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摘 要：把物理前沿知识在高中阶段基础物理教学中进行有效渗透，具有十分重要的意义。本文深入探讨了物理前沿知识有效渗透的多种路径。加强基础教学中物理前沿知识的有效渗透，有助于激发学生兴趣，深化基础知识，并帮助学生形成合理的科学观和世界观。
关键词：物理教学 前沿知识 有效渗透 路径选择
纵观世界各国，各发达国家的科学教育改革均重视前沿科学，作为对国际科学教育改革的积极回应与推动，我国更加重视物理前沿教学渗透。结合新课程改革，人们已经关注这个问题，但教学实践如何进行有效渗透，值得进一步探讨。
一、物理前沿知识教学渗透的内涵及必要性
所谓物理学前沿，就是当前物理学家正在关注和深入研究的现象和规律，如天体物理、粒子（高能）物理、凝聚态物理、核物理，以及与其他学科交叉产生的边缘学科，如物理学和材料科学、地球物理学、物理化学、生物物理学、能源物理学等，都是今天物理学的前沿。所谓物理前沿知识教学渗透，就是将这些知识结合基础教学加以适当传授。
环视各国高中物理前沿的教育，各发达国家的科学教育改革均重视前沿科学，其重点也都落实在教学内容上，它是科学素质教育的体现。美国物理教师协会（AAPT）近年发表的《中学物理课程内容》的报告中就指出：“应当让中学生体验到物理学是一门发展中的科学，是现代前沿科学中最为激励人心的学科之一。”
作为对国际科学教育改革的积极回应与推动，我国新一轮课改适当加大了物理前沿知识的比重，在确保基础性的前提下，对教学内容进行了一定的扬弃，新增内容的教学要求虽不高，却有助于弥补物理教学长期存在的不足。
《普通高中物理课程标准（实验）》指出：“课程基本理念是在课程内容上体现时代性、基础性、选择性……加强与学生生活、现代社会及科技发展的联系，反映当代科学技术发展的重要成果和新的科学思想……”①全日制普通高中课程标准实验教科书《物理》（人民教育出版社等2006年11月第2版）不仅在理念上，而且在实践上体现了新课标。在不打破原来的知识体系，不增加学生学业负担的前提下，渗透了许多物理学前沿知识。
高中物理新教材主要涉及夸克理论、黑洞、宇宙大爆炸理论、纳米技术、液晶、湍流现象、混沌、超导、磁悬浮等前沿知识。其内容主要有：超重和失重一节的阅读材料中有“失重和宇宙开发”的前沿知识，万有引力定律一节的习题背景中有“计算u夸克与d夸克的相互作用力”的前沿知识，人造卫星、宇宙速度一节的阅读材料中有“黑洞”的前沿知识，原子核一节的阅读材料中有“粒子物理简介”的前沿知识等等。此外，还有一些未列入书本，但正在探索的前沿知识，如：中国的探月工程、美国的火星探测、核物理前沿等，也可适当引入教学。
我国著名的物理学家、教育家赵凯华教授指出：“许多前沿课题与基础物理课的内容有联系的，在适当的地方开一些‘窗口’，引导学生向窗外的世界望一望，哪怕是一‘瞥’，都会对开阔他们的眼界，启迪他们的思维，加深他们对课程的理解有好处。”②新教材已涉及当前大部分的物理学前沿课题，其主要以阅读材料、正文选学内容、习题的背景知识出现，这些前沿课题的出现并没有改变原有课程的知识体系，也没有给学生作认知目标上的要求，仅仅为学生打开一个“窗口”，但作为物理教师如何引导学生向“窗外”看，却非一件容易的事。
许多教师没有这方面的理念，有些教师甚至认为物理前沿知识应是学生进大学后的任务，高中阶段可不作要求，而事实上大多数的学生日后可能不再运用物理知识，等到以后再进行物理前沿的渗透就不现实了，为了培养具有现代物理意识、具有现代创新精神的人，在中学阶段渗透物理前沿知识显然是必要的。
二、物理前沿知识渗透的有效路径
