论文部分内容阅读
摘 要
物理教学中的度量观是在人们统一了基本物理量和物理单位的基础上所形成的度量观念。度量观不仅能够帮助学生理解抽象的物理概念与物理规律，而且有助于学生形成科学的物理观念。因此，物理教学需要在传授物理知识的同时，以恰当的方式向学生渗透“度量观”，使物理教学中的科学性和人文性同步发展，进而使学生形成物理核心素养。
关键词 度量衡 度量观 物理人文 物理教学
在物理核心素养中，物理观念是其关键要素之一。“度量观”作为“物理观念”的重要内涵之一，没有理由淡出物理教育者的视线。为此，本文对我国物理教学中“度量衡”教学展开分析与探讨，进而明晰“度量观”在物理教学中的地位和价值，希冀对物理课程教学改革有所裨益。
一、中西方“度量观”的历史沿革
在人类文明的长河中，计量、测量，自人类社会开始就存在了。据考古发现：在新石器时代就存在陶量（等比例的容量物体）[1]。在古代中国，度量衡泛指在生活中用于计量物体的统称。随着文明的发展，“度量衡”逐渐成为事物间比较和统一标准的日常操作规范。度量衡从器物逐渐扩展到度量衡制度等应用领域。而后又随着近代科学的“度量衡”理念发展而发展。
1.中国史中“度量观”的发展与革新
“度量衡”一词最早见于《尚书》[2]。古代的“度量衡”指在生活中用于计量物体长短、容积、轻重的物体统称。“度”的含义在于计量长短，“量”的含义在于计量容积，“衡”的含义在于计量轻重。但是测量这三个量并不能满足人类生活和生产的需要，随着人们的发明又有很多“度量衡”产物的诞生，如时间计量器物（在四千多年前尧帝时期的“土圭测景”计时工具），再如质量计量器物（我国湖南长沙东郊楚墓出土的两千七百多年前的杆秤）等等。在春秋战国时代，各诸侯国将度量衡发展为各有特色的计量器具。这都是人类为了计量而做出的发明。从物体长短、容积大小、物体轻重、时间的长短，再到物体质量多少，无不体现比较思想，以某一标准作为基础，比较相同类型物体与标准的差异，从而区别物体。
“度量衡”从古代的计量物器，而后发展成为计量的“标准”，如秦统一后颁布了度量衡法令、汉代形成度量衡制度等等[3]。由此可见，在文明发展的历程中，度量衡虽然它的计量内容发生着改变，但其标准与比较的思想却一直是文明发展的基石。自明朝末期，西方科学传入中国，而后自清朝末期，随着第二次西方科学渐入中国，这一次西方科学中的“度量衡”如滔滔江水般汇入中国的科学思潮中。在吸收了西方单位制思想之后，我国对于“度量衡”的研究又提上了新的日程。我国考古事业大力发展，带来了研究者们对于古代文物“度量衡”的研究。在中国，“度量观”自古至今都在发展，它跟随着中华上下五千年的发展脚步不断行进着。
2.西方史中“度量观”的发展与变化
人体特征成为东西方国家度量衡的共同起源[4]。在人类社会的早期，处于南美地区的印加帝国，其长度单位相当于古代秘鲁人的平均身长。古埃及的度量衡器物和度量衡制度也是很著名，在其遗留下来的古墓壁画中都有所体现。古巴比伦可以算作世界上最早规范度量衡的国家。古巴比伦的度量衡制度影响很广，后期的亚述人正是依据古巴比伦的度量衡制度发展了其测量体系[5]。古印度的度量衡发展，则是与经济贸易发展有关。古希腊文明，众所周知，是受古埃及、古巴比伦、古印度文明影响最深的文明之一，而后的古罗马人又借鉴了希腊人的传统进而发展自己的文化，度量衡就此得以延续。再之后，据科技史料记载，西方十字军征讨过程中，客观上将很多希腊科学著作翻译过来，总结科学经验和知识，为自身的科学发展奠定基础[6]。这也是西方进一步发展“度量衡”的有利条件。之后，法国大革命促进了新“度量衡”单位制的产生[7]。著名科学家拉瓦锡在担任计量改革委员会主席时，将度量衡制度进行改革，建立采用十进制的度量衡单位系统。近代数学和近代物理的发展大力促进了物理单位制的发展[8]。物理单位制的规范化可以看做是“西方度量衡”的发展标志。
