中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化融入“大學(xué)物理”課程教學(xué)的探索

楊遠(yuǎn)貴，郝文清，陳 三，馬千惠

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)：“文化自信，是更基礎(chǔ)、更廣泛、更深厚的自信.在5 000多年文明發(fā)展中孕育的中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，在黨和人民偉大斗爭中孕育的革命文化和社會主義先進(jìn)文化，積淀著中華民族最深層的精神追求，代表著中華民族獨(dú)特的精神標(biāo)識［1］.”因此，“大學(xué)物理”教學(xué)中融入中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，深入挖掘中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中蘊(yùn)含的思政元素，將其融合應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中，有助于培養(yǎng)大學(xué)生的愛國主義情懷，增強(qiáng)文化自信.

“大學(xué)物理”是實(shí)現(xiàn)“立德樹人”教育根本任務(wù)的重要課程，是理工科大學(xué)生的必修課程，也是部分文科大學(xué)生的選修課，其涉及的專業(yè)范圍廣，選課的學(xué)生多.中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化蘊(yùn)含著豐富的物理學(xué)知識，把這些物理知識融合到“大學(xué)物理”教學(xué)中，有利于實(shí)現(xiàn)價(jià)值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三位一體的教學(xué)目標(biāo).

通過知網(wǎng)進(jìn)行檢索（截止2023年10月30日），185篇文章的標(biāo)題同時(shí)有“大學(xué)物理”和“課程思政”，其中研究性論文80余篇，多數(shù)論文為教學(xué)案例，如力學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)等案例［2-6］.本文以“大學(xué)物理”為載體，從中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中挖掘課程思政素材.在“大學(xué)物理”教學(xué)中融入中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，可以激發(fā)學(xué)生的愛國主義情懷，堅(jiān)定文化自信，做擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時(shí)代新人.

1 中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中蘊(yùn)含的物理知識

中國具有悠久的歷史，五千年的文明孕育出燦爛的文化.在許多經(jīng)典著作中留下了物理學(xué)的印跡，如古代的科技專著《墨經(jīng)》《夢溪筆談》等.此外，在中國古代的詩詞、古典文學(xué)名著中也有許多對物理現(xiàn)象和物理規(guī)律的描述.

1.1 古代科技專著中蘊(yùn)含的物理知識

在我國古代科技專著中，涉及物理知識的專著有《墨經(jīng)》《夢溪筆談》《考工記》《天工開物》等.中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所戴念祖先生在《中國古代物理學(xué)》一書中指出，“在古代圖書分類的經(jīng)、史、子、集四部中，幾乎沒有一本是絲毫不涉及物理現(xiàn)象的著作”［7］.例如，我們熟悉的“兩小兒辯日”（出自《列子·湯問》），關(guān)于太陽離我們的遠(yuǎn)近和太陽的視圓面大小等問題的爭論，可以用光的散射和視覺誤差來解釋［8］.盡管古代經(jīng)典著述中涉及與物理相關(guān)現(xiàn)象的文字著墨不多，但卻是我國勞動人民智慧和文化的結(jié)晶.此外，這些專著蘊(yùn)含的物理知識在物理學(xué)史和科學(xué)思想史中也有介紹［9-10］，下文對《墨經(jīng)》《夢溪筆談》中的物理現(xiàn)象進(jìn)行個例分析.

《墨經(jīng)》是先秦墨家的著作，全書包含豐富的物理學(xué)知識，尤重力學(xué)和光學(xué).《墨經(jīng)》中有關(guān)于力、力的平衡和杠桿、斜面等簡單機(jī)械的論述；同時(shí)記載了許多光學(xué)知識如小孔成像、光的反射和面鏡（包括平面鏡、凹面鏡和凸面鏡）成像等.《墨經(jīng)·經(jīng)上》有：“力，刑（形）之所以奮也.”“刑”即今謂有形體，“奮”原指鳥展翅從田野飛起，借此形容有形體的狀態(tài)改變.這說明力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因.

《夢溪筆談》是宋代沈括的著作，主要記述北宋時(shí)期的科技成就，涉及聲學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)等內(nèi)容，如油膜干涉色彩、凹面鏡和凸面鏡、共振“應(yīng)聲”、地磁偏角等［11］.著名的科學(xué)史學(xué)家李約瑟博士稱贊沈括是“中國整部科學(xué)史最卓越的人物”，《夢溪筆談》是“中國科學(xué)史的里程碑”［12］.沈括《夢溪筆談》卷二十四載有“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也.”這是世界上關(guān)于地磁偏角的最早記載［13］，比歐洲人對地磁偏角的發(fā)現(xiàn)早四百多年.其中包括的物理知識有鐵針被磁石磁化，受地磁場的作用能指南，地球存在地磁偏角.從“?！迸c“微”兩字可見，地磁偏角不是憑空猜測的，而是沈括在多次觀察與實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上才得以發(fā)現(xiàn).可見，中國古代的科學(xué)家很早就認(rèn)識到了觀測與實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)研究的基本方法.

