融合中国古代科技的物理跨学科课程开发实践

【专家介绍】

阮享彬，男，重庆市教育科学研究院基础教育教学研究所物理教研员，中学物理正高级教师。兼重庆市教育学会物理教学专委会秘书长，中国物理学会中学教学专委会理事等。

20年基层学校教学和12年教研工作经历中，长期专注于中学物理课堂教学策略和评价专业化研究，《义务教育物理（沪科版）》教材核心作者，曾荣获全国教学成果奖二等奖1项，省市级教学成果奖6项，主编《基于深度学习的初中物理课型教学策略》专著1本，专利2项，参编教材或著作5本。发表论文50余篇。曾荣获首届全国中学物理课堂教学名师赛壹等奖、全国优秀物理教研员、重庆市科普演讲优秀讲师和重庆市名师等荣誉。

摘 要：将中国古代科技成就融入初中物理跨学科课程中，可以助力全面育人。通过分析中国古代科技与新课程特征的契合点，在课标内容分析基础上，结合新教材的古代科技素材，基于区域实践尝试，提出具有物理学科性和教学适切性的特色课程开发建议，通过倡导“国风”物理课堂建设，在“做中学”中落实责任担当，为新课程背景下初中物理课堂变革提供参考。

关键词：中国古代科技；物理跨学科；课程开发；教学改革

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2024）10-0001-4

基金项目：课程教材研究所重点项目“落实基础教育课程标准实验研究”（JCSZDXM2022002）；中国教育学会2022年教育科研一般规划课题“融入中国古代科技的初中物理跨学科实践课程设计实施和评价研究”（202200150703B）。

义务教育课程方案和课程标准（２０２２年版）的颁布，进一步明确了义务教育阶段深化课程改革的方向。在以真实性、综合性和实践性为突出特点的新课程背景下，跨学科实践课程逐渐受到重视。初中物理学科的跨学科实践主题学习需要加强物理学跟日常生活、物理学跟工程实践和物理学跟社会发展之间的关联性，要求我们在日常教学中，需要以物理学中具有联系实际价值的内容作为突破口，综合组织和设计教学内容。其目的就是通过跨学科主题学习，发展学生综合运用多学科知识分析问题和解决问题的能力，在调研、操作、制作、探究等多种形式的活动中培养学生的实践能力，进而养成实事求是、严谨认真的态度和勇于实践、敢于创新的精神。将中国古代科技融入初中物理的跨学科实践课程，可以在提升学生学习兴趣和创新精神的同时，促进理性反思，激励理想信念，肩负“为国育才、为党育人”的物理学科教育教学担当。

１ 中国古代科技成就契合了课程新要求

新一轮课程改革要求通过关注关联来加强课程综合性，通过变革育人方式来突出课程实践性。各学科需要精选内容，按照明确的育人主线，从社会发展和学生终身发展的需要出发，在正确价值观念的引领下，厚植学生的家国情怀和社会责任感，在其终身发展所必需的品格和能力形成的同时，重视实践能力和创新精神的培养。可见，真实性、实践性和综合性就成了本轮新课程的突出特征，中国古代科技成就的显著特点正好契合了这一特征。

１．１ 中国古代科技的生活真实性

我国古代科技成就不仅推动了社会的进步，也极大地改善了人们的生活质量。如古代灌溉、土壤改良、农具、施肥等农业技术的创新，不仅改变了人们的农作方式，提高了农作物的产量，也进一步推动了中国古代的城市化进程。交通方面，我国古代发明了造船和航海技术，创造了马车等交通工具，同时，我国古代四大发明之一的指南针也进一步促进了社会的交流和商业的发展，在提高人们出行效率的同时，还促进了人们的贸易活动和地区间的文化交流。还有，木人木鹊（古代的无人机）和冰鉴（古代的水箱空调一体机）等发明，都体现了我国古代人民在日常生活用品创新方面的智慧。这些素材的教学功能开发，通过将不同社会发展背景下的古今生活经验跟物理学科内的相关知识进行整合和统筹，通过寻找生活逻辑和教学逻辑的结合点，自然地设计综合性的跨学科主题学习活动，以体现本轮新课程的生活性和真实性。

１．２ 中国古代科技的技术实践性

在很多领域中，我国古代都取得了科技成就，尽管不少科技成就缺乏系统全面的理论体系。如《吕氏春秋》中的《上农》等，详细论述了农业生产技术和原则，即便有一定的理论，这些成就也是与技术应用紧密结合，具有显著的技术化倾向。这一技术性特点构成了中国古代科技独特的风格和体系，对后世产生了深远的影响。

义务教育新课程方案要求强化课程与社会实践和生产劳动的结合，采用“做中学”“用中学”和“创中学”的方式，加强学生在学习全过程中的学思结合和知行合一。充分利用我国古代的实用技术性科技素材，开发与之密切关联的工程实践类课程，采用新技术手段，优化跨学科主题学习的实施策略和途径，推进工程教育和技术实践。

