中国古代科学家的研究方法在物理课堂中的应用
——《导体的电阻》 胶州市教研室 金毅
各位老师大家好！我是来自胶州教研室的金毅，在2017年浙江绍兴举行的文化教学优质课大赛中荣获理科组最高奖，墨子奖。感谢谭老师和大赛组委会为我们搭建这样一个平台在此与大家交流参赛的感悟和体会。
现在回想起来参加这次比赛对我个人而言更像是一次涅槃重生的感觉：——中国传统文化的积淀在物理教学中的应用和渗透。
我参赛的课题是人教版选修高二年级第二章第六节《导体的电阻》。本节课在整体设计上采用了青岛市初中物理学科“四层次五环节教学模式体系”，同时也运用了“小循环多反馈、透镜式教学模式”。它与平常物理课的不同之处在于：讲授物理知识、解决问题的同时结合了相应的中国古代科学家的研究方法，将文化教学的理念在物理课堂教学中实施。
作为青岛市的初中物理教师在文化教学方面我感到幸运和特别之处在于，教研员王㺸老师在中国古代科学家的科学方法在初中物理教学中的运用方面有着自己深入、独到的研究。在本次参赛的课题《导体的电阻》授课过程中，融入了他的最新研究《鲁迅三兄弟及绍兴古今科学家的学术研究方法》中近8种绍兴古今名人的研究方法和《心理学效应与物理学建模》中 近10种心理学效应的应用。
在备课初期我一直在思索一个问题：怎样能够更好地在物理课堂中穿插融入中国古代科学家研究方法呢？
在思索的过程中有一天在读到《中国古代科学家方法与物理探究建模》这本书时，我找到了答案，书中原文是这么说的：通过前面12章运用138位中国古代科学家的方法所建构的180种探究模式，可以让我们的教学从“无模”过渡到“有模”，从而，使课堂教学由原始的无序状态上升为有序状态，使课堂教学形成一个可以进化的系统。
而通过本章探究模式的组合，从自身组合到互相组合，再到自由组合，从组合方法的主体附加组合，到辐集式组合，再到二元坐标组合，又使得组合越来越自由和无序。最后到自主式组合，为重新回到“无模”状态打开了大门。似乎，这是一种倒退，其实这是一种螺旋式的进化过程，是否定之否定的上升过程。这是一种必须经历了“拿得起”，然后才能实现“放得下”的过程。
现在的“无模”已经不再是无序状态的无模，而是在经历了从“无模”到“有模”，从“固定模式”到“自由组合模式”的进化之后，在高度有序状态下的“表面无模心中有模”。这是一种处处到时模式，信手就可以组成模式的“无招胜有招”的高手境界，是教学中的随心所欲，是教学中的“道”。
接下来我将就《导体的电阻》这节课的设计思路、环节和整节课所用到的古代科学家研究方法向老师们做以介绍。
整的环节：开场实验先创设了几个问题：
1.日常生活中常用的导线一般采用什么材料制成？（学生答：铜。）
2.为什么不用更便宜的铁？（学生答：铜的电阻小）
3.所以我们说铜的电阻一定比铁小，这种说法对吗？（学生答：错。）
4.应该怎样正确描述他们的电阻关系？（学生答：在长度、横截面积相同的情况下，铜的电阻小。）
利用初中已经学过的知识，这些问题都能够解决。然后，我继续设问：
5.叶子姐姐家里装修，买了一卷规格为“100m，2.5mm2”的铜导线，用来安装一路专线给空调供电，实际上恰好用去了一半导线，你能算出这段导线的电阻是多少？（学生回答不了，问题戛然而止，形成蔡加尼克驱动力（心理学效应）。）
蔡格尼克记忆效应（Zeigarnik effect；又称蔡加尼克效应） 是一种记忆效应，指人们对于尚未处理完的事情，比已处理完成的事情印象更加深刻。 这个现象是由蔡格尼克通过实验得出的结论。
分析：之所以解决不了，原因在于不知道电阻与长度、横截面积、材料的具体定量关系。本节课，我们就要来研究这个问题。（心理学灯塔效应）
