前沿科技融入初中物理教學中的實踐策略

清華大學附屬中學文安驛學校 王 茜

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

一、初中物理教學中融入前沿科技知識的價值

在人類社會發(fā)展中， 物理是推動社會前進的基礎(chǔ)學科。 隨著現(xiàn)代社會對科技發(fā)展關(guān)注程度的日益提高，物理學家們也加速了向人類未知領(lǐng)域開拓的腳步。 當前，人類在技術(shù)創(chuàng)新方面獲得了新突破，物理學科也與其他眾多學科產(chǎn)生了深度融合，例如，物理與計量學、化學、生物學、材料學等學科進行了融合發(fā)展，進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，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技術(shù)不僅能引起學生的注意，還有效拓展了他們的視野，進而使學生有強烈的科學求知欲，讓學生養(yǎng)成善于探索、勇于創(chuàng)新的品質(zhì)，獲得終身發(fā)展的能力與動力。 對于教師來說，有效挖掘初中物理課本中的前沿科技知識，設(shè)計相關(guān)課程，有利于更新教學理念和知識體系，提高他們的專業(yè)素質(zhì)。 同時這又豐富了教學內(nèi)容，營造出良好的課堂氛圍，促進物理教學質(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)揮教師與學生“兩個主體”的作用，使教學內(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中的實踐策略

（一）精心制作教學設(shè)計

前沿科技知識具有復(fù)雜性。前沿科技不僅僅只涉及到物理學科的內(nèi)容，還包括了不同學科之間的相互交融。 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，而且超聲波長短，指向性極強。 利用這些特性，超聲波既可以應(yīng)用到材料科學中，比如無損檢測，焊接等；又可以應(yīng)用到計量學中，流速、密度、粘度等物理量的測量；甚至被廣泛應(yīng)用到了化學、生物學中。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。 以初中生的認知水平來說，如果只是自己閱讀教材中的相關(guān)知識，對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)新課程標準，深入挖掘教材中的前沿科技知識，摘選出符合學生的認知水平的內(nèi)容， 精心地進行教學設(shè)計。

1.在新課導(dǎo)入時，引入前沿科技

生活中的前沿科技，會讓學生產(chǎn)生疑問和思考，為即將進行的學習重點打下伏筆，從而做到著眼現(xiàn)實，啟迪思維。例如教學“超聲波和次聲波”一課，教師在新課引入時，可以引入超聲波加濕器，先讓學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，將小水珠打散成5 微米左右的細小漂浮粒子，再通過風機的作用或者自然狀態(tài)下遠離水面， 不斷產(chǎn)生懸浮水霧，最后達到了空氣濕潤的效果[2]；也可以讓學生摘下經(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)航要去某個地方，這是日常生活中最常見的語音識別技術(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？由此進入新課的學習，進一步引發(fā)學生的疑問，探索人耳聽不到的聲音。

2.在情感教育中，滲透前沿科技

物理教學中的情感教育可以促使學生智能、心理和情感等多種能力協(xié)調(diào)發(fā)展，進而樹立對學習的自信心，推動學生創(chuàng)造力的發(fā)展。一線教師在進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“電阻”一節(jié)課，教師在講到電阻的單位歐姆時，簡要介紹歐姆的研究經(jīng)歷。歐姆長期擔任中學教師，在探究導(dǎo)體的過程中，由于實驗條件落后，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)境中自己動手制作儀器，鍥而不舍地進行科學研究，最終定義了電阻，研究出了歐姆定律，成為了一名大學教授。學生們在學習歐姆堅韌不拔的科學精神時，也需要了解歐姆的科研成果給后人帶來的巨大價值，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，學生會主動觀察生活中的電器，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

前沿科技知識僅僅依靠教師上課的講解顯然是不夠的，在不增加學生課業(yè)負擔的前提下，教師對作業(yè)的設(shè)計應(yīng)反復(fù)考慮琢磨， 從而激發(fā)學生學習的內(nèi)在動力。 例如，“聲現(xiàn)象在科技中的應(yīng)用”一課的課后作業(yè)可以進行分類：A 類， 如果語音識別身份技術(shù)能夠普遍應(yīng)用到生活當中，我們的生活會有怎樣的變化，請聯(lián)系生活實際設(shè)想并完成一篇小短文，字數(shù)不限。 B 類，體驗手機中的語音識別技術(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，不單是習題書寫，更重要的是讓學生思考、動手體驗。 這樣，課后作業(yè)將起到促進學生拓展的作用， 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)新知識和新方法的作用。

（二）鉆研教學方法

新課改理念強調(diào)了物理前沿科技的重要作用，但這也對教學環(huán)節(jié)提出了較高要求。部分前沿科技知識比較陌生抽象，很多學生甚至對這些知識沒有任何的概念。 有時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方法， 讓學生能直接地看到或感受到抽象的物理現(xiàn)象，讓學生發(fā)自內(nèi)心的認為物理知識不僅僅是紙上談兵，就存在于我們的身邊。