自19世纪西方对于电、磁、热、光等现象的研究，再到20世纪逐渐形成系统的物理学体系，科学的“度量观”也逐渐发展。1971年，第十四届国际计量大会举办，会议上明确提出了7个基本物理量（长度、时间、质量、电流、热力学温度、物质的量和光强度）和34个国际导出单位的物理量。这次国际计量大会上提出和统一的基本物理量和物理单位，正是科学“度量观”发展的依据，这也是现代物理学科“度量观”发展的体现。
二、物理教学中“度量观”的教育价值
考察我国中学物理教学可知，从物理教学目标的制订开始，一直存在弱化物理单位制的倾向。研究发现，多数教师和学生没有系统地梳理物理单位制体系和其历史发展。加入“度量观”思想的教学对于培养学生物理素养有着至关重要的教育作用。
1.物理教学中“度量观”的实践价值
在现实生活中，人们很多时候都在应用度量思想。如中国采用斤两的单位于生产生活，其中1两等于0.05千克，1斤等于10两。所以，在采购蔬菜果肉时常常会听到“二两肉、一斤水果”等词组。这些实际上就是人们应用度量思想的体现。在物理教学中适当地加入生活物理元素，这样的教育会使学生的学习贴近于现实生活。
再如日常计量物重的器物，两种器物（天平或杆秤）从外形到结构有所不同，但殊途同归的是，称量的器物都是生动反映某些具体物质的物重。众所周知，西方常采用天平装置来称重物体。在我国，常采用杆秤来计量物体的重量。杆秤的原理与天平原理一致，但是不同于天平的是，在“杠杆平衡”时动力臂和阻力臂的长度是不相同的。在现有教学过程中，教师教学杠杆原理，学生掌握天平的使用规范，但与生活的联系有限。所以，笔者希望借助“度量观”将其紧密结合，进而凸显物理教育的实践价值。
2.物理教學中“度量观”的科学价值 众所周知，初中学生在历史课上学习过“度量衡”相关知识，对于“度量衡”知识和思想有了人文层次的理解。那么，在初中物理教学的过程中，基本物理量的教学离不开基本单位的解读，教师在教育教学过程中，要让学生结合历史“度量衡”的发展，促进其学习物理知识，不仅感受历史的积淀，还应体会科学计量的意义，这正是物理教学中人文思想的体现。
物理学家罗伯特·克里斯曾说过：在“规定性”定义中，一个事物通过与另外一个事物产生联系而被赋予意义。当一个物理单位（例如千克）被联系于一个特定的人造物（例如千克原型的金属块）以建立标准时，其逻辑条件是成立的。这个定义过程使得这个特定的人造物独立于所测量的现象[9]。单位的引入是人为设定的、人为规定以固定量的事物为单位，用成倍数的单位标准来描述事物整体。由此可见，度量观既可以体现出比较的思想，又可以体现出相似物之间的统一“标准”，这样既公平又有效。学生体会度量观的过程是感受物理人文性与科学性融合的过程，这既是科学的价值，亦是教育的力量。
3.物理教学中“度量观”的文化价值
物理学科作为与学生日常生活中测量、计量最相关的科学学科，物理教师需要引导学生思考来源于生活中的物理。生活日常无处不在的计量、测量、比较，都为学生们学习物理量、物理单位提供了生活依据。生活中的各个事物都可以由物理中的“度量衡”来描述和表达。这极大方便了人们对于事物间的比较以及事物标准的统一。物理量的单位蕴含丰富的物理文化，这些都是人类历经千百年对客观事物、客观空间的认识积累结晶。
尽管伴随物理学发展，物理量单位体系只有百多年历史，但其诞生的物理文化却很厚重，继承和发展了近千年。无论是西方思想入东方，还是东方思想传入西方，这都是文化的交流与融合的过程。在历史的长河中，物理单位制的形成与发展是继承了人类“度量观”思想的精华，最终形成的国际统一标准，是物理人文精神传承与发展。
三、物理“度量观”的教学建议
