中华传统器具融入物理课堂教学探索

熊慧 熊举峰 刘翔

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

摘 要 物理课程资源选取应该更加多元化，中华传统器具可以融入物理课堂作为课程资源。“大气压强”的教学设计融入古代饮酒用瓷制品——公道杯，从不同的角度开展大气压强教学，同时带领学生体会古代造物智慧，感受中华传统器具的独特魅力。

关键词 初中物理；大气压强；公道杯；核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）03-0059-03

0 引言

在我国五千多年的文明史中，中华民族的先人们留下了非凡的科技成果，这些成果大部分在传统器具中得以体现，传统器具蕴含着丰富的历史价值、科学价值、文化价值，需要教育工作者不断挖掘，让中华传统器具成为重要的文化教育和科技教育资源。随着现代物理教育研究的不断发展，教育工作者不应只满足于传授书本知识，更应该从育人的角度出发，帮助学生形成科学思维方法，同时领略中华民族在科学技术和工艺方面取得的卓越成就。在物理教学中融入传统器具与教育发展趋势是不谋而合的，本文以“大气压强”教学为例，探索中华传统器具融入中学物理课堂的教学设计。

1 教学背景初步分析

“大气压强”是人教版初中物理八年级下册第九章“压强”第三节的教学内容，义务教育课程标准对于本节的要求是：知道大气压强及其与人类生活的关系。大气压强是一个比较抽象的概念，初中学生在课堂上很难当堂将大气压强的概念和测量方法理解透彻。教材中涉及的实验有马德堡半球实验、托里拆利实验，由于马德堡半球实验使用条件所限，以及托里拆利实验所用的水银为有毒物质，这两个实验在课堂教学中多采用视频播放和动画结合的形式，缺乏必要衔接，对于学生来说存在认知难度。

通过融入传统器具公道杯，采用实验探究的直观教学方式，能够有效降低学生认知难度，符合学生的认知规律。该方式活用中华传统器具作为课程素材，引导学生利用大气压强去解释现象或解决问题，加强学生对该节内容的理解，同时引导学生学会透过一般的文化表象和社会现象探寻社会生活和学习的本质规律[1]。

2 传统器具融入物理课堂的教学设计过程

梅瑞尔将教学分为四个步骤：激活旧知—探寻新知—尝试应用—融会贯通。这四个步骤是学生对知识逐步内化的过程，符合学生的认知规律。他认为：“学习只有在学习者从事解决真实世界里发生的问题时，只有当学习者能够通过论证或应用而激活已知知识并将其作为理解新知识的基础时，新知识才会被整合到学习者的世界当中。”[2]

物理学科核心素养包含“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面[3]。 本文围绕物理学科核心素养制定人教版“大气压强”第二课时的课堂教学目标，如图1所示。

为了将教学内容、学生、教师及教学手段等教学要素之间的关系清晰明了地呈现出来，本文借助教学流程图设计中规定的图形符号设计出本堂课的教学流程图，如图2所示。

3 设计意图及实施过程

3.1 创设情境，古代器物导入

【教学过程】

师：（拿出公道杯）老师这里有一个茶杯，我往里面倒点儿茶，里面自然就装了茶。不过用这个杯子喝茶，可不能贪杯哦。如果往里面倒的茶水太多的话，那你反而没有水喝了。（进行演示）大家看，这个时候没有水了，刚才倒的水到哪去了呢？

生：为什么会产生这种现象？（感觉困惑）奥秘可能在公道杯的龙头里。

师：茶水当然不可能无缘无故消失，大家猜想一下这是为什么？为了让大家了解它的原理，我拆了一个这样的杯子，请大家看看。（展示公道杯的内部结构），这个龙头下面有两个小孔，其中一个小孔与杯底的小孔相通，作为出水口，另一个小孔在杯中，是进水口。

师：通过观察，同学们拿出手中的学习单，你是否可以画出公道杯的设计草图？（展示画得好的同学的设计草图，如图3所示。）

3.2 分析、认识公道杯的构造，体会虹吸思想

【教学过程】

师：你能否解释一下它的原理？

生：肯定与大气压强和液体压强有关。

师：不错，我们继续思考，如图4所示，当我们向里面注水到达A点时，此时液面已经超过最高点B，由于水压以及重力的作用，水就会从高水位逐渐向下流动，最终从C流出。由于水在流尽前，总会通过一根外形为倒U形的管儿，因此总是高于最低点C，会保持一个水压差，便会出现这种神奇的现象。

