胡均宇 武淑清

摘 要：《力學(xué)單位制》的教學(xué)是以研究性學(xué)習(xí)為主體的教學(xué)活動(dòng)，整個(gè)教學(xué)過程以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，且在學(xué)習(xí)過程中著重研究了我國(guó)古代時(shí)間、長(zhǎng)度和質(zhì)量的單位，使學(xué)生從中體會(huì)到了我國(guó)傳統(tǒng)文化的魅力，展現(xiàn)了立德樹人的核心素養(yǎng)，同時(shí)學(xué)生也學(xué)會(huì)了資料收集和檢索信息的研究方法，并能夠用國(guó)際單位制處理物理學(xué)問題。

關(guān)鍵詞：高中物理；力學(xué)單位制；中華傳統(tǒng)文化；研究性學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-010X（2018）20/23-0114-04

2017年11月河北省教育科學(xué)研究所舉辦了高中物理青年教師優(yōu)質(zhì)課評(píng)比活動(dòng)，其中一節(jié)選題為《力學(xué)單位制》的引起了教師們的關(guān)注和熱議。該節(jié)課的教學(xué)要求一般為了解什么是單位制，知道物理量的基本單位和導(dǎo)出單位等。而這位參賽教師卻把該課與人們的生活相關(guān)，并將物理量單位的演變與發(fā)展和傳統(tǒng)文化的傳承相聯(lián)系，從而讓學(xué)生體會(huì)到人文關(guān)懷和文化積淀的魅力。

在講授《力學(xué)單位制》一節(jié)時(shí)，部分教師存在知識(shí)替代素養(yǎng)、練習(xí)替代能力的現(xiàn)象，更有甚者用與本節(jié)教學(xué)內(nèi)容無關(guān)的小實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“假探究”，因此多數(shù)授課教師都沒有實(shí)現(xiàn)選題者的教學(xué)目標(biāo)。那么這節(jié)教學(xué)內(nèi)容究竟應(yīng)該怎樣講授才能達(dá)成教學(xué)目標(biāo)呢？筆者認(rèn)為本節(jié)課應(yīng)該是一節(jié)在學(xué)生自主學(xué)習(xí)的同時(shí)又進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作的研究性學(xué)習(xí)課，即以學(xué)生為主體，教師只是學(xué)習(xí)過程中的一員，對(duì)此下面筆者談?wù)勛约旱南敕ā?/p>

《力學(xué)單位制》該課的重點(diǎn)是學(xué)習(xí)時(shí)間、長(zhǎng)度和質(zhì)量的基本單位，而這三個(gè)物理量的單位是人類歷史上確立最早的單位，伴隨著人類文明的進(jìn)步而不斷發(fā)展，因此在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)該讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到單位制的形成與發(fā)展是人類文明進(jìn)步的標(biāo)志。

在授課之前，教師應(yīng)將學(xué)生分成四個(gè)不同的探究小組，每組的探究?jī)?nèi)容分別為我國(guó)古代設(shè)定的時(shí)間與時(shí)間單位、長(zhǎng)度與長(zhǎng)度單位、質(zhì)量與質(zhì)量單位以及國(guó)外對(duì)這三個(gè)物理量和單位的確立及變化。然后每個(gè)小組根據(jù)所選擇的內(nèi)容進(jìn)行研究，并寫出相應(yīng)的研究報(bào)告。在此過程中教師應(yīng)提供引領(lǐng)性問題和素材，以便使學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)有的放矢，我們提供的素材和問題如下。

一、中國(guó)古代關(guān)于時(shí)間及時(shí)間單位的變化

時(shí)間是人類用來描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程或事件發(fā)生過程的一個(gè)參數(shù)。要想確定時(shí)間，應(yīng)依靠不受外界影響的物質(zhì)變化周期，例如月球繞地球運(yùn)行的周期、地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的周期、地球自轉(zhuǎn)周期、原子震蕩周期等，這些都是我們計(jì)量時(shí)間的方法，且每一種方法都有其對(duì)應(yīng)的時(shí)間單位。

我國(guó)古代的計(jì)時(shí)方式有很多，西周以后一般以地球自轉(zhuǎn)一周為基準(zhǔn)定義“天”，又采用地支計(jì)時(shí)法將一天分為12個(gè)時(shí)辰，并以子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥作為時(shí)辰的名稱，子時(shí)為計(jì)時(shí)的起點(diǎn)，即現(xiàn)在時(shí)間23∶00～1∶00。以顧炎武在《日知錄》中記載的時(shí)辰劃分：“自漢以下，歷法漸密，于是以一日分為十二時(shí)，蓋不知始于何人，而至今遵而不廢……”創(chuàng)設(shè)情境，提出以下問題。

