前沿科技融入初中物理教學(xué)中的實(shí)踐策略

王茜

摘要：中學(xué)義務(wù)教育時(shí)期的物理課程是科技素質(zhì)教育的重要內(nèi)容，同時(shí)承載著培育中學(xué)生核心素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)的重要任務(wù)?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）》要求物理教學(xué)的內(nèi)容應(yīng)具有時(shí)代性。物理課堂融入前沿科技知識(shí)是初中物理教學(xué)現(xiàn)代化的重要體現(xiàn)，也是新課程改革與時(shí)俱進(jìn)的迫切任務(wù)。通過挖掘教材中的科技前沿知識(shí)精心制作教學(xué)設(shè)計(jì)、鉆研教學(xué)方法、充分發(fā)揮學(xué)生為主體的積極作用，將前沿科學(xué)技術(shù)與課堂教學(xué)相融合，可以有效激發(fā)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)態(tài)度、社會(huì)責(zé)任，達(dá)到育人的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：前沿科技；物理教學(xué)；實(shí)踐策略

習(xí)近平總書記在2020年的科學(xué)家座談會(huì)上指出：“好奇心是人的天性，對(duì)科學(xué)興趣的引導(dǎo)和培養(yǎng)要從娃娃抓起，使他們更多了解科學(xué)知識(shí)，掌握科學(xué)方法，形成一大批具備科學(xué)家潛質(zhì)的青少年群體”[1]。物理課堂是中學(xué)生了解社會(huì)和科技發(fā)展的重要途徑之一。通過長時(shí)間的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)發(fā)現(xiàn)，不少教師和學(xué)生在教學(xué)過程中存在著一些問題，其主要表現(xiàn)在：教師在長期的教學(xué)過程中著重關(guān)注過去的經(jīng)典物理學(xué)而忽視了物理學(xué)日新月異的發(fā)展變化，導(dǎo)致學(xué)生掌握的知識(shí)內(nèi)容偏舊、層次偏淺，與當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展脫節(jié)。初中學(xué)生在升學(xué)壓力下，課業(yè)負(fù)擔(dān)繁重，只關(guān)注中考的考試內(nèi)容，習(xí)慣了應(yīng)試教育。這就導(dǎo)致教師很難培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于物理的學(xué)習(xí)興趣，特別是在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力方面有所欠缺。面對(duì)這些弊端，筆者試圖能找到一些解決的策略。

一、初中物理教學(xué)中融入前沿科技知識(shí)的價(jià)值

在人類社會(huì)發(fā)展中，物理是推動(dòng)社會(huì)前進(jìn)的基礎(chǔ)學(xué)科。隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)科技發(fā)展關(guān)注程度的日益提高，物理學(xué)家們也加速了向人類未知領(lǐng)域開拓的腳步。當(dāng)前，人類在技術(shù)創(chuàng)新方面獲得了新突破，物理學(xué)科也與其他眾多學(xué)科產(chǎn)生了深度融合，例如，物理與計(jì)量學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科進(jìn)行了融合發(fā)展，進(jìn)而拓展形成了一系列豐富多彩的前沿科技，大到宇宙空間，小到原子微觀世界，這些技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了社會(huì)，給我們的生活生產(chǎn)帶來了快捷和便利。多姿多彩的前沿科學(xué)技術(shù)不僅能引起學(xué)生的注意，還有效拓展了他們的視野，進(jìn)而使學(xué)生有強(qiáng)烈的科學(xué)求知欲，讓學(xué)生養(yǎng)成善于探索、勇于創(chuàng)新的品質(zhì)，獲得終身發(fā)展的能力與動(dòng)力。對(duì)于教師來說，有效挖掘初中物理課本中的前沿科技知識(shí)，設(shè)計(jì)相關(guān)課程，有利于更新教學(xué)理念和知識(shí)體系，提高他們的專業(yè)素質(zhì)。同時(shí)這又豐富了教學(xué)內(nèi)容，營造出良好的課堂氛圍，促進(jìn)物理教學(xué)質(zhì)量的有效提升。因此，在開展前沿科技融入物理課堂的過程中，要充分發(fā)揮教師與學(xué)生“兩個(gè)主體”的作用，使教學(xué)內(nèi)容活潑有趣，具有更深刻的意義。

