中學(xué)物理教學(xué)前沿知識分類探討

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從國家教育部頒布《基礎(chǔ)教育課程改革綱要》，并在中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中增加了前沿知識起，中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中前沿知識的教學(xué)已然成為當(dāng)今中學(xué)教學(xué)教研中的熱門話題。但是，關(guān)于什么樣的知識是中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識，這些知識有什么特點，目前尚少見系統(tǒng)的研究，這對于中學(xué)物理教師準(zhǔn)確把握中學(xué)物理課堂教學(xué)，科學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效率無疑是十分不利的。因此，筆者把課改前的中學(xué)物理教學(xué)大綱與現(xiàn)行的中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，以人教版中學(xué)物理教材為研究對象，對中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識進(jìn)行分析，找出它們的特點，并進(jìn)行分類。

1中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中前沿知識的特點分析

中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容不可避免會涉及到一些物理學(xué)前沿知識，如近現(xiàn)代物理學(xué)中的量子理論、量子場論、超弦理論和場論、引力理論和物理學(xué)與其它科學(xué)相互交叉、滲透產(chǎn)生的許多邊緣學(xué)科，如生物物理學(xué)、化學(xué)物理學(xué)、材料物理學(xué)、地球物理學(xué)等。但是，中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識不僅僅只有這些，它還包含一些非經(jīng)典的物理概念，一些復(fù)雜的物理現(xiàn)象和新技術(shù)的應(yīng)用。結(jié)合中學(xué)階段物理教學(xué)的特點，筆者認(rèn)為凡是具有以下一個或多個特點的知識都可以算是中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識。

1．1時代性

中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識具有時代性。一方面，這些知識本身就是物理學(xué)前沿知識，如中學(xué)物理教材中出現(xiàn)的黑體和黑體輻射、光電效應(yīng)、非線性物理等，這些都是當(dāng)今物理學(xué)前沿知識，理所當(dāng)然也是中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識;另一方面，從中學(xué)物理新課程改革的角度來看，有一些知識本身并不是物理學(xué)的前沿知識，以前在中學(xué)物理教學(xué)中也沒有被提出來，而現(xiàn)在的中學(xué)物理教學(xué)中才提出來的，這些知識也是中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識。如中學(xué)物理新課程改革中提出的相對論和量子化的概念，它們誕生于20世紀(jì)初期，在物理學(xué)上相對論和量子化的概念已成為近代物理學(xué)的兩大基礎(chǔ)理論，但是在中學(xué)物理教學(xué)中相對論和量子化的概念仍是中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識。

1．2非常識性

以中學(xué)生的知識水平為出發(fā)點來看，中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識具有非常識性。所謂非常識，顧名思義就是這些知識沒有普遍流傳，只有極少數(shù)人認(rèn)知。在物理學(xué)中對于新事物、新規(guī)律的出現(xiàn)，都會經(jīng)歷從非常識轉(zhuǎn)變成常識的這樣一個過程，如，中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的真空，在經(jīng)典物理學(xué)里，真空是一無所有的空間，這一觀點已普遍為人們所認(rèn)知。而現(xiàn)代物理學(xué)從微觀的尺度或高能量上來研究，得出真空實際上是量子場的基態(tài)，存在著真空漲落和極化等效應(yīng)。而真空的微觀解釋已代替了經(jīng)典物理學(xué)中的真空成為了中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識。

1．3復(fù)雜性

中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中前沿知識的復(fù)雜性在中學(xué)物理教材中有著不同程度的體現(xiàn)。中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中一些復(fù)雜的物理現(xiàn)象概括起來可以分為兩類:一類是指這些物理現(xiàn)象本身就十分復(fù)雜，如單擺的大角度擺動，是一種十分復(fù)雜的物理現(xiàn)象，它需要用到非線性物理和混沌理論來解釋。另一類是指解釋過程十分復(fù)雜，需要用到物理前沿知識來解釋的物理現(xiàn)象，如光電效應(yīng)在物理學(xué)中不再是前沿知識，但是以中學(xué)生目前的知識水平來解釋這一現(xiàn)象是很困難的。在解釋光電效應(yīng)這一現(xiàn)象時，需要用到光量子理論、粒子的動力學(xué)、光的量子化等多種前沿理論知識。所以，在中學(xué)物理教材中出現(xiàn)的與非線性運動和光電效應(yīng)有著相同特點的物理現(xiàn)象都是中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識。

