具有“西藏元素”的中学物理情境教学探究

杜瑞 陈浩 西藏民族大学附属中学

藏族学生认为物理学科难学的主因之一是物理教材内容与藏族学生日常生活有较大距离[1]，从而缺乏学习兴趣，以致物理学业成绩长期普遍偏低。西藏大学杨晓荣等研究者发现90%以上的藏族学生希望教师在物理教学中使用具有西藏特色的教学资源，96.2%的学生认为西藏特色物理教学资源对其物理学习有帮助[2]，这表明西藏传统优秀文化中蕴含的物理知识和思想可以激发藏族学生（以下简称“学生”）学习物理的兴趣，从而提升学生的课堂学习质量，提高物理学业成绩。笔者在借鉴具有“西藏元素”的高中数学情境教学[3]的基础上，探究将“西藏元素”融入中学物理课堂的教学方法，以下简称“西藏元素”物理教学。

一、“西藏元素”物理教学的内涵

“西藏元素”物理教学，是教师根据中学物理课程标准、教材和学生实际学习情况，将“西藏元素”作为情境创设背景或者挖掘其中蕴含的物理思想、物理知识适切地融入到物理课堂的一种教学方法。“西藏元素”是指西藏优秀传统文化。“西藏元素”物理教学旨在激发学生学习物理学科的积极性，树立良好的学习信心，进而改善课堂学习效率，提高物理学业成绩的同时，又促进中华优秀传统文化的传承和发扬。

二、“西藏元素”物理教学的意义

将藏族传统文化中蕴含的物理思想和知识融入到课堂教学中，对促进物理新课程改革的实施具有重要的意义。一是“西藏元素”与学生生活紧密相关，体现了“从生活走向物理”的课改理念；二是源于学生熟悉的“西藏元素”，易于激发学生兴趣，增强课堂互动，提高教学效果；三是“从生活走向物理”这一凝练物理思想与知识的过程，培养了学生的抽象概括、逻辑推理、归纳类比等能力；四是学生通过对所学物理知识的运用迁移，强化了“从物理走向社会”的课改理念；五是从引入“西藏元素”到凝练与应用迁移物理知识与思想的过程中，形成和发展了学生的物理学科核心素养；六是教师通过参与“西藏元素”教学资源的开发与设计，促进了自身教学与教研能力的提升，一定程度上有效地实现了教学相长。

三、“西藏元素”物理教学的案例

西藏优秀传统文化里蕴含了很多物理知识和人生哲理，比如《萨迦格言》中与力学、声学、热学等有关的知识、藏族民间传统犁耕技术“二牛抬杠”、《时轮历精要》中的水盆观食法、公元14世纪雍顿·多吉白桑关于地球左转四季右转的观点等。下面，就以西藏格言诗、自然现象、农耕方式、地理特点、藏民族日常生活等为“西藏元素”，列举运用“西藏元素”物理教学的案例。

（一）以格言诗为“西藏元素”

藏语“勒谢”，即格言诗，大意是优美的语言。格言诗是藏族不朽的文学作品，不仅记录了藏民族的传统文化、特有的思维方式，其中还包含了丰富的物理知识，体现了藏族先民对自然的认知。比如，《萨迦格言208》（数字为格言的编号，以下同）：“国王仗势过分狂妄，就会导致最后灭亡；如同鸡蛋抛向空中，只有摔碎一个下场。”我们可以将这句格言进行量化改变成一道物理试题，让学生来尝试估算解释。

例1假设《萨迦格言208》中的鸡蛋质量为60g，已知鸡蛋壳能承受的最大平均作用力为40N，与地面碰撞时间为4ms，使鸡蛋从距离地面0.5m处自由下落，忽略空气阻力。请运用你所学的物理知识，计算说明鸡蛋为什么会摔碎。

设计意图：将鸡蛋抛向空中，不管抛出时的速度方向如何，抛出后最终都会在重力的作用下落地。此题在格言诗内容的基础上简化为自由落体运动来研究。学生根据机械能守恒定律计算出鸡蛋落地时的速度，再根据动量定理计算出鸡蛋落地时受到的平均作用力，会发现此力超过了鸡蛋能承受的最大平均作用力，所以鸡蛋破碎。当然，这仅仅是一个估算，鸡蛋抛出时高度越高，落地时受到的力也会越大，摔得也会越惨。通过这个演算过程，学生看到古老的格言诗中竟也包含了自然规律，达到用物理观念进行科学探究的素养培养。同时让学生明白不论什么时候都要谦虚，否则就会跌落得很惨的人生道理，渗透了德育培养。

在格言诗中，这种类似的例子还有很多。再如，《萨迦格言42》形容贤者名声远播如花香四溢的诗句，可作热学部分的分子动理论基本观点的情境创设，同时告诉学生只要努力学习不断提升自己，成为对国家和社会有贡献的人，不需自己宣扬，自会美名扬。《萨迦格言103》有关麦秆浮于水的诗句，可以和浮力相联系；《萨迦格言104》关于小河大海的描写，可以和声学联系等等。很多学生对格言诗都比较熟悉，所以在学习相应的内容时适当地加入格言诗，会大大提升学生学习的兴趣。

（二）以西藏自然现象为“西藏元素”

彩虹在西藏传统文化中有着美好的寓意。藏族民谚说:“西藏是彩虹的故乡”。彩虹落地，七彩迸溅，美丽场景令人神往。那彩虹是怎么形成的呢？事实上，彩虹是太阳光照射到空气中的雨滴被折射形成弧形七色光的一种光学现象，见图1。因此，可以此为情境引导学生分析彩虹的形成原因。