由于脉冲星只向两极方向发射电磁波，所以只有在被它发射的电磁波的范围扫射过的地方才可以探测到脉冲星的讯号。这就使得脉冲星像宇宙中的灯塔。在教学过程中，若学生的学习没有目标就会陷入一个迷茫的地步。给学生确定一个目标（不仅仅是通常的最终教学目标），就可以指引学生向着正确的方向前进，避免无效的学习。如同航海过程中需要灯塔指引一样。
因为准确的使用了心理学的相关效应，很好的激发了学生求知的欲望。借此引入课题。
分1环节：探究电阻与长度的定量关系
（1）提出问题：
你有办法测出电阻的大小吗？（学生答：伏安法测电阻）
回忆伏安法测电阻的实验过程（课件展示）。
电路：
步骤回忆，只要把不同电阻丝接入电路即可。
但是，发现用伏安法测量电阻太麻烦。
（2）解决问题：
如何解决呢？介绍魏伯阳、金善宝的科学方法。然后对应这种“缺点-希望-组合”方法，引导学生通过小组交流讨论，进行电阻测量问题的设计。过程如下：
①问题：电阻的测量。
②缺点：要组装基本电路，需要测得多次U、I，要计算出电阻R。
③组合：将电压表的使用和电流表的使用直接组合起来，并自动进行计算，自带电源，连基本电路都不用组装。
④解决：由此建构出万用表。
（3）工具使用方法：
①仪器展示：出示万用表，介绍万用表。
②使用方法（欧菲斯托连续选择效应）：根据所测阻值大小选择合适的档位（选择），是否需要调零（选择），探头的放法（再选择），读数的方法（再选择）。
【（1）生活中的一些事：
①您要中薯条还是大薯条？而不是要不要薯条。
②要一个煎蛋还是两个煎蛋？而不是要不要煎蛋。
③孩子在看电视，与其说“快关电视，去做功课！”，不如说“你是先吃饭还是先做功课” 。
在说服一个人的时候，利用巧妙的说辞，让对方不得不接受你的建议。通常，可以通过一些类似于选择性的问题，设置暗示，让对方一开始就无法反对，快速进入到问题中来。
这就是英国心理学家欧菲斯托提出的“欧菲斯托原则”，上述故事（1）就是这种原则的实际应用。】
③练习：使用万用表测定值电阻。
小结：回顾刚才探究过程（魏伯阳：缺点-组合模式），
魏伯阳与朱砂：
魏伯阳（100-170），会稽山阴上虞人。东汉化学家、炼丹理论家，他通过炼丹对许多物质的性质进行了总结，写成了巨著《周易参同契》，被后人尊称为“万古丹经王”。
魏伯阳在研究水银时发现：由于水银容易挥发，一烧就没了。怎样才能使水银受热时不挥发呢？他不厌其烦地用许多东西一样一样地与水银混合，终于发现了可以用硫黄制服水银，从而练成了朱砂（硫化汞）。
上述实例中，魏伯阳的思维过程是：
为了制服水银——让水银与许多东西一样一样地组合在一起烧——最终找到了硫黄能够制服水银——制成朱砂。
魏伯阳：缺点-组合探究模式：
（1）思维程序：提出问题-缺点-组合-解决问题。
（2）策略方法：
①提出问题：提出研究问题。
②缺点：学生解决起来困难。
③组合：引导学生运用组合法，通过知识、方法组合（组合分为主体附加、辐集式、二元坐标等不同组合方法，魏伯阳是运用了辐集式组合），寻找解决问题思路。
④解决问题：通过上述思路，最终解决问题。
方法（缺点列举法、希望点列举法、组合法）。并列举主要的组合法在日常生活中的应用。
（4）探究：电阻与长度的定量关系：
器材：万用表一个、长度不同但横截面积相同的同材料合金丝4条。
实验：小组为单位用欧姆表测出电阻与长度关系，填入各组表格中。
分析数据、得出结论：组内交流、数据分析、描点画图，得出结论：
在材料和横截面积一定时，导体的电阻与导体的长度成正比。即：R∝L。
出示反馈练习
（5）反馈练习一：