1.巧用多媒體課件

在物理課堂教學時，教師可借助多媒體技術(shù)演示較抽象的知識，從網(wǎng)絡(luò)下載相關(guān)素材后，插入自己要講的內(nèi)容，制作成動畫、微課等，充分利用多媒體的閃爍、圖形變化等功能，強化感知。 例如，蘇科版第七章“從粒子到宇宙”一課，物理課程標準要求學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動，形成了一個帶負電荷的云團[4]。這些模型如果只靠教師解說或者板書作圖，學生是很難想象的。 通過多媒體課件的展示再加入教師的講解，學生對原子的結(jié)構(gòu)模型就能了然于胸，促進知識由抽象到具體的轉(zhuǎn)化，達到很好的教學效果。

2.實驗還原原理

前沿科技看似深奧，實則都由基礎(chǔ)知識構(gòu)成。 對于學生難以理解的前沿科技， 教師可以啟發(fā)學生做實驗還原。生活中人們經(jīng)常轉(zhuǎn)動旋鈕調(diào)節(jié)臺燈的亮度，原理其實是一個接入滑動變阻器的簡單串聯(lián)電路。學生將電源、小燈泡、開關(guān)、滑動變阻器、電流表用導(dǎo)線逐個順次連接起來，形成一個串聯(lián)電路，通過移動滑動變阻器的滑片，改變接入電路中電阻絲的長度，從而改變電流的大小，實現(xiàn)了燈泡亮暗的控制。 如此，可連續(xù)調(diào)節(jié)亮度的臺燈原理就能一目了然。 物理教學是一個以科學實驗為核心的課程，在實驗環(huán)境中動手、動腦、動眼，最關(guān)鍵的就是訓(xùn)練了學生的操作技能，包括觀測現(xiàn)象、研究問題、解決問題等基本技能。

3.開展專題課程

很多學生對前沿科技知識很感興趣，但是迫于沒有學習的渠道，再加上前沿科技知識系統(tǒng)性不強，有時候僅在日常教學中的簡短講解，學生很難理解，所以一些學生對生活中的不懂的知識就不了了之了。 在“雙減”政策落實后，課后延時服務(wù)隨之開啟。 延時課堂并不僅僅是為了照顧學生，讓他們做作業(yè)，更給了學生充分的時間促進他們能力培養(yǎng)與個人發(fā)展。 因此，物理教師可以借此機會研發(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，可以在課后延時服務(wù)中講“語音識別技術(shù)系列課程”；在講到電學部分時，有時實驗室測出的數(shù)據(jù)誤差較大，可以開展“物理虛擬實驗探究系列課程”等。 通過一系列的課程，讓學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)生學習的動力。

（三）充分發(fā)揮學生的主體作用

物理課程標準的理念是培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。而初中學生的中考壓力也是不言而喻的。學生在長期的生活學習中已習慣應(yīng)試教育，這種心態(tài)直接關(guān)系到了其對物理學科的積極性與主動性。 在日常教育中，應(yīng)充分調(diào)動學生的主體作用，使被動教學逐漸變成主動教育。

1.培養(yǎng)學生前沿的思維意識

我國從古至今一直倡導(dǎo)“學而不思則罔”“學以思為貴”。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)教育的時代，教師不僅是學生科學知識的助推者，還應(yīng)該成為學生創(chuàng)新能力和聰明才智的培育者。教師啟發(fā)引導(dǎo)得好，學生的思維水平會提高得更好，對事情理解的能力就更強，自控力、自學能力和獨立意識也更高，對其終身成長產(chǎn)生良好的促進作用。 在課堂上，教師要注意對學生思維能力的訓(xùn)練，比如，在課堂教學中介紹先進科學技術(shù)時，要循循善誘，教師提出的問題必須進行認真遴選，防止隨意性，問題的提出要承上啟下、層次遞進，指導(dǎo)學生主動思考；板書的呈現(xiàn)、公式推導(dǎo)、定量分析等要簡潔利落，由點到面，在設(shè)定好的前提下，進行歸納統(tǒng)一，形成可以多次使用的一般結(jié)論。 并在教學過程中穿插閱讀科普書籍、開展物理前沿知識手抄報專欄、 課前前沿技術(shù)3 分鐘播報、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，引導(dǎo)學生關(guān)注前沿科技，學會用科學的思維解決生活中的問題。

2.培養(yǎng)學生前沿的實踐能力

僅僅有理論知識是不夠的，經(jīng)驗是認識的源泉，是認識發(fā)展的基本力量。 因此，在教學過程中教師不僅要為學生做演示實驗，還要給其提供動手操作的環(huán)境、指導(dǎo)他們動手實驗、開展各類動手操作活動，讓學生學會科學的實踐。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、分析自然界狀態(tài)和變化規(guī)律的社會實踐活動。 比如在“超聲波應(yīng)用”系列課程中，學生最感興趣的就是超聲波避障小車，教師可以讓學生們連接超聲波避障小車的硬件， 熟悉每一個部件的名稱與作用，最后總結(jié)歸納原理。 這種動手操作的活動是一個輸出的過程，是一種把理論知識內(nèi)化的活動，是把無序的、片段化的內(nèi)容外化為有序的、體系的認識的活動，并從中找到事物的基本規(guī)律。這既豐富了課余活動，又能灌輸知識，達到了提高學生的科學素養(yǎng)的目的。 如此，學生會懂得實踐是獲取經(jīng)驗事實和檢驗科學假說、 理論真理性的重要途徑。 在生活中也能養(yǎng)成動腦動手的習慣，或許在動手的過程中能推陳出新，探究出更前沿的科學技術(shù)。

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