問題1.日常生活中我們常問“現(xiàn)在幾點(diǎn)了？”，回答“八點(diǎn)一刻?！薄皫c(diǎn)”是怎么來的？“一刻”又是什么含義？古代典籍中常有“午時(shí)三刻開斬”指的是什么時(shí)間呢？

我們所說的幾點(diǎn)是指時(shí)間點(diǎn)，時(shí)間點(diǎn)就是時(shí)刻，屬于時(shí)間上的某個(gè)瞬間，或時(shí)間軸上的某個(gè)點(diǎn)，作為時(shí)間間隔的起點(diǎn)和終點(diǎn)，它也是時(shí)間和空間的一個(gè)盲點(diǎn)。在時(shí)間點(diǎn)上的物體不會(huì)改變，同時(shí)所有的物體均處于一個(gè)靜止的狀態(tài)。

我國(guó)古代描述時(shí)間的單位也有“點(diǎn)”的概念。古人對(duì)白天與黑夜的稱呼各不相同，白天稱作“點(diǎn)鐘”，黑夜稱作“更鼓”，故有“晨鐘暮鼓”之說。古人把一夜分為五更，按更擊鼓報(bào)時(shí)，同時(shí)又把每更分為五點(diǎn)。每更為一個(gè)時(shí)辰，相當(dāng)于現(xiàn)在的兩個(gè)小時(shí)，即120分鐘，則每點(diǎn)只占24分鐘?！案焙汀包c(diǎn)”的使用在我國(guó)有3000多年的歷史，在《周禮》和《舊漢儀》中對(duì)其均有記載，漢代《舊漢儀》中指出：“夜漏起，宮門之外，衛(wèi)士擊刁斗，以傳五夜，城皇之內(nèi)，擊木柝，呼備水火。”由此我們可以看出現(xiàn)在我們所說的“點(diǎn)”和古時(shí)的“點(diǎn)”是兩個(gè)完全不同的概念。

初步了解了“更”的概念之后，那我們所說的“半夜三更”又是什么意思呢？古人把一夜分為五更，規(guī)定戌時(shí)為一更，亥時(shí)為二更，子時(shí)為三更，丑時(shí)為四更，寅時(shí)為五更，與現(xiàn)在時(shí)間對(duì)應(yīng)如下：一更天為戌時(shí)即19∶00～21∶00；二更天為亥時(shí)即21∶00～23∶00；三更天為子時(shí)即23∶00 ～01∶00；四更天為丑時(shí)即01∶00～03∶00；五更天為寅時(shí)即03∶00～05∶00。子時(shí)恰好是半夜，所以三更與半夜為同一時(shí)間。

我國(guó)古代有一種計(jì)時(shí)器叫刻漏，漏指漏壺，刻指箭刻，也就是標(biāo)有時(shí)間刻度的標(biāo)尺，它是根據(jù)漏壺中的水量變化來度量時(shí)間的。大約西周之前，古人就把一晝夜均分為100刻，在漏壺箭桿上刻100格，每格稱為一刻，一刻折合成現(xiàn)代時(shí)間約等于14分24秒，這俗稱“百刻制”?！?百刻制”是中國(guó)最古老、使用時(shí)間最長(zhǎng)的計(jì)時(shí)方式，但十二個(gè)時(shí)辰不能被百刻制整除，因此為了方便計(jì)算先后改為96刻、108刻和120刻。直到清代才正式規(guī)定一晝夜為96刻，每刻15分鐘，每個(gè)時(shí)辰為八刻。中國(guó)古典小說常有“午時(shí)三刻開斬”的說法，午時(shí)三刻即午時(shí)正三刻，不是午時(shí)初三刻，按照每刻15分鐘計(jì)算，午時(shí)三刻為當(dāng)日的12點(diǎn)45分。

問題2.人們常說“一寸光陰一寸金”，怎么用長(zhǎng)度單位表示時(shí)間呢？

到了西漢以后，在使用“百刻制”的同時(shí)，又采用了以圭表測(cè)量太陽(yáng)照射物的物影長(zhǎng)短判斷時(shí)間的“太陽(yáng)方位計(jì)時(shí)”法計(jì)時(shí)。圭表由兩部分組成：一是直立于平地上的測(cè)日影的標(biāo)桿或石柱，叫做表；另一個(gè)是在正南正北方向平放的測(cè)定表影長(zhǎng)度的刻板，叫做圭。有了圭表就可以用日影長(zhǎng)度計(jì)量時(shí)間，由于用日影長(zhǎng)度計(jì)量時(shí)間，所以生活中有“一寸光陰一寸金”的俗語(yǔ)。

