利用地方博物馆藏品开发中学物理教学资源

刘 俊，李奇云

湖南理工学院物理与电子科学学院，湖南 岳阳 414000

1 引言

地方博物馆是一个地区传统文化的重要载体，是一个地区历史的浓缩。2021年底，全国已备案的博物馆有6183家，是一座丰富的教学资源宝库。近年来,越来越多教育专家将教育资源开发的目光投向各级博物馆藏品，但其开发主要集中在历史、地理和美术等人文学科，对物理学科的教学资源开发还相对较少。《普通高中物理课程标准（2017年版）》建议在编写教材时应该关注不同地区、不同民族的自然和人文环境，充分利用科技馆、博物馆、科普图书和科普视频等教育资源。物理学科知识不只限于冰冷的科学原理，更应该与生活传统文化相结合。让学生在物理学习过程中体验传统文化之美，继承和发扬传统文化，培养学生的“文化自信”。

2 岳阳市博物馆馆藏资源

岳阳市博物馆馆藏丰富，主要分为岳阳古代文明陈列和岳阳民俗文化两大部分。展品主要以文物和民俗活动为主，是古人智慧的结晶，蕴含着不少物理知识和思想，是优良的物理教学素材和资源。笔者从岳阳市博物馆工作人员处得知，目前岳阳市博物馆与当地中小学合作开展的教育活动主要以“流动博物馆”的形式进入校园，即博物馆工作人员利用图片和视频资源进行相关讲解活动。此类活动偏向科普性质，主要进行历史文化和思想政治等方面的教育。我们可以进一步深入挖掘馆藏资源中蕴含的自然科学原理，将古代文明和民俗文化用于物理学科教学活动。笔者实地考察了岳阳市博物馆的馆藏资源，分析整理了馆藏资源中蕴含的物理知识，按照知识模块分类筛选出表1所示的物理教学资源。

表1 岳阳市博物馆馆藏中的物理教学资源

3 物理教学资源开发案例

建构主义学习理论认为，教师应当为学生创设学习情境，让学生根据已有的知识和生活经验，对出现的问题进行推断和解释，激发学生进行推理、鉴别和分析等思维活动，同时为学生提供丰富的信息资源以及适当的帮助，促进学生主动解决问题。博物馆中的古代文物和民俗文化兼具有趣的内容和厚重的历史沉淀，利用信息化和生活化等手段将其复制进课堂教学，可以让传统文化“活”起来，使得学生可以直观感受传统文化的魅力。教师可以根据文物蕴含物理知识的不同特点，将其应用于教学过程的不同环节。笔者分别选取了声学、光学、热学和力学板块中的一个馆藏资源，将“陶响球”设计开发成一个完整的教学案例；将“皮影戏”“龙舟竞渡”和“失蜡法”应用于某一个具体的教学环节。

3.1 教学案例设计——陶响球

陶响球（图1）是华容县车轱山遗址出土的一种原始乐器，制作于至今约5000年的新石器时代，既是乐器，也是最早的声音玩具。陶响球是一个中空的陶体球，球内填充沙砾，球表面有锥刺的24个曲面等腰三角形纹饰，集古人高超的制作工艺和艺术成就于一体。陶响球在日常生活中常用作小孩的玩具，也是一种音乐节拍器。舞者可以通过摇动陶响球节奏的快慢，来表达喜庆或哀伤的情感。利用陶响球这种古人有趣巧妙的玩具，激发学生的学习兴趣，增强学生对我国传统文化的认同感。陶响球蕴含的物理知识为声现象，具体教学过程设计如表2所示。

图1 陶响球模型（左图）和馆藏实物图（右图）

表2 陶响球教学案例设计

【教学效果与反思】该教学案例选用了图片和视频等直观的教学资源。学生通常对古人的日常生活充满好奇，所以具有较高的学习兴趣。利用生活中常见的素材自制简易陶响球模型，不仅锻炼了学生的动手能力，也让他们知道生活废品也有利用价值。此外，实验过程中还渗透了单一变量原则。不足的地方是素材形式较单一，主要以图片和视频方式呈现。学校应进一步加强馆校合作程度，若能将博物馆文物复制品引入课堂演示，或者在博物馆文物旁进行现场教学，将进一步提升教学效果。

3.2 新课引入案例1——皮影戏

皮影戏又称“影子戏”或“灯影戏”。据史书记载，皮影戏始于战国时期，兴于汉朝，繁盛于宋代，明清时传入岳阳，现流行于平江、岳阳和临湘等地。用灯照射兽皮或纸板做成的人物剪影（图2），艺人们在幕布后一边操纵戏曲人物剪影，一边用当地的曲调唱述故事，同时配以打击乐和弦乐，具有浓厚的乡土文化气息。皮影戏表演方式新奇有趣，适合应用于新课引入环节。