1.2 中國古代詩詞中的物理知識

詩詞是我國五千年?duì)N爛文化的瑰寶，在不經(jīng)意中記錄了許多物理現(xiàn)象和物理學(xué)知識.如陸游《村居書喜》中的詩句：“花氣襲人知驟暖，鵲聲穿樹喜新晴”，“花氣襲人”是由花朵分泌的芳香油分子做無規(guī)則運(yùn)動引起的，溫度升高進(jìn)而加快沁人心脾，對應(yīng)的物理學(xué)知識是：溫度是衡量物體內(nèi)部分子運(yùn)動程度的物理量，溫度越高，分子無規(guī)則運(yùn)動越快.

五代十國佚名《敦煌曲子·浪淘沙》如下：“五兩竿頭風(fēng)欲平，長風(fēng)舉棹覺船輕.柔櫓不施停卻棹，是船行.滿眼風(fēng)波多閃爍，看山恰似走來迎.仔細(xì)看山山不動，是船行.”這首詞描述了以船做參照物，山迎面而來；以山做參照物，船在向前行，因此運(yùn)動具有相對性.現(xiàn)代詩文中對此現(xiàn)象也進(jìn)行了描述，如毛澤東《七律二首·送瘟神》詩句“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”，分別以地球和太陽做參照物，判斷物體的運(yùn)動情況.

1.3 中國古典文學(xué)名著中的物理知識

四大名著是明清時(shí)期的中國古代長篇小說的代表，集文學(xué)性和趣味性于一體，許多動聽的故事深受民眾的歡迎.《西游記》第六十八回和六十九回中孫悟空為朱紫國國王“懸絲診脈”，通過絲線接收到脈搏的振動，進(jìn)而診斷病人的病情，這可以利用“縱波在固體中傳播”來解釋.《水滸傳》楊志賣刀誤殺牛二，是反作用力所致.《紅樓夢》中黛玉剛進(jìn)賈府鳳姐出場“未見其人，但聞其聲”，是通過音色判斷是鳳姐.此外，還有大量生活中的物理現(xiàn)象，存在夸大甚至科幻思想［15］.

以《三國演義》第四十九回“七星壇諸葛祭風(fēng)，三江口周瑜縱火”中“舟自橫”現(xiàn)象為例，研究船在水中的穩(wěn)定性問題.小說中是這樣描述的：“言訖，箭到處，射斷徐盛船上篷索.那篷墮落下水，其船便橫.趙云卻教自己船上拽起滿帆，乘順風(fēng)而去.”在水流湍急的長江中，船帆被射落下后，船因失去風(fēng)力而不能繼續(xù)向前行駛，就橫在江中.這種現(xiàn)象可以追溯到唐德宗建中二年（公元781年），韋應(yīng)物的山水詩《滁州西澗》：“獨(dú)憐幽草間邊生，上有黃鸝深處鳴.春潮帶雨晚來急，野渡無人舟自橫.”中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所戴念祖先生對此現(xiàn)象進(jìn)行了深入的研究和探討［7］.產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是船與水流垂直時(shí)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài).天津大學(xué)王振東教授對這種現(xiàn)象進(jìn)行了理論推導(dǎo)［16］和實(shí)驗(yàn)研究［17］.由此可見古人對船體的穩(wěn)定性進(jìn)行了細(xì)致入微地觀察，其中蘊(yùn)含著深奧的物理規(guī)律.

2 中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化融入“大學(xué)物理”的教學(xué)實(shí)踐——以“力學(xué)中的常見力和基本力”為例

中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中蘊(yùn)含著豐富的物理知識，在“大學(xué)物理”課程內(nèi)容的各章節(jié)中都有所涉及.因此把中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中所蘊(yùn)含的思政元素自然地融合到“大學(xué)物理”課程教學(xué)中，是實(shí)現(xiàn)課程育人的重要方式.以《普通物理學(xué)簡明教程》“§1.4力學(xué)中的常見力和基本力”［18］為例，將中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化融入“大學(xué)物理”教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐.

