融入物理学史,提升核心素养

苏豪　韩礼刚　潘留占

【关键词】物理学史;初中物理;核心素养

《义务教育物理课程标准（2022年版）》提出“面向全体学生，培养学生核心素养”，并指出“注重落实物理课程的育人价值，培养学生适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力”[1].物理学史作为重要的文本资源，其中蕴藏着很多科学家精神，是培育学生核心素养的重要源泉.同时，由于物理学史含有丰富的科学故事和众多科学家的精神，所以在初中生科学态度与责任等方面教育中有较为良好的效果.

物理教材中往往比较重视西方古代物理学史，对于中国古代物理学史很少涉及.我国古人更多的是对自然现象的描述，而现代物理学体系是基于西方古代物理学发展起来的.通过对中国古代相关的发明创造、名人事迹进行宣传，更能让学生形成民族自豪感，养成文化自信.中国古代物理学史内容繁多，为了集中体现古人的智慧，本文主要选用热学部分进行阐释，并对人教版初中物理教材涉及热学部分的章节进行了教育教学尝试，得到一些经验和体会供各位专家和读者参考.

1 中國古代热学发展

中国古代的热学发展可以说是从火的控制和利用开始的，因此所取得的成就主要体现在一些对热现象的认识和热技术的应用.学习这些会让学生对古人产生钦佩和自豪感，并激发学生的学习动力.

1.1 “热学”的词源学分析

“热学”一词起源于西方.最初源自希腊文，表示“热”.在17世纪蒸汽机广泛使用之后，西方人把研究热现象的学科称为“热学”.自清朝洋务运动兴起，西学开始传入我国.1875年林乐知译《格致启蒙》卷二：“物因热而动，并及光学、热学.”这本书最早提及“热学”，此时“热学”作为物理学的一个分支存在[2].

1890年，晚清来华著名翻译家傅兰雅在他所著的《热学图说》中介绍了很多简单热学知识，它是第一本采用“热学”命名的专集.此外，傅兰雅还著有《热学须知》等启蒙读物[3].此后，“热学”这个专有名词得到人们普遍接受并广泛使用.

1.2 “中国古代热学发展”思维导图

为方便阅读，按照年代顺序，以思维导图这种可视化的方式将中国古代热学发展进行梳理.由夏、商、周青铜器的制造到清末西方热学传入，对整个中国古代热学发展都做了简略介绍，如图1所示.可总结中国古代热学发展的特点：（1）大多是对热现象的记录;（2）大部分是与热现象相处过程中所获得的经验;（3）在生活中对热学经验的运用相对较多;（4）热学知识种类丰富，但记载零散;（5）对于热学经验缺少原理剖析.

在八年级物态变化和九年级内能和热机学习中，简要对中国古代热学发展进行介绍，让学生了解自己国家古代热学的发展历程和特点，对物理这门学科也会产生别样的崇敬之情.

1.3 中国古代热学知识

热学发展历史在物理学史上具有极为重要的地位.我国古代典籍中虽有“热”一词，但不具有科学意义.直到19世纪90年代，才有近代含义的“热学”一词.古人记载的热学知识以及应用相关热学知识制作的器物不胜枚举，如图2所示.

2 中国古代热学发展在初中物理教学中的应用

中国古代热学发展包括伟大的科学发明、奇特的工艺制作、富有科学原理的记录等，这些对于初中生而言是优质的物理学习资源.精心选择部分优质资源将之提炼后加入课堂的各个环节中进行教育教学实践，全面提升学生的物理核心素养.

2.1 课前

通过课前布置任务，让学生课下收集中国古代热学发展的相关史料，为本节课学习助力.

例如 在讲“熔化和凝固”这节课之前，让学生以小组为单位分别收集我国古代在青铜器浇筑和生铁冶炼领域的国宝，比如后母戊鼎和春秋钢剑等，在课上让学生进行简短的展示.这样既让学生理解“熔化与凝固”的应用，又了解到中国传统文化，并增强了民族自信.

2.2 课中

在课堂上运用中国古代热学发展历程培养学生爱国主义情感，学习科学探究和创新精神，领会科学思想方法，传承唯物主义思想.

2.2.1 培养爱国主义情感

爱国是每个人必备的社会责任.在课上讲解我国军事技术家陈规的事迹以及他在抗击金朝入侵，守城保家卫国的贡献，例如他发明“以火炮药”制造的“长竹竿火枪”烧毁敌人的攻城装备等.同时补充我国古代在军事技术上的一些发明，比如突火枪、“火龙出水”以及“火箭溜”等，让学生了解我国向来具有抗击外敌入侵的传统.激发学生的凝聚力和荣誉感，最终唤醒学生的爱国情怀，增强民族自信，树立明确的人生目标，找到正确的精神追求.

