器满则倾论重心：基于C-STEAM理念的课题设计

张敏书 于海波

[摘要] 本文以“重心”为知识内核，以落实高中物理学科核心素养培育为目的，兼具中华优秀传统文化与民族自信精神的弘扬，结合C-STEAM课程理念配套的6C教学模式，依托2019年版人民教育出版社普通高中教材物理必修第一册“课题研究”部分，进行高中物理课题研究教学的设计。

[关键词] C-STEAM;重心;学科核心素养;高中物理

将中华优秀传统文化有机融入学科教育的时代已经到来。早在2014年，教育部印发了《完善中华优秀传统文化教育指导纲要》，将加强中华优秀传统文化教育认定为落实立德树人根本任务的重要基础，并明文指出，包括物理学科在内的理科课程应结合教学环节渗透中华优秀传统文化相关内容。自此以后，有关在各个教学领域、教学环节中渗透文化自信、文化自觉的纲领性文件与学科教学研究成果，便层出不穷。有学者在舶来品STEAM理念之上，联系本土国情，扎根中华文化沃土，提出“以传承中国优秀传统文化为目标导向的学科融合教育”，即C-STEAM教育，其中C为Culture之意[1];而且，在教学改革实践之后，依托情境认知理论提出与C-STEAM教育理念相匹配的6C模式，包括文化情境感知（Contextual Experience，C1）、文化内涵理解（Connotation Comprehension，C2）、文化特征探究（Characteristic Inquiry，C3）、文化制品创作（Create Artifact，C4）、联系社会推广（Connect Society，C5）、总结评价反思（Conclusive Reflection，C6）等6个核心环节及若干关键活动[2]。

结合《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课标》）中以主题为引领，将课程内容情境化，以促进学科核心素养落实[3]的课程说明，本设计依托2019年版人民教育出版社普通高中教材物理必修第一册“课题研究”部分，以C-STEAM课题理念，辅以6C模式，以“重心”为学科知识内核，并结合高中一年级学生学情，进行扎根中华优秀传统文化的跨学科教学设计，旨在培养学生物理学科核心素养的同时，发挥物理学科特色，加强学生人文素养培育。

一、教学思路与目标

高中物理教材中提到，重心可以看作物体所受重力的作用点，并对确定重心的“悬挂法”加以介绍。在高中阶段，学生所接触的常见物理模型，如质点、小物块、长木板、斜面等，均属于质量分布均匀的理想刚体，对于质量可变的非均匀物体的重心变化，极易处于懵懂状态。相应地，《课标》所制订的5个层次学业水平等级中，能在真实情境中建立物理模型，综合应用所学的物理知识灵活解决实际问题，是最高水平等级的学业表现。因此，可以认为，通过对实物进行观察、设计、制作、探究，研究由于物体质量分布情况变化而引起的重心变化的物理情境，对于学生而言，属于“跳一跳，够得着”的最近发展区难度。

那么，从C-STEAM课程理念出发，应当建立何种物理情境，选择什么样的器物，既能够凸显我国传统文化，传递人文精神，又能够综合科学、技术、工程、艺术、数学等学科思想？中国人自古以来尊崇中庸之道，“满招损，谦受益”更是成为无数国人的座右铭。最早的“座右铭”——欹器，原本是仰韶文化时期人们的汲水器具，后来因自身所具备的“虚则欹、中则正、满则覆”的特点，逐渐演化为实物座右铭，彰显出“物极必反、器满则倾”的思想，并因为其精妙的设计与深刻的寓意，在史册上留下丰富多彩的人文传说。至今，在诸多博物馆与陈设展会上，甚至文人墨客的书房之中仍能见到它的身影。因此，欹器可以说是本教学设计核心器具的不二选择。

本教学设计以课题研究形式展开，在实际教学中，具有时间跨度长、地理空间大、涉及机构多的特点。出于了解我国优秀传统文化、品味儒家修身思想、提升物理学科核心素养、培养文化自信的目的，从C-STEAM理念角度分解教学目标，具体思路如下表1所示：

二、教学环节设计

以6C模式为展开形式的C-STEAM探究性学习活动，结构清晰，逻辑层次明了。由于本教学设计是为课题研究所作，涉及课时以不少于6课时为宜，多数环节可由学生自行组建团队，在节假日期间以交游研学形式完成。