图2 馆藏皮影实物图

涉及物理知识：光的直线传播。

教学引入：教师播放民俗艺人表演皮影戏的视频，然后简单介绍皮影戏的历史文化背景，引导学生回顾曾经看过的皮影戏表演情景。接下来提出问题让学生思考和讨论，从生活现象中习得新知识。

问题1：为什么皮影戏会在幕布上留下一个影子呢？

问题2：左右移动皮影，影子会怎么移动呢？

问题3：用什么办法可以让影子变大？

问题解决：光沿直线传播，所以光无法绕过较大尺寸的障碍物照射到障碍物后方，因此在障碍物后方会形成一个阴影区域，也就是皮影的影子。虽然在课堂上无法完全重现皮影戏的演示过程，但是可以用手电筒和一张纸片做成一个简易皮影戏表演模型（图3）。通过移动纸片，让学生观察纸片和影子的移动情况。由于光沿直线传播，所以可利用几何关系分析影子和物体的位置关系。如图3所示，光线与纸片所构成的三角形△ABC与光线和纸片影子构成的三角形△ADE相似，因此移动纸片靠近光源，就能够使影子变大。

图3 皮影戏表演模型图

3.3 新课引入案例2——龙舟竞渡

龙舟竞渡俗称“划龙舟”（图4），是岳阳端午节主要的民俗活动之一。相传为纪念战国时期投汨罗江而死的屈原，后来逐渐发展推广成为一种隆重的节日文化活动。汨罗江端午节一般从农历五月初一开始，到五月十五结束。2005年，龙舟竞渡作为汨罗江端午习俗的一部分成为第一批国家级非物质文化遗产。

图4 龙舟竞渡

龙舟竞渡蕴含的物理知识有机械运动、相互作用力、浮力、力的合成与分解等。龙舟竞渡容易让学生代入运动员视角，适用于新课引入环节。本案例用于讲授“速度”这个物理概念。

【教学实施过程】教师播放龙舟竞渡的视频资料，然后通过以下设问引导学生逐步深入思考，进而引出“速度”这个物理概念，符合“先概念后名称”的物理教育观念。

问题1：如何判断同时同起点出发的两艘龙舟运动的快慢？

问题2：不同时间和不同路程情况下，怎么比较两艘龙舟运动的快慢？

问题3：请估算生活中常见物体运动的速度。

【问题解决】判断龙舟运动快慢有两种方法。一种方法是在运动时间相同的情况下，比较运动路程的长短，运动路程长的龙舟运动快。另一种方法是在运动路程相同的情况下,比较花费时间的多少，花费时间越少说明运动越快。如果两艘龙舟运动的时间和路程都不一样，用路程除以运动时间，得到相同时间内运动的路程。相同时间内运动路程越长的龙舟运动越快。而路程与时间的比值就是速度。然后让学生列举日常生活中常见物体的运动速度大小，进一步深化“速度”这个物理概念。

3.4 教学拓展案例——失蜡法

失蜡法是从中国古代流传下来的一种生产技艺，最初用于精密青铜器加工。工匠们先将蜂蜡雕刻成所需的器皿形状，然后用耐火泥料外敷一层外壳。加热升温让蜂蜡熔化，随后从外壳底端开孔处流出，形成器皿状空腔。最后注入融化的铜水，待铜水冷却凝固后，一件精美的青铜器便完成了。此工艺过程中包含了多个物态变化过程，适用于教学拓展环节。

【教学实施过程】教师先设问：生活中，人们制作一件复杂的铁器有什么方法？引导学生思考和讨论。接下来，教师展示精美的青铜器图片，介绍制作复杂精密青铜器的一种古老技艺——失蜡法。通过了解失蜡法的发展历史，使学生认识到这种古老的生产技艺传承发展到了现代，并应用于高科技领域，从而提升学生的民族自豪感。

【教学总结与反思】用失蜡法制作复杂的铁器需先用易熔化的物质（如蜂蜡）捏成模具，然后在模具之外加上一层耐高温的外壳。将固态的铁熔化成液态的铁水倒入耐热的外壳，蜂蜡受热熔化从模具底部小孔流出，而铁水则填补了原来蜂蜡的空间，最后冷却凝固成和蜂蜡模具一样的形状。整个过程涉及蜂蜡从固态到液态以及铁水从液态到固态两种物态变化过程。

4 结语

地方博物馆馆藏的教学资源带有明显的地方文化特色，可以开发为具有地方特色的校本课程和地方课程。对于特定类型的博物馆，例如自然科学博物馆和科技博物馆，与自然科学结合性更强，更适合自然科学教学资源开发，但这种资源开发方式不易普及。大型综合性博物馆，例如中国国家博物馆、湖南省博物馆等具有成熟的线上展品资源，教师并不需要实地考察就可以获得详实资料开发成教学资源，这种教学资源开发应用模式更易推广。