二、前沿科技在初中物理教學(xué)中的實(shí)踐策略

（一）精心制作教學(xué)設(shè)計(jì)

前沿科技知識(shí)具有復(fù)雜性。前沿科技不僅僅只涉及到物理學(xué)科的內(nèi)容，還包括了不同學(xué)科之間的相互交融。例如超聲波的應(yīng)用：超聲在探索物質(zhì)的物理特性和固、液體的原子、分子結(jié)構(gòu)等方面有很大優(yōu)勢(shì)，而且超聲波長短，指向性極強(qiáng)。利用這些特性，超聲波既可以應(yīng)用到材料科學(xué)中，比如無損檢測(cè)，焊接等；又可以應(yīng)用到計(jì)量學(xué)中，流速、密度、粘度等物理量的測(cè)量；甚至被廣泛應(yīng)用到了化學(xué)、生物學(xué)中。初中教材中的前沿科技廣而雜，有些在正文中，有些在選讀中，還有些只是出現(xiàn)了概念。以初中生的認(rèn)知水平來說，如果只是自己閱讀教材中的相關(guān)知識(shí)，對(duì)于前沿科技的理解還是有一定難度。這就需要教師充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，依據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)，深入挖掘教材中的前沿科技知識(shí)，摘選出符合學(xué)生的認(rèn)知水平的內(nèi)容，精心地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

1.在新課導(dǎo)入時(shí)，引入前沿科技

生活中的前沿科技，會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生疑問和思考，為即將進(jìn)行的學(xué)習(xí)重點(diǎn)打下伏筆，從而做到著眼現(xiàn)實(shí)，啟迪思維。例如教學(xué)“超聲波和次聲波”一課，教師在新課引入時(shí)，可以引入超聲波加濕器，先讓學(xué)生打開加濕器的蓋子觀察其內(nèi)部構(gòu)造和使用過程，并解釋原理：霧化片的高頻率振動(dòng)，將小水珠打散成5微米左右的細(xì)小漂浮粒子，再通過風(fēng)機(jī)的作用或者自然狀態(tài)下遠(yuǎn)離水面，不斷產(chǎn)生懸浮水霧，最后達(dá)到了空氣濕潤的效果[2]；也可以讓學(xué)生摘下經(jīng)常使用的一次性口罩，觀察罩面和耳繩相接的地方，沒有用膠水卻連接的很牢固，這就是使用了超聲波焊接的原理。在課堂中還可以拓展聲音的應(yīng)用作為新課導(dǎo)入，教師使用天貓精靈詢問天氣或高德地圖語音導(dǎo)航要去某個(gè)地方，這是日常生活中最常見的語音識(shí)別技術(shù)，以上是關(guān)于可聽聲波的應(yīng)用。隨后提問：人耳聽不到的聲音可以利用嗎？由此進(jìn)入新課的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步引發(fā)學(xué)生的疑問，探索人耳聽不到的聲音。

2.在情感教育中，滲透前沿科技

物理教學(xué)中的情感教育可以促使學(xué)生智能、心理和情感等多種能力協(xié)調(diào)發(fā)展，進(jìn)而樹立對(duì)學(xué)習(xí)的自信心，推動(dòng)學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)展。一線教師在進(jìn)行前沿科技的授課過程中，要起到情感教育的積極效果。例如，教學(xué)“電阻”一節(jié)課，教師在講到電阻的單位歐姆時(shí)，簡(jiǎn)要介紹歐姆的研究經(jīng)歷。歐姆長期擔(dān)任中學(xué)教師，在探究導(dǎo)體的過程中，由于實(shí)驗(yàn)條件落后，使用了伏打電堆，供電不穩(wěn)定，經(jīng)歷了多次失敗和世人的誤解，但這并沒有影響歐姆的科研探索旅途。他在孤立與艱難的環(huán)境中自己動(dòng)手制作儀器，鍥而不舍地進(jìn)行科學(xué)研究，最終定義了電阻，研究出了歐姆定律，成為了一名大學(xué)教授。學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)歐姆堅(jiān)韌不拔的科學(xué)精神時(shí)，也需要了解歐姆的科研成果給后人帶來的巨大價(jià)值，知道電阻是生活中使用最多的電子元件，電阻可以將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，例如，電飯鍋、電爐子等家用電器就是使用了這種原理。這樣，學(xué)生會(huì)主動(dòng)觀察生活中的電器，是否有電阻的影子，并探究其原理。