１．３ 中国古代科技的跨学科综合性

中国古代科技涉及农学、医学、数学、天文学等多个领域，跨学科性十分显著，体现在多个方面。这种跨学科性不仅推动了各个科技领域的创新，还加深了对于古代中国文化的理解。比如，在我国古代建筑中的坡屋顶、榫卯结构等设计都充分体现了物理学和数学的原理。榫卯结构的运用需要精确的测量和计算，以确保各个部件之间的连接稳固。坡屋顶的设计则考虑了重力和风力的影响，以保证建筑的稳定性和安全性。而中学物理课程在知识内容、研究方法和技能运用等方面具有突出的综合性，将同样综合性强的我国古代科技成就融入跨学科课程，有助于培养学生的全面素质和综合能力，为学生的未来发展奠定坚实的基础。落实“加强综合课程建设，完善综合课程科目设置，注重培养学生在真实情境中综合运用知识解决问题的能力。开展跨学科主题学习，强化课程协同育人功能”［２］这一基本原则。

综上所述，中国古代科技成就与新课程真实性、实践性和综合性特征要求之间存在一致性。通过深入挖掘和利用这些科技成就的教学资源，并将其有机融入跨学科实践课程中，不但丰富了学科教学内容和方法，学生的综合素养也能得到全方位提升，为他们的未来发展奠定坚实的基础。

２ 融合中国古代科技的物理跨学科特色课程开发建议

我国古代的科技成就涉及的领域广、内容多，可合理选择合适的内容，融入物理跨学科课程，形成融合中国古代科技的物理跨学科特色课程（以下简称“特色课程”）。重庆物理教研团队的课程开发经历说明，依照课标、参考教材进行特色课程设计与开发实施，才能避免盲目性，实现“教·学·评”一致性。

２．１ 依照课标开发特色课程彰显学科性

课程标准为教学实施提供了清晰、明确的指导方向，依标教学有助于实现高质量的学科教学和学生的全面发展，课程标准成为课程开发的重要依据。大量的古代科技内容描述成了新版课标的一大亮点。在初中物理新课标中，每一个科学内容主题的教学示例、学业要求以及教学提示等内容中，都含有大量中国古代科技成就方面的内容。例如，在“物质”主题的内容举例、活动建议和情境素材建议中，明确提出了可以通过资料查阅了解我国古代的铸造技术和四大发明，及其在社会进步中扮演的重要角色，并尝试用本主题的相关知识进行解释；在“运动与相互作用”主题的内容举例、活动建议和教学策略建议中，还提出将我国古代建筑、测量工具等成就引入课堂，学生在体会古人解决问题的智慧的同时，爱国情怀、民族自豪感得以升华，进而增强实现中华民族伟大复兴的使命感；在“能量”主题的学习活动设计中，建议学生通过查阅我国古代水磨、水碓等机械资料，在文献学习的基础上完成一篇调查报告。

另外，在初中物理新课标的“跨学科实践”主题的第二个二级主题的第一个三级主题内容中，还明确要求学生通过了解我国古代的技术应用案例，体会其对人类文明和社会发展的重要促进作用。在初中物理新课标的“试题命题建议”中，要求正确设计体现积极向上的价值追求和健康的审美情趣方面的测试目标，并通过以我国古人劳动的情境为素材的一个试题样例，直观呈现如何将我国古代科技融入物理问题，旨在让学生感受我国古人的聪明才智、增强民族自豪感［３］的试题命制方法，通过有这样的测试目标导向的试题，体现积极向上的价值追求和健康的审美情趣。

以上内容为教材编写、教学实施和评价实施提出了明确的要求。在跨学科课程开发时，首先需要对新课标相关内容进行分析、整合，在认真研究新课标内容的基础上，科学拟定实践主题，将中国古代科技元素有机融入到每个主题教学的全过程中，以物理学科为支点的多学科融合，在发展物理核心素养的同时，进一步全面发展学生的综合素养。

２．２ 依教材学情开发更具适切性的特色课程

教材作为知识的载体和传递媒介，扮演着至关重要的角色。教材不仅仅只是给学生提供学科知识内容，更是教师教学实施的重要参考。基于课程标准要求编写的教材，自然是充分考虑了学生已有认知水平、学习需求和兴趣点。所以，依据教材内容中呈现的中国古代科技相关内容，开发一些与之相匹配的特色课程，往往更符合教学适切性。例如，在沪科版初中物理八年级全一册（２０２４年版）新教材中，中国古代科技相关的素材在每章中数量（图１）在１～８处之间，全一册共有３９处之多。由中国古代素材信息在教材栏目的分布情况（图２）可知，其中教材正文和作业中较多，分别有１３处与９处。可见，新版教材更加重视在“教·学·评”各环节中渗透中国古代科技的育人价值追求，也为我们开发跨学科特色课程提供了重要参考。

另外，教师可以根据包括关联学科内容、师生特长和本土特色资源等，开发更为广泛意义上的跨学科特色课程，让师生在特色课程的沉浸式课程开发和实施中，成为融合中国古代科技的物理跨学科特色课程的主人。

３ 融合中国古代科技的物理跨学科特色课程实施策略

在当今全球化的教育背景下，如何有效融合中国传统元素与现代科学知识，培养学生的综合素质和民族自信，成为教育领域的重要课题。特别是在物理这一基础学科中，通过跨学科特色课程的实施，不仅能够增强学生的学习兴趣，还能促进对中国古代科技文化的传承与发展。

