中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識(shí)分類探討

唐香玉，鄧昭友，陳鵬，唐利強(qiáng)

(1.湖南科技大學(xué) 教育學(xué)院;2.湖南科技大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

從國(guó)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(shí)起，中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中前沿知識(shí)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(shí)是中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識(shí)，這些知識(shí)有什么特點(diǎn)，目前尚少見系統(tǒng)的研究，這對(duì)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(duì)象，對(duì)中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識(shí)進(jìn)行分析，找出它們的特點(diǎn)，并進(jìn)行分類。

1 中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中前沿知識(shí)的特點(diǎn)分析

中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容不可避免會(huì)涉及到一些物理學(xué)前沿知識(shí)，如近現(xiàn)代物理學(xué)中的量子理論、量子場(chǎng)論、超弦理論和場(chǎng)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［1］。但是，中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識(shí)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(diǎn)，筆者認(rèn)為凡是具有以下一個(gè)或多個(gè)特點(diǎn)的知識(shí)都可以算是中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識(shí)。

1.1 時(shí)代性

中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識(shí)具有時(shí)代性。一方面，這些知識(shí)本身就是物理學(xué)前沿知識(shí)，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(shí)，理所當(dāng)然也是中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識(shí);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(shí)本身并不是物理學(xué)的前沿知識(shí)，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(shí)也是中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識(shí)。如中學(xué)物理新課程改革中提出的相對(duì)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(duì)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(duì)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(shí)。

1.2 非常識(shí)性

以中學(xué)生的知識(shí)水平為出發(fā)點(diǎn)來看，中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識(shí)具有非常識(shí)性。所謂非常識(shí)，顧名思義就是這些知識(shí)沒有普遍流傳，只有極少數(shù)人認(rèn)知。在物理學(xué)中對(duì)于新事物、新規(guī)律的出現(xiàn)，都會(huì)經(jīng)歷從非常識(shí)轉(zhuǎn)變成常識(shí)的這樣一個(gè)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(diǎn)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(shí)際上是量子場(chǎng)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(shí)。

1.3 復(fù)雜性

中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中前沿知識(shí)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(dòng)，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(shí)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(shí)，但是以中學(xué)生目前的知識(shí)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(shí)，需要用到光量子理論、粒子的動(dòng)力學(xué)、光的量子化等多種前沿理論知識(shí)。所以，在中學(xué)物理教材中出現(xiàn)的與非線性運(yùn)動(dòng)和光電效應(yīng)有著相同特點(diǎn)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(shí)。

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(shí)點(diǎn)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(shí)點(diǎn)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(shí)。這就是中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識(shí)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(shí)的分類

中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識(shí)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(shí)點(diǎn)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(shí)的特點(diǎn)，筆者對(duì)人教版中學(xué)物理教材中的前沿知識(shí)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(chǎng)論，量子化、相對(duì)論、超弦理論和場(chǎng)論、引力理論等［2］，這些非經(jīng)典物理概念貫穿于整個(gè)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(shí)，了解物理學(xué)的發(fā)展過程，同時(shí)使物理課堂更生動(dòng)、更有趣，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中涉及的非經(jīng)典物理概念如表1所示。

表1 中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中涉及的非經(jīng)典物理概念［3－4］

2.2 生活中需要用前沿知識(shí)來解釋的現(xiàn)象

相對(duì)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(shí)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(shí)。中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中需用前沿知識(shí)來解釋的一些現(xiàn)象如表2所示。

表2 中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中需用前沿知識(shí)來解釋的一些現(xiàn)象［4］

2.3 需要用到交叉學(xué)科知識(shí)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［5］。這些邊緣學(xué)科的發(fā)展大大推動(dòng)了社會(huì)科技的進(jìn)步。中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的交叉學(xué)科知識(shí)如表3所示。

表3 中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的交叉學(xué)科知識(shí)［3－4］

2.4 與新技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的知識(shí)

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(dòng)社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展［6］。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(gè)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(dòng)手能力得以培養(yǎng)。中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中與新技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的知識(shí)如表4所示。

表4 中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中與新技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的知識(shí)［3－4］

在中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中滲透前沿知識(shí)，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(shì)。對(duì)中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中的前沿知識(shí)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(shí)，提高課堂教學(xué)的效果。

［1］郭芳華.論物理前沿知識(shí)課堂教學(xué)滲透的路徑選擇［J］.理化生教學(xué)與研究，2008(12):5－8.

［2］潘建標(biāo).打開“窗口”看世界——高中物理教材滲透物理學(xué)前沿的探討［J］.四川教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2004(6):40－41.

［3］人民教育出版社物理課程教材研究開發(fā)中心.教育部審定義務(wù)教育教科書——物理(全套)［M］.北京:人民教育出版社，2012.

［4］人民教育出版社物理課程教材研究開發(fā)中心.通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)教科書——物理(全套)［M］.北京:人民教育出版社，2007.

［5］徐志宏，冉憲文，湯文輝.新興交叉學(xué)科背景下計(jì)算物理課程教學(xué)改革［J］.高等教育研究學(xué)報(bào)，2013(10):77－79.

［6］鄭丑生，唐利強(qiáng).新課程背景下的中學(xué)物理前沿問題教學(xué)探討［J］.當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2011(1):1－2.