3.在課后作業(yè)中，融入前沿科技

前沿科技知識(shí)僅僅依靠教師上課的講解顯然是不夠的，在不增加學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)的前提下，教師對(duì)作業(yè)的設(shè)計(jì)應(yīng)反復(fù)考慮琢磨，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力。例如，“聲現(xiàn)象在科技中的應(yīng)用”一課的課后作業(yè)可以進(jìn)行分類：A類，如果語音識(shí)別身份技術(shù)能夠普遍應(yīng)用到生活當(dāng)中，我們的生活會(huì)有怎樣的變化，請(qǐng)聯(lián)系生活實(shí)際設(shè)想并完成一篇小短文，字?jǐn)?shù)不限。B類，體驗(yàn)手機(jī)中的語音識(shí)別技術(shù)，并通過上網(wǎng)查閱資料或者其他的方法繼續(xù)去探索發(fā)現(xiàn)聲現(xiàn)象在科技中的應(yīng)用。課后作業(yè)的設(shè)計(jì)，不單是習(xí)題書寫，更重要的是讓學(xué)生思考、動(dòng)手體驗(yàn)。這樣，課后作業(yè)將起到促進(jìn)學(xué)生拓展的作用，這種拓展既有加深理解的，也有延伸應(yīng)用的，甚至有發(fā)現(xiàn)新知識(shí)和新方法的作用。

（二）鉆研教學(xué)方法

新課改理念強(qiáng)調(diào)了物理前沿科技的重要作用，但這也對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)提出了較高要求。部分前沿科技知識(shí)比較陌生抽象，很多學(xué)生甚至對(duì)這些知識(shí)沒有任何的概念。有時(shí)候語言并不能直觀的描述其物理本質(zhì)，我們需要探索新的教學(xué)方法，讓學(xué)生能直接地看到或感受到抽象的物理現(xiàn)象，讓學(xué)生發(fā)自內(nèi)心的認(rèn)為物理知識(shí)不僅僅是紙上談兵，就存在于我們的身邊。

1.巧用多媒體課件

在物理課堂教學(xué)時(shí)，教師可借助多媒體技術(shù)演示較抽象的知識(shí)，從網(wǎng)絡(luò)下載相關(guān)素材后，插入自己要講的內(nèi)容，制作成動(dòng)畫、微課等，充分利用多媒體的閃爍、圖形變化等功能，強(qiáng)化感知。例如，蘇科版第七章“從粒子到宇宙”一課，物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生知道原子是由原子核和電子構(gòu)成，了解人類探索微觀世界的歷程[3]。而人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的探索有著漫長歷史。從剛開始的道爾頓模型到湯姆森模型、盧瑟福模型、玻爾模型，最終形成現(xiàn)代模型，即電子云模型，也就是說電子繞核運(yùn)動(dòng)，形成了一個(gè)帶負(fù)電荷的云團(tuán)[4]。這些模型如果只靠教師解說或者板書作圖，學(xué)生是很難想象的。通過多媒體課件的展示再加入教師的講解，學(xué)生對(duì)原子的結(jié)構(gòu)模型就能了然于胸，促進(jìn)知識(shí)由抽象到具體的轉(zhuǎn)化，達(dá)到很好的教學(xué)效果。