高中物理教学中渗透的物理前沿知识，不仅要求内容上使学生容易接受，在教学方法上更应符合学生的认识特点，选择适宜的方式方法和教学手段，就如新课程标准所提倡的那样，要改变过去单一的学习方式和教学手段，应有多种学习方式和教学手段。
1. 通过直觉和猜想教学法加以渗透
将物理前沿的抽象理论对高中生直接传授，不利于物理基础教育，将抽象转化成直觉，并引发猜想，是进行物理前沿知识渗透的首要考虑方法。
直觉思维有多种形式，主要有直觉判别、直觉想象、直觉启示。直觉判别是对物理事物的一种快速识别，是一种非逻辑性的识别，是在知识累积的基础上逐渐养成的一种识别能力；直觉想象是在直觉判别的基础上，跨越逻辑链，对于未知的物理知识领域进行合理的联想、思考和探索的探索过程；直觉启示是在直觉想象的基础上，陷入百思不得其解的时候，被外界的某种信息所激发而进入豁然开朗的境地的直觉思维状态。爱因斯坦的相对性理论实验、升降机理想实验、伽利略的斜面实验等，都是借助直觉完成的。爱因斯坦说：“物理学最高使命是得到那些普遍的规律，而通向这些规律，并没有逻辑的道路，只有通过那种对经验的共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些规律。”③学生直觉思维能力的养成，不是一蹴而就的，需要对学生不断由浅入深地加以训练。④
牛顿曾经说过：“没有大胆的猜想，就不可能有伟大的发现。”物理猜想实际上是一种物理想象，是人的思维在探索物理规律、本质时的一种策略，一种合理推理。在众多引入新知的方法中，以猜想方式引入，以它独有的魅力，能很快地扣住学生的心弦，使其情绪高涨、思维活跃，产生良好的学习动机，从而步入学习的最佳境地。⑤
物理前沿教学中通过直觉和猜想加以渗透，能有效联结物理基础知识与物理前沿知识，使高中学生通过直觉和猜想加强对物理前沿知识的感悟，从而牢固物理基础知识。
2. 利用现代教育技术手段加以渗透
现代教育技术的发展，特别是多媒体教学、录像教学、远程教育，网络教育的发展，突破了时间与空间的限制，极大地方便了中学物理教学，使中学物理知识与现代物理学的前沿知识更能有机地联系起来，如用多媒体来模拟宇宙大爆炸，声、光、画、动态的结合使学生了解宇宙初始阶段的物理过程，从宇宙大爆炸开始，宇宙经历了一个由热到冷、由密到稀的演化史，经历了漫长的年代，弥漫的气体凝聚为气体星云，气体星云再慢慢地收缩成星系和恒星，逐渐成为今天我们所观测到的宇宙。从教学实际来看，《我国的航天》、《新型天文望远镜》、《原子激光》、《太阳能》等，都是录像性质的资料，对学生进行物理前沿知识的渗透起到了很好的效果。通过互联网查询物理前沿知识，为学生将来进一步追寻“嫦娥一号”的月球之旅动态，探索月球的起源和演化的奥秘，揭开月球之迷，提供了良好的资料，从而开阔了学生的视野。
3. 以“引人入胜”的课堂教学方式加以渗透
物理前沿知识较深，其教学比常规教学难得多，为了激发学生兴趣，在教学之前，教师可以根据教学内容，设置相应的由浅入深的各种问题，以便“引人入胜”。比如，观看“嫦娥一号”发射和模拟登月的视频之前，可提问：“‘嫦娥一号’的火箭上升时要承受多大的压力？”“‘嫦娥一号’漫长旅途中如何应对太阳电子风暴？”“‘嫦娥一号’在月球是背面如何保持正常工作？”在此基础上进一步提问：在未来几年的“探月工程” 中，“飞行舱内宇航员的生理系统会发生变化吗？” “完全失重情况下宇航员怎样洗脸刷牙？”“飞船中有白天夜晚的变换吗？”“没有了大气层的保护，飞船和宇航员会不会因为强烈辐射而受到伤害？”“飞船到达预定轨道需要依靠助推器变轨，怎样做到助推剂的量恰到好处呢？”“为什么太空舱内轻微的碰撞都会让物体弹出很远？”“飞船是怎样发射出去到达预定轨道的，又怎样顺利返回地球的？”等等，探月工程的物理前沿知识可以引起学生们的极大兴趣，使其带着问题层层深入学习，能增强学生思维的积性极，突出学生的主体地位，这正是问题形式教学的魅力所在，从而增强物理前沿知识渗透的有效性。