师：这种现象，我们把它叫作虹吸现象，是由于液体压强和大气压强共同作用而导致的。

3.3 联系托里拆利实验，巩固“转换法”思想

【教学过程】

师：托里拆利实验中，一个标准大气压托起了760 mm高的水银柱，托起之后整个系统处于一个静止的状态。假如液面处有一轻质薄片，由于薄片静止，有p0=ρgh。我们现在继续学习，假设在水银柱中也加一轻质薄片，如图5所示，对于这一薄片有p向下=ρgh1，p向下=p向上，你能否运用p0和h2表达出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。

师：（板书学生的推导结果）非常不错。也就是说，在自由液面上方某一个点受到的压强，我们可以运用这种计算方法：用大气压减去这段液柱产生的压强。接下来我们再来看虹吸现象的示意图。我们假设虹吸管中已经充满了液体，虹吸管上端也有一个轻质薄片，如图6所示，你能否根据这个计算方法得出p向左及p向右的表达式呢？

生：p向左=p0-ρgh1，p向右=p0-ρgh2。

师：不错，由于h1＜h2，因此，p向左＞p向右，所以在此位置轻质薄片不会静止，转换成液体便是高水位的液体源源不断通过虹吸管向低水位流去，这就是虹吸现象的物理本质。

3.4 能够结合生活中的虹吸现象

【教学过程】

师：它在我们的生产生活中也经常用到，你们能想到什么例子吗？

生1：如果我们想要给鱼缸换水，只需要一根管子就行。

生2：同样的道理，我们也可以用它来灌溉。

生3：还可以用来缓解洪水灾害。

师：说得不错！生活中还有很多运用虹吸原理的例子，我们自己也可以利用虹吸原理去解决生活中的问题。

3.5 得出启示，提升学生的人文素养

【教学过程】

师：正所谓“谦受益，满招损”，关于公道杯，还有一个历史故事呢。相传明代洪武年间，景德镇县令向朱元璋进贡了一批这样的公道杯，朱元璋在一次宴会上，有意让几位心腹大臣多喝一点儿酒，便特意为他们把酒添得满满的。结果事与愿违，那几位被皇上有意照顾的大臣反而没喝到酒，而其他大臣都高高兴兴地喝上了皇帝恩赐的御酒，皇帝对此甚是疑惑。看到这种奇特的现象，于是明太祖朱元璋便把这种杯子命名为“公道杯”，后人也称之为“贪心杯”或者“功德杯”。同学们，通过这次活动，你们学习到了什么呢？

生1：做人要谦虚，不可自满。

生2：凡事要适度，欲速则不达。

生3：遇到事情，我们要学会透过问题看本质。

师：非常好！同时还有一点，虹吸原理被巧妙地运用到公道杯中，聪明的古人采用高超的工艺进行烧制，这同样也体现了古人的工匠精神。

4 结束语

在初步认识公道杯的过程中，让学生直观猜想，是学生分析能力的体现；在原理分析的过程中，需要学生具有一定的空间想象力，并且可以运用比较严谨的方法分析推理，这一过程能够有效培养学生的推理能力以及分析能力；通过思考虹吸现象在生活中的应用，让学生借助之前学习中积累的经验解决问题，整个过程是对经验的迁移，同时培养了学生的创新意识。最后，讲述公道杯的历史故事，让学生感受中华优秀传统器具的魅力，提升学生的文化素养，激发学生的民族自豪感，树立学生的民族自信心，培养学生良好的道德品质。

参考文献

[1] 张茂聪，仲米领.小学中华优秀传统文化教材内容构

建研究[J].课程·教材·教法，2018，38（5）：82-89.

[2] 孙林伟，高卿.首要教学原理在物理教学中的应用：

以“力的合成”教学为例[J].实验教学与仪器，2019，

36（4）：8-10.

[3] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017

年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

*项目来源：超星慕课“趣味物理实验”（项目编号：0126000）。

作者：熊慧，湖南师范大学硕士研究生，研究方向为物理教学论；熊举峰，湖南师范大学，副教授，研究方向为物理教学论；刘翔，湖南师范大学，教授，研究方向为物理教学论（410081）。