問題3.我們現(xiàn)在有一種時(shí)間單位叫小時(shí)，為什么叫“小時(shí)”而不叫“時(shí)”呢？

北宋時(shí)期，人們將每個(gè)時(shí)辰分為“初”“正”兩個(gè)部分，即“初時(shí)”和“正時(shí)”，也就是把一天十二個(gè)時(shí)辰分為二十四部分，每一部分稱為“時(shí)”，民間為了與“時(shí)辰”區(qū)分，因此將其俗稱“小時(shí)”。后來西方國(guó)家的鐘表傳入我國(guó)，其將一天分成二十四份，故每一份的名稱也就沿用小時(shí)了。

二、中國(guó)古代長(zhǎng)度及長(zhǎng)度單位的確立

我們?cè)陂L(zhǎng)度的學(xué)習(xí)中要了解長(zhǎng)度是如何確立的？長(zhǎng)度單位確立的依據(jù)是什么？各朝代確立的長(zhǎng)度單位的共同特點(diǎn)是什么？古代長(zhǎng)度單位的大小與現(xiàn)代生活中長(zhǎng)度單位的比較關(guān)系等。

問題1.我國(guó)古代最早的長(zhǎng)度基準(zhǔn)是什么？這個(gè)基準(zhǔn)是怎樣定義的？

黍是一年生草本植物，種子形小，子實(shí)飽滿，在很久以前就已有栽培。西周之前，基于黍子實(shí)飽滿的特點(diǎn)，古人常以黍?yàn)榛鶞?zhǔn)丈量物體的長(zhǎng)度，即取子實(shí)飽滿的黍，一粒黍?yàn)橐环?，一百黍?yàn)橐怀?。由此可知我們研究長(zhǎng)度單位時(shí)必須要選擇一個(gè)基準(zhǔn)，并以此為標(biāo)準(zhǔn)確定其他的長(zhǎng)度。在明朝魏學(xué)洢（約1596～約1625）《核舟記》中提到：“舟首尾長(zhǎng)約八分有奇，高可二黍許”說明到明朝時(shí)，我國(guó)還用黍作為長(zhǎng)度單位，由此進(jìn)一步說明我國(guó)歷史上各種長(zhǎng)度單位同時(shí)使用。

問題2.在文學(xué)作品中也大量使用長(zhǎng)度單位，“舊時(shí)王謝堂前燕，飛入尋常百姓家”中“尋?！钡谋疽馐鞘裁?？“太行，王屋二山，方七百里，高萬(wàn)仞”中“里”和“仞”的含義你知道嗎？“咫尺之書”“咫尺天涯”與物理有關(guān)嗎？

“舊時(shí)王謝堂前燕，飛入尋常百姓家”中尋常的本意是長(zhǎng)度的單位，一般選擇八尺為一尋，古人定義尋為度廣曰尋，即人伸開兩臂與肩平行，兩手指尖間的水平距離為一尋；古人定義常為倍尋為常，1常為2尋，取一丈六尺為常。由于尋和常度量單位比較小，所以后引申為平常的意思。

“太行，王屋二山，方七百里，高萬(wàn)仞”中“里”和“仞”是不同的單位，其中“仞”是長(zhǎng)度單位，而“里”則是面積單位。一仞為周尺八尺或七尺，用于測(cè)量深度。史記中記述：“度廣曰尋，度深曰仞”。中國(guó)長(zhǎng)度單位“里”的演變非常有特色，在清朝光緒34年之前，“里”一般是指面積單位，“方七百里”是指700里的面積。

“咫尺之書”“咫尺天涯”中咫和尺均為長(zhǎng)度單位。西周以后以人體小臂長(zhǎng)度為尺，因此小臂上有一骨骼命名為尺骨，一尺等于十寸。西周規(guī)定咫為八寸約合今制市尺六寸二分二厘。由于古代書寫用木簡(jiǎn)，木簡(jiǎn)長(zhǎng)度約一尺，因此“咫尺之書”是指書信。咫和尺的距離都很小，因此“咫尺天涯”比喻距離雖近但很難相見，像在很遠(yuǎn)的天邊一樣。

