陳詠鉅 李 敏

（赤峰學(xué)院 物理與智能制造工程學(xué)院 內(nèi)蒙古自治 024000）

一、背景

二十一世紀(jì)科技迅速發(fā)展，學(xué)生可以通過手機(jī)、電腦、參觀科技園等方法，學(xué)習(xí)新鮮的、前沿的物理知識(shí)。在新高考改革背景下，物理學(xué)科進(jìn)一步得到國(guó)家以及理工科高校重視。在某中學(xué)見習(xí)時(shí)，發(fā)現(xiàn)物理教師新課導(dǎo)入新課內(nèi)容差異不大，內(nèi)容不新穎，不容易吸引學(xué)生興趣。根據(jù)一份調(diào)查報(bào)告顯示[1]：多數(shù)物理教師未能夠明白新課導(dǎo)入的重要性、局限于形式——“可有可無”“設(shè)計(jì)隨意”。以新穎的、引人入勝的物理學(xué)科前沿知識(shí)導(dǎo)入新課，會(huì)提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及對(duì)物理學(xué)習(xí)的熱愛。

二、理論依據(jù)

1.馬斯洛需要層次理論

馬斯洛需要層次理論，被比喻為一個(gè)七層金字塔。這個(gè)金字塔由低到高為生理的需要，安全的需要，歸屬與愛的需要，尊重的需要，求知與理解的需要，審美的需要，還有自我實(shí)現(xiàn)的需要。因此，學(xué)生為了進(jìn)一步發(fā)展，會(huì)踏向第五層——求知與理解的需要——也是成長(zhǎng)性需要的開始。永遠(yuǎn)不會(huì)滿足是成長(zhǎng)性需要的重要特征。

2.陳述性知識(shí)建構(gòu)的基本機(jī)制

從赫爾巴特提出“同化”這一概念，皮亞杰對(duì)其進(jìn)行了發(fā)展，提出了“同化與順應(yīng)”才是能形成“圖式”?！巴笔菍⑿轮R(shí)融入現(xiàn)有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中。新知識(shí)如果與原有知識(shí)產(chǎn)生了沖突，則會(huì)更改學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，這一過程被稱為“順應(yīng)”。后來，奧蘇伯爾在皮亞杰的理論上，進(jìn)一步提出“上位學(xué)習(xí)”“下位學(xué)習(xí)”和“并列學(xué)習(xí)”。

3.耶基斯-多德森定律

這一定律講述了學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與學(xué)習(xí)效果之間的關(guān)系。學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與學(xué)習(xí)效果并不是線性相關(guān)或者正比關(guān)系，而是倒“U”關(guān)系。影響學(xué)習(xí)效果的因素有任務(wù)難易程度、動(dòng)機(jī)強(qiáng)烈與否、學(xué)習(xí)者本身能力等諸多因素。對(duì)于復(fù)雜的物理前沿知識(shí)，作為新課導(dǎo)入來簡(jiǎn)單介紹是合適的。

三、物理前沿知識(shí)

1.物理前沿知識(shí)

顧名思義，即在物理學(xué)科發(fā)展的前端研究性知識(shí)。與之相對(duì)應(yīng)的還有經(jīng)典物理，甚至還有物理學(xué)史。物理知識(shí)可以分為經(jīng)典物理和前沿物理（現(xiàn)代物理）兩部分，這兩部分知識(shí)有著各自不同的思維、方法和研究思路[2]。筆者認(rèn)為完整的物理知識(shí)，應(yīng)當(dāng)是這經(jīng)典物理、物理學(xué)史與物理前沿知識(shí)的結(jié)合。隨著信息技術(shù)的提高，經(jīng)典物理學(xué)內(nèi)容、物理學(xué)史在中學(xué)物理課堂得到了較好的展現(xiàn)，但物理前沿知識(shí)，并沒有充分融入教師實(shí)施的課程中。

物理前沿知識(shí)有什么特點(diǎn)呢？通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)[3，4]，綜合整理過后并且結(jié)合自身所上的“物理學(xué)科前沿”專業(yè)課程，得出了以下特點(diǎn)：

（1）復(fù)雜性。物理前沿知識(shí)，是研究物理最前端的知識(shí)。關(guān)于這一類知識(shí)的研究，基本都是科學(xué)家們?cè)谘芯?。專家與普通學(xué)者有著巨大的差別，例如知識(shí)的完整性、檢索知識(shí)的能力、思考的全面性、知識(shí)運(yùn)用的熟練性、反復(fù)作業(yè)次數(shù)等等。

