器滿則傾論重心：基于C-STEAM理念的課題設計

張敏書 于海波

[摘要] 本文以“重心”為知識內核，以落實高中物理學科核心素養培育為目的，兼具中華優秀傳統文化與民族自信精神的弘揚，結合C-STEAM課程理念配套的6C教學模式，依托2019年版人民教育出版社普通高中教材物理必修第一冊“課題研究”部分，進行高中物理課題研究教學的設計。

[關鍵詞] C-STEAM;重心;學科核心素養;高中物理

將中華優秀傳統文化有機融入學科教育的時代已經到來。早在2014年，教育部印發了《完善中華優秀傳統文化教育指導綱要》，將加強中華優秀傳統文化教育認定為落實立德樹人根本任務的重要基礎，并明文指出，包括物理學科在內的理科課程應結合教學環節滲透中華優秀傳統文化相關內容。自此以后，有關在各個教學領域、教學環節中滲透文化自信、文化自覺的綱領性文件與學科教學研究成果，便層出不窮。有學者在舶來品STEAM理念之上，聯系本土國情，扎根中華文化沃土，提出“以傳承中國優秀傳統文化為目標導向的學科融合教育”，即C-STEAM教育，其中C為Culture之意[1];而且，在教學改革實踐之后，依托情境認知理論提出與C-STEAM教育理念相匹配的6C模式，包括文化情境感知（Contextual Experience，C1）、文化內涵理解（Connotation Comprehension，C2）、文化特征探究（Characteristic Inquiry，C3）、文化制品創作（Create Artifact，C4）、聯系社會推廣（Connect Society，C5）、總結評價反思（Conclusive Reflection，C6）等6個核心環節及若干關鍵活動[2]。

結合《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課標》）中以主題為引領，將課程內容情境化，以促進學科核心素養落實[3]的課程說明，本設計依托2019年版人民教育出版社普通高中教材物理必修第一冊“課題研究”部分，以C-STEAM課題理念，輔以6C模式，以“重心”為學科知識內核，并結合高中一年級學生學情，進行扎根中華優秀傳統文化的跨學科教學設計，旨在培養學生物理學科核心素養的同時，發揮物理學科特色，加強學生人文素養培育。

一、教學思路與目標

高中物理教材中提到，重心可以看作物體所受重力的作用點，并對確定重心的“懸掛法”加以介紹。在高中階段，學生所接觸的常見物理模型，如質點、小物塊、長木板、斜面等，均屬于質量分布均勻的理想剛體，對于質量可變的非均勻物體的重心變化，極易處于懵懂狀態。相應地，《課標》所制訂的5個層次學業水平等級中，能在真實情境中建立物理模型，綜合應用所學的物理知識靈活解決實際問題，是最高水平等級的學業表現。因此，可以認為，通過對實物進行觀察、設計、制作、探究，研究由于物體質量分布情況變化而引起的重心變化的物理情境，對于學生而言，屬于“跳一跳，夠得著”的最近發展區難度。

那么，從C-STEAM課程理念出發，應當建立何種物理情境，選擇什么樣的器物，既能夠凸顯我國傳統文化，傳遞人文精神，又能夠綜合科學、技術、工程、藝術、數學等學科思想？中國人自古以來尊崇中庸之道，“滿招損，謙受益”更是成為無數國人的座右銘。最早的“座右銘”——欹器，原本是仰韶文化時期人們的汲水器具，后來因自身所具備的“虛則欹、中則正、滿則覆”的特點，逐漸演化為實物座右銘，彰顯出“物極必反、器滿則傾”的思想，并因為其精妙的設計與深刻的寓意，在史冊上留下豐富多彩的人文傳說。至今，在諸多博物館與陳設展會上，甚至文人墨客的書房之中仍能見到它的身影。因此，欹器可以說是本教學設計核心器具的不二選擇。

本教學設計以課題研究形式展開，在實際教學中，具有時間跨度長、地理空間大、涉及機構多的特點。出于了解我國優秀傳統文化、品味儒家修身思想、提升物理學科核心素養、培養文化自信的目的，從C-STEAM理念角度分解教學目標，具體思路如下表1所示：

二、教學環節設計

以6C模式為展開形式的C-STEAM探究性學習活動，結構清晰，邏輯層次明了。由于本教學設計是為課題研究所作，涉及課時以不少于6課時為宜，多數環節可由學生自行組建團隊，在節假日期間以交游研學形式完成。

