基于物理学史分级的教学设计研究——以初中物理“密度与社会生活”为例

郑 珊 王国森 张景银 郑 璐

基于物理学史分级的教学设计研究
——以初中物理“密度与社会生活”为例

郑 珊 王国森 张景银 郑 璐

一、问题的提出

目前，中学物理教学已经逐渐增强对物理学史教学的重视程度。由此，教学中准确恰当地运用科学史就显得尤为重要。在教学中，尝试以初中物理“密度与社会生活”为例，论述基于科学史分级的教学设计方法。

学生经常谈论：“我国的墨子在当时的时代能够记录下物理现象，为我们后人留下了宝贵的财富。”这一场景至今都让笔者印象深刻，因此思考：是什么原因能够让学生对物理学家有如此的认同感。在物理教学中，我们长期致力于引入更多的科学史，可以是简单的介绍过程还可以是恢复一个真实的研究情景。事实上，我们也一直试图寻找有效提高物理学史教学的策略。因此，让学生合理、有序地学习科学史的知识、领会科学史中的科学方法，并形成正确的科学史观，就是物理教学设计纳入科学史需要直面的问题。

“密度的应用”在第二节密度的教学中已经有所涉及。因此，在中学物理教学实践中通常本节便不再着重强调，以至于“密度与社会生活”一节自然地成了习题课。然而笔者认为，本节课不仅是密度知识内容的拓展和延伸，更是增强学生正确的科学史观的绝佳契机。

初二的学生处于皮亚杰认知发展阶段的形式运算阶段，他们具备了基本的动手能力，在教师的指导下，能够顺利地完成科学史中的小制作。通过学习，学生已经基本理解密度的含义，积累了简单的测量方法。但是“密度会随着温度变化”这一观点，还需要通过生活中形象、直观地实例进行全面的认识。

综上所述，本节内容不仅应该得到应有的重视，而且可以此为契机，增强学生对密度的朴素认识，适当地运用科学史促进学生的全面发展。

二、“密度与社会生活”教学设计

“密度与社会生活”一节的教学，容易流于琐碎与杂糅，以科学史的角度进行教学设计是避免这一状况的良好途径。解决这一疑难的关键在于理清科学史料的类别并在此基础上合理设计。有学者指出，应当从3个层次将科学史引入物理教学：科学史故事、科学思想史、科学史观[1]，其内涵如表1所示。这为本节教学提供了有益启示。

表1

依据以上认识，本节教学设计亦从科学史的3个层次展开[2]。教学伊始，笔者采用了“水山爆发”的魔术引入。创设密度与生活的学习情境，增强学生的求知欲和探索欲。我们认为社会是发展的，人们对密度的认识也是发展的。在此基础上，整节教学设计遵照从古至今的时间顺序，依据科学史分级原理，对密度的认识和应用展开了符合教学逻辑的设计。

1.讲述科学史故事

在教学中，教师先提出问题：如何分辨清水和盐水。进而，引导学生分析学生的实验方法，引出明代人们的判断盐水咸度的科学史故事。

明代时，人们不需要品尝，不仅能判断出哪个是盐水，还能知道哪杯盐水更咸。古文记载“先将小竹筒装卤，以重三分莲子试之，放莲子于中；若浮而横倒者，则卤极咸，乃可煎烧；若立浮于面者，稍淡；若沉而不起者，俱弃不用 ”。由此，引导学生先翻译古文，深刻体会古人在当时的条件下，就能够通过莲子的漂浮，判断盐水，进而提取制盐。然后，教师安排学生的活动一，自己利用手中的莲子判断烧杯中的液体种类。在教学中，安排了学生实验：事先挑选好质量为1.1 g(即三分)的莲子，让学生观察莲子在盐水和清水中的状态，深切地感受古人判断盐水咸淡的方法。

用莲子判断盐水的咸度是古人的生产经验，除此之外，还挑选了古人生活中另一个与密度有关的玩具—走马灯。课前教师安排学生分小组查阅走马灯的故事，完成简易走马灯的制作并录制相应地视频，课堂上由学生讲述走马灯的命名、发展和使用。

在这一教学环节，采用从科学史故事出发，教师讲述和学生实验结合的方式，尽可能让学生身临其境地感受科学史故事。这样生态的学习环境无疑让学生能深刻体验物理学史故事中蕴含的物理原理。

2.体验科学思想

学生通过观察莲子在盐水和清水中的状态，感受古人判断盐水咸淡的方法。进一步还需要思考出现这个物理现象产生的原因。通过教师引导学生，逐步完善和补充，最后归纳出“盐水中，莲子浮；清水中，莲子沉”。这就使得学生能够较为深入地理解物理学史故事背后的物理思想。

同时，学生制作简易走马灯的体验和录制的视频后与同学的交流，思考走马灯转动的原因。鉴于影响因素较多，在此选用2个完全一样的简易走马灯。用吹风机吹动走马灯，走马灯转动；通过类比吹风机，引导学生思考蜡烛周围是否真的有风。然后进一步思考风的来源。即可归纳出：气体一般情况密度小的在上，密度大的在下。进而，促使学生对走马灯转动从感性认识提升至理性思考。此环节旨在学生不仅学会克服困难制作能够转动地走马灯，而且还能理解走马灯转动的原理。综上所述，恰当地对物理学史内容进行分析，更加有助于学生系统的走马灯转动的来龙去脉。

