中華傳統器具融入物理課堂教學探索

熊慧 熊舉峰 劉翔

10.3969/j.issn.1671-489X.2022.03.059

摘 要 物理課程資源選取應該更加多元化，中華傳統器具可以融入物理課堂作為課程資源。“大氣壓強”的教學設計融入古代飲酒用瓷制品——公道杯，從不同的角度開展大氣壓強教學，同時帶領學生體會古代造物智慧，感受中華傳統器具的獨特魅力。

關鍵詞 初中物理；大氣壓強；公道杯；核心素養

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）03-0059-03

0 引言

在我國五千多年的文明史中，中華民族的先人們留下了非凡的科技成果，這些成果大部分在傳統器具中得以體現，傳統器具蘊含著豐富的歷史價值、科學價值、文化價值，需要教育工作者不斷挖掘，讓中華傳統器具成為重要的文化教育和科技教育資源。隨著現代物理教育研究的不斷發展，教育工作者不應只滿足于傳授書本知識，更應該從育人的角度出發，幫助學生形成科學思維方法，同時領略中華民族在科學技術和工藝方面取得的卓越成就。在物理教學中融入傳統器具與教育發展趨勢是不謀而合的，本文以“大氣壓強”教學為例，探索中華傳統器具融入中學物理課堂的教學設計。

1 教學背景初步分析

“大氣壓強”是人教版初中物理八年級下冊第九章“壓強”第三節的教學內容，義務教育課程標準對于本節的要求是：知道大氣壓強及其與人類生活的關系。大氣壓強是一個比較抽象的概念，初中學生在課堂上很難當堂將大氣壓強的概念和測量方法理解透徹。教材中涉及的實驗有馬德堡半球實驗、托里拆利實驗，由于馬德堡半球實驗使用條件所限，以及托里拆利實驗所用的水銀為有毒物質，這兩個實驗在課堂教學中多采用視頻播放和動畫結合的形式，缺乏必要銜接，對于學生來說存在認知難度。

通過融入傳統器具公道杯，采用實驗探究的直觀教學方式，能夠有效降低學生認知難度，符合學生的認知規律。該方式活用中華傳統器具作為課程素材，引導學生利用大氣壓強去解釋現象或解決問題，加強學生對該節內容的理解，同時引導學生學會透過一般的文化表象和社會現象探尋社會生活和學習的本質規律[1]。

2 傳統器具融入物理課堂的教學設計過程

梅瑞爾將教學分為四個步驟：激活舊知—探尋新知—嘗試應用—融會貫通。這四個步驟是學生對知識逐步內化的過程，符合學生的認知規律。他認為：“學習只有在學習者從事解決真實世界里發生的問題時，只有當學習者能夠通過論證或應用而激活已知知識并將其作為理解新知識的基礎時，新知識才會被整合到學習者的世界當中。”[2]

物理學科核心素養包含“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面[3]。 本文圍繞物理學科核心素養制定人教版“大氣壓強”第二課時的課堂教學目標，如圖1所示。

為了將教學內容、學生、教師及教學手段等教學要素之間的關系清晰明了地呈現出來，本文借助教學流程圖設計中規定的圖形符號設計出本堂課的教學流程圖，如圖2所示。

3 設計意圖及實施過程

3.1 創設情境，古代器物導入

【教學過程】

師：（拿出公道杯）老師這里有一個茶杯，我往里面倒點兒茶，里面自然就裝了茶。不過用這個杯子喝茶，可不能貪杯哦。如果往里面倒的茶水太多的話，那你反而沒有水喝了。（進行演示）大家看，這個時候沒有水了，剛才倒的水到哪去了呢？

生：為什么會產生這種現象？（感覺困惑）奧秘可能在公道杯的龍頭里。

師：茶水當然不可能無緣無故消失，大家猜想一下這是為什么？為了讓大家了解它的原理，我拆了一個這樣的杯子，請大家看看。（展示公道杯的內部結構），這個龍頭下面有兩個小孔，其中一個小孔與杯底的小孔相通，作為出水口，另一個小孔在杯中，是進水口。

師：通過觀察，同學們拿出手中的學習單，你是否可以畫出公道杯的設計草圖？（展示畫得好的同學的設計草圖，如圖3所示。）

3.2 分析、認識公道杯的構造，體會虹吸思想

【教學過程】

師：你能否解釋一下它的原理？

生：肯定與大氣壓強和液體壓強有關。

師：不錯，我們繼續思考，如圖4所示，當我們向里面注水到達A點時，此時液面已經超過最高點B，由于水壓以及重力的作用，水就會從高水位逐漸向下流動，最終從C流出。由于水在流盡前，總會通過一根外形為倒U形的管兒，因此總是高于最低點C，會保持一個水壓差，便會出現這種神奇的現象。

