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摘要：青岛市初中物理学科“用中国古代科学家方法进行物理探究建模”的课题研究是教育部“十一五”子课题。将中国古代科学家在创造发明和发现中所运用的充满睿智的科学方法作为理论基础，本着费耶阿本德的“怎么都行”的方法论，通过演绎法，就可以建构出许多思维过程不同的探究模式。本篇介绍其中运用苏颂“模型（假说）——不断改进”方法所建构的“模型（假说）——不断改进探究模式”，从而为物理教师的探究教学和学生的探究学习提供一种新的思维过程和探究工具。
关键词：物理探究教学；中国古代科学家；苏颂；科学方法；模型（假说）——不断改进探究模式
中国古代科学家在科学技术方面取得的巨大成就，离不开他们超凡的科学思想和科学方法。苏颂就是这样一位出色的科学技术大师和科学方法大师，他的科学思想和方法对于我们今天的物理探究教学仍然有着重要的启发作用。
一、苏颂与水运仪象台
苏颂（1020-1101），北宋时期著名的药物学家、天文学家、机械发明家，是我国古代历史上百科全书式的科学家，李约瑟曾经把苏颂誉为：“中国古代和中世纪最伟大的博物学家和科学家”。
苏颂对于天文学和机械制造工程最重要的贡献，就是建造了把铜浑仪和水运浑天仪合在一起的仪器--水运仪象台，它是世界上最古老的天文钟（一种既能表示天象，又能计时的仪器），至今为止，受到国内外科学家的高度评价。
元祐二年（1087年）八月，得到朝廷批准，苏颂组构了专门的机构——水运浑仪所，来从事水运仪象台的制造。他和助手韩公廉一起，组织了一支包括科研、能工巧匠和行政人员在内的力量雄厚的队伍，于元祐三年（1088年）五月造成了全部仪器的小木样。经检验后，在这年的十二月份又造成了大木样。朝廷命令把大木样放置在宫内集英殿，同时命令翰林学士许将进行鉴定。许将率领水运浑仪所中的天文工作者周日严、苗景等人，昼夜测验了3个多月，认为与实际天象相合。于是，朝廷下令用铜来制造正式的仪器。最终，高3丈6尺（约12米）分为3层的铜制水运仪象台在元祐七年（1092年）六月完成。
二、方法的启示
苏颂领导制造水运仪象台的过程如下：
制造水运仪象台——制造小木样——检验——制造大木样——鉴定、测验与实际天象相合——用铜制造正式仪器
苏颂的方法，对我们解决问题中有3点重要的启发：
1．在解决问题时，尤其是一些不容易重复的大问题（如大型仪器、工程制造等），首先制作初步模型，对模型进行检验调整后，再制造修改后的新模型，然后对新模型进行调整检验。通过不断地调整检验，最终使模型与实际和要求相符。再做成真正实物，解决问题。
2．在解决问题时，也可以首先提出初步假说，然后对假说进行检验调整，提出修改后的假说，然后对新假说再进行调整检验。通过不断地调整检验，最终形成完美假说，从而将假说变成结论和规律，解决问题。
3．在解决问题的过程中，假说和模型可以交替进行，交替改进，最终解决问题。
这种“模型（假说）——不断改进”方法，可以使我们通过不断修订改进模型或假说，解决问题。
三、模型（假说）——不断改进探究模式
将苏颂的方法运用到探究教学中，就形成了“模型（假说）——不断改进探究模式”：
1．思维程序：
问题——模型（假说）——不断改进——最终模型（假说）——解决问题
2．说明：
（1）问题：提出研究问题。
（2）模型（假说）：制作解决问题的初步模型（或提出初步假说）。
（3）不断改进：运用实验等手段不断检验修改模型（或假说）。