（一）C1環節：文化情境感知

本環節采用團隊研學形式，聯合文化場館，進行主題參觀。本環節課時根據實際活動開展靈活處理，可采用集中研學的方式，進行一次教學，或結合學生自主活動情況，實行1+N研學，也就是一次集中學習加多次自由學習的形式。主要參觀內容包括：（1）包含陶制尖底瓶在內的黃河中游仰韶文化時期陶器文物陳列;（2）明代書畫作品——《孔子觀欹器圖》作品展覽;（3）以青銅為材質的欹器文物陳列;（4）以制陶工藝為展示主題內容的科學技術陳列;（5）以現代欹器作為座右銘擺件的藝術陳列。教學活動與學校研學活動配合進行，或由學生在節假日期間外出旅行時，前往旅行所在地博物館（如中國國家博物館、西安半坡博物館、曲阜孔子博物館等）自行游覽學習，并依據場館內陳列說明與配套講解作相關記錄。

本環節意在從時間脈絡上挖掘中華歷史文化的C-STEAM教學價值，對“欹器”這一器物的誕生時間、原始形貌、作用功能、寓意變遷等方面進行初步了解，并引發學生思考：欹器的產生意味著我國古代勞動人民的生產水平達到何種程度？欹器在日常生活中如何體現汲水功能？為什么欹器能夠作為現代沙漏的原型？仰韶文化尖底瓶多出土于墓葬而極少出土于住屋[4]，說明6000多年前人們對欹器的功用進行了怎樣的定義？孔子稱贊欹器的修身育人價值，體現了先秦諸子怎樣的非凡智慧？

（二）C2環節：文化內涵理解

本環節與C1環節緊密聯系，而且C1與C2環節作為C-STEAM教學模式中“C”的最集中體現部分，直接決定后續C3環節的人文教育價值厚度。為了避免將C-STEAM課程簡化為膚淺的以傳統文化為名的手工制作課，C-STEAM課題研究整體具有厚積薄發的意味，C1與C2環節即為課題研究活動的“厚積”部分。

教師將以3至4人為一組的標準，將學生劃分為若干小組。各小組依據前期C1階段所搜集的視頻、圖像、文本資料進行初步整理后，有目的性地對欹器背后隱含的中華文化進行探因，資料來源可包含學術著作、影視作品、戲劇、音樂、書法、美術等，各小組組內進行明確分工合作，并做好相關記錄，最后進行小組匯報展示。

教師自本環節開始對學生所在各小組及個人進行學業水平形成性評價，對學生進行小組劃分，并要求各小組以成果匯報的形式，對C1與C2環節所學進行小組間匯報與交流。值得注意的是，本環節的靈活程度與開放性非常之高，教師進行情景預設時，可能會囿于已有傳統文化典籍中對欹器的文化內涵解釋，例如唐朝蘇安恒上疏力諫武皇“物極則反，器滿則傾”[5]、祖沖之制欹器勸諷竟陵王蕭子良[6]、孔子觀于魯桓公之廟對欹器作“虛則欹、中則正、滿則覆”的評價[7]等。須知教師個人知識的范圍畢竟有限，學生集思廣益，在本階段所進行的成果展示極有可能出乎教師意料。因此，教師應當在把握教學目標與教學理念的基礎上，隨機應變，對學生的創新精神與全新視野進行及時肯定。

（三）C3環節：文化特征探究

本環節包括兩大實踐活動。其一是對欹器自身結構與功能演變的現狀調查。調查途徑包括網絡資料查詢、實地調查、生產作坊參觀、文創商店調研等，以便對現今欹器在人們生活中所扮演的角色定位進行初步了解。研究問題包括：欹器的初始形態——尖底陶器目前是否尚在生產？如有生產，成品功能幾何？后人對欹器的生產原料進行數次改變，不同的生產材料加工制作的欹器在結構上有何不同？又分別對應著什么樣的功能？在當前流行的手工作坊里，是否存在復制欹器的可能性？當前市場上欹器以何種商品形式進行流通？反映了什么樣的社會認知？其二是圍繞欹器本身所展開的，以人為研究對象的社會學調查。調查內容包括：現階段，人們對欹器這一物品的熟悉程度如何？當前的價值觀下，人們對于欹器在歷史演變中蘊含的“中庸之道”認可程度如何？有關欹器的典故，有哪些稱得上廣為人知，原因是什么？在傳統儒家思想講究的修身齊家治國平天下中，欹器以座右銘的形式多見于“治國”與“平天下”的歷史場景中，在現代人“修身”“齊家”的態度養成方面，欹器的教育價值凸顯程度如何？等等。

本環節是在C1、C2環節“繼往”與C4、C5環節“開來”的流程中起承接角色的重要環節。由于年代已久，學生對古代文化典故產生疏離感在所難免，只有把握住了傳統文化的生命脈搏，才能在現代教育環境下，輔以新的教學手段與教學形式，對優秀文化進行傳承與發揚。因此，本環節中，教師尤其應當注意對學生在舊與新的轉折中進行引導。

