学科前沿知识在中学物理教学中的渗透，本文主要内容关键词为：学科论文,中学物理论文,知识论文,教学中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、中学物理教学不应是“半段物理史”教学 物理知识可以分为经典物理和前沿物理（现代物理）两部分，这两部分知识有着各自不同的思维方法和研究思路。但长期以来，我们的高中物理教学只注重经典物理知识的教学，而忽略了前沿物理知识，这实质上就导致了物理教育的“片断化”。把物理教学变成了物理“前代史”的教育，使得学生只知道物理学的昨天，而不了解物理学的今天，更看不见物理学的明天。很大程度上，这也导致了学生对物理学的许多错误认识的出现，比如认为物理学对科技的贡献只属于过去，物理学科已经趋于完备，物理学科已经没有什么发展的余地等。实际上，原子能的利用，使人类掌握了新能源技术；激光技术的出现，使经典光学物理焕发了青春，实现了光纤通信；半导体科学技术的发展，导致了计算技术、无线电通信和自动控制的革命；超导电性、纳米固体材料和非晶态材料的出现（金属物理、半导体物理、电介质物理、非晶态物理、表面与界面物理、高压物理、低温物理等），又引发了新材料涌现等一系列科技革命。此外，物理学与其他学科之间的渗透，又产生了许多边缘交叉学科，如天体物理、大气物理、生物物理、地球物理、化学物理和最近发展起来的考古物理等。可以说，物理现象存在于人类生活的每一个角落，发生在宇宙的每一个地方，物理学是推动科学技术发展的重要支柱，它是自然科学中应用广泛、影响深刻、发展迅速的一门基础科学和带头科学。在科技高速发展的当今社会，各个发达国家的科学教育都十分重视前沿科学知识在学校教学中的渗透，其重点就在教学内容的现代化上。美国物理教师协会（AAPT）在1988年发布的《中学物理课程内容》的报告中就曾指出：“应当让中学生体验到物理学是一门发展中的科学，是现代前沿科学中最为激励人心的学科之一。” 二、中学物理教学应当融入当代生活元素 当代生活融入了太多的物理学科前沿知识，它方便了现代人的生活，提升了社会运行效率，是极好的教学素材。如果教师能从生活知识出发讲授相关的物理学原理，学生学到的就不只是物理理论，还会有实践经验、生活技能。 实例1：微波加热技术与微波炉。19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在分析和总结前人对电磁现象的研究成果的基础上，建立了他的经典电磁理论。根据这一理论，麦克斯韦预言：变化着的电磁场以波的形式向空间传播，这就是我们现在所说的电磁波。1887年德国物理学家赫兹用实验的方法证实了电磁波的存在。在1940年，英国伯明翰大学的两位教授发明了产生大功率微波的磁控管，并发现了微波的热效应。现代人利用了微波的传播方式，一是一部分从物体周围“绕过去”；二是另一部分从表面上反射回来；三还有一部分穿透到物体内部及它的热效应，实现微波与物体直接作用产生热量、对物体内部整体进行加热，从而避免了热损失，实现了加热的高效率。 实例2：数据压缩技术与家庭数字化设备。随着信息技术的迅猛发展，原来使用模拟信号的电器设备已被使用数字信号的电器设备所取代，如CD机、DVD机、电脑、数字电视、数码相机等。这些设备采用的原理就是利用0和1这两个数字符号的有序排列（如二进制数）所表示的信号，也称为二值数字信号。在处理数字信号的电路中，0和1分别对应着电路的“断”和“通”两种状态，作为电信号，数字信号表现为一种脉冲式的电流或电压。 实例3：模糊控制技术与模糊控制家用电器。随着科技的发展，家用电器的智能化程度越来越高，在众多复杂的操作系统下，对事物做出精确性的描述已不太容易。因此，我们希望通过对事物的模糊性描述而得出有用的结论。