問題3.在《鄒忌諷齊王納諫》中提到：“鄒忌修八尺有余”， 按現(xiàn)在市尺計(jì)算，鄒忌身高應(yīng)為2.6米多?，F(xiàn)代人身高真的變矮了嗎？

我們先看一下歷史上各朝代尺與現(xiàn)代厘米的換算，換算如表1。

表1 歷史上各朝代尺與現(xiàn)代厘米換算表

鄒忌為戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的齊國(guó)謀士，因此生存年代應(yīng)為戰(zhàn)國(guó)，根據(jù)戰(zhàn)國(guó)時(shí)尺與現(xiàn)代厘米的對(duì)應(yīng)可知，鄒忌的實(shí)際身高約為1.85米左右，這在當(dāng)時(shí)已經(jīng)屬于非常高的帥哥了。

三、中國(guó)古代質(zhì)量及質(zhì)量單位的確立

在我國(guó)古代沒有明確的質(zhì)量單位，往往以能夠測(cè)量的重量替代質(zhì)量，因此重量概念的確立和演變比較復(fù)雜混亂，在我國(guó)古代重量單位一般包括：銖、兩、斤、鈞、石。

在確立重量的單位時(shí)同樣要選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量作為基準(zhǔn)，漢朝劉向在《說苑·辨物》中提到：“十六黍?yàn)橐欢?，六豆為一銖，二十四銖為一兩，十六兩為一斤?！庇纱丝梢姽糯亓客瑯右允蜃鳛榛鶞?zhǔn)，即十六粒飽滿黍子的重量為一豆，豆是古代重量基準(zhǔn)的參考物，六豆為一銖，二十四銖等于一兩，十六兩即為一斤。歷史上重量各單位之間的換算關(guān)系，1石=4鈞，1鈞=30斤，1斤=16兩，1兩=24銖。

問題1.從文學(xué)傳記中我們可以體會(huì)到古人真乃神力，《史記·項(xiàng)羽本紀(jì)》中記載項(xiàng)羽“力能扛鼎，才氣過人”是真的嗎？

考古學(xué)發(fā)現(xiàn)，秦代最大的鼎應(yīng)該是秦始皇陵百戲俑陪葬坑中部過洞內(nèi)出土的秦代青銅大鼎，通高61cm、重212kg，這是目前發(fā)現(xiàn)的最大、最重的一件秦鼎。項(xiàng)羽所處的年代是秦末漢初，力能扛鼎也就是舉起200多公斤的重物，若以212kg計(jì)算相當(dāng)于秦末時(shí)的820多斤（秦末一斤相當(dāng)于258.24克），當(dāng)時(shí)這可謂神力。與現(xiàn)在相比較，和77公斤級(jí)挺舉世界紀(jì)錄210公斤基本相當(dāng)。

問題2.我國(guó)古代重量與現(xiàn)代重量的關(guān)系如何？如何理解“半斤八兩”？

同一單位在不同年代所代表的重量不同，例如單位斤和兩。秦和西漢時(shí)期，一斤相當(dāng)于258.24克，一兩等于16.14克；王莽及東漢、魏晉南北朝時(shí)期，一斤相當(dāng)于222.73克，一兩等于13.92克；隋朝初年，一斤相當(dāng)于668.19克，一兩等于41.76克；隋末一斤相當(dāng)于222.73克，一兩等于13.92克；唐至清代，一斤相當(dāng)于596.82克，一兩等于37.30克。在1959年，中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于統(tǒng)一計(jì)量制度的命令》，改1市斤為10市兩，1市兩等于50克。我國(guó)古時(shí)采用1斤等于16兩的十六進(jìn)制，因此“半斤”就是“八兩”。

在進(jìn)行本節(jié)課的教學(xué)時(shí)，在課前應(yīng)該完成課題研究實(shí)施過程即搜集資料、問題研究和整編資料，并形成各組的研究報(bào)告。而在課堂教學(xué)時(shí)應(yīng)直接進(jìn)入研究課的最后一個(gè)階段，即進(jìn)行評(píng)價(jià)、總結(jié)與反思，并通過學(xué)生成果展示、分享及交流完成本節(jié)課的教學(xué)任務(wù)，由此讓學(xué)生了解課題研究的方法和中華五千年的輝煌歷史，增強(qiáng)其歷史責(zé)任感，同時(shí)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到統(tǒng)一單位制的必要性，使學(xué)生自覺自愿采用國(guó)際單位制，進(jìn)而提升物理課堂的教學(xué)效率。