2.1 教學(xué)目標(biāo)

大學(xué)物理中“力學(xué)中的常見力和基本力”這一節(jié)主要講授力的概念、幾種常見力和四種基本力；通過本節(jié)的教學(xué)，學(xué)生需要掌握力的概念，熟悉幾種常見力和四種基本力；掌握重力、彈力、摩擦力和萬有引力的特點(diǎn)和產(chǎn)生條件.通過融入《墨經(jīng)》對“力”的定義和《考工記》對彈力和滾動摩擦力的記載，使學(xué)生了解中國古人對力的觀測和研究，增強(qiáng)學(xué)生的文化自信.

2.2 思政元素的挖掘與融入

（1）《墨經(jīng)》對“力”的認(rèn)知.“力”是日常生活中常見的一種物理現(xiàn)象.學(xué)生在中學(xué)物理課上已經(jīng)對“力”這個概念有了基本的了解.為深化學(xué)生對“力”概念的進(jìn)一步認(rèn)知，須從古人對“力”的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)知入手.在講授這一部分內(nèi)容時(shí)，先從漢字“力”的產(chǎn)生和演變?nèi)胧?，然后融入先秦思想家墨子對物體改變運(yùn)動狀態(tài)的解釋.在《墨經(jīng)》中對此的回答是“力，刑之所以奮也”.也就是說，一個物體的狀態(tài)變化是要用力的，這同牛頓經(jīng)典力學(xué)對力的看法基本一致.因?yàn)楦鶕?jù)牛頓第二定律，F(xiàn)=ma，物體受力就產(chǎn)生加速度，說明我國古代勞動人民在日常生活中觀測的現(xiàn)象，已建立起“力”的作用效果雛形.這表明中國人對“力”的認(rèn)知與研究比西方早了近千年.

（3）《考工記》對滾動摩擦力的記述.據(jù)《考工記·官序》記載：“凡察車之道，欲其樸屬而微至.不樸屬，無以為完之也；不微至，無以為戚速也.”檢查一輛車子的好壞，先從輪子開始.車輪是否圓，通過檢查車輪與地面是否接觸于一點(diǎn)，即“微至”.盡管《考工記》沒做出具體的受力分析或數(shù)學(xué)描述，但是它記述的經(jīng)驗(yàn)結(jié)論完全符合力學(xué)理論.這表明我國在春秋時(shí)期就已掌握造車的技術(shù)，理解滾動摩擦產(chǎn)生的條件.

2.3 教學(xué)過程

任何物體都受其周圍物體的作用，正是這種作用支配著物理運(yùn)動狀態(tài)的變化，因此力是物體間的相互作用.力有兩種作用效果：一是改變物體的運(yùn)動狀態(tài)；二是改變物體的形狀.下面介紹四種常見力.

（1）重力.在《墨經(jīng)·經(jīng)下》有：“凡重，上弗挈，下弗收，旁弗劫，則下直.”這是人們對重力現(xiàn)象的最早描述.地球表面附近的物體都受到地球的吸引，這種由地球的吸引而使物體受到的力叫做重力.重力的大小F=mg，其中重力加速度g=9.8 m/s2；重力的方向豎直向下.在地表附近和一些要求精度不高的計(jì)算中，可以認(rèn)為重力近似等于地球的引力.

重力加速度的應(yīng)用：①可通過重力加速度的測量來探測地球內(nèi)某處是否存在大型礦藏，當(dāng)?shù)厍蛸|(zhì)量的對稱性分布破壞時(shí)，該處的重力加速度值表現(xiàn)出異常.這種技術(shù)在“深部探測技術(shù)和高靈敏度航空重力梯度儀”方面有重要的應(yīng)用.

②在距離地面數(shù)百公里的高空中，重力很小，故稱為微重力環(huán)境.2013年6月20日上午10點(diǎn)，在距離地球300多公里之外的天宮一號艙內(nèi)，神舟十號的三名航天員為全國青少年進(jìn)行了我國首次太空授課，通過質(zhì)量測量、單擺運(yùn)動、陀螺運(yùn)動、水膜和水球5個基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)，展示了失重環(huán)境下物體運(yùn)動特性、液體表面張力特性等物理現(xiàn)象.

（2）彈力.發(fā)生形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，對與它接觸的物體會產(chǎn)生力的作用，這種力叫彈力.其表現(xiàn)形式多種多樣，主要有三種：①兩物體相互擠壓；②繩線對物體的拉力；③彈簧的彈性力.