关键词：物理教学 前沿知识 有效渗透 路径选择
纵观世界各国，各发达国家的科学教育改革均重视前沿科学，作为对国际科学教育改革的积极回应与推动，我国更加重视物理前沿教学渗透。结合新课程改革，人们已经关注这个问题，但教学实践如何进行有效渗透，值得进一步探讨。
一、物理前沿知识教学渗透的内涵及必要性
所谓物理学前沿，就是当前物理学家正在关注和深入研究的现象和规律，如天体物理、粒子（高能）物理、凝聚态物理、核物理，以及与其他学科交叉产生的边缘学科，如物理学和材料科学、地球物理学、物理化学、生物物理学、能源物理学等，都是今天物理学的前沿。所谓物理前沿知识教学渗透，就是将这些知识结合基础教学加以适当传授。
环视各国高中物理前沿的教育，各发达国家的科学教育改革均重视前沿科学，其重点也都落实在教学内容上，它是科学素质教育的体现。美国物理教师协会（AAPT）近年发表的《中学物理课程内容》的报告中就指出：“应当让中学生体验到物理学是一门发展中的科学，是现代前沿科学中最为激励人心的学科之一。”
作为对国际科学教育改革的积极回应与推动，我国新一轮课改适当加大了物理前沿知识的比重，在确保基础性的前提下，对教学内容进行了一定的扬弃，新增内容的教学要求虽不高，却有助于弥补物理教学长期存在的不足。
《普通高中物理课程标准（实验）》指出：“课程基本理念是在课程内容上体现时代性、基础性、选择性……加强与学生生活、现代社会及科技发展的联系，反映当代科学技术发展的重要成果和新的科学思想……”①全日制普通高中课程标准实验教科书《物理》（人民教育出版社等2006年11月第2版）不仅在理念上，而且在实践上体现了新课标。在不打破原来的知识体系，不增加学生学业负担的前提下，渗透了许多物理学前沿知识。
高中物理新教材主要涉及夸克理论、黑洞、宇宙大爆炸理论、纳米技术、液晶、湍流现象、混沌、超导、磁悬浮等前沿知识。其内容主要有：超重和失重一节的阅读材料中有“失重和宇宙开发”的前沿知识，万有引力定律一节的习题背景中有“计算u夸克与d夸克的相互作用力”的前沿知识，人造卫星、宇宙速度一节的阅读材料中有“黑洞”的前沿知识，原子核一节的阅读材料中有“粒子物理简介”的前沿知识等等。此外，还有一些未列入书本，但正在探索的前沿知识，如：中国的探月工程、美国的火星探测、核物理前沿等，也可适当引入教学。
我国著名的物理学家、教育家赵凯华教授指出：“许多前沿课题与基础物理课的内容有联系的，在适当的地方开一些‘窗口’，引导学生向窗外的世界望一望，哪怕是一‘瞥’，都会对开阔他们的眼界，启迪他们的思维，加深他们对课程的理解有好处。”②新教材已涉及当前大部分的物理学前沿课题，其主要以阅读材料、正文选学内容、习题的背景知识出现，这些前沿课题的出现并没有改变原有课程的知识体系，也没有给学生作认知目标上的要求，仅仅为学生打开一个“窗口”，但作为物理教师如何引导学生向“窗外”看，却非一件容易的事。
许多教师没有这方面的理念，有些教师甚至认为物理前沿知识应是学生进大学后的任务，高中阶段可不作要求，而事实上大多数的学生日后可能不再运用物理知识，等到以后再进行物理前沿的渗透就不现实了，为了培养具有现代物理意识、具有现代创新精神的人，在中学阶段渗透物理前沿知识显然是必要的。
二、物理前沿知识渗透的有效路径
高中物理教学中渗透的物理前沿知识，不仅要求内容上使学生容易接受，在教学方法上更应符合学生的认识特点，选择适宜的方式方法和教学手段，就如新课程标准所提倡的那样，要改变过去单一的学习方式和教学手段，应有多种学习方式和教学手段。
