前沿科技融入初中物理教学中的实践策略

王茜

摘要：中学义务教育时期的物理课程是科技素质教育的重要内容，同时承载着培育中学生核心素养和创新意识的重要任务。《义务教育物理课程标准（2022版）》要求物理教学的内容应具有时代性。物理课堂融入前沿科技知识是初中物理教学现代化的重要体现，也是新课程改革与时俱进的迫切任务。通过挖掘教材中的科技前沿知识精心制作教学设计、钻研教学方法、充分发挥学生为主体的积极作用，将前沿科学技术与课堂教学相融合，可以有效激发学生的物理观念、科学态度、社会责任，达到育人的目标。

关键词：前沿科技；物理教学；实践策略

习近平总书记在2020年的科学家座谈会上指出：“好奇心是人的天性，对科学兴趣的引导和培养要从娃娃抓起，使他们更多了解科学知识，掌握科学方法，形成一大批具备科学家潜质的青少年群体”[1]。物理课堂是中学生了解社会和科技发展的重要途径之一。通过长时间的教学实践活动发现，不少教师和学生在教学过程中存在着一些问题，其主要表现在：教师在长期的教学过程中着重关注过去的经典物理学而忽视了物理学日新月异的发展变化，导致学生掌握的知识内容偏旧、层次偏浅，与当今时代的发展脱节。初中学生在升学压力下，课业负担繁重，只关注中考的考试内容，习惯了应试教育。这就导致教师很难培养学生对于物理的学习兴趣，特别是在培养学生的科学思维和创新能力方面有所欠缺。面对这些弊端，笔者试图能找到一些解决的策略。

一、初中物理教学中融入前沿科技知识的价值

在人类社会发展中，物理是推动社会前进的基础学科。随着现代社会对科技发展关注程度的日益提高，物理学家们也加速了向人类未知领域开拓的脚步。当前，人类在技术创新方面获得了新突破，物理学科也与其他众多学科产生了深度融合，例如，物理与计量学、化学、生物学、材料学等学科进行了融合发展，进而拓展形成了一系列丰富多彩的前沿科技，大到宇宙空间，小到原子微观世界，这些技术已经应用到了社会，给我们的生活生产带来了快捷和便利。多姿多彩的前沿科学技术不仅能引起学生的注意，还有效拓展了他们的视野，进而使学生有强烈的科学求知欲，让学生养成善于探索、勇于创新的品质，获得终身发展的能力与动力。对于教师来说，有效挖掘初中物理课本中的前沿科技知识，设计相关课程，有利于更新教学理念和知识体系，提高他们的专业素质。同时这又丰富了教学内容，营造出良好的课堂氛围，促进物理教学质量的有效提升。因此，在开展前沿科技融入物理课堂的过程中，要充分发挥教师与学生“两个主体”的作用，使教学内容活泼有趣，具有更深刻的意义。

二、前沿科技在初中物理教学中的实践策略

（一）精心制作教学设计

前沿科技知识具有复杂性。前沿科技不仅仅只涉及到物理学科的内容，还包括了不同学科之间的相互交融。例如超声波的应用：超声在探索物质的物理特性和固、液体的原子、分子结构等方面有很大优势，而且超声波长短，指向性极强。利用这些特性，超声波既可以应用到材料科学中，比如无损检测，焊接等；又可以应用到计量学中，流速、密度、粘度等物理量的测量；甚至被广泛应用到了化学、生物学中。初中教材中的前沿科技广而杂，有些在正文中，有些在选读中，还有些只是出现了概念。以初中生的认知水平来说，如果只是自己阅读教材中的相关知识，对于前沿科技的理解还是有一定难度。这就需要教师充分发挥主导作用，依据新课程标准，深入挖掘教材中的前沿科技知识，摘选出符合学生的认知水平的内容，精心地进行教学设计。

1.在新课导入时，引入前沿科技

生活中的前沿科技，会让学生产生疑问和思考，为即将进行的学习重点打下伏笔，从而做到着眼现实，启迪思维。例如教学“超声波和次声波”一课，教师在新课引入时，可以引入超声波加湿器，先让学生打开加湿器的盖子观察其内部构造和使用过程，并解释原理：雾化片的高频率振动，将小水珠打散成5微米左右的细小漂浮粒子，再通过风机的作用或者自然状态下远离水面，不断产生悬浮水雾，最后达到了空气湿润的效果[2]；也可以让学生摘下经常使用的一次性口罩，观察罩面和耳绳相接的地方，没有用胶水却连接的很牢固，这就是使用了超声波焊接的原理。在课堂中还可以拓展声音的应用作为新课导入，教师使用天猫精灵询问天气或高德地图语音導航要去某个地方，这是日常生活中最常见的语音识别技术，以上是关于可听声波的应用。随后提问：人耳听不到的声音可以利用吗？由此进入新课的学习，进一步引发学生的疑问，探索人耳听不到的声音。