（2）學(xué)科交叉性。解決一個(gè)前沿物理問題，除了需要有熟練的物理學(xué)知識(shí)以外，還要擁有各個(gè)學(xué)科的知識(shí)，例如大學(xué)課程中有“數(shù)學(xué)物理方法”“物理化學(xué)”等綜合課程。只有通過廣泛涉獵各個(gè)學(xué)科，才能夠更好解決問題。例如要想解決“孔雀開屏”“壁虎變色”等問題，就需要了解光的性質(zhì)與特點(diǎn)，還需要了解動(dòng)物身體構(gòu)造。

（3）非常識(shí)性?！镀胀ǜ咧形锢硇抡n程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：高中物理課程應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，體會(huì)科學(xué)研究方法，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，形成科學(xué)態(tài)度、科學(xué)世界觀和正確價(jià)值觀[5]。物理前沿知識(shí)則非常重視創(chuàng)新與實(shí)踐能力。

（4）時(shí)代性。科學(xué)是一直在進(jìn)步的，隨著人們對(duì)某一物理現(xiàn)象、理論有了更加深入的認(rèn)識(shí)之后，便會(huì)朝著不同方向去深入研究。例如，在航空航天領(lǐng)域，過去科學(xué)家在研究怎們飛上天，現(xiàn)在科學(xué)家們?cè)谘芯吭鮽冊(cè)谔罩辛⒆?。中?guó)科學(xué)家在航空航天領(lǐng)域取得了卓越成就，建立起了完全屬于中國(guó)的太空空間站。

2.初中、高中物理教材的前沿知識(shí)分析

教材會(huì)與時(shí)俱進(jìn)。教材編寫專家會(huì)不斷地增加前沿物理知識(shí)。在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)文獻(xiàn)中表格進(jìn)行分析[3，4，6]，并針對(duì)初中與高中光學(xué)部分的內(nèi)容對(duì)比分析，繪制了以下表格。

綜合前人的分析與表1中內(nèi)容，得出以下特點(diǎn)：

表1 人教版初、高中有關(guān)光學(xué)部分前沿知識(shí)

（1）初中、高中物理教材中，涉及非常多的物理前沿知識(shí)，有一定的占比。

（2）在教材中，物理前沿知識(shí)涉及面廣闊，從宏觀物體到微觀粒子，從聲、光、熱、力、電、磁、宇宙都有涉及。

（3）物理前沿知識(shí)展現(xiàn)形式多樣。有正文必學(xué)、正文了解、習(xí)題了解，科學(xué)漫步（世界）等多種形式。并且必學(xué)與選學(xué)分布上差不多。并且高中物理課本對(duì)物理前沿知識(shí)對(duì)初中物理前沿知識(shí)要求更加深入。

（4）從非前沿知識(shí)來看，高中物理還涉及更多的光學(xué)知識(shí)，例如光的衍射、光柵實(shí)驗(yàn)等等，與大學(xué)物理中光學(xué)能夠更好地接軌，更加接近物理前沿知識(shí)。

因此，教材編寫專家們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到物理前沿知識(shí)的重要性并且滲透進(jìn)入了教材方方面面。然而，由于教師地對(duì)前沿知識(shí)不甚了解、學(xué)生學(xué)業(yè)繁忙等因素，所以這一部分內(nèi)容并未真正意義上滲透進(jìn)入教學(xué)課堂。

四、學(xué)科前沿導(dǎo)入新課

一堂好的課堂，從新課導(dǎo)入開始。筆者從物理學(xué)科前沿知識(shí)著手解決新課導(dǎo)入問題。閱讀文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)大部分教學(xué)工作者以及研究人員對(duì)課程導(dǎo)入的方式方法、原則單獨(dú)研究居多，對(duì)于解決導(dǎo)課問題相對(duì)較少[7-9]。

1.什么是新課導(dǎo)入及其重要性

開始一堂新課，往往是從導(dǎo)入環(huán)節(jié)開始，這一環(huán)節(jié)被稱為新課導(dǎo)入。新課導(dǎo)入重要性體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）喚醒學(xué)生的情緒，吸引學(xué)生注意力。無論是在第一堂課還是其余某一個(gè)時(shí)刻的課程，學(xué)生的注意力是渙散的。老師采用“提問”“看視頻”“動(dòng)手實(shí)驗(yàn)”等多樣性方式，來提醒學(xué)生開始上課了。學(xué)生在課堂情緒高，注意力集中，那么課堂效果好，已成為不爭(zhēng)的事實(shí)。