1. 通过直觉和猜想教学法加以渗透
将物理前沿的抽象理论对高中生直接传授，不利于物理基础教育，将抽象转化成直觉，并引发猜想，是进行物理前沿知识渗透的首要考虑方法。
直觉思维有多种形式，主要有直觉判别、直觉想象、直觉启示。直觉判别是对物理事物的一种快速识别，是一种非逻辑性的识别，是在知识累积的基础上逐渐养成的一种识别能力；直觉想象是在直觉判别的基础上，跨越逻辑链，对于未知的物理知识领域进行合理的联想、思考和探索的探索过程；直觉启示是在直觉想象的基础上，陷入百思不得其解的时候，被外界的某种信息所激发而进入豁然开朗的境地的直觉思维状态。爱因斯坦的相对性理论实验、升降机理想实验、伽利略的斜面实验等，都是借助直觉完成的。爱因斯坦说：“物理学最高使命是得到那些普遍的规律，而通向这些规律，并没有逻辑的道路，只有通过那种对经验的共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些规律。”③学生直觉思维能力的养成，不是一蹴而就的，需要对学生不断由浅入深地加以训练。④
牛顿曾经说过：“没有大胆的猜想，就不可能有伟大的发现。”物理猜想实际上是一种物理想象，是人的思维在探索物理规律、本质时的一种策略，一种合理推理。在众多引入新知的方法中，以猜想方式引入，以它独有的魅力，能很快地扣住学生的心弦，使其情绪高涨、思维活跃，产生良好的学习动机，从而步入学习的最佳境地。⑤
物理前沿教学中通过直觉和猜想加以渗透，能有效联结物理基础知识与物理前沿知识，使高中学生通过直觉和猜想加强对物理前沿知识的感悟，从而牢固物理基础知识。
2. 利用现代教育技术手段加以渗透
现代教育技术的发展，特别是多媒体教学、录像教学、远程教育，网络教育的发展，突破了时间与空间的限制，极大地方便了中学物理教学，使中学物理知识与现代物理学的前沿知识更能有机地联系起来，如用多媒体来模拟宇宙大爆炸，声、光、画、动态的结合使学生了解宇宙初始阶段的物理过程，从宇宙大爆炸开始，宇宙经历了一个由热到冷、由密到稀的演化史，经历了漫长的年代，弥漫的气体凝聚为气体星云，气体星云再慢慢地收缩成星系和恒星，逐渐成为今天我们所观测到的宇宙。从教学实际来看，《我国的航天》、《新型天文望远镜》、《原子激光》、《太阳能》等，都是录像性质的资料，对学生进行物理前沿知识的渗透起到了很好的效果。通过互联网查询物理前沿知识，为学生将来进一步追寻“嫦娥一号”的月球之旅动态，探索月球的起源和演化的奥秘，揭开月球之迷，提供了良好的资料，从而开阔了学生的视野。
3. 以“引人入胜”的课堂教学方式加以渗透
物理前沿知识较深，其教学比常规教学难得多，为了激发学生兴趣，在教学之前，教师可以根据教学内容，设置相应的由浅入深的各种问题，以便“引人入胜”。比如，观看“嫦娥一号”发射和模拟登月的视频之前，可提问：“‘嫦娥一号’的火箭上升时要承受多大的压力？”“‘嫦娥一号’漫长旅途中如何应对太阳电子风暴？”“‘嫦娥一号’在月球是背面如何保持正常工作？”在此基础上进一步提问：在未来几年的“探月工程” 中，“飞行舱内宇航员的生理系统会发生变化吗？” “完全失重情况下宇航员怎样洗脸刷牙？”“飞船中有白天夜晚的变换吗？”“没有了大气层的保护，飞船和宇航员会不会因为强烈辐射而受到伤害？”“飞船到达预定轨道需要依靠助推器变轨，怎样做到助推剂的量恰到好处呢？”“为什么太空舱内轻微的碰撞都会让物体弹出很远？”“飞船是怎样发射出去到达预定轨道的，又怎样顺利返回地球的？”等等，探月工程的物理前沿知识可以引起学生们的极大兴趣，使其带着问题层层深入学习，能增强学生思维的积性极，突出学生的主体地位，这正是问题形式教学的魅力所在，从而增强物理前沿知识渗透的有效性。