2.在情感教育中，渗透前沿科技

物理教学中的情感教育可以促使学生智能、心理和情感等多种能力协调发展，进而树立对学习的自信心，推动学生创造力的发展。一线教师在进行前沿科技的授课过程中，要起到情感教育的积极效果。例如，教学“电阻”一节课，教师在讲到电阻的单位欧姆时，简要介绍欧姆的研究经历。欧姆长期担任中学教师，在探究导体的过程中，由于实验条件落后，使用了伏打电堆，供电不稳定，经历了多次失败和世人的误解，但这并没有影响欧姆的科研探索旅途。他在孤立与艰难的环境中自己动手制作仪器，锲而不舍地进行科学研究，最终定义了电阻，研究出了欧姆定律，成为了一名大学教授。学生们在学习欧姆坚韧不拔的科学精神时，也需要了解欧姆的科研成果给后人带来的巨大价值，知道电阻是生活中使用最多的电子元件，电阻可以将电能转化为内能，例如，电饭锅、电炉子等家用电器就是使用了这种原理。这样，学生会主动观察生活中的电器，是否有电阻的影子，并探究其原理。

3.在课后作业中，融入前沿科技

前沿科技知识仅仅依靠教师上课的讲解显然是不够的，在不增加学生课业负担的前提下，教师对作业的设计应反复考虑琢磨，从而激发学生学习的内在动力。例如，“声现象在科技中的应用”一课的课后作业可以进行分类：A类，如果语音识别身份技术能够普遍应用到生活当中，我们的生活会有怎样的变化，请联系生活实际设想并完成一篇小短文，字数不限。B类，体验手机中的语音识别技术，并通过上网查阅资料或者其他的方法继续去探索发现声现象在科技中的应用。课后作业的设计，不单是习题书写，更重要的是让学生思考、动手体验。这样，课后作业将起到促进学生拓展的作用，这种拓展既有加深理解的，也有延伸应用的，甚至有发现新知识和新方法的作用。

（二）钻研教学方法

新课改理念强调了物理前沿科技的重要作用，但这也对教学环节提出了较高要求。部分前沿科技知识比较陌生抽象，很多学生甚至对这些知识没有任何的概念。有时候语言并不能直观的描述其物理本质，我们需要探索新的教学方法，让学生能直接地看到或感受到抽象的物理现象，让学生发自内心的认为物理知识不仅仅是纸上谈兵，就存在于我们的身边。

1.巧用多媒体课件

在物理课堂教学时，教师可借助多媒体技术演示较抽象的知识，从网络下载相关素材后，插入自己要讲的内容，制作成动画、微课等，充分利用多媒体的闪烁、图形变化等功能，强化感知。例如，苏科版第七章“从粒子到宇宙”一课，物理课程标准要求学生知道原子是由原子核和电子构成，了解人类探索微观世界的历程[3]。而人类对原子结构的探索有着漫长历史。从刚开始的道尔顿模型到汤姆森模型、卢瑟福模型、玻尔模型，最终形成现代模型，即电子云模型，也就是说电子绕核运动，形成了一个带负电荷的云团[4]。这些模型如果只靠教师解说或者板书作图，学生是很难想象的。通过多媒体课件的展示再加入教师的讲解，学生对原子的结构模型就能了然于胸，促进知识由抽象到具体的转化，达到很好的教学效果。

2.实验还原原理

前沿科技看似深奥，实则都由基础知识构成。对于学生难以理解的前沿科技，教师可以启发学生做实验还原。生活中人们经常转动旋钮调节台灯的亮度，原理其实是一个接入滑动变阻器的简单串联电路。学生将电源、小灯泡、开关、滑动变阻器、电流表用导线逐个顺次连接起来，形成一个串联电路，通过移动滑动变阻器的滑片，改变接入电路中电阻丝的长度，从而改变电流的大小，实现了灯泡亮暗的控制。如此，可连续调节亮度的台灯原理就能一目了然。物理教学是一个以科学实验为核心的课程，在实验环境中动手、动脑、动眼，最关键的就是训练了学生的操作技能，包括观测现象、研究问题、解决问题等基本技能。