把一根粗细均匀的，电阻为30Ω的长导线，截成三等份，每一根的电阻值为多少？
这样第一个环节就完成了。
分2环节：探究电阻与横截面积的定量关系
（1）器材：万用表一个、横截面积不同但长度相同的同材料合金丝多条。
（2）各小组直接进行实验，记录数据，分析数据，描点画图。
（3）数据分析：因为R-S不是直线图象，并且参考初中结论，引导猜想可能是反比例函数图像，所以进一步研究R与S-1的图像关系，教师用Excel直接处理，画图，发现R与S-1是正比例图像，由此得出结论：
在材料和长度一定时，导体的电阻与导体的横截面积成反比。
这是本节课的一个难点内容，所以为了更好的处理这部分内容，采用的是鲁迅：怀疑-逆向探究过程
鲁迅《魏晋风度及文章与药及酒之关系》：
鲁迅（周树人）（1881-1936），浙江省绍兴府会稽县人。著名文学家、思想家，五四新文化运动的重要参与者，中国现代文学的奠基人。毛主席曾评价道：“鲁迅的方向，就是中华民族新文化的方向”。
对于“竹林七贤”中的嵇康、阮籍等人，原来学术史、思想史上“一向说他们毁坏礼教”，这好像已成定论。但是在上述这篇演讲稿中，鲁迅先生另辟蹊径，敢于对已有的结论质疑，他根据当时人所谓“崇奉礼教”，其实是借以自利，进而提出了新的观点：真正信奉礼教的人其实是对此“不平之极”无计可施，因此变成不谈礼教、不信礼教。由此鲁迅得出了不同于前人的结论：嵇康、阮籍等人毁坏礼教只是一种表面现象，这是一种爱之深恨之切的表现。
在上述实例中，鲁迅的思维过程是：
对前人嵇康等人的评价进行质疑——通过当时的现象进行逆向思考——得出新的结论。
怀疑-逆向思考探究模式：
（1）思维程序：提出问题-怀疑-逆向思考-解决问题。
（2）策略方法：
①提出问题：提出一种观点。
②怀疑：引导学生抱着质疑的态度去审视该观点。
③逆向思考：引导学生运用逆向思考法，去从相反的角度审视该观点。
④解决问题：通过逆向思考，以及相关实验，验证了提出的观点；或者提出了新的观点，找到了解决问题的新思路，最终解决问题。
小结：回顾刚才探究过程（鲁迅：怀疑-逆向探究过程），方法（逆向思考法）。并出示逆向思考法在日常生活中的应用。
（4）反馈练习二：
把一根粗细均匀的，电阻为30Ω的长导线，对折后，电阻值为多少？
至此，第二环节顺利结束。
分3：电阻率概念的建构——电阻决定式的建构
（1）将前面两个结论组合，总结写出电阻的表达式R=k
（2）运用公式：计算三个k值，分别为：①引导学生任选一组数据，计算k值；②测量两组不同材料的电阻，并分别计算k值。
（3）比较-类比-模仿-建构：比较三个k值，发现：同种材料的k值相同，不同材料的k值不同。类比密度，可见，这是材料本身的一种特性，我们把这种特性称为电阻率，用ρ表示。
（4）电阻率表：出示电阻率表，进一步说明了电阻率ρ是反映材料导电性能高低的物理量，ρ越大，材料导电性能越差。
小结：回顾刚才探究过程（王充：类比-模仿探究过程），
王充与钱塘江潮：
王充（27-约97），会稽上虞人。东汉唯物主义哲学家、思想家、文学评论家。
王充在其巨著《论衡》中谈到钱塘江潮水问题。传说春秋时期伍子胥被吴王夫差杀害，冤魂不散，驱水为潮。王充首先指出这种看法 是无稽之谈，然后列举12条理由说明了这种看法的错误，最后又类比人的有节奏呼吸，推测出潮水现象的可能的科学解释。
上述实例中，王充的思维过程是：
认为人们说的钱塘江潮水成因是错误观点——类比人类的呼吸——模仿人类的呼吸进行研究——解决问题。
王充：类比-模仿探究模式：
（1）思维程序：提出问题-类比-模仿-解决问题。
（2）策略方法：