３．１ 用古代科普阅读分享树立民族自信

在课程实施中，我们可以开展一些古代科普文献阅读与分享活动。通过阅读《天工开物》《梦溪笔谈》等古代优秀科技作品，让学生了解古代科学家的智慧与成就，感受中国古代科技的辉煌。这样的活动不仅能够增强学生对中国传统文化的认同，还能树立他们的民族自信。

为减轻学生在阅读资源选择方面的负担，区域教研团队也可以甄选一些跟初中物理教学同步的科普读物，开发成更有物理教学价值的我国古代科技物理读本，读本中的每一则中国古代科技故事，可以按照“讲故事—析原理—求拓展”的体例编写。借助这样的阅读导引，学生在广泛了解我国古代真实的科技成就的基础上，尝试用已有的物理学原理去解读或者探究其科学真谛，在领悟和反思中寻求拓展创新，增强文化自信的同时呼唤作为炎黄子孙的责任担当。

学生阅读后的分享形式也要多样化，常见的有讲故事式的口头分享、科技小论式的书面分享等。激励学生借助情境再现以增加直观性，对于有绘画天赋的学生，还可以鼓励他们通过原创漫画的方式，以增添分享的趣味性和创新性。无论选择哪种形式进行阅读分享，关键都是科学表达和直抒胸臆，鼓励更多的人群参与到科普阅读中来。

３．２ 让有浓郁“国风”特色的物理课成为常态

我们可以把中国古今科技素材作为物理学科的“国风”元素。在跨学科特色课程开发与实施中，应注重“国风”元素融入真实学习情境，让“国风”物理课成为常态。例如，在“牛顿第一定律”课堂教学中，在介绍人类认识“力与运动”的历程时，可以通过援引我国古代经典著述中的真实记载，按历史脉络呈现墨子（力，刑之所以奋也）、韩非子（有乌获之劲，而不得人助，不能自举）和王充（其力虽重，不能自称，须人乃举）［４］等古代科技人物代表性学术观点，让学生基于证据感受华夏贤哲的科学贡献和聪明才智，树立文化自信。

随着通用技术课程的开设，木工等传统加工专用教室越来越普及，物理教研组要加强跟通用技术教师开展跨学科教研，有条件的学校完全可以借力通用技术课程设计开发一系列教具和学具融入公开课、常态课和学生社团，让学生在浓郁的“国风”物理特色课堂中感受古代技术为现代物理课堂添彩的魅力。

通过“国风”物理课堂建设，让学生在其浓郁的氛围中被感染、被熏陶，民族自豪感油然而生，激发他们为中华民族伟大复兴贡献力量的责任和担当。

３．３ 以还原古代的科技样品向非遗致敬

为了让学生更直观、深入地了解古代科技，我们可以组织学生进行古代科技样品的还原制作。通过亲手制作杆秤、投石机、桔槔、舂等古代科技模型，在制作图纸设计、材料选择和加工成型等环节中，锻炼学生跨学科解决问题的能力，将“做中学”“用中学”落到实处。

古代科技样品还原制作成品后，还可以开展样品功能展示、答辩等形式多样的实践性活动。比如，学生自制杆秤的课程中，设计了自制杆秤精度大赛，学生在深入领会物理原理的基础上，结合过程中的尝试、改进、优化的亲身经历，畅谈从一开始的“想当然”到初试后的“残酷的失败”，从理性质疑走向科学修正的内心反思，养成实事求是的科学态度，使创新思维能力得以提升。

综上所述，融合中国古代科技的物理跨学科特色课程的开发与实施，旨在通过多样化的教学方式和手段实现全面育人。基于教材版本参考、不同地域教育资源和学生构成现状等因素的差异化，设计开发的课程形态应该也是有差异的，但是培养学生的综合素质和民族自信，同时促进对中国古代科技文化的传承与发展的育人目标却是一致的。

“教育的本质意味着：一棵树摇动一棵树，一朵云推动一朵云，一个灵魂唤醒一个灵魂。”［５］我们希望通过浓浓中国味的物理跨学科课程开发与实践，在情境创设、活动设计和评价设计各环节探索深度融合机制，让常态化的“国风”物理课成为那棵“树”、那朵“云”和那个“灵魂”。

参考文献：

［１］廖伯琴．跨学科主题学习实践指导 初中物理［Ｍ］．北京：北京师范大学出版社，２０２３．

［２］中华人民共和国教育部．义务教育课程方案（２０２２年版）［S］．北京：北京师范大学出版社，２０２２．

［３］中华人民共和国教育部．义务教育物理课程标准（２０２２年版）［S］．北京：北京师范大学出版社，２０２２．

［４］卢嘉锡，戴念祖．中国科学技术史 物理学卷［Ｍ］．北京：科学出版社，２００１．

［５］卡尔雅斯贝尔斯.什么是教育［Ｍ］．童可依，译．上海：生活·读书·新知三联书店出版社，２０２１．

（栏目编辑 廖伯琴）