（2）提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課堂導(dǎo)入如果能夠進(jìn)入學(xué)生的興趣所在處，那么學(xué)生的學(xué)習(xí)便會(huì)很快進(jìn)入主動(dòng)狀態(tài)。一個(gè)會(huì)主動(dòng)學(xué)習(xí)的學(xué)生，成績(jī)也不會(huì)差。口頭上對(duì)學(xué)生灌輸“學(xué)習(xí)是你自己的事，要主動(dòng)”等，遠(yuǎn)不及一個(gè)優(yōu)秀的新課導(dǎo)入來喚醒學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。

2.結(jié)合物理前沿知識(shí)導(dǎo)入新課的原則

由于物理前沿知識(shí)的特點(diǎn)，普通的課程導(dǎo)入原則是不能夠很好地解決這一個(gè)問題。因此，列出了如下的導(dǎo)入新課原則：

（1）擇性。選擇性體現(xiàn)在二個(gè)方面：首先，選擇內(nèi)容為該堂課的課程目標(biāo)服務(wù)，這也是導(dǎo)課基本原則之一。學(xué)生通過新課導(dǎo)入，應(yīng)當(dāng)抓住該課程的要點(diǎn)。其次，選擇的內(nèi)容應(yīng)該具有顯著物理前沿知識(shí)特點(diǎn)。物理前沿知識(shí)具有學(xué)科交叉性特點(diǎn)，我們要重點(diǎn)突出物理部分。

（2）適度性。首先，在導(dǎo)入新課只是作為一堂課的開端，是上好一堂課的重要環(huán)節(jié)之一，因此要把握好時(shí)間的長(zhǎng)短。3到5分鐘能夠完美完成新課導(dǎo)入，同時(shí)也能夠?yàn)楹竺嬲街v解知識(shí)點(diǎn)留下充分時(shí)間。失敗的新課導(dǎo)入原因之一就有導(dǎo)課時(shí)間太長(zhǎng)。其次，物理前沿知識(shí)難度很大，并不適合學(xué)生深入學(xué)習(xí)，容易使學(xué)生產(chǎn)生挫敗感，反而對(duì)教學(xué)效果起了抑制作用，因此要把握好前沿知識(shí)內(nèi)容的難度。

（3）引導(dǎo)性。學(xué)習(xí)是一項(xiàng)腦力活動(dòng)，教師的任務(wù)就是要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程之中積極思考。新的學(xué)生觀告訴我們，學(xué)生是獨(dú)立的人，是教學(xué)活動(dòng)中學(xué)習(xí)的主體。物理前沿知識(shí)導(dǎo)課的目的，就是為了讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，徹底擺脫“老師牽著鼻子走”的現(xiàn)象。同時(shí)還能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的熱愛、對(duì)未知世界探索的熱情，真正地?fù)碛锌茖W(xué)素養(yǎng)。

（4）可操作性。絕大部分初中和高中，并不像大學(xué)或科研所一樣，能夠擁有豪華的實(shí)驗(yàn)室、昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。因此，價(jià)格是影響該前沿知識(shí)能否展現(xiàn)在學(xué)生面前的一個(gè)因素。同時(shí)，如果我們采用視頻、文獻(xiàn)等資料來展現(xiàn)，要考慮能否展示，是否合法、合規(guī)。學(xué)生的實(shí)際情況，也是同樣重要的。同一份材料，教師面對(duì)物理平均水平不同的學(xué)生，要做出調(diào)整，否則達(dá)不到預(yù)期的效果，甚至?xí)a(chǎn)生抑制作用。

（5）完整性。雖然物理前沿知識(shí)具有“不完整性”，但是導(dǎo)課應(yīng)該具備完整性。教師在使用物理前沿知識(shí)材料時(shí)，根據(jù)需要可以適當(dāng)提出問題；但是在一堂課結(jié)束（或者一章節(jié)結(jié)束）后，教師要回到導(dǎo)課材料中，通過向?qū)W生提問或者其他方式，對(duì)提出的問題用已有的知識(shí)進(jìn)行初步地解答。