（一）C1环节：文化情境感知

本环节采用团队研学形式，联合文化场馆，进行主题参观。本环节课时根据实际活动开展灵活处理，可采用集中研学的方式，进行一次教学，或结合学生自主活动情况，实行1+N研学，也就是一次集中学习加多次自由学习的形式。主要参观内容包括：（1）包含陶制尖底瓶在内的黄河中游仰韶文化时期陶器文物陈列;（2）明代书画作品——《孔子观欹器图》作品展览;（3）以青铜为材质的欹器文物陈列;（4）以制陶工艺为展示主题内容的科学技术陈列;（5）以现代欹器作为座右铭摆件的艺术陈列。教学活动与学校研学活动配合进行，或由学生在节假日期间外出旅行时，前往旅行所在地博物馆（如中国国家博物馆、西安半坡博物館、曲阜孔子博物馆等）自行游览学习，并依据场馆内陈列说明与配套讲解作相关记录。

本环节意在从时间脉络上挖掘中华历史文化的C-STEAM教学价值，对“欹器”这一器物的诞生时间、原始形貌、作用功能、寓意变迁等方面进行初步了解，并引发学生思考：欹器的产生意味着我国古代劳动人民的生产水平达到何种程度？欹器在日常生活中如何体现汲水功能？为什么欹器能够作为现代沙漏的原型？仰韶文化尖底瓶多出土于墓葬而极少出土于住屋[4]，说明6000多年前人们对欹器的功用进行了怎样的定义？孔子称赞欹器的修身育人价值，体现了先秦诸子怎样的非凡智慧？

（二）C2环节：文化内涵理解

本环节与C1环节紧密联系，而且C1与C2环节作为C-STEAM教学模式中“C”的最集中体现部分，直接决定后续C3环节的人文教育价值厚度。为了避免将C-STEAM课程简化为肤浅的以传统文化为名的手工制作课，C-STEAM课题研究整体具有厚积薄发的意味，C1与C2环节即为课题研究活动的“厚积”部分。

教师将以3至4人为一组的标准，将学生划分为若干小组。各小组依据前期C1阶段所搜集的视频、图像、文本资料进行初步整理后，有目的性地对欹器背后隐含的中华文化进行探因，资料来源可包含学术著作、影视作品、戏剧、音乐、书法、美术等，各小组组内进行明确分工合作，并做好相关记录，最后进行小组汇报展示。

教师自本环节开始对学生所在各小组及个人进行学业水平形成性评价，对学生进行小组划分，并要求各小组以成果汇报的形式，对C1与C2环节所学进行小组间汇报与交流。值得注意的是，本环节的灵活程度与开放性非常之高，教师进行情景预设时，可能会囿于已有传统文化典籍中对欹器的文化内涵解释，例如唐朝苏安恒上疏力谏武皇“物极则反，器满则倾”[5]、祖冲之制欹器劝讽竟陵王萧子良[6]、孔子观于鲁桓公之庙对欹器作“虚则欹、中则正、满则覆”的评价[7]等。须知教师个人知识的范围毕竟有限，学生集思广益，在本阶段所进行的成果展示极有可能出乎教师意料。因此，教师应当在把握教学目标与教学理念的基础上，随机应变，对学生的创新精神与全新视野进行及时肯定。

（三）C3环节：文化特征探究

本环节包括两大实践活动。其一是对欹器自身结构与功能演变的现状调查。调查途径包括网络资料查询、实地调查、生产作坊参观、文创商店调研等，以便对现今欹器在人们生活中所扮演的角色定位进行初步了解。研究问题包括：欹器的初始形态——尖底陶器目前是否尚在生产？如有生产，成品功能几何？后人对欹器的生产原料进行数次改变，不同的生产材料加工制作的欹器在结构上有何不同？又分别对应着什么样的功能？在当前流行的手工作坊里，是否存在复制欹器的可能性？当前市场上欹器以何种商品形式进行流通？反映了什么样的社会认知？其二是围绕欹器本身所展开的，以人为研究对象的社会学调查。调查内容包括：现阶段，人们对欹器这一物品的熟悉程度如何？当前的价值观下，人们对于欹器在历史演变中蕴含的“中庸之道”认可程度如何？有关欹器的典故，有哪些称得上广为人知，原因是什么？在传统儒家思想讲究的修身齐家治国平天下中，欹器以座右铭的形式多见于“治国”与“平天下”的历史场景中，在现代人“修身”“齐家”的态度养成方面，欹器的教育价值凸显程度如何？等等。

本环节是在C1、C2环节“继往”与C4、C5环节“开来”的流程中起承接角色的重要环节。由于年代已久，学生对古代文化典故产生疏离感在所难免，只有把握住了传统文化的生命脉搏，才能在现代教育环境下，辅以新的教学手段与教学形式，对优秀文化进行传承与发扬。因此，本环节中，教师尤其应当注意对学生在旧与新的转折中进行引导。

