非遗技艺在中学物理探究性实验教学中的应用研究

在“双减”和新课标的背景下,中学物理教学正由“解题”转向“解决问题”,需要以真实情境为载体培养学生的核心素养。非遗文化进校园是落实立德树人的有效途径,也是增强学生文化自信的重要方式。目前,关于“STEM教育与传统文化相结合”的研究多集中于小学手工或科学类课程,对中学物理的深入研究与实践探索仍相对不足。传统乐器、榫卯结构、皮影戏等非遗技艺可作为探究性实验的载体,开展“物理+非遗”跨学科教学,既能改变物理教学脱离生活实际的现状,又能提升学生的科学探究能力和文化认同感。

一、非遗技艺与中学物理实验的融合机理

1.物理原理的同构性分析

非遗技艺和中学物理知识有深厚关系,是因为它们面对的是同一个物质世界,遵循的是同一套客观规律。传统非遗技艺是对自然规律的经验性总结,而物理学则是对这些规律的抽象表达。例如,传统的榫卯结构的稳定依靠摩擦力和力矩平衡,这正是静力学原理的体现;编钟一钟双音与二胡共鸣箱的设计,均涉及振动模式与声学共鸣原理;皮影戏的光影成像,体现了光沿直线传播的原理。有鉴于此,非遗技艺可以成为验证中学物理定律的生动载体,帮助中学物理教师把抽象公式转化为具体操作,从而消除传统文化与现代科学之间的认知隔阂。

2.探究性学习的认知契合

非遗技艺的传承与改良,与中学物理探究性学习中的科学方法高度契合。科学探究通常遵循“观察—假设—验证—结论”的步骤;而非遗技艺的精进,也往往经历反复试错、不断改良,才最终形成最佳工艺,这本质上就体现了一种长周期的控制变量思想。比如,制作音准达标的陶笛时,需要不断调整空气柱长短和孔位,并听辨音调、反复修正,这实际上就是科学思维的一次实战演练。因此,非遗技艺可以作为中学物理培养学生探究能力的良好载体,让学生体会到科学认识是一个动态逼近真理的过程。

3.情境认知的具身性理论

根据具身认知理论,在物理概念的学习过程中,需要借助身体来感知并建立认知。而非遗技艺具有操作性的特点,可以为抽象概念提供具体的、具身化的情境,从而解决传统离身化学习所造成的割裂问题。例如,在学习“张力”这一概念时,让学生亲手编织中国结,手指能感受到绳子拉紧时张力的变化,眼睛可以观察到结构受外力后发生形变的趋势。多模态的参与能让物理概念在学生的脑海中形成具体的图式。这样,身体与环境之间的相互作用能把抽象的物理模型转化为肌肉记忆和感官经验,从而降低认知负担,并有助于学生由感性经验顺利过渡到理性认知。

4.跨学科素养的协同培养

非遗技艺本身蕴含着STEAM各领域的元素,在其中融入物理实验,可以构建一个多元化的素养培养场域:在科学方面,需要运用物理原理探究其背后的机制;在工程与技术方面,需要思考如何选材、改进工艺等;在艺术层面,还可以通过皮影的光影、扎染的色彩培养学生的审美感受。譬如,在制作走马灯的时候,既要计算出由热气流所产生的升力,又要考虑其结构的强度、材料选择、剪纸图案设计以及安全因素等实际问题,从而有效打破学科之间的界限,促进学生实现知识迁移。这样的协同培养符合新课标中育人要求,有助于培养学生解决综合性问题的能力,实现了科学思维、工程实践和艺术审美三者的协调发展。

5.非遗技艺包含科学精神

非遗技艺在材料选择、工艺控制以及经验验证等方面,包含有工匠精神,这种精神与物理实验所体现的科学精神是相通的。非遗技艺强调精益求精、专注坚持的工匠精神;物理实验强调严谨求实、勇于探索的科学态度。物理实验的严谨性能够为非遗传承提供理性支撑,比如用声学频谱分析古琴音色,以科学依据增进对文化的理解、增强文化自信。与此同时,非遗中的工匠精神也能为物理实验增添人文温度——例如,传承人讲述的故事能让学生在实验受挫时依然保持耐心,从而在知识传授的过程中完成价值塑造。由此,学生就能在中学物理课堂中体会到古人今人追求真理与完美的执着,以推动中学物理教学从“育分”走向“育人”。