五、教師做好物理前沿知識(shí)導(dǎo)課

由于中考和高考等因素的影響，大多數(shù)學(xué)生并沒有更多的時(shí)間閱讀物理前沿知識(shí)的科普讀物、參觀科技館學(xué)習(xí)新知識(shí)。因此，學(xué)生希望物理前沿知識(shí)由老師帶領(lǐng)了解和學(xué)習(xí)。因此，這一節(jié)具體討論教師專業(yè)化發(fā)展之一，學(xué)科知識(shí)專業(yè)化發(fā)展。物理教師怎樣用學(xué)科前沿知識(shí)導(dǎo)好新課呢？本文從思想上、行動(dòng)上兩個(gè)方面來做出解答，并且給出了不同方法來進(jìn)行物理前沿知識(shí)來進(jìn)行新課導(dǎo)入。

要解決問題，首先要抓思想。一，教師要重視課程導(dǎo)入環(huán)節(jié)，不能夠簡(jiǎn)單地認(rèn)為它只是上課一環(huán)節(jié)，不能夠流于形式，應(yīng)當(dāng)深刻認(rèn)識(shí)到課程導(dǎo)入的重要性。二，時(shí)代是發(fā)展的、進(jìn)步的，身為教師要緊隨時(shí)代步伐。在這個(gè)知識(shí)更新速率極其快速的時(shí)代，物理教師應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)物理前沿知識(shí)。三，學(xué)生與教師都是發(fā)展的，都應(yīng)向更好的一面發(fā)展。在《學(xué)記》中，對(duì)于教學(xué)相長(zhǎng)，有著詳細(xì)描述，可以這么理解：學(xué)生的發(fā)展與進(jìn)步，可以帶動(dòng)教師的發(fā)展與進(jìn)步。四，教師要有終身發(fā)展的意識(shí)。

作為一名物理教師，應(yīng)該有豐富并且正確的經(jīng)典物理學(xué)內(nèi)容傳授給學(xué)生。其次，物理教師關(guān)注到學(xué)生的學(xué)校之外的生活，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣點(diǎn)并且充分利用。最后，物理教師要學(xué)習(xí)物理前沿知識(shí)。當(dāng)然，教師不是專門研究物理學(xué)術(shù)的科學(xué)家，是會(huì)存在一些文獻(xiàn)看不懂的情況。因此可以從最基本的原理、功能以及應(yīng)用方面，來拓寬自身的視野。

新課導(dǎo)入除了形式、方法多種多樣之外，內(nèi)容也是多種多樣的。教師除了使用教材和教案提供的素材，還可以加入物理前沿知識(shí)來進(jìn)行新課導(dǎo)入。

六、基于物理前沿知識(shí)進(jìn)行導(dǎo)課設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)一：圖文結(jié)合導(dǎo)課法——以“光導(dǎo)纖維傳感器”導(dǎo)入《全反射》

以人教版高中物理選擇性必修第一冊(cè)（國(guó)家教材委員會(huì)專家委員會(huì)審核通過2019年版）第四章《光》第二節(jié)《全反射》內(nèi)容為例[10]。在分析初中、高中人民教育出版社的物理教材時(shí)，發(fā)現(xiàn)對(duì)光導(dǎo)纖維的介紹，僅僅停留在通信方面；對(duì)傳感器的介紹中，缺少了光纖傳導(dǎo)器。光纖傳感器在生活中也使用較多，例如光纖傳感器感應(yīng)溫度、震動(dòng)等，并且給人民的生活帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)這一分析，筆者借助文獻(xiàn)[11-13]，設(shè)計(jì)了圖文結(jié)合新課導(dǎo)入法，從嶄新的角度來介紹光導(dǎo)纖維進(jìn)行《全反射》導(dǎo)課。

教師引導(dǎo)同學(xué)【回顧】“光的折射與反射”（注【】表示關(guān)鍵動(dòng)作或環(huán)節(jié)，下同）

教師【展示文字與圖片】光導(dǎo)纖維，也被稱作光纖?，F(xiàn)在光纖傳感器是一種典型的常見的傳感器。設(shè)計(jì)師人員用光導(dǎo)纖維傳感器去監(jiān)測(cè)橋梁【圖片】，礦井安全人員用光纖傳感器監(jiān)測(cè)設(shè)備安全【圖片】，中科大的教授團(tuán)隊(duì)，還用光導(dǎo)纖維感應(yīng)溫度【圖片】、感應(yīng)地震等【圖片】，取得了顯著的成就。