在现代物理教学中，需要大力提倡物理人文培养模式，对于学生进行全面的培养。基于“度量观”的物理教学，笔者设计了如下教学方式，希冀对中学物理教学开展“度量观”教学有所启示。
1.制作“度量衡发展史”学案
教师在初二质量课程之前，应当提前备课，充分了解度量衡相关的科技史。教师提取度量衡科技史的重要信息于学生学案中，在课前给每个学生打印一份阅读学案。在课堂相应环节中，让刚接触物理学科的初二学生结合他们在历史学科学过的度量衡知识进行阅读，思考物理计量、测量的重要意义。这样的课程设计既有连贯性、又有呼应感，能够让学生逐步提升物理学习深度。学生在课堂花五分钟的时间阅读“度量衡”的发展史，这对于学生接下来学习新的物理量、新的物理单位制都是有很大帮助的。五分钟的阅读时间，既不会耽误很多物理教学时长，又可以让学生的物理素养得到提升。
2.采取“度量衡分组作业”模式
教师在前一节课程下课前，让学生进行分组，不同组抽取收集物理材料主线，每组学生的侧重点不同，让学生在课后利用现代信息技术和电脑的支持，查阅资料，制作物理“度量衡发展”报告。在正式上课时，设计学生汇报环节，让不同小组的学生从不同视角展开对于“度量衡”的解读。围绕的主线可分为“度量衡”历史时间主线、不同国家发展“度量衡”主线、中西方对比“度量衡”主线、中西方“度量衡”关联主线、“度量衡”不同功能主线、科技史“度量衡”主线展开，让学生从不同方面收集材料，在课堂上汇报成果。最后，教师提炼主要观点，最终提炼汇总得到“度量衡发展”与物理单位制发展的联系。
“课下收集材料、课堂汇报成果”的活动课形式既生动，又有学习价值。让学生亲力亲为收集素材、学习素材、汇总分析素材，为他们之后学习物理量和物理单位打下基础。
3.教学中将物理量的学习与度量观相结合
随着我国新课程改革的推进，“物理观念”“科学思维”成为物理核心素养的重要维度。物理观念的培养，对于物理学科而言，基本物理量的学习和基本单位的学习是关键一步。学生在学习质量、时间、长度、速度、加速度时，一方面要让学生掌握物理概念，另一方面，还应该加强学生对于物理单位的深度学习。
质量是物体所含物质多少的反映。人们为了计量两个物体的质量，在比较中就需要统一标准。由此质量的单位引入，就极大地方便比较。质量的单位千克和克等是人为规定的固定数量的物质标准，千克被联系于一个特定的千克原型的金属块并以此建立标准，通过成倍数的千克和克来描述不同物体所含总物质的多少。长度单位的引入也是如此。让初中学生在学习抽象的物理量和单位时，结合历史中的实物进行理解，就能够有效地降低学习难度。如此，度量的力量和奥秘也逐渐凸显出来，“度量观”也会深深地根植于学生的大脑中。
参考文献
[1] 丘光明，邱隆，杨平.中国科学技术史：度量衡卷[M].北京：科学出版社，2001.62.
[2] 丘光明.古代度量衡单位趣谈[J].中国计量，2011（06）：58-59+87.
[3] 赵晓军.中国古代度量衡制度研究[D].合肥：中国科学技术大学，2007：3.
[4] 颜熠乔.高中生自主学习能力培养的研究[D].长沙：湖南师范大学，2014：32.
[5] 陈晓红，毛锐.失落的文明：巴比伦[M].上海：华东师范大学，2003：32.
[6] 肖丰.西欧文艺复兴文学中的阿拉丛文化影响研究[D].长春：东北师范大学，2018：18.
[7] 秦克诚.邮票上的物理学史-物理量单位制[J].大学物理，2001，20（01）：47-49.
[8] 刘增强，冯立昇.叶在扬对中西度量衡的研究与清末度量衡的改制——以《度量衡新议》为中心[J].自然科学史研究，2018，37（01）：71-86.
[9] 罗伯特·克里斯.物理单位的哲学新思考[N].科技日报，2018-12-14（001）.