①提出问题：提出一种错误观点（也可以直接告诉学生该观点错误）。
②类比：引导学生运用类比法，找到解决问题的思路。
③模仿：模仿已有经验或方法等。
④解决问题：通过新思路，最终解决问题。
小结方法（类比法）。并出示类比法在日常生活中的应用。
（6）范例教学：例题、方法。
（7）反馈练习三：
①简单题目。
②运用公式——解决课前问题：从而完成“周建人：生活-科学-应用模式”（应用部分），“蔡加尼克效应：半途而废-再续前缘模式”后半部分。
叶子姐姐家里装修，买了一卷规格为“100m，2.5mm2”的铜导线，用来安装一路专线给空调供电，实际上恰好用去了一半导线，那么这段导线的电阻是多少？
至此，整堂课的分的环节就全部结束了。
合的环节：
总结-提升模式：
1.总体过程总结：周建人：生活-科学-应用探究过程，竺可桢：连续观测-整理建构模式探究过程，王阳明：知行-合一探究过程。
2.具体过程总结：采用思维导图的形式进行知识梳理，总结探究过程、提炼方法，提升认识高度。
补的环节：
补充-讨论模式：查漏补缺。
鲁迅：比较-鉴别模式：电阻的定义式与决定式的比较（表格）。
测的环节：
检测-拓展模式：
1.出示题目，检测，并利用多媒体总结反馈、纠错。
2.出示拓展性题目，让学生课后思考。
一堂完整的课，不仅仅要求这堂课有深度，有宽度，有温度，最重要的是，整堂课还要有高度，在最后，将本节课进行了提升与升华。
说到这里，对古代科学家的崇拜以及民族自豪感油然而生，其实中国古代的科学家们充满睿智的思维方法和艰辛的探索过程无不闪耀着中华民族智慧的光芒。
本节课体现的运用“绍兴古今学者”建构的探究模式如下：
鲁迅：比较-鉴别探究模式，鲁迅：怀疑-逆向探究模式，魏伯阳：缺点-组合探究模式，竺可桢：连续观测记录-整理建构探究模式，竺可桢：无序-有序探究模式，金善宝：缺点-希望探究模式，杜绾：范例-拓展探究模式，王阳明：知行-合一探究模式。
本节课体现的运用“心理学效应”建构的探究模式如下：
帕金森定律：犯错示弱-纠错帮助模式，蔡加尼克效应：半途而废-再续前缘探究模式，灯塔效应：灯塔-指引探究模式，怀旧效应：怀旧-迁移探究模式，欧菲斯托：连续选择再选择模式，因果效应：结果-原因探究模式，对比效应：并列-对比探究模式，留白效应：留白-填补探究模式，雁行理论：孤雁-雁行探究模式。
本节课体现的运用“科学哲学”建构的探究模式如下：
伽利略：实验-数学探究模式，哈肯：协同-有序探究模式，劳丹：问题-解决探究模式，培根：实验-归纳探究模式，陈淏子：原则-方法探究模式，刘洪：异中求同-概念建构探究模式，虞喜：差异-比值探究模式，唐慎微：分解-组合探究模式。
其实在一节物理课中出现较多的科学家和研究方法，学生能记得住么？答案是否定的。
但是学习是一个长期坚持不解的过程，我们在每一节物理课上都给学生们渗透我们中国古代科学家的智慧和方法，那么我们可以试想，当学生们结束他们的初中或是高中的课程以后，再提起物理学科，他们还会只记得牛顿，亚里士多德，伽利略等等吗？
他们一定会或多或少的记得，鲁迅先生的思维过程可以解决物理问题，竺可桢老先生的方法可以在物理课堂使用，我们中华民族有那么多的伟大科学家，伟大学者对物理学做出的巨大贡献，为整个人类文明发展的历史立下了不可磨灭的功勋，我想，这就足够了。
这也和之前王㺸老师一书中讲到的：“让中国古代的科学精神和科学家的睿智、方法与创造激情‘遗传’到学生的思想中，弘扬我们的民族精神”相吻合。
我们在下周的统一时间还有后续的相关讲座。谢谢大家。
谢谢今晚各位老师的聆听参与和陪伴，祝大家晚安！