教師【提出問題】它是什么？有什么作用？

同學(xué)【相互討論】并且抽取同學(xué)【回答】。

學(xué)生【閱讀完成并作答】。

教師根據(jù)同學(xué)作答情況【補(bǔ)充知識(shí)】，并開始【正式上課】。

分析：教師展現(xiàn)圖文，高度概括了光的全反射原理的應(yīng)用，打開了學(xué)生的視野，讓學(xué)生知道身邊的光導(dǎo)纖維除了通信作用以外，還有傳感方面的應(yīng)用。同時(shí)采用圖文并茂的導(dǎo)課方法，培養(yǎng)學(xué)生閱讀能力的同時(shí)，還給了學(xué)生一個(gè)清晰的表象。

2.設(shè)計(jì)二：視頻展示法——以“半導(dǎo)體與超導(dǎo)體”導(dǎo)入《導(dǎo)體的電阻》

在人民教育出版社高中物理必修三（國(guó)家教材委員會(huì)專家委員會(huì)審核通過2019年版），第十一章《電路及其應(yīng)用》，第二節(jié)中講述導(dǎo)體的電阻知識(shí)點(diǎn)[14]。教材以導(dǎo)線損耗電能為例，來談?wù)搶?dǎo)體的電阻相關(guān)知識(shí)。在課本正文中簡(jiǎn)單提及了超導(dǎo)體發(fā)展，拓展部分展現(xiàn)了半導(dǎo)體“單向?qū)ㄐ浴?，只要求學(xué)生選學(xué)。整體來說，學(xué)生了解此部分非常少。筆者另辟蹊徑，找到了展現(xiàn)半導(dǎo)體和超導(dǎo)體特點(diǎn)和應(yīng)用的視頻，以此來作為導(dǎo)課。

教師【展示視頻】，并提出問題“半導(dǎo)體有什么特點(diǎn)和應(yīng)用”與“超導(dǎo)體有什么特點(diǎn)和應(yīng)用”

學(xué)生【看完視頻】，抽問【回答特點(diǎn)】。

教師根據(jù)學(xué)生回答情況，給出【評(píng)價(jià)和總結(jié)】，接著進(jìn)入導(dǎo)體學(xué)習(xí)。

分析：結(jié)合小視頻，給同學(xué)們展現(xiàn)了半導(dǎo)體和超導(dǎo)體的特點(diǎn)，既給同學(xué)拓寬了視野，又為接下來導(dǎo)體的學(xué)習(xí)形成了對(duì)比——對(duì)比學(xué)習(xí)可以加深同學(xué)們的印象。

3.設(shè)計(jì)三：演示法——以“自制吸塵器”導(dǎo)入《流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系》

在人教版八年級(jí)下冊(cè)物理教材（教育部審定2012版），第九章《壓強(qiáng)》第四節(jié)《流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系》中，用了一個(gè)“口吹硬幣”的小實(shí)驗(yàn)來引導(dǎo)接下來的學(xué)習(xí)[15]。雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易操作，但是卻缺失了學(xué)生的生活感。筆者依據(jù)家庭常用的吸塵器制作了一個(gè)“自制吸塵器”來導(dǎo)入這一章節(jié)。“自制吸塵器”制作簡(jiǎn)單，成本極低：一個(gè)空塑料瓶口、一個(gè)小馬達(dá)、幾張硬紙板、一小節(jié)電池、幾根導(dǎo)線。

教師【展示實(shí)物圖片】吸塵器，【提出問題】。

學(xué)生【回答】，并且分享【現(xiàn)象】。

教師結(jié)合同學(xué)作答【評(píng)價(jià)】，并且【演示實(shí)驗(yàn)】，請(qǐng)同學(xué)【體驗(yàn)】，并提出【問題】

同學(xué)【體驗(yàn)】并且【觀察】，【描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】。

教師【正式上課】。

分析：教師通過對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的了解，自制了課程“核心”教具，并且請(qǐng)同學(xué)試玩、體驗(yàn)。通過這樣的方法，吸引了學(xué)生注意力，對(duì)課程核心知識(shí)點(diǎn)有了清楚的表象。結(jié)合這一新生成的表象，教師開展教學(xué)，會(huì)讓學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)時(shí)不會(huì)空洞。

結(jié)語

物理前沿知識(shí)可以拓寬學(xué)生的視野，很好地吸引學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中感受到物理學(xué)科的飛速發(fā)展和卓越成就。通過對(duì)學(xué)科前沿知識(shí)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，讓學(xué)生更加熱愛物理，為國(guó)家未來發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。