（4）最终模型（假说）：经不断改进，形成解决问题的完美模型（或完美假说）。
（5）解决问题：通过完美模型（或完美假说）解决问题。
四、教学案例
（一）案例1：探究“滑动变阻器的制作”。
●问题：如何制造改变电阻的仪器？
●模型：根据决定电阻大小的因素，提出3种模型并画出设计图：通过改变材料的变阻器；通过改变横截面积的变阻器；通过改变长度的变阻器。经分析讨论，选择第3种模型。
●不断改进：让学生用长导线制造这种模型。通过操作发现该模型需要很长的导线，很占空间。让学生改进，将长直导线变为螺旋线，缩小空间。通过操作又发现，若导线密密缠绕在一起易造成局部短路。再让学生考虑，用带有绝缘漆的导线密密缠绕。……
●最终模型：经多次改进，使最终形成的模型与真正的滑动变阻器完全一致。
●解决问题：用真正的实验室滑动变阻器进行实验，研究变阻器的使用。
（二）案例2：探究“焦耳定律”。
●问题：电流产生的热量与什么因素有关？
●假说：通过演示，提出初步假说：电热与电流大小、电阻大小、通电时间有关。
●不断改进：经分组实验验证了假说正确，并不断修改假说，过程如下：
通过实验得出，电流越大、电阻越大、通电时间越长，电流产生的热量越多。据此形成数学模型：Q∝IRt。再通过量纲分析，得到Q∝I2。从而形成新的模型：Q∝I2Rt或Q=kI2Rt。再根据纯电阻电路W=Q，分析，得到k=1。
●最终模型：形成最终模型：Q=I2Rt。
●解决问题：从而得到焦耳定律。
可见，“模型（假说）——不断改进探究模式”告诉我们一种逐渐解决问题的方法：通过对假说或模型的不断改进，最终得到完美的假说或模型，也就是问题的答案。这种模式包含了“模型法”、“假说方法”、“优化法”、“臻美法”、“问题转换法”、“缺点列举法”、“逐渐逼近法”等多种科学研究方法，因此对于培养学生多元化思维有着积极的作用。
【参考文献】
[1]钱伟长.《中国历史上的科学发明》.上海：上海大学出版社.2009.
[2]李建珊.《科学方法概览》.北京：科学出版社.2002.
[3]查有梁.《教育模式》.北京：教育科學出版社.1999.
关键词：物理探究教学；中国古代科学家；苏颂；科学方法；模型（假说）——不断改进探究模式
中国古代科学家在科学技术方面取得的巨大成就，离不开他们超凡的科学思想和科学方法。苏颂就是这样一位出色的科学技术大师和科学方法大师，他的科学思想和方法对于我们今天的物理探究教学仍然有着重要的启发作用。
一、苏颂与水运仪象台
苏颂（1020-1101），北宋时期著名的药物学家、天文学家、机械发明家，是我国古代历史上百科全书式的科学家，李约瑟曾经把苏颂誉为：“中国古代和中世纪最伟大的博物学家和科学家”。
苏颂对于天文学和机械制造工程最重要的贡献，就是建造了把铜浑仪和水运浑天仪合在一起的仪器--水运仪象台，它是世界上最古老的天文钟（一种既能表示天象，又能计时的仪器），至今为止，受到国内外科学家的高度评价。
元祐二年（1087年）八月，得到朝廷批准，苏颂组构了专门的机构——水运浑仪所，来从事水运仪象台的制造。他和助手韩公廉一起，组织了一支包括科研、能工巧匠和行政人员在内的力量雄厚的队伍，于元祐三年（1088年）五月造成了全部仪器的小木样。经检验后，在这年的十二月份又造成了大木样。朝廷命令把大木样放置在宫内集英殿，同时命令翰林学士许将进行鉴定。许将率领水运浑仪所中的天文工作者周日严、苗景等人，昼夜测验了3个多月，认为与实际天象相合。于是，朝廷下令用铜来制造正式的仪器。最终，高3丈6尺（约12米）分为3层的铜制水运仪象台在元祐七年（1092年）六月完成。