[作者：傅子杰（1996-），女，北京人，中国科学技术馆展览设计中心，硕士;邢红军（1960-），男，河南平舆人，首都师范大学教师教育学院，教授，博士生导师。]
【責任编辑 孙晓雯】
物理教学中的度量观是在人们统一了基本物理量和物理单位的基础上所形成的度量观念。度量观不仅能够帮助学生理解抽象的物理概念与物理规律，而且有助于学生形成科学的物理观念。因此，物理教学需要在传授物理知识的同时，以恰当的方式向学生渗透“度量观”，使物理教学中的科学性和人文性同步发展，进而使学生形成物理核心素养。
关键词 度量衡 度量观 物理人文 物理教学
在物理核心素养中，物理观念是其关键要素之一。“度量观”作为“物理观念”的重要内涵之一，没有理由淡出物理教育者的视线。为此，本文对我国物理教学中“度量衡”教学展开分析与探讨，进而明晰“度量观”在物理教学中的地位和价值，希冀对物理课程教学改革有所裨益。
一、中西方“度量观”的历史沿革
在人类文明的长河中，计量、测量，自人类社会开始就存在了。据考古发现：在新石器时代就存在陶量（等比例的容量物体）[1]。在古代中国，度量衡泛指在生活中用于计量物体的统称。随着文明的发展，“度量衡”逐渐成为事物间比较和统一标准的日常操作规范。度量衡从器物逐渐扩展到度量衡制度等应用领域。而后又随着近代科学的“度量衡”理念发展而发展。
1.中国史中“度量观”的发展与革新
“度量衡”一词最早见于《尚书》[2]。古代的“度量衡”指在生活中用于计量物体长短、容积、轻重的物体统称。“度”的含义在于计量长短，“量”的含义在于计量容积，“衡”的含义在于计量轻重。但是测量这三个量并不能满足人类生活和生产的需要，随着人们的发明又有很多“度量衡”产物的诞生，如时间计量器物（在四千多年前尧帝时期的“土圭测景”计时工具），再如质量计量器物（我国湖南长沙东郊楚墓出土的两千七百多年前的杆秤）等等。在春秋战国时代，各诸侯国将度量衡发展为各有特色的计量器具。这都是人类为了计量而做出的发明。从物体长短、容积大小、物体轻重、时间的长短，再到物体质量多少，无不体现比较思想，以某一标准作为基础，比较相同类型物体与标准的差异，从而区别物体。
“度量衡”从古代的计量物器，而后发展成为计量的“标准”，如秦统一后颁布了度量衡法令、汉代形成度量衡制度等等[3]。由此可见，在文明发展的历程中，度量衡虽然它的计量内容发生着改变，但其标准与比较的思想却一直是文明发展的基石。自明朝末期，西方科学传入中国，而后自清朝末期，随着第二次西方科学渐入中国，这一次西方科学中的“度量衡”如滔滔江水般汇入中国的科学思潮中。在吸收了西方单位制思想之后，我国对于“度量衡”的研究又提上了新的日程。我国考古事业大力发展，带来了研究者们对于古代文物“度量衡”的研究。在中国，“度量观”自古至今都在发展，它跟随着中华上下五千年的发展脚步不断行进着。
2.西方史中“度量观”的发展与变化
人体特征成为东西方国家度量衡的共同起源[4]。在人类社会的早期，处于南美地区的印加帝国，其长度单位相当于古代秘鲁人的平均身长。古埃及的度量衡器物和度量衡制度也是很著名，在其遗留下来的古墓壁画中都有所体现。古巴比伦可以算作世界上最早规范度量衡的国家。古巴比伦的度量衡制度影响很广，后期的亚述人正是依据古巴比伦的度量衡制度发展了其测量体系[5]。古印度的度量衡发展，则是与经济贸易发展有关。古希腊文明，众所周知，是受古埃及、古巴比伦、古印度文明影响最深的文明之一，而后的古罗马人又借鉴了希腊人的传统进而发展自己的文化，度量衡就此得以延续。再之后，据科技史料记载，西方十字军征讨过程中，客观上将很多希腊科学著作翻译过来，总结科学经验和知识，为自身的科学发展奠定基础[6]。这也是西方进一步发展“度量衡”的有利条件。之后，法国大革命促进了新“度量衡”单位制的产生[7]。著名科学家拉瓦锡在担任计量改革委员会主席时，将度量衡制度进行改革，建立采用十进制的度量衡单位系统。近代数学和近代物理的发展大力促进了物理单位制的发展[8]。物理单位制的规范化可以看做是“西方度量衡”的发展标志。