2.實(shí)驗(yàn)還原原理

前沿科技看似深?yuàn)W，實(shí)則都由基礎(chǔ)知識(shí)構(gòu)成。對(duì)于學(xué)生難以理解的前沿科技，教師可以啟發(fā)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)還原。生活中人們經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕調(diào)節(jié)臺(tái)燈的亮度，原理其實(shí)是一個(gè)接入滑動(dòng)變阻器的簡(jiǎn)單串聯(lián)電路。學(xué)生將電源、小燈泡、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、電流表用導(dǎo)線逐個(gè)順次連接起來，形成一個(gè)串聯(lián)電路，通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，改變接入電路中電阻絲的長度，從而改變電流的大小，實(shí)現(xiàn)了燈泡亮暗的控制。如此，可連續(xù)調(diào)節(jié)亮度的臺(tái)燈原理就能一目了然。物理教學(xué)是一個(gè)以科學(xué)實(shí)驗(yàn)為核心的課程，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中動(dòng)手、動(dòng)腦、動(dòng)眼，最關(guān)鍵的就是訓(xùn)練了學(xué)生的操作技能，包括觀測(cè)現(xiàn)象、研究問題、解決問題等基本技能。

3.開展專題課程

很多學(xué)生對(duì)前沿科技知識(shí)很感興趣，但是迫于沒有學(xué)習(xí)的渠道，再加上前沿科技知識(shí)系統(tǒng)性不強(qiáng)，有時(shí)候僅在日常教學(xué)中的簡(jiǎn)短講解，學(xué)生很難理解，所以一些學(xué)生對(duì)生活中的不懂的知識(shí)就不了了之了。在“雙減”政策落實(shí)后，課后延時(shí)服務(wù)隨之開啟。延時(shí)課堂并不僅僅是為了照顧學(xué)生，讓他們做作業(yè)，更給了學(xué)生充分的時(shí)間促進(jìn)他們能力培養(yǎng)與個(gè)人發(fā)展。因此，物理教師可以借此機(jī)會(huì)研發(fā)校本課程、專題課程。例如：在講完“聲現(xiàn)象在科技中的應(yīng)用”一課后，可以在課后延時(shí)服務(wù)中講“語音識(shí)別技術(shù)系列課程”；在講到電學(xué)部分時(shí)，有時(shí)實(shí)驗(yàn)室測(cè)出的數(shù)據(jù)誤差較大，可以開展“物理虛擬實(shí)驗(yàn)探究系列課程”等。通過一系列的課程，讓學(xué)生能深刻了解到前沿科技給人類生活生產(chǎn)帶來的便利，繼而產(chǎn)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

（三）充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用

物理課程標(biāo)準(zhǔn)的理念是培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。而初中學(xué)生的中考?jí)毫σ彩遣谎远鞯?。學(xué)生在長期的生活學(xué)習(xí)中已習(xí)慣應(yīng)試教育，這種心態(tài)直接關(guān)系到了其對(duì)物理學(xué)科的積極性與主動(dòng)性。在日常教育中，應(yīng)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主體作用，使被動(dòng)教學(xué)逐漸變成主動(dòng)教育。

1.培養(yǎng)學(xué)生前沿的思維意識(shí)