模糊数学与现代控制技术相结合形成了模糊控制技术，它成为现代家庭生活中运用越来越多的电器产品的核心技术，其基本原理就是开环控制系统和档相容原理。面对复杂和大规模的控制系统，特别是由人与机器所组成的社会系统，这两个原理的有机结合，能完成对系统有效的模糊性控制。 三、中学物理教学应当紧密联系学科前沿知识 在现行的教育体制下，我们既要考虑学生的升学压力，又不能抛弃对学生能力和兴趣的培养，因此，教师就必须把握好课堂中的片刻时间和时机，运用恰当的方法、策略渗透前沿学科知识。 策略一：了解运用成果，用理论去推理说明。在我国交通运输领域，各种高新技术和学科前沿知识的运用日益广泛，如超导技术在磁悬浮列车上研制上的运用。超导磁悬浮列车是利用铁轨和列车底部的超磁体间的斥力作用，使列车悬浮在铁轨上行驶，这样可以减少列车和地面铁轨间的摩擦力，全面提高列车行驶的速度，我国目前运行中的上海至杭州、上海浦东机场的磁悬浮列车最高时速达到了431km/h，其原理就是BCS理论，即在超导体内的电子分为超导电子和正常电子两种，这两种电子上存在本质上的不同，正常电子在导体内流动时会受到晶格点阵的散射而产生电阻，而超导电子在超导体内可以自由运动而无阻碍。这就是物理学上所称的“库伯电子对”。让学生了解超导取得的成果后，再让学生了解其物理学原理，对调动学生的学习积极性有很大的好处。 策略二：结合现象，微课展示原理。现代信息技术条件下的教育，更能够帮助师生实现直观可视化的教育。教师可以把学习内容的重难点以及涉及前沿学科的知识通过微视频的方式介绍给学生，可以让学生利用课余的零碎时间进行“片断”化的学习，在有趣、可视和动态的状态下“无声”地完成学习任务。既不额外增加学生负担，又可以让学生掌握学习的重点和前沿学科知识。如讲授“功和功率”（鲁科版高中物理必修2）一课，一个很重要的推导式P=Fv，这一公式不但在物理教学中有很多运用，而且在现实生活中也有着广泛的运用，特别是在交通运输方面。我们经常举的实例是当汽车在爬坡时，有经验的司机会通过降低速度来提升汽车爬坡时的牵引力。实际上，飞机飞行的过程也遵守同样的规律，如2009年的法航447和2014年的台湾复兴航空GE222两起空难事件，都是由于飞行员误操作，让飞机急速抬升，造成飞机失速（由P=Fv可知，在功率一定时，F越大，v就越小），最终导致飞机举力不够而坠落。教师可将这两起空难事件制作成微视频，由学生自主观看学习，能产生极具震撼性的教学效果。 策略三：实验操作，感受物理知识的运用。物理学发展的重要一环，就是不断地提出假说，并经过实验验证，对提出假说进行完善或者摈弃，即观察——猜想——推理——实验——验证的过程。在当代物理和前沿知识的研究中，这一思想和思维方式尤其突出。例如，“玻尔理论”的提出，打破了经典物理学“一统天下”的格局，开创了揭示微观世界基本特征的序幕，也为量子理论体系奠定了基础。它的作用，体现在爱因斯坦的评价中：“玻尔的电子壳层模型是思想领域中最高的音乐神韵。”所以，在我们基础物理教学中，应当重视物理实验的教学，让学生在自主实验和探究中去了解、发现物理学的奥秘。通过实验来学习物理，最典型的就是德国的中学教育，他们通过200多个实验来让学生完成中学物理学习这一任务。 时代在飞速发展，知识在加速陈旧，新的知识不断涌现，“一朝学成受用终身”的观点已无法适应当代教育的需要。教师是实施教育的直接参与者，教师的素质决定教育是否成功以及人才的质量，作为现代教师，必须积极主动地调整和完善自身的综合素质，从“半段”物理学史教学过渡到物理学“全史”教学。一是要从思想上重视前沿物理知识的教学；二是讲授前沿物理知识时应与学生已有的知识相联系；三是在课堂教学中对前沿物理知识的讲授应少而精，重在讲方法；四是应多联系生活实际讲授前沿物理知识。这样，我们物理教学就将始终处于“前沿”阵地，学生的思维也会始终处于前沿阵地。