（四）C4環節：文化制品創作

本環節是與物理學科聯系最為緊密的環節，前序環節中學生對于欹器這一器件的功能與人文價值已經具備充分了解，自然而然地，在此基礎上會產生一系列的疑惑。欹器為什么具備“水半滿則器平衡，水全滿則傾斜而水溢出”[8]的特點？與欹器自身的結構特點是否存在直接關聯？所涉及的科學原理又是什么？對應的科學知識又是什么？高中物理教科書中在“課題研究”板塊體現出將物理探究活動與日常生活聯系的傾向[9]，那么用日常生活中常見的物品，結合物理知識，能否制作出簡易的欹器？結合計算機建模與3D打印技術，能否嘗試性地對欹器進行精準設計與還原？從視覺審美角度，欹器自身又能夠承載何種美學功能？

大體來看，本環節可以包括：欹器模型建構與物理原理（欹器重心因自身質量分布情況發生改變而改變）的探究分析;簡易欹器制作與改良;結合科技前沿技術的再創新;美學工藝再雕飾。本環節對學生的科學探究、科學思維、動手能力、小組合作能力進行考查與提升，主要的難點是從實物到模型，再從模型到實物，采用計算機技術進行建模，最后回歸實物的流程實現（流程圖如圖1所示）。通過開展上述活動，學生的科學思維能力處于曲折前進、螺旋上升的狀態。動手制作是從生活走向物理的必經之路，這一過程中學生容易因實踐活動不順利產生沮喪情緒，甚至放棄。因此，教師在本環節中，應當格外注意引導學生對實踐制作中的失敗原因進行反思分析。

（五）C5環節：聯系社會推廣

本環節依托學校德育活動與社會實踐平臺進行學習成果展示與交流。學生以文字形式，例如征文投稿、個人博客撰寫、海報制作等形式對欹器自身結構特點、歷史價值、育人價值進行詮釋與推廣;或者通過圖片形式，以海報制作、公眾號推送、照片墻等形式，對C-STEAM課題研究過程中所學所得進行分享與交流;或者依托短視頻平臺，對活動過程及實踐成果予以視頻記錄后，進行平臺發布，與公眾交流，放大活動育人功能。

（六）C6環節：總結評價反思

本環節為評價環節，可分為三大主題：（1）學生在組內進行個人總結，組內成員自評，繼而以小組為單位進行成果展示交流，學生組間進行互評;（2）教師結合筆試、活動展示、成果記錄文本資料三方面對學生表現進行知識層面（人文知識、重心知識）學習評價、實踐層面（欹器模型建構、實物制作、計算機設計）學習評價、合作層面（小組合作形式下的信息交流、問題解決、成果展示）學習評價;（3）學生對本課題研究的各個環節進行自我審視與反思，并對自身實際學習情況與理想學習情況進行比較，總結收獲，撰寫反思記錄。

三、結語

STEAM教育作為國外教育時髦名詞被直接引進國內，不考慮國情與學情，未加批判與改造地直接使用，在某種意義上來說，何嘗一種不是“拿來主義”？中華民族擁有璀璨的文化與厚重的歷史，無論是在人文還是科技方面，有待挖掘之處比比皆是。實際上，蘊含民族特色的STEAM教育當下正處于萌芽階段，以PBL教學形式為依托，結合各學校實際學情、學校所在地特色民俗特色，融合學科教學資源，進行C-STEAM主題研究活動，不失為弘揚民族自信、培養文化自覺的一種教學嘗試。

[參考文獻]

[1]詹澤慧，鐘柏昌，霍麗名，等.面向文化傳承的學科融合教育（C-STEAM）：價值定位與分類框架[J].中國電化教育，2020（03）：69-76.

[2]詹澤慧，李克東，林芷華，等.面向文化傳承的學科融合教育（C-STEAM）：6C模式與實踐案例[J].現代遠程教育研究，2020，32（2）：29-38，47.

[3]中華人民共和國教育部.義務教育普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[4]方擁.中國傳統建筑十五講[M].北京：北京大學出版社，2010.

[5]袁樞.通鑒紀事本末：注譯本[M].杭州：浙江人民出版社，2019.

[6]青木主編.二十四史故事大全集[M].北京：中國華僑出版社，2011.

[7]荀況.荀子[M].哈爾濱：北方文藝出版社，2013.

[8]愛新覺羅·溥儀.我的前半生[M].北京：中華書局，1977.

[9]杜明榮，趙藝佳，王翚.系統功能視域下高中物理教科書的話語分析：以必修部分“課題研究”模塊為例[J].物理教師，2021，42（8）：14-17，20.

張敏書? ?東北師范大學物理學院。

于海波? ?東北師范大學物理學院教授，博士生導師。