二、非遗技艺融入中学物理探究性实验教学的具体实施策略

1.以非遗技艺创设真实问题情境,激发学生探究兴趣

中学物理探究性实验的教学首先要考虑的是“学生为什么要探究”。很多非遗技艺都包含着丰富的物理现象,如皮影戏里的光影传播,传统乐器中的振动和共鸣,做风筝时涉及的空气动力学原理等。这些过程都能找到贴近学生日常生活经验的真实情景,让物理知识不再是抽象公式的堆砌。老师在课堂导入时,可以通过展示非遗作品或演示非遗技艺过程,让学生观察并发现问题:“皮影为什么会成像?”“不同材料做的乐器声音不一样吗?”然后把这些问题转化为可供探究的物理课题,并告诉学生要探究什么、有哪些变量以及如何开展实验研究。这样的情境不但增加了课堂的趣味性,也使得学生能够在文化体验中感受到物理规律的存在,增强他们的主动性和探究意识。

2.挖掘非遗技艺中的物理要素,重构探究性实验内容

非遗技艺不能仅仅作为中学物理课堂的装饰而存在,而应进行教学化改造,使之成为可操作、可测量、可分析的实验资源。为此,教师需要梳理非遗技艺背后的物理要素(如力、热、声、光、电、磁),并与中学物理课程标准中的对应实验主题相衔接。比如,将传统扎染中的温度控制与热传递联系起来,将剪纸结构中的受力分析与力学知识结合起来,将民间乐器制作与声音的产生、传播、频率和振幅等联系起来。在实施过程中,教师应明确实验变量、测量方法及安全要求,而不能仅停留于手工体验。通过重新建构实验内容,既能让学生完成中学物理规范的科学探究过程,又能让他们了解非遗技艺中蕴藏的科学原理,使传统文化融入物理学科知识之中。

3.设计任务驱动型探究活动,提升学生科学实践能力

在应用非遗技艺开展物理实验时,教师可采用任务驱动方式,让学生围绕一个具体作品或问题展开探究。例如,设计“制作一个能发出稳定音高的简易乐器”“改进皮影装置使成像更清晰”“探究不同风筝结构对飞行稳定性的影响”等任务。学生需要在任务中提出假设、设计方案、选择材料、进行实验、记录数据、分析结果并改进作品。教师应给予适度引导,但不过度替代学生思考,让学生在动手实践中经历完整的科学探究过程。此类活动能够培养学生的观察能力、实验设计能力、数据处理能力和合作交流能力,使物理实验从验证性操作转向开放性探究,从而提升学生的科学实践素养。

4.构建跨学科协同机制,拓展中学物理实验教学路径

非遗技艺融入物理探究性实验,不能仅靠物理老师单打独斗,还需要物理、美术、劳动、历史、信息技术等多个学科共同参与。在物理老师带领下确定实验原理、探究方法和评价标准,可邀请美术或劳动老师帮助学生制作非遗作品,也可请历史或语文老师补充介绍非遗文化,还可邀请信息技术老师帮助学生进行数据采集、图表制作或数字化展示等。学校可以在综合实践活动、校本课程、社团活动或项目式学习中安排相关主题,这样才能为非遗与物理实验的融合提供更稳定的实施空间。依托多学科合作,既能弥补单个学科资源上的不足,也能让学生从不同角度理解和认识非遗技艺所蕴含的文化价值与科学价值,从而增强课程整体育人效果。

5.完善过程性评价,促进文化认同与科学素养的共进

在非遗技艺与中学物理探究性实验整合的教学过程中,评价不能只看实验结果是否正确,还要关注学生在探究过程中的具体表现。为此,可从问题提出、方案设计、实验操作、数据分析、作品改进、合作交流和文化理解等方面设置评价指标;采用实验报告、作品展示、小组汇报、课堂观察和学习反思等方式进行评价。如此,既考查学生对中学物理知识和方法的掌握情况,也能考查他们对非遗文化的认识与尊重;既能让学生在不断修正方案、解释现象、表达观点的过程中提高科学思维能力,又能让他们在了解非遗技艺历史背景和工艺价值的同时增强文化认同感。这样的评价才能达到科学教育与文化教育相统一的目的,让中学物理探究性实验真正成为培养学生核心素养的重要载体。

总之,在中学物理探究性实验中引入非遗技艺,可以提高学生的科学探究能力,增强其工程实践意识和对传统文化的认同感,解决物理教学脱离生活的问题;同时也能丰富校本课程资源,提升教师跨学科教学能力,促进其专业发展。希望有条件的学校能系统开发“物理+非遗”校本课程,组建物理、艺术、劳动等学科教师的跨学科备课共同体,配备相应的非遗实验器材及数字化传感器,以支持常态化教学活动的开展,为推进基础教育阶段传统文化与科学教育的融合发展提供借鉴。

(惠州学院:利集,侯君怡,黄思绮,黄远琪,秦鸿滨,李中和,洪小兵)