師：這種現象，我們把它叫作虹吸現象，是由于液體壓強和大氣壓強共同作用而導致的。

3.3 聯系托里拆利實驗，鞏固“轉換法”思想

【教學過程】

師：托里拆利實驗中，一個標準大氣壓托起了760 mm高的水銀柱，托起之后整個系統處于一個靜止的狀態。假如液面處有一輕質薄片，由于薄片靜止，有p0=ρgh。我們現在繼續學習，假設在水銀柱中也加一輕質薄片，如圖5所示，對于這一薄片有p向下=ρgh1，p向下=p向上，你能否運用p0和h2表達出p向上？

生：由p0=ρgh1+ρgh2，p向下=ρgh1，p向下=p向上，可以得出p向下=p0-ρgh2。

師：（板書學生的推導結果）非常不錯。也就是說，在自由液面上方某一個點受到的壓強，我們可以運用這種計算方法：用大氣壓減去這段液柱產生的壓強。接下來我們再來看虹吸現象的示意圖。我們假設虹吸管中已經充滿了液體，虹吸管上端也有一個輕質薄片，如圖6所示，你能否根據這個計算方法得出p向左及p向右的表達式呢？

生：p向左=p0-ρgh1，p向右=p0-ρgh2。

師：不錯，由于h1＜h2，因此，p向左＞p向右，所以在此位置輕質薄片不會靜止，轉換成液體便是高水位的液體源源不斷通過虹吸管向低水位流去，這就是虹吸現象的物理本質。

3.4 能夠結合生活中的虹吸現象

【教學過程】

師：它在我們的生產生活中也經常用到，你們能想到什么例子嗎？

生1：如果我們想要給魚缸換水，只需要一根管子就行。

生2：同樣的道理，我們也可以用它來灌溉。

生3：還可以用來緩解洪水災害。

師：說得不錯！生活中還有很多運用虹吸原理的例子，我們自己也可以利用虹吸原理去解決生活中的問題。

3.5 得出啟示，提升學生的人文素養

【教學過程】

師：正所謂“謙受益，滿招損”，關于公道杯，還有一個歷史故事呢。相傳明代洪武年間，景德鎮縣令向朱元璋進貢了一批這樣的公道杯，朱元璋在一次宴會上，有意讓幾位心腹大臣多喝一點兒酒，便特意為他們把酒添得滿滿的。結果事與愿違，那幾位被皇上有意照顧的大臣反而沒喝到酒，而其他大臣都高高興興地喝上了皇帝恩賜的御酒，皇帝對此甚是疑惑。看到這種奇特的現象，于是明太祖朱元璋便把這種杯子命名為“公道杯”，后人也稱之為“貪心杯”或者“功德杯”。同學們，通過這次活動，你們學習到了什么呢？

生1：做人要謙虛，不可自滿。

生2：凡事要適度，欲速則不達。

生3：遇到事情，我們要學會透過問題看本質。

師：非常好！同時還有一點，虹吸原理被巧妙地運用到公道杯中，聰明的古人采用高超的工藝進行燒制，這同樣也體現了古人的工匠精神。

4 結束語

在初步認識公道杯的過程中，讓學生直觀猜想，是學生分析能力的體現；在原理分析的過程中，需要學生具有一定的空間想象力，并且可以運用比較嚴謹的方法分析推理，這一過程能夠有效培養學生的推理能力以及分析能力；通過思考虹吸現象在生活中的應用，讓學生借助之前學習中積累的經驗解決問題，整個過程是對經驗的遷移，同時培養了學生的創新意識。最后，講述公道杯的歷史故事，讓學生感受中華優秀傳統器具的魅力，提升學生的文化素養，激發學生的民族自豪感，樹立學生的民族自信心，培養學生良好的道德品質。

參考文獻

[1] 張茂聰，仲米領.小學中華優秀傳統文化教材內容構

建研究[J].課程·教材·教法，2018，38（5）：82-89.

[2] 孫林偉，高卿.首要教學原理在物理教學中的應用：

以“力的合成”教學為例[J].實驗教學與儀器，2019，

36（4）：8-10.

[3] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017

年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

*項目來源：超星慕課“趣味物理實驗”（項目編號：0126000）。

作者：熊慧，湖南師范大學碩士研究生，研究方向為物理教學論；熊舉峰，湖南師范大學，副教授，研究方向為物理教學論；劉翔，湖南師范大學，教授，研究方向為物理教學論（410081）。