3.升华科学史观

由莲子判断盐水、简易走马灯转动的故事，到基本原理的分析，再进一步引导学生不难发现这两个实例揭示了气体、液体、固体在一般情况“密度小的在上，密度大的在下”的规律。

正是利用液体的这个性质可以调制一种美丽漂亮的彩虹鸡尾酒。同样，课前布置学生完成鸡尾酒的调制，并请一位学生现场表演六层鸡尾酒的调制。然后，归纳鸡尾酒能够调制成功的秘籍。在课前实验和课上实验结合的基础上，学生能够深切地体会气体和液体都是“密度小的在上，密度大的在下”。

在现实生活中，密度的应用十分广泛。引导学生发现和挖掘密度在生活中的应用。通过搜集素材，以圣诞节为背景，通过小剧形式展现给其他学生。圣诞老人依次推出：(1)挂在圣诞树上，密度小的塑料铃铛；(2)构成“镇纸”的物质密度大，于是镇纸体积虽然不大，但质量大，由此便能够增加稳定性；(3)压缩饼干，密度大，所需空间小，从而节省空间；(4)学生用自制的棉花糖机，现场制作棉花糖；(5)密度小的树脂眼镜和密度大的玻璃眼镜；(6)密度小的碳纤维自行车和钢铁自行车。在此环节，将树脂眼镜和玻璃眼镜以分组实验的方式让学生称量质量进行体验。同时，还将价格昂贵的碳纤维自行车搬到教室，让学生课后能够亲自感受。综上所述，这样的设计意在充分地展现学生的自主学习和与他人的合作学习，从而彰显学生在教学过程中的主体地位。

学生能够感受到碳纤维由于密度小的特性为生活带来的便利。由此，引出气凝胶这种密度极小的材料。学生观察看似鞋垫的气凝胶毡，先用打火机点燃气凝胶毡，观察此毡不能点燃，说明它具有防火性；接着，向气凝胶毡上放入几滴水，发现气凝胶毡不吸水。此时，介绍气凝胶这种密度极小的材料。

此教学环节不仅要介绍气凝胶的基本性质，还要介绍目前我国浙江大学研制的“全碳气凝胶”。除此以外，增加了学生体验环节：学生用电子秤称量密封袋内的盐的质量和气凝胶的质量，感受气凝胶材料密度与盐颗粒密度差别。向学生介绍中南大学研制的新型超级节能气凝胶玻璃近日在我国首次实现量产，填补了我国在气凝胶研发应用领域的一项空白。

课程最后，还应增强学生的使命感，社会的进步正是依赖材料的进步和发展，引导学生展开想象思考如何让我们的书包“轻的飞起来”。

三、教学启示

本节教学设计和实施对物理教学有以下三点启示。

1.以物理学史故事为契机，创设生态课堂

生态学对心理学和教育学领域的影响使得教育心理研究走向真实、自然的情境。在物理教学中，仅仅联系生产和生活经验是远远不够的，我们需要给学生呈现一个生态化的课堂。在本设计中，体验莲子判断盐水咸度、制作简易走马灯和鸡尾酒的教学环节促使学生独自完成发现问题、思考问题、解决问题的步骤。查阅与密度相关的资料并筛选出易于表演且贴近生活的实例，并与同学完成了相关表演。由此一来，在增强学生学习趣味性的同时，学生完成了密度应用的学习，更是增强了学生能力的全面发展。

2.依物理思想为脉络，渗透传统文化

一直以来，物理学史在物理教学中占据不可逾越的地位。在物理教学过程中，常常引入西方的故事典籍，我国古代的科技文明容易被忽略。本节的教学设计，学生需要翻译文言文，理解其中蕴含的物理知识，而且学生亲身体验、亲自动手制作。从中国古代的文章记载和玩具走马灯两个视角，让学生深切地感受传统文化中蕴含的物理学知识。依据物理学史故事中蕴含的物理思想，促进学生对传统文化的认识。

3.定物理史观为目标，增强科学素养

教育的主体是人，初中物理教学的目标是培养具备科学素养的人。在物理教学活动中，应引导学生结合时代背景考虑科研成果，学会辩证的分析问题。本节教学中，通过呈现科学史故事、科学史思想增强学生的基本科学素养。同时，还将学生只在课本、网络见过的碳纤维自行车、气凝胶毡和气凝胶等新材料带给学生体验。并为学生介绍最新的科研成果，让学生能够充分地了解科技前沿。这就要求及时了解与时俱进的科学，增强学生的时代感和使命感。

[1]胡扬洋,陈清梅,邢红军.物理教材引入科学史的新观点[J].课程•教材•教法,2012(12):29-34

[2]宗先汉,胡扬洋,邢红军.基于科学史分级的高中物理教学策略:以“天然放射现象 原子的结构”为例[J]. 北京教育学院学报:自然科学版,2016(2):54-58.

郑珊，硕士，中教二级。张景银，本科，中教高级。郑璐，本科，中教一级。北京市第二中学分校，100010

王国森，本科，中教高级。北京市东城教师研修中心，100009