二、方法的启示
苏颂领导制造水运仪象台的过程如下：
制造水运仪象台——制造小木样——检验——制造大木样——鉴定、测验与实际天象相合——用铜制造正式仪器
苏颂的方法，对我们解决问题中有3点重要的启发：
1．在解决问题时，尤其是一些不容易重复的大问题（如大型仪器、工程制造等），首先制作初步模型，对模型进行检验调整后，再制造修改后的新模型，然后对新模型进行调整检验。通过不断地调整检验，最终使模型与实际和要求相符。再做成真正实物，解决问题。
2．在解决问题时，也可以首先提出初步假说，然后对假说进行检验调整，提出修改后的假说，然后对新假说再进行调整检验。通过不断地调整检验，最终形成完美假说，从而将假说变成结论和规律，解决问题。
3．在解决问题的过程中，假说和模型可以交替进行，交替改进，最终解决问题。
这种“模型（假说）——不断改进”方法，可以使我们通过不断修订改进模型或假说，解决问题。
三、模型（假说）——不断改进探究模式
将苏颂的方法运用到探究教学中，就形成了“模型（假说）——不断改进探究模式”：
1．思维程序：
问题——模型（假说）——不断改进——最终模型（假说）——解决问题
2．说明：
（1）问题：提出研究问题。
（2）模型（假说）：制作解决问题的初步模型（或提出初步假说）。
（3）不断改进：运用实验等手段不断检验修改模型（或假说）。
（4）最终模型（假说）：经不断改进，形成解决问题的完美模型（或完美假说）。
（5）解决问题：通过完美模型（或完美假说）解决问题。
四、教学案例
（一）案例1：探究“滑动变阻器的制作”。
●问题：如何制造改变电阻的仪器？
●模型：根据决定电阻大小的因素，提出3种模型并画出设计图：通过改变材料的变阻器；通过改变横截面积的变阻器；通过改变长度的变阻器。经分析讨论，选择第3种模型。
●不断改进：让学生用长导线制造这种模型。通过操作发现该模型需要很长的导线，很占空间。让学生改进，将长直导线变为螺旋线，缩小空间。通过操作又发现，若导线密密缠绕在一起易造成局部短路。再让学生考虑，用带有绝缘漆的导线密密缠绕。……
●最终模型：经多次改进，使最终形成的模型与真正的滑动变阻器完全一致。
●解决问题：用真正的实验室滑动变阻器进行实验，研究变阻器的使用。
（二）案例2：探究“焦耳定律”。
●问题：电流产生的热量与什么因素有关？
●假说：通过演示，提出初步假说：电热与电流大小、电阻大小、通电时间有关。
●不断改进：经分组实验验证了假说正确，并不断修改假说，过程如下：
通过实验得出，电流越大、电阻越大、通电时间越长，电流产生的热量越多。据此形成数学模型：Q∝IRt。再通过量纲分析，得到Q∝I2。从而形成新的模型：Q∝I2Rt或Q=kI2Rt。再根据纯电阻电路W=Q，分析，得到k=1。
●最终模型：形成最终模型：Q=I2Rt。
●解决问题：从而得到焦耳定律。
可见，“模型（假说）——不断改进探究模式”告诉我们一种逐渐解决问题的方法：通过对假说或模型的不断改进，最终得到完美的假说或模型，也就是问题的答案。这种模式包含了“模型法”、“假说方法”、“优化法”、“臻美法”、“问题转换法”、“缺点列举法”、“逐渐逼近法”等多种科学研究方法，因此对于培养学生多元化思维有着积极的作用。
【参考文献】
[1]钱伟长.《中国历史上的科学发明》.上海：上海大学出版社.2009.
[2]李建珊.《科学方法概览》.北京：科学出版社.2002.
[3]查有梁.《教育模式》.北京：教育科學出版社.1999.