例如 在讲“内能的转化和利用”这节课之前，让学生以小组为单位分别收集我国古代在火枪和火药的发明和改进方面的相关人物和事迹，之后在课上让学生进行简短的科普展示.这样既让学生理解内能如何转化和利用，又了解相关的爱国人物，并增强学生的爱国主义情感.

2.2.2 学习科学探究和创新精神

科学探究和创新精神是物理核心素养的重要部分.通过讲解热学部分时融入六个世界之最：世界上最早的冰箱和保温瓶—— 铜冰鉴;世界上最早科学解释“露”成因的科学家—— 王充;世界上最早发明使用管型射击火器的人—— 南宋陈规;世界上最初的二级火箭—— 明代火龙出水;世界上最早的直杆火箭—— 火箭溜;世界上利用火箭飞行的第一人—— 万户.培养学生的探索和创新精神，独立思考的能力，学以致用的态度.最终让学生体会到科学探索需要敢为人先，勇于创新的精神.

例如 在讲到“内能”这节课的“物体内能的改变”知识点时，讲完“热传递”这种改变内能的方法之后加入“铜冰鉴”这个例子，让学生耳目一新，并学习到古人的科学探究和创新精神，激发学生的创造力.

2.2.3 领会科学思想方法

科学思想方法是科学思维的重要组成.在学习热学相关知识时，让学生通过阅读相关古代典籍，采用思维导图的形式列出所蕴含的科学思想方法.比如观察法：古代工匠们就是通过观察炉火的颜色，来判断温度高低.又如归纳法：《论衡》中说到，云雨不是天上固有的，而是从地面蒸发出来的，雨、露、霜、雪形式不同，其实质是一样的，都是水冷凝成，因为温度不同，才形成四种不同的形态.使学生体会到古人的科学思想与方法，潜移默化地训练学生的科学思维和科学方法.最终让学生用科学思维去解决问题，锻炼学生正确运用科学解决问题的能力.

例如 在讲“物态变化”这一章时，融入《论衡》中有关“雨、露、冰、霜”的描述，从而让学生理解“固、液、气”三种物态.并且通过古代典籍的描述，体会古人“归纳法”的思想，增强民族自豪感.

2.2.4 传承唯物主义思想

唯物主义是物质观念的重要体现.通过让学生课下查资料了解王充的思想，然后在课上分享，比如“寒温之气，系于天地而统于阴阳.人事国政，安能动之？ ”[4] 使学生能够辩证地看待问题，客观地推理并积极地用实践去验证，最终培养学生一分为二看待问题的能力，形成唯物主义的世界观.

例如 在讲到“分子热运动”时，在“物质的构成”这个知识点加入了唯物主义思想：物质是由分子和原子构成的，恰恰体现了“唯物主义思想”，而古人也意识到了这一点.通过讲解“唯物主义思想”有助于学生形成正确的物质观念.

2.3 課下

在课下让学生阅读中国热学发展相关书籍并创作思维导图、制作传统玩具等活动.

2.3.1 相关书籍阅读并制作思维导图

让学生课下阅读中国古代热学思想的一些著作，比如《淮南万毕术》《论衡》《诸家神品丹法》《物类相感志》《武经总要》等.让学生通过思维导图的形式列举出这些著作中所蕴含的科学思想与方法，有利于形成良好的科学思维.

例如 在讲到热学部分时，比如物态变化、热传递和能量守恒之后，让学生总结课上所学以及在《论衡》中得以体现的相关思想，并制作成思维导图.这样做深化了学生对物理原理的认识，同时也扩展了物理视野.

2.3.2 制作传统玩具

让学生在课下制作一些传统玩具，比如孔明灯、走马灯等.不仅提升了学生的动手能力，还使得学生对热学知识有一个更深的理解.同时这些小制作还会激发学生学习物理的兴趣，形成良好的科学态度.

例如 讲到“热机”这一节课时，在展示完塞子受到水蒸气的压力而冲出去的实验后[5]，再展示一个走马灯的模型.通过向学生讲解走马灯的原理，并说明它与蒸汽机的相似之处，从而自然引出蒸汽机.同时在讲完这节课之后，让每一名学生做一个走马灯的小制作.这样既加深学生对热机原理的理解，又激发学生对热机的兴趣.

3 结语

有关于物理学史融入课堂的研究，本文以人教版热学部分进行了部分实践.从手工制作到创新发明，再到蕴含的科学思想，每一段历程都值得我们去研究、去开发并应用于课堂来提升学生物理核心素养.从火的利用到火药的发明，从青铜器的铸造到火枪的使用，每一段历史都有其重要的教育价值，将之融入课堂有利于培养学生对物理的兴趣和对物理知识的理解，有利于核心素养的提升和育人目标的实现.