如圖1所示，當(dāng)彈簧被拉伸或壓縮時(shí)，它就會對與之相連的物體有彈力作用，這種力總是力圖使彈簧恢復(fù)原狀，因此又叫恢復(fù)力.在彈性限度內(nèi)，其大小與形變量成正比，即有胡克定律：F=-kx.式中k叫做彈簧的勁度系數(shù)或勁度，負(fù)號表示彈力的方向總是與彈簧的變化量方向相反.可引入《考工記》對彈力的記述，并計(jì)算“弓”的勁度系數(shù).

圖1 彈簧所受的彈性力

（3）摩擦力.兩個相互接觸的物體在沿接觸面相對運(yùn)動時(shí)，或者有相對運(yùn)動的趨勢時(shí)，就會在接觸面上產(chǎn)生阻礙相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢的力，這種力稱為摩擦力.

①靜摩擦力和滑動摩擦力.相互接觸的兩個物體在外力作用下，雖有相對運(yùn)動趨勢，但并不產(chǎn)生相對運(yùn)動，這時(shí)的摩擦力叫靜摩擦力；當(dāng)外力超過最大靜摩擦力時(shí)，物體間產(chǎn)生了相對運(yùn)動，這時(shí)的摩擦力稱為滑動摩擦力，如圖2所示.實(shí)驗(yàn)表明，滑動摩擦力fk正比于正壓力N，即fk=μN(yùn)，其中μ叫做滑動摩擦因數(shù)，它的大小取決于接觸面的材料、表面情況和物體間的相對速度.

圖2 滑動摩擦力

②滾動摩擦力.當(dāng)一物體在另一物體表面上滾動或有滾動的趨勢時(shí)，在接觸面上有一種阻礙它們相對滾動的力，叫做滾動摩擦力.可引入《考工記·官序》記載車輪滾動的摩擦力.

G=6.673 84(80)×10-11N·m2/kg2，式 中 叫做引力常量.

事實(shí)上，重力可以理解為萬有引力的一個分力，另外一個分力提供給物體在地球表面的向心力，如圖3所示.在地球表面附近，如果忽略地球的自轉(zhuǎn)的影響，其最大誤差不超過0.4%，因此常把物體所受的重力稱為是它所受的萬有引力.在講授萬有引力時(shí)可融入張若虛的唐詩《春江花月夜》“春江潮水連海平，海上明月共潮生”，此句描述了潮汐現(xiàn)象，其形成原因主要是地球、月亮和太陽之間的相對運(yùn)動及其引力的變化.

圖3 重力與萬有引力的關(guān)系

2.4 教學(xué)總結(jié)

通過本節(jié)教學(xué)，將《墨經(jīng)》中對力的認(rèn)知、《考工記》中對彈力和摩擦力的描述與記載融入教學(xué)內(nèi)容中，實(shí)現(xiàn)了將價(jià)值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)融為一體的目標(biāo)，也是開展社會主義核心價(jià)值觀和中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育的成功范例.通過“弓”的勁度系數(shù)等典型案例，將純粹的抽象說教轉(zhuǎn)變成真實(shí)的計(jì)算數(shù)據(jù)，激發(fā)了大學(xué)生對中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成就的興趣和自豪感，將顯性教育與隱性教育相統(tǒng)一，以形成思政教育的協(xié)調(diào)效應(yīng).

3 結(jié)語

中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中蘊(yùn)含著豐富的物理學(xué)知識和物理學(xué)研究方法.在“大學(xué)物理”教學(xué)中，深入挖掘中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中所蘊(yùn)含的物理學(xué)知識、所描述的物理學(xué)現(xiàn)象和所記載的物理學(xué)研究方法，不僅能夠做到古為今用，而且能夠通過對中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中物理學(xué)知識的學(xué)習(xí)和了解，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，堅(jiān)定文化自信.習(xí)近平總書記指出：“沒有先進(jìn)文化的積極引領(lǐng)，沒有人民精神世界的極大豐富，沒有民族精神理論的不斷增強(qiáng)，一個國家、一個民族就不可能屹立于世界民族之林.”［19］.因此，“大學(xué)物理”授課教師要深入學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平文化思想，在“大學(xué)物理”教學(xué)中注重知識傳授的同時(shí)，對學(xué)生進(jìn)行歷史文化熏陶，從中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中汲取營養(yǎng)，滋養(yǎng)學(xué)生健康成長，并使之內(nèi)化為學(xué)生的精神追求、外化為學(xué)生的自覺行動.