與實施中，應(yīng)注重“國風(fēng)”元素融入真實學(xué)習(xí)情境，讓“國風(fēng)”物理課成為常態(tài)。例如，在“牛頓第一定律”課堂教學(xué)中，在介紹人類認識“力與運動”的歷程時，可以通過援引我國古代經(jīng)典著述中的真實記載，按歷史脈絡(luò)呈現(xiàn)墨子（力，刑之所以奮也）、韓非子（有烏獲之勁，而不得人助，不能自舉）和王充（其力雖重，不能自稱，須人乃舉）［４］等古代科技人物代表性學(xué)術(shù)觀點，讓學(xué)生基于證據(jù)感受華夏賢哲的科學(xué)貢獻和聰明才智，樹立文化自信。

隨著通用技術(shù)課程的開設(shè)，木工等傳統(tǒng)加工專用教室越來越普及，物理教研組要加強跟通用技術(shù)教師開展跨學(xué)科教研，有條件的學(xué)校完全可以借力通用技術(shù)課程設(shè)計開發(fā)一系列教具和學(xué)具融入公開課、常態(tài)課和學(xué)生社團，讓學(xué)生在濃郁的“國風(fēng)”物理特色課堂中感受古代技術(shù)為現(xiàn)代物理課堂添彩的魅力。

通過“國風(fēng)”物理課堂建設(shè)，讓學(xué)生在其濃郁的氛圍中被感染、被熏陶，民族自豪感油然而生，激發(fā)他們?yōu)橹腥A民族偉大復(fù)興貢獻力量的責(zé)任和擔(dān)當。

３．３ 以還原古代的科技樣品向非遺致敬

為了讓學(xué)生更直觀、深入地了解古代科技，我們可以組織學(xué)生進行古代科技樣品的還原制作。通過親手制作桿秤、投石機、桔槔、舂等古代科技模型，在制作圖紙設(shè)計、材料選擇和加工成型等環(huán)節(jié)中，鍛煉學(xué)生跨學(xué)科解決問題的能力，將“做中學(xué)”“用中學(xué)”落到實處。

古代科技樣品還原制作成品后，還可以開展樣品功能展示、答辯等形式多樣的實踐性活動。比如，學(xué)生自制桿秤的課程中，設(shè)計了自制桿秤精度大賽，學(xué)生在深入領(lǐng)會物理原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合過程中的嘗試、改進、優(yōu)化的親身經(jīng)歷，暢談從一開始的“想當然”到初試后的“殘酷的失敗”，從理性質(zhì)疑走向科學(xué)修正的內(nèi)心反思，養(yǎng)成實事求是的科學(xué)態(tài)度，使創(chuàng)新思維能力得以提升。

綜上所述，融合中國古代科技的物理跨學(xué)科特色課程的開發(fā)與實施，旨在通過多樣化的教學(xué)方式和手段實現(xiàn)全面育人。基于教材版本參考、不同地域教育資源和學(xué)生構(gòu)成現(xiàn)狀等因素的差異化，設(shè)計開發(fā)的課程形態(tài)應(yīng)該也是有差異的，但是培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和民族自信，同時促進對中國古代科技文化的傳承與發(fā)展的育人目標卻是一致的。

“教育的本質(zhì)意味著：一棵樹搖動一棵樹，一朵云推動一朵云，一個靈魂喚醒一個靈魂?！保郏担菸覀兿Ｍㄟ^濃濃中國味的物理跨學(xué)科課程開發(fā)與實踐，在情境創(chuàng)設(shè)、活動設(shè)計和評價設(shè)計各環(huán)節(jié)探索深度融合機制，讓常態(tài)化的“國風(fēng)”物理課成為那棵“樹”、那朵“云”和那個“靈魂”。

參考文獻：

［１］廖伯琴．跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)實踐指導(dǎo) 初中物理［Ｍ］．北京：北京師范大學(xué)出版社，２０２３．

［２］中華人民共和國教育部．義務(wù)教育課程方案（２０２２年版）［S］．北京：北京師范大學(xué)出版社，２０２２．

［３］中華人民共和國教育部．義務(wù)教育物理課程標準（２０２２年版）［S］．北京：北京師范大學(xué)出版社，２０２２．

［４］盧嘉錫，戴念祖．中國科學(xué)技術(shù)史 物理學(xué)卷［Ｍ］．北京：科學(xué)出版社，２００１．

［５］卡爾雅斯貝爾斯.什么是教育［Ｍ］．童可依，譯．上海：生活·讀書·新知三聯(lián)書店出版社，２０２１．

（欄目編輯 廖伯琴）