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， 對科學興趣的引導和培養要從娃娃抓起，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的青少年群體”[1]。物理課堂是中學生了解社會和科技發展的重要途徑之一。通過長時間的教學實踐活動發現， 不少教師和學生在教學過程中存在著一些問題，其主要表現在：教師在長期的教學過程中著重關注過去的經典物理學而忽視了物理學日新月異的發展變化，導致學生掌握的知識內容偏舊、層次偏淺，與當今時代的發展脫節。初中學生在升學壓力下，課業負擔繁重，只關注中考的考試內容，習慣了應試教育。 這就導致教師很難培養學生對于物理的學習興趣，特別是在培養學生的科學思維和創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

在人類社會發展中， 物理是推動社會前進的基礎學科。 隨著現代社會對科技發展關注程度的日益提高，物理學家們也加速了向人類未知領域開拓的腳步。 當前，人類在技術創新方面獲得了新突破，物理學科也與其他眾多學科產生了深度融合，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，這些技術已經應用到了社會，給我們的生活生產帶來了快捷和便利。 多姿多彩的前沿科學技術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，讓學生養成善于探索、勇于創新的品質，獲得終身發展的能力與動力。 對于教師來說，有效挖掘初中物理課本中的前沿科技知識，設計相關課程，有利于更新教學理念和知識體系，提高他們的專業素質。 同時這又豐富了教學內容，營造出良好的課堂氛圍，促進物理教學質量的有效提升。因此，在開展前沿科技融入物理課堂的過程中，要充分發揮教師與學生“兩個主體”的作用，使教學內容活潑有趣，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）精心制作教學設計

前沿科技知識具有復雜性。前沿科技不僅僅只涉及到物理學科的內容，還包括了不同學科之間的相互交融。 例如超聲波的應用：超聲在探索物質的物理特性和固、液體的原子、分子結構等方面有很大優勢，而且超聲波長短，指向性極強。 利用這些特性，超聲波既可以應用到材料科學中，比如無損檢測，焊接等；又可以應用到計量學中，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揮主導作用，依據新課程標準，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容， 精心地進行教學設計。

1.在新課導入時，引入前沿科技

生活中的前沿科技，會讓學生產生疑問和思考，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部構造和使用過程，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下遠離水面， 不斷產生懸浮水霧，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用作為新課導入，教師使用天貓精靈詢問天氣或高德地圖語音導航要去某個地方，這是日常生活中最常見的語音識別技術，以上是關于可聽聲波的應用。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調發展，進而樹立對學習的自信心，推動學生創造力的發展。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”一節課，教師在講到電阻的單位歐姆時，簡要介紹歐姆的研究經歷。歐姆長期擔任中學教師，在探究導體的過程中，由于實驗條件落后，使用了伏打電堆，供電不穩定，經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，電阻可以將電能轉化為內能，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，在不增加學生課業負擔的前提下，教師對作業的設計應反復考慮琢磨， 從而激發學生學習的內在動力。 例如，“聲現象在科技中的應用”一課的課后作業可以進行分類：A 類， 如果語音識別身份技術能夠普遍應用到生活當中，我們的生活會有怎樣的變化，請聯系生活實際設想并完成一篇小短文，字數不限。 B 類，體驗手機中的語音識別技術，并通過上網查閱資料或者其他的方法繼續去探索發現聲現象在科技中的應用。 課后作業的設計，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，也有延伸應用的，甚至有發現新知識和新方法的作用。

（二）鉆研教學方法

新課改理念強調了物理前沿科技的重要作用，但這也對教學環節提出了較高要求。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，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象，讓學生發自內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演示較抽象的知識，從網絡下載相關素材后，插入自己要講的內容，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成，了解人類探索微觀世界的歷程[3]。而人類對原子結構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，學生對原子的結構模型就能了然于胸，促進知識由抽象到具體的轉化，達到很好的教學效果。

2.實驗還原原理

前沿科技看似深奧，實則都由基礎知識構成。 對于學生難以理解的前沿科技， 教師可以啟發學生做實驗還原。生活中人們經常轉動旋鈕調節臺燈的亮度，原理其實是一個接入滑動變阻器的簡單串聯電路。學生將電源、小燈泡、開關、滑動變阻器、電流表用導線逐個順次連接起來，形成一個串聯電路，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，實現了燈泡亮暗的控制。 如此，可連續調節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，在實驗環境中動手、動腦、動眼，最關鍵的就是訓練了學生的操作技能，包括觀測現象、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，更給了學生充分的時間促進他們能力培養與個人發展。 因此，物理教師可以借此機會研發校本課程、專題課程。 例如：在講完“聲現象在科技中的應用”一課后，可以在課后延時服務中講“語音識別技術系列課程”；在講到電學部分時，有時實驗室測出的數據誤差較大，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帶來的便利，繼而產生學習的動力。

（三）充分發揮學生的主體作用

物理課程標準的理念是培養學生的核心素養。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試教育，這種心態直接關系到了其對物理學科的積極性與主動性。 在日常教育中，應充分調動學生的主體作用，使被動教學逐漸變成主動教育。

1.培養學生前沿的思維意識

我國從古至今一直倡導“學而不思則罔”“學以思為貴”。由此可見思維能力的訓練在教育中的意義重大。在素質教育的時代，教師不僅是學生科學知識的助推者，還應該成為學生創新能力和聰明才智的培育者。教師啟發引導得好，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練，比如，在課堂教學中介紹先進科學技術時，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，指導學生主動思考；板書的呈現、公式推導、定量分析等要簡潔利落，由點到面，在設定好的前提下，進行歸納統一，形成可以多次使用的一般結論。 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3 分鐘播報、觀看科教頻道物理科普類節目、電影，等等。通過形式多樣的活動，引導學生關注前沿科技，學會用科學的思維解決生活中的問題。

2.培養學生前沿的實踐能力

僅僅有理論知識是不夠的，經驗是認識的源泉，是認識發展的基本力量。 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境、指導他們動手實驗、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，在人工控制的環境下，觀測、分析自然界狀態和變化規律的社會實踐活動。 比如在“超聲波應用”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化的活動，是把無序的、片段化的內容外化為有序的、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的目的。 如此，學生會懂得實踐是獲取經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。

總之，教育的核心是人的發展，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的培養，同時又能推動物理教學模式的創新。一線教師要重視對前沿知識的獲取， 用現代物理學的思想去重新融合傳統教學模式，探索靈活、開放的教學策略與形式。