图1 彩虹形成图［4］

例2在西藏常常能看到美丽的彩虹，请根据人教版选修3-4中光的折射以及光的折射率知识，试分析彩虹的形成原因。

设计意图：太阳光是复色光，包含红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光，这七种色光的频率从红光到紫光依次增高。依据折射定律n=sini/sinr以及同种介质中光的频率与折射率的关系，在入射角相同的情况下，由于七种色光的折射率不同，所以当太阳光经过空气中的水珠时，七种色光的折射角不同，就彼此分开，形成光的色散现象，也就是我们看到的彩虹。所以并没有什么“虹化现象”，它只是古人对这些无法解释的自然现象的一种精神寄托。因此，引导学生要相信物理、尊重物理、学好物理，用物理观念、科学思维来擦亮自己智慧的眼睛，探寻自然现象背后蕴含的科学规律，培养实事求是的科学态度与责任。还可以向学生拓展，有时天空出现的一明一暗两条同心彩虹的“双虹美景”，其中颜色稍暗的副虹，是太阳光在水滴中经两次反射而成的，也是一种自然现象，是可以用物理知识解释的。

（三）以西藏农耕方式为“西藏元素”

西藏地区使用“二牛抬杠”这种民间传统犁耕技术的历史已有很久，见图2。据《西藏王统记》记载：早在公元前2世纪，藏民族已“制犁与轭，合二牛轭，垦平原以为田”。教学中，可以用“二牛抬杠”为情境引导学生思考力的合成相关知识。

图2 “二牛抬杠”耕作图［5］

例3在全国大多数地区我们看到的是一头牛拉犁耕地，而拉萨郊区以前的“二牛抬杠”耕作是用两头牦牛一起来犁地，为什么要用两头牛呢？两头牛一定比一头牛拉犁力气大吗？这两头牛要怎样拉犁才能使其合力最大呢？

设计意图：特殊的犁耕方式体现了古代藏族人民的物理观念和科学思维。通过这个情境，学生们可以看到自己勤劳智慧的先辈们早在公元前2世纪就明白了这个力学知识，并把它用到了劳动实践中。熟悉的情境，激发了学生的学习兴趣与动机，教师趁热打铁引导学生讨论分析这其中包含的力学知识。通过三个问题的层层引导，学生经过分析得到，只有当两头牛一起沿相同方向对杠施加力的作用，才是不同角度合成中合力最大的，如果这两个力等大，那么合力则是分力的两倍。实际教学中，班上有不少学生对于这一生活场景比较熟悉，学生们热情高涨，积极给老师和没见过这种耕种方式的学生讲解这个装置是怎样连接的，是怎么耕地的，取得了很好的课堂互动和教学效果。

（四）以西藏地理特点为“西藏元素”

西藏位于青藏高原之上，海拔高、空气稀薄、空气中的尘埃等杂质少，并且纬度低、日照时间长，每平方米达到7千瓦时，年日照期长达3400小时，光热资源极为丰富，是我国太阳辐射能最丰富的地区。教师设计课程使时可以此引导学生对西藏太阳能发电情况进行讨论。

例4交流电的发现给人类的生活带来了翻天覆地的变化，选修3-2的第五章中就研究了交流电以及远距离输电问题。而在光热资源丰富的西藏，是怎样因地制宜开发太阳能发电的？你家有没有太阳能发电设备？

设计意图：通过讨论以及查阅资料，学生发现西藏有多种发电方式，其中太阳能发电一直受到国家的大力支持。拉萨早在上个世纪六十年代就已经开始使用太阳能发电，而且西藏自治区一直致力于推广太阳能发电，截止2019年西藏太阳能光伏电站装机总容量位居全国第一，惠及广大农牧民群众，而且不少同学家中也都有太阳能发电设备。教师向学生介绍太阳能发电原理以及远距离输电知识，引导学生感受生活与物理的紧密关系，树立学生用物理观念思考问题，用科学思维分析问题，用科学探究方法研究与解决问题，从而形成良好的科学态度与责任。

（五）以藏民族日常生活为“西藏元素”

在人教版高中物理必修一第二章研究匀变速直线运动的规律时，可以以拉萨雪顿节、牦牛等日常生活中的西藏元素，创设关于匀变速直线运动的问题情境。

例5扎西的父亲今年8月份开皮卡到拉萨参加雪顿节，在平直的公路上行驶，自A点以3m/s2的加速度加速行驶了10s运动到B点，这个过程中卡车驶过了200m。请问汽车在A点的速度是多少？如果扎西的父亲到B时恰看到前方150m处有一头牦牛在路中央，立即紧急刹车，若刹车的加速度是5m/s2，皮卡是否会撞到牦牛？

设计意图：以日常生活中的西藏元素创设问题情境，激发学生的认同感，通过组织讨论，引导学生在位移、速度、加速度等知识的理解与应用过程中，巩固所学内容，培养学生应用科学思维处理实际问题，用科学探究进行问题解释与证明的能力。

通过“西藏元素”物理教学，让学生在感受西藏文明进步历程的同时，找到物理学习的乐趣与意义，从而开启物理学习的新篇章。然而由于“西藏元素”物理教学的关键在于“西藏元素”素材，特别是具有物理知识和思想的“西藏元素”素材。因此，希望更多的同仁参与到素材的收集、整理，以及“西藏元素”物理教学案例的开发中，以更好地达到“西藏元素”物理教学的目标。