（四）C4环节：文化制品创作

本环节是与物理学科联系最为紧密的环节，前序环节中学生对于欹器这一器件的功能与人文价值已经具备充分了解，自然而然地，在此基础上会产生一系列的疑惑。欹器为什么具备“水半满则器平衡，水全满则倾斜而水溢出”[8]的特点？与欹器自身的结构特点是否存在直接关联？所涉及的科学原理又是什么？对应的科学知识又是什么？高中物理教科书中在“课题研究”板块体现出将物理探究活动与日常生活联系的倾向[9]，那么用日常生活中常见的物品，结合物理知识，能否制作出简易的欹器？结合计算机建模与3D打印技术，能否尝试性地对欹器进行精准设计与还原？从视觉审美角度，欹器自身又能够承载何种美学功能？

大体来看，本环节可以包括：欹器模型建构与物理原理（欹器重心因自身质量分布情况发生改变而改变）的探究分析;简易欹器制作与改良;结合科技前沿技术的再创新;美学工艺再雕饰。本环节对学生的科学探究、科学思维、动手能力、小组合作能力进行考查与提升，主要的难点是从实物到模型，再从模型到实物，采用计算机技术进行建模，最后回归实物的流程实现（流程图如图1所示）。通过开展上述活动，学生的科学思维能力处于曲折前进、螺旋上升的状态。动手制作是从生活走向物理的必经之路，这一过程中学生容易因实践活动不顺利产生沮丧情绪，甚至放弃。因此，教师在本环节中，应当格外注意引导学生对实践制作中的失败原因进行反思分析。

（五）C5环节：联系社会推广

本环节依托学校德育活动与社会实践平台进行学习成果展示与交流。学生以文字形式，例如征文投稿、个人博客撰写、海报制作等形式对欹器自身结构特点、历史价值、育人价值进行诠释与推广;或者通过图片形式，以海报制作、公众号推送、照片墙等形式，对C-STEAM课题研究过程中所学所得进行分享与交流;或者依托短视频平台，对活动过程及实践成果予以视频记录后，进行平台发布，与公众交流，放大活动育人功能。

（六）C6环节：总结评价反思

本环节为评价环节，可分为三大主题：（1）学生在组内进行个人总结，组内成员自评，继而以小组为单位进行成果展示交流，学生组间进行互评;（2）教师结合笔试、活动展示、成果记录文本资料三方面对学生表现进行知识层面（人文知识、重心知识）学习评价、实践层面（欹器模型建构、实物制作、计算机设计）学习评价、合作层面（小组合作形式下的信息交流、问题解决、成果展示）学习评价;（3）学生对本课题研究的各个环节进行自我审视与反思，并对自身实际学习情况与理想学习情况进行比较，总结收获，撰写反思记录。

三、结语

STEAM教育作为国外教育时髦名词被直接引进国内，不考虑国情与学情，未加批判与改造地直接使用，在某种意义上来说，何尝一种不是“拿来主义”？中华民族拥有璀璨的文化与厚重的历史，无论是在人文还是科技方面，有待挖掘之处比比皆是。实际上，蕴含民族特色的STEAM教育当下正处于萌芽阶段，以PBL教学形式为依托，结合各学校实际学情、学校所在地特色民俗特色，融合学科教学资源，进行C-STEAM主题研究活动，不失为弘扬民族自信、培养文化自觉的一种教学尝试。

[参考文献]

[1]詹泽慧，钟柏昌，霍丽名，等.面向文化传承的学科融合教育（C-STEAM）：价值定位与分类框架[J].中国电化教育，2020（03）：69-76.

[2]詹澤慧，李克东，林芷华，等.面向文化传承的学科融合教育（C-STEAM）：6C模式与实践案例[J].现代远程教育研究，2020，32（2）：29-38，47.

[3]中华人民共和国教育部.义务教育普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[4]方拥.中国传统建筑十五讲[M].北京：北京大学出版社，2010.

[5]袁枢.通鉴纪事本末：注译本[M].杭州：浙江人民出版社，2019.

[6]青木主编.二十四史故事大全集[M].北京：中国华侨出版社，2011.

[7]荀况.荀子[M].哈尔滨：北方文艺出版社，2013.

[8]爱新觉罗·溥仪.我的前半生[M].北京：中华书局，1977.

[9]杜明荣，赵艺佳，王翚.系统功能视域下高中物理教科书的话语分析：以必修部分“课题研究”模块为例[J].物理教师，2021，42（8）：14-17，20.

张敏书   东北师范大学物理学院。

于海波   东北师范大学物理学院教授，博士生导师。