在物理教学设计中融入中国传统文化*——以能量转化与守恒为例

叶希希 王慧珍 王淑金 叶晴莹

(福建师范大学物理与能源学院 福建 福州 350117)

唐 政

(福州金山中学 福建 福州 350008)

在高考的影响下，许多家长与教师以取得一个好成绩为目标，让学生不停地做题以提高学科分数，有些学生对于某些物理知识是知其然不知其所以然，并没有真正理解.新一轮物理课程改革指出将立德树人作为教育的根本任务，发展学生核心素养[1].有教育者指出：中华优秀的传统文化是中华民族的“根”与“魂”，我国学生的核心素养需“根植”于中华优秀的传统文化，体现中华民族之“魂”[2].中华有上下五千年的历史，给人们留下了许多经典的文化遗产，具有丰富的育人元素.中国传统器械是时代的产物，深深融合了中华优秀的传统文化，为人们展示着璀璨的历史文明.在物理教学中引入中国传统器械，不仅可以激发学生的好奇心，使学生积极探索其中蕴含的物理知识，培养学生的科学精神，还可以以点带面，从器械的历史背景出发让学生了解传统文化，提升学生文学素养，增强学生的文化自信，激发学生的爱国热情.

现沪科版初中物理九年级全一册第二十章第1节为能量的转化与守恒，教学设计大多以图片展示，给学生介绍不同情境的能量的转化情况，并直接得出能量守恒定律.但由于学生不能直观地感受到能量，因而不能理解能量的变化情况.这样的教学使学生对知识掌握不牢固，从而对后续学习产生消极影响.教师在进行完概念教学后，再将水碓引入课堂教学，既能巩固学生已有知识，又能促进学生理解能量的转化与守恒，扩大学生知识面，促进知识的整合，提高学生综合素质，从而提升教学效果.

1 展示模型 激发学生探究欲望

首先，教师可以向学生展示水碓模型，如图1所示，并对照模型介绍水碓构造：一个立式水轮；立式水轮中心位置连接着转轴；转轴上装有一些彼此错开的拨板；拨板下面放着碓杆；碓杆的另一端是一块略重的木块或石头；木块或石头下面放着石舂.接着，教师介绍水碓历史及应用，水碓最早出现在汉代，是古代人为提高粮食加工效率而发明的，利用水力来自动舂米(将谷物褪壳)的器械，直到20世纪末才完全退出历史舞台.此时学生在感叹先人智慧的同时还会产生好奇心理，人们是怎么用这个器械让谷壳自动褪去呢？

图1 舂米水车

2 演示实验 引导学生分析原理

接下来进行演示实验，教师在立式水轮上方持续地倒水，适当控制水量，使水轮持续转动.此演示过程中可让学生清晰地观察到水车舂米的整个过程.接着，教师与学生一起讨论，引导学生复习相关观念，并与学生一起分析水碓的工作原理及能量转化情况：

(1)在整个过程中都忽略摩擦力与空气阻力做功，以地面为重力势能零点.

(2)将一定高度的水落到立式水轮的这个过程中，水的重力势能转化为水的动能.

(3)在水落到水车挡板上使水车转动这一过程中，水持续对水车有力的作用，并对水车做功，水的部分能量转化给水车，使水车具有动能，由于水车转动，带动着与水车中心相连的转轴一起转动.

(4)在转轴转到拨板与碓杆开始接触到离开碓杆这一过程中，转轴上的拨板向下压碓杆的一端，对碓杆做功，转轴的部分能量转移给碓杆，由于被架起的碓杆相当于杠杆，根据杠杆原理，碓杆另一端的石锤会向上运动，碓杆动能与重力势能均增加.

(5)当转轴离开碓杆后，由于不能满足杠杆平衡条件，石锤端下落，与石锤相连的碓杆系统，重力势能减少，转化为该系统的动能.

(6)当石锤继续下落落到与石舂中谷物接触时，石锤对谷物有一定冲击力，并将一部分能量转移给谷物，通过不断锤击使谷物的外壳破裂.

(7)由于自然界中能量是守恒的，所以水流需持续不断地冲击立式水轮，不断地将自身能量转移给水轮，并重复以上操作，从而达到自动舂米的效果.

通过上面的分析，学生不但巩固了杠杆原理、动能、势能、能量转化与守恒等相关知识，还加强了学生知识间的联系，提高了学生分析问题、解决问题的能力.

3 教学拓展 提高学生综合素质

此时，教师可再通过图片展示，举出其他的例子，拓展学生知识层面.如古人在战国时期就已经发明了“冰箱”，被称为青铜冰鉴，如图2所示.《楚辞·招魂》写道“挫糟冻饮，酎清凉青”，说的就是夏天喝酒时，可以将酒放入冰鉴冰镇，喝起来清凉味甘.其原理就是：冰鉴分为一个大容器里面嵌套着一个小容器，在两容器的空隙处放入冰块，能量从高温物体传递给低温物体，使酒冰凉.教师可再次与学生一起复习能量守恒的知识，即能量不能凭空产生，也不能凭空消失，只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而总量是保持不变的.

(a)实物图

介绍完以上知识，教师可顺势向学生普及现代社会出现的能源危机问题与环境污染问题，及国家采取的措施，如建设风力发电站、水力发电站，太阳能发电站等，利用可再生的风能、水能、太阳能等资源，经过一系列能量转化变成日常使用的电能，在无形之中给学生传递保护环境、低碳节能的思想观念.

4 结束语

通过上面的课程设计，学生在教师引导下，主动探索，自主分析，加强了学生知识间的联系，提高了学生分析问题、解决问题的能力.将物理知识与历史文化相结合，不仅可以深化学生对知识的理解，还可以提升学生文化素养，让学生领略传统文化的魅力.同时，物理课堂与学生生活实际相联系，可以对学生思想道德进行潜移默化的熏陶感染，使学生形成正确的人生观、价值观和世界观.