3.开展专题课程

很多学生对前沿科技知识很感兴趣，但是迫于没有学习的渠道，再加上前沿科技知识系统性不强，有时候仅在日常教学中的简短讲解，学生很难理解，所以一些学生对生活中的不懂的知识就不了了之了。在“双减”政策落实后，课后延时服务随之开启。延时课堂并不仅仅是为了照顾学生，让他们做作业，更给了学生充分的时间促进他们能力培养与个人发展。因此，物理教师可以借此机会研发校本课程、专题课程。例如：在讲完“声现象在科技中的应用”一课后，可以在课后延时服务中讲“语音识别技术系列课程”；在讲到电学部分时，有时实验室测出的数据误差较大，可以开展“物理虚拟实验探究系列课程”等。通过一系列的课程，让学生能深刻了解到前沿科技给人类生活生产带来的便利，继而产生学习的动力。

（三）充分发挥学生的主体作用

物理课程标准的理念是培养学生的核心素养。而初中学生的中考压力也是不言而喻的。学生在长期的生活学习中已习惯应试教育，这种心态直接关系到了其对物理学科的积极性与主动性。在日常教育中，应充分调动学生的主体作用，使被动教学逐渐变成主动教育。

1.培养学生前沿的思维意识

我国从古至今一直倡导“学而不思则罔”“学以思为贵”。由此可见思维能力的训练在教育中的意义重大。在素质教育的时代，教师不仅是学生科学知识的助推者，还应该成为学生创新能力和聪明才智的培育者。教师启发引导得好，学生的思维水平会提高得更好，对事情理解的能力就更强，自控力、自学能力和独立意识也更高，对其终身成长产生良好的促进作用。在课堂上，教师要注意对学生思维能力的训练，比如，在课堂教学中介绍先进科学技术时，要循循善诱，教师提出的问题必须进行认真遴选，防止随意性，问题的提出要承上启下、层次递进，指导学生主动思考；板书的呈现、公式推导、定量分析等要简洁利落，由点到面，在设定好的前提下，进行归纳统一，形成可以多次使用的一般结论。并在教学过程中穿插阅读科普书籍、开展物理前沿知识手抄报专栏、课前前沿技术3分钟播报、观看科教频道物理科普类节目、电影，等等。通过形式多样的活动，引导学生关注前沿科技，学会用科学的思维解决生活中的问题。

2.培养学生前沿的实践能力

仅仅有理论知识是不够的，经验是认识的源泉，是认识发展的基本力量。因此，在教学过程中教师不仅要为学生做演示实验，还要给其提供动手操作的环境、指导他们动手实验、开展各类动手操作活动，让学生学会科学的实践。也就是按照特定目的，利用特定的工具、装置和其他方法，在人工控制的環境下，观测、分析自然界状态和变化规律的社会实践活动。比如在“超声波应用”系列课程中，学生最感兴趣的就是超声波避障小车，教师可以让学生们连接超声波避障小车的硬件，熟悉每一个部件的名称与作用，最后总结归纳原理。这种动手操作的活动是一个输出的过程，是一种把理论知识内化的活动，是把无序的、片段化的内容外化为有序的、体系的认识的活动，并从中找到事物的基本规律。这既丰富了课余活动，又能灌输知识，达到了提高学生的科学素养的目的。如此，学生会懂得实践是获取经验事实和检验科学假说、理论真理性的重要途径。在生活中也能养成动脑动手的习惯，或许在动手的过程中能推陈出新，探究出更前沿的科学技术。

总之，教育的核心是人的发展，将前沿科技知识引入初中物理课堂，有利于促进学生综合素质的培养，同时又能推动物理教学模式的创新。一线教师要重视对前沿知识的获取，用现代物理学的思想去重新融合传统教学模式，探索灵活、开放的教学策略与形式。

参考文献：

[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]付卫东，王海峰，王保东.一种超声波加湿器的动态性能研究[J].郑州大学学报（工学版），2007]（2）.

[3]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022：10-11.

[4]李鹏源，刘瑞，赵亚杰，等.“显性———反思性”的科学本质教学———以“原子结构”发展史为例[J].化学教育（中英文），2020，41（1）.

课题项目：陕西省教育科学“十四五”规划2021年度一般课题“应用前沿科技优化初中物理教学策略的研究”（SGH21Y1140）

见习编辑/张婷婷