自19世纪西方对于电、磁、热、光等现象的研究，再到20世纪逐渐形成系统的物理学体系，科学的“度量观”也逐渐发展。1971年，第十四届国际计量大会举办，会议上明确提出了7个基本物理量（长度、时间、质量、电流、热力学温度、物质的量和光强度）和34个国际导出单位的物理量。这次国际计量大会上提出和统一的基本物理量和物理单位，正是科学“度量观”发展的依据，这也是现代物理学科“度量观”发展的体现。
二、物理教学中“度量观”的教育价值
考察我国中学物理教学可知，从物理教学目标的制订开始，一直存在弱化物理单位制的倾向。研究发现，多数教师和学生没有系统地梳理物理单位制体系和其历史发展。加入“度量观”思想的教学对于培养学生物理素养有着至关重要的教育作用。
1.物理教学中“度量观”的实践价值
在现实生活中，人们很多时候都在应用度量思想。如中国采用斤两的单位于生产生活，其中1两等于0.05千克，1斤等于10两。所以，在采购蔬菜果肉时常常会听到“二两肉、一斤水果”等词组。这些实际上就是人们应用度量思想的体现。在物理教学中适当地加入生活物理元素，这样的教育会使学生的学习贴近于现实生活。
再如日常计量物重的器物，两种器物（天平或杆秤）从外形到结构有所不同，但殊途同归的是，称量的器物都是生动反映某些具体物质的物重。众所周知，西方常采用天平装置来称重物体。在我国，常采用杆秤来计量物体的重量。杆秤的原理与天平原理一致，但是不同于天平的是，在“杠杆平衡”时动力臂和阻力臂的长度是不相同的。在现有教学过程中，教师教学杠杆原理，学生掌握天平的使用规范，但与生活的联系有限。所以，笔者希望借助“度量观”将其紧密结合，进而凸显物理教育的实践价值。
2.物理教學中“度量观”的科学价值 众所周知，初中学生在历史课上学习过“度量衡”相关知识，对于“度量衡”知识和思想有了人文层次的理解。那么，在初中物理教学的过程中，基本物理量的教学离不开基本单位的解读，教师在教育教学过程中，要让学生结合历史“度量衡”的发展，促进其学习物理知识，不仅感受历史的积淀，还应体会科学计量的意义，这正是物理教学中人文思想的体现。
物理学家罗伯特·克里斯曾说过：在“规定性”定义中，一个事物通过与另外一个事物产生联系而被赋予意义。当一个物理单位（例如千克）被联系于一个特定的人造物（例如千克原型的金属块）以建立标准时，其逻辑条件是成立的。这个定义过程使得这个特定的人造物独立于所测量的现象[9]。单位的引入是人为设定的、人为规定以固定量的事物为单位，用成倍数的单位标准来描述事物整体。由此可见，度量观既可以体现出比较的思想，又可以体现出相似物之间的统一“标准”，这样既公平又有效。学生体会度量观的过程是感受物理人文性与科学性融合的过程，这既是科学的价值，亦是教育的力量。
3.物理教学中“度量观”的文化价值
物理学科作为与学生日常生活中测量、计量最相关的科学学科，物理教师需要引导学生思考来源于生活中的物理。生活日常无处不在的计量、测量、比较，都为学生们学习物理量、物理单位提供了生活依据。生活中的各个事物都可以由物理中的“度量衡”来描述和表达。这极大方便了人们对于事物间的比较以及事物标准的统一。物理量的单位蕴含丰富的物理文化，这些都是人类历经千百年对客观事物、客观空间的认识积累结晶。
尽管伴随物理学发展，物理量单位体系只有百多年历史，但其诞生的物理文化却很厚重，继承和发展了近千年。无论是西方思想入东方，还是东方思想传入西方，这都是文化的交流与融合的过程。在历史的长河中，物理单位制的形成与发展是继承了人类“度量观”思想的精华，最终形成的国际统一标准，是物理人文精神传承与发展。
三、物理“度量观”的教学建议