1．4交叉性

隨著自然學(xué)科自身的不斷發(fā)展，不同學(xué)科之間相互交叉、相互滲透，逐漸形成一批新興的交叉學(xué)科，如生物學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科在發(fā)展的過程中與物理學(xué)發(fā)生了交叉和融合，形成了一批與物理學(xué)相關(guān)的交叉學(xué)科。這些交叉學(xué)科中的某些知識點或物理現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)在中學(xué)物理教材中，被作為教學(xué)內(nèi)容介紹出來，那么這些交叉學(xué)科的知識點和現(xiàn)象理所當(dāng)然就是中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識。這就是中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識具有交叉性的根源所在。

2中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中前沿知識的分類

中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識以滲透的方式出現(xiàn)在中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中，所以知識點十分散亂，這給中學(xué)物理教學(xué)帶來了很多不便。根據(jù)中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中前沿知識的特點，筆者對人教版中學(xué)物理教材中的前沿知識進(jìn)行梳理，按照物理概念、現(xiàn)象、技術(shù)進(jìn)行分類歸納。

2．1非經(jīng)典物理概念

中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿理論主要包括:量子場論，量子化、相對論、超弦理論和場論、引力理論等，這些非經(jīng)典物理概念貫穿于整個中學(xué)物理教學(xué)中。在中學(xué)物理教學(xué)中滲透一些非經(jīng)典物理概念，有助于豐富學(xué)生的物理知識，了解物理學(xué)的發(fā)展過程，同時使物理課堂更生動、更有趣，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

2．2生活中需要用前沿知識來解釋的現(xiàn)象

相對于中規(guī)中矩的物理原理和物理公式，生活中的一些物理現(xiàn)象更能引起中學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。在中學(xué)物理教材中增加一些生活中不常見的、與物理前沿知識相關(guān)的物理現(xiàn)象，有助于中學(xué)生理解一些與物理前沿相關(guān)的知識。

2．3需要用到交叉學(xué)科知識來解答的問題

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，不同學(xué)科之間相互交叉、相互滲透，形成了一批新的交叉學(xué)科，這些交叉學(xué)科逐漸展露頭角，成為了當(dāng)代前沿科學(xué)，如生物物理學(xué)、材料物理學(xué)、地球物理學(xué)、化學(xué)物理學(xué)等。這些邊緣學(xué)科的發(fā)展大大推動了社會科技的進(jìn)步。

2．4與新技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的知識

物理學(xué)前沿科技的發(fā)展，能更好地服務(wù)于人們的生活，推動社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。如超導(dǎo)材料完全導(dǎo)電性和抗磁性的發(fā)現(xiàn)，使得人們出行更加方便快捷;核裂變的成功，使得核能發(fā)電正式進(jìn)入人們的生活，成為人們生活中一種重要的能源;全息成像技術(shù)已成為當(dāng)今醫(yī)療上不可或缺的醫(yī)療技術(shù)……這些內(nèi)容滲透于整個中學(xué)階段的物理教材，從而使中學(xué)生能夠?qū)⒁恍┣把氐奈锢砜萍寂c生活聯(lián)系起來，動手能力得以培養(yǎng)。在中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中滲透前沿知識，是新課程改革的必然要求，是物理教學(xué)現(xiàn)代化的必然趨勢。對中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識進(jìn)行系統(tǒng)歸類整理，有助于中學(xué)物理教師在中學(xué)物理課堂中滲透物理前沿知識，提高課堂教學(xué)的效果。

作者：唐香玉 鄧昭友 陳鵬 唐利強(qiáng) 單位：湖南科技大學(xué)