我國從古至今一直倡導(dǎo)“學(xué)而不思則罔”“學(xué)以思為貴”。由此可見思維能力的訓(xùn)練在教育中的意義重大。在素質(zhì)教育的時(shí)代，教師不僅是學(xué)生科學(xué)知識(shí)的助推者，還應(yīng)該成為學(xué)生創(chuàng)新能力和聰明才智的培育者。教師啟發(fā)引導(dǎo)得好，學(xué)生的思維水平會(huì)提高得更好，對(duì)事情理解的能力就更強(qiáng)，自控力、自學(xué)能力和獨(dú)立意識(shí)也更高，對(duì)其終身成長產(chǎn)生良好的促進(jìn)作用。在課堂上，教師要注意對(duì)學(xué)生思維能力的訓(xùn)練，比如，在課堂教學(xué)中介紹先進(jìn)科學(xué)技術(shù)時(shí)，要循循善誘，教師提出的問題必須進(jìn)行認(rèn)真遴選，防止隨意性，問題的提出要承上啟下、層次遞進(jìn)，指導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考；板書的呈現(xiàn)、公式推導(dǎo)、定量分析等要簡(jiǎn)潔利落，由點(diǎn)到面，在設(shè)定好的前提下，進(jìn)行歸納統(tǒng)一，形成可以多次使用的一般結(jié)論。并在教學(xué)過程中穿插閱讀科普書籍、開展物理前沿知識(shí)手抄報(bào)專欄、課前前沿技術(shù)3分鐘播報(bào)、觀看科教頻道物理科普類節(jié)目、電影，等等。通過形式多樣的活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注前沿科技，學(xué)會(huì)用科學(xué)的思維解決生活中的問題。

2.培養(yǎng)學(xué)生前沿的實(shí)踐能力

僅僅有理論知識(shí)是不夠的，經(jīng)驗(yàn)是認(rèn)識(shí)的源泉，是認(rèn)識(shí)發(fā)展的基本力量。因此，在教學(xué)過程中教師不僅要為學(xué)生做演示實(shí)驗(yàn)，還要給其提供動(dòng)手操作的環(huán)境、指導(dǎo)他們動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、開展各類動(dòng)手操作活動(dòng)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)的實(shí)踐。也就是按照特定目的，利用特定的工具、裝置和其他方法，在人工控制的環(huán)境下，觀測(cè)、分析自然界狀態(tài)和變化規(guī)律的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)。比如在“超聲波應(yīng)用”系列課程中，學(xué)生最感興趣的就是超聲波避障小車，教師可以讓學(xué)生們連接超聲波避障小車的硬件，熟悉每一個(gè)部件的名稱與作用，最后總結(jié)歸納原理。這種動(dòng)手操作的活動(dòng)是一個(gè)輸出的過程，是一種把理論知識(shí)內(nèi)化的活動(dòng)，是把無序的、片段化的內(nèi)容外化為有序的、體系的認(rèn)識(shí)的活動(dòng)，并從中找到事物的基本規(guī)律。這既豐富了課余活動(dòng)，又能灌輸知識(shí)，達(dá)到了提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的目的。如此，學(xué)生會(huì)懂得實(shí)踐是獲取經(jīng)驗(yàn)事實(shí)和檢驗(yàn)科學(xué)假說、理論真理性的重要途徑。在生活中也能養(yǎng)成動(dòng)腦動(dòng)手的習(xí)慣，或許在動(dòng)手的過程中能推陳出新，探究出更前沿的科學(xué)技術(shù)。

總之，教育的核心是人的發(fā)展，將前沿科技知識(shí)引入初中物理課堂，有利于促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，同時(shí)又能推動(dòng)物理教學(xué)模式的創(chuàng)新。一線教師要重視對(duì)前沿知識(shí)的獲取，用現(xiàn)代物理學(xué)的思想去重新融合傳統(tǒng)教學(xué)模式，探索靈活、開放的教學(xué)策略與形式。

參考文獻(xiàn)：

[1]YANG， Y.Preface：Develop， and， Innovate， Science， Education，Cultivate，Innovative，Talents [J].Bulletin，of，Chinese，Academy of Sciences（Chinese]Version），2021，36（7）.

[2]付衛(wèi)東，王海峰，王保東.一種超聲波加濕器的動(dòng)態(tài)性能研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2007]（2）.

[3]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：10-11.

[4]李鵬源，劉瑞，趙亞杰，等.“顯性———反思性”的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)———以“原子結(jié)構(gòu)”發(fā)展史為例[J].化學(xué)教育（中英文），2020，41（1）.

課題項(xiàng)目：陜西省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度一般課題“應(yīng)用前沿科技優(yōu)化初中物理教學(xué)策略的研究”（SGH21Y1140）

見習(xí)編輯/張婷婷