在现代物理教学中，需要大力提倡物理人文培养模式，对于学生进行全面的培养。基于“度量观”的物理教学，笔者设计了如下教学方式，希冀对中学物理教学开展“度量观”教学有所启示。
1.制作“度量衡发展史”学案
教师在初二质量课程之前，应当提前备课，充分了解度量衡相关的科技史。教师提取度量衡科技史的重要信息于学生学案中，在课前给每个学生打印一份阅读学案。在课堂相应环节中，让刚接触物理学科的初二学生结合他们在历史学科学过的度量衡知识进行阅读，思考物理计量、测量的重要意义。这样的课程设计既有连贯性、又有呼应感，能够让学生逐步提升物理学习深度。学生在课堂花五分钟的时间阅读“度量衡”的发展史，这对于学生接下来学习新的物理量、新的物理单位制都是有很大帮助的。五分钟的阅读时间，既不会耽误很多物理教学时长，又可以让学生的物理素养得到提升。
2.采取“度量衡分组作业”模式
教师在前一节课程下课前，让学生进行分组，不同组抽取收集物理材料主线，每组学生的侧重点不同，让学生在课后利用现代信息技术和电脑的支持，查阅资料，制作物理“度量衡发展”报告。在正式上课时，设计学生汇报环节，让不同小组的学生从不同视角展开对于“度量衡”的解读。围绕的主线可分为“度量衡”历史时间主线、不同国家发展“度量衡”主线、中西方对比“度量衡”主线、中西方“度量衡”关联主线、“度量衡”不同功能主线、科技史“度量衡”主线展开，让学生从不同方面收集材料，在课堂上汇报成果。最后，教师提炼主要观点，最终提炼汇总得到“度量衡发展”与物理单位制发展的联系。
“课下收集材料、课堂汇报成果”的活动课形式既生动，又有学习价值。让学生亲力亲为收集素材、学习素材、汇总分析素材，为他们之后学习物理量和物理单位打下基础。
3.教学中将物理量的学习与度量观相结合
随着我国新课程改革的推进，“物理观念”“科学思维”成为物理核心素养的重要维度。物理观念的培养，对于物理学科而言，基本物理量的学习和基本单位的学习是关键一步。学生在学习质量、时间、长度、速度、加速度时，一方面要让学生掌握物理概念，另一方面，还应该加强学生对于物理单位的深度学习。
质量是物体所含物质多少的反映。人们为了计量两个物体的质量，在比较中就需要统一标准。由此质量的单位引入，就极大地方便比较。质量的单位千克和克等是人为规定的固定数量的物质标准，千克被联系于一个特定的千克原型的金属块并以此建立标准，通过成倍数的千克和克来描述不同物体所含总物质的多少。长度单位的引入也是如此。让初中学生在学习抽象的物理量和单位时，结合历史中的实物进行理解，就能够有效地降低学习难度。如此，度量的力量和奥秘也逐渐凸显出来，“度量观”也会深深地根植于学生的大脑中。
参考文献
[1] 丘光明，邱隆，杨平.中国科学技术史：度量衡卷[M].北京：科学出版社，2001.62.
[2] 丘光明.古代度量衡单位趣谈[J].中国计量，2011（06）：58-59+87.
[3] 赵晓军.中国古代度量衡制度研究[D].合肥：中国科学技术大学，2007：3.
[4] 颜熠乔.高中生自主学习能力培养的研究[D].长沙：湖南师范大学，2014：32.
[5] 陈晓红，毛锐.失落的文明：巴比伦[M].上海：华东师范大学，2003：32.
[6] 肖丰.西欧文艺复兴文学中的阿拉丛文化影响研究[D].长春：东北师范大学，2018：18.
[7] 秦克诚.邮票上的物理学史-物理量单位制[J].大学物理，2001，20（01）：47-49.
[8] 刘增强，冯立昇.叶在扬对中西度量衡的研究与清末度量衡的改制——以《度量衡新议》为中心[J].自然科学史研究，2018，37（01）：71-86.
[9] 罗伯特·克里斯.物理单位的哲学新思考[N].科技日报，2018-12-14（001）.
[作者：傅子杰（1996-），女，北京人，中国科学技术馆展览设计中心，硕士;邢红军（1960-），男，河南平舆人，首都师范大学教师教育学院，教授，博士生导师。]
【責任编辑 孙晓雯】