物理前沿知识在教学中的实施策略和案例分析

庞 芳，崔虹云，吴云飞，魏桂丹

(佳木斯大学 理学院物理系，黑龙江 佳木斯 154007)

物理前沿知识在教学中的实施策略和案例分析

庞 芳，崔虹云，吴云飞，魏桂丹

(佳木斯大学 理学院物理系，黑龙江 佳木斯 154007)

物理教学中渗透物理前沿知识是物理教学的重要课题，培养学生的科学素质符合社会发展与科技进步的需要。通过研究物理前沿知识在教学中的实施策略，总结出四种教学策略：微课展示、理论联系实际、教育方法多样化、专题形式渗透。同时，以微课展示教学策略形式分析——高中物理“通电导线在磁场中受到的力”教学案例。

物理前沿知识；教学；实施策略；案例分析

物理学是推动科学进步的基础学科。物理前沿知识是促进物理学的发展，推进社会发展的先头部队。多姿多彩的前沿知识不仅能开拓学生的视野，丰富学生的课余生活，还能燃起学生学习物理知识的求知欲望，培养科学的学习方法与高尚的价值观念。在物理教学中渗透物理前沿知识始终是物理教学的重要课题，无论是从学生的科学素质培养，还是从国家的发展强大，增强学生的民族自豪感都具有重要的作用。

一、物理前沿知识在教学中的实施策略

1.微课展示教学策略

“微课”是指按照新课程标准及教学实践要求，以视频为主要载体，记录教师在课堂内外教育教学过程中围绕某个知识点或教学环节而开展的精彩的教与学活动的全过程[1]。微课是在原有教学基础上，利用多媒体技术重新发展起来的一种新型的教学资源。物理前沿具有多样性与复杂性，在课堂上教师不可能把每一个前沿科技都拿到课堂上来进行介绍讲解，若没有实图为例，面对比较陌生的前沿科技，每个人头脑中都会有自己勾勒出的图像，不仅达不到新课程改革的教学目标，也不具备前沿科技的真实性。而在微课的基础上，教师可以通过现代教育技术把课堂上要讲解的知识从网络上下载，提前录好关于这一知识点的微课，利用课堂上小段的时间进行播放便可以达到很好的教学效果。例如，在讲解光的偏振时可以把立体电影录入微课进行教学，在讲解电磁波谱时可以利用微课来讲解射电望远镜阵。除了在课堂上可以用到微课，教师也可以在上课之前把录好的微课发放到群共享中，让同学们在课余时间观看，既可以减轻课上的负担，又可以丰富学生的课余生活，激发对物理知识学习的兴趣，避免了在课上由于学习内容较多，学生自主选择避重就轻，只注重教学结论而忽视物理前沿的问题。

2.理论联系实际教学策略

教学中的理论联系实际原则是指在教学过程中，在传授书本知识和理论时，不仅要使学生掌握系统的科学知识和理论，而且要和客观实际结合起来，培养学生分析问题和解决问题的能力，并能将所学知识运用于实践，把读书与实践，思想与行动统一起来[2]。例如在选修3—4中第十三章第八节讲解激光时，教师可以从日常生活中引入物理前沿，比如CD唱盘上的信息是怎么被读出的？准分子激光治疗近视比传统治疗近视的手术有什么好处？激光印刷机有什么优势？并用所学激光知识进行解答。通过这些日常生活中常见的现象，联系物理学提出问题，激发出学生的探知欲望引发思考，在思考中结合物理教学的内容进行说明，不仅可以增加学生自主学习的兴趣，还可以利用所学到的知识解决生活中的问题；不仅符合STS的教学原则，也是教育学中间接经验与直接经验相结合的规律，使学生掌握了系统的科学文化知识，还具备了分析问题、解决问题的能力，能将所学的知识运用于实践，培养学生树立崇高信念，为社会主义现代化建设服务。

3.教育方法多样化的教学策略

在高中物理教材中，物理前沿知识大多分布在书本的科学漫步，由于物理前沿知识综合性较强，涉及的知识比较广，所以比书本中的内容更难讲解，而以往的教学方式大多为讲授法，讲授法是一种以教师讲解为主的教学方式。由于课堂时间有限，物理前沿知识在试卷中的分值比较低，所以在应试教育中物理前沿知识大多不被重视。如果只是教师的口头讲授也不会激起学生的兴趣，所以要采用多种教学方式，包括：讲授法、合作学习、自主学习、讨论法等。例如，在讲解万有引力的时候，分析航天飞机在绕地球飞行的时候为什么不会坠落的案例中，教师可以先用多媒体软件播放航天飞机绕地球飞行的过程，先让学生自主思考，然后提示圆周运动的知识，让学生从圆周运动的方向进行思考，并进行分组讨论，再提示过山车的解题过程，逐次递进不断启发，让学生自主去学，不仅培养学生的探究精神还会增加对学习物理的兴趣。在课堂上只有多种教学方法并用，才能最大程度地实现新课程改革的目标。

4.专题形式渗透教学策略

物理是一门以实验为基础的学科，它的理论知识大多运用在实际生活中，了解物理知识在实际生活中的运用极为重要。以专题形式渗透物理前沿知识就是以某一章节为理论基础，介绍一些综合的物理前沿知识。例如，在学过电与磁之后，以专题的形式介绍磁悬浮列车的理论原理，电磁发电机的工作原理，磁旋风式发电机的由来与工作原理，磁悬浮床垫悬浮的现象与原理。通过一些有趣的物理现象，在掌握理论知识的基础上，介绍这些看似神奇却可以被已学过的理论知识简单分析出来的物理前沿科技，可以使学生们更有成就感，让更多的人相信前沿科技不是空中楼阁，可望而不可即。在理论知识的基础上，一切神奇的现象都是可以用知识来解释的。掌握了知识就可以去探知更神奇的世界，也可以创造更神奇的世界。

二、通电导线在磁场中受到的力的教学案例

1.教材内容分析

安培力是人教版选修3—1第三章第四节的内容，安培力是研究通电导线在磁场中受到的力，既是第三章第二节磁感应强度又是第四节洛伦兹力讲解的基础。在这节课中要了解安培力的定义以及判断安培力方向的方法，了解安培力在现代科技中的应用。

2.知识回顾

教师：通过讲解大家来回答一下什么是安培力？

学生：通电导线在磁场中受到的力。

教师：如何判断安培力的方向？

学生：左手定则，即伸出左手拇指与其余四个手指垂直，并且与手掌在同一个平面，让磁感线从掌心进入，并且四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中受到的力的方向。

教师：计算安培力大小的公式是什么？

学生：当通电导线与磁场垂直时，安培力的公式为F=BIL；当通电导线与磁场有夹角，并且夹角为θ时，安培力的大小为F=BILsinθ。

3.前沿科技在教学中的应用

教师：同学们对安培力大小的计算、方向的判断掌握得很好，那么安培力除了书中所说的是电动机的工作原理之外，在现代军事技术中也有很大的应用，随着科技的进步，我国的军事武器不再是土枪土炮，而是一批新型的杀伤力很强的武器，大家通过屏幕观看这一节微课，一起来了解一下这个新型的武器。通过观看，大家了解这是什么武器？

学生：电磁轨道炮

教师：电磁轨道炮最初由法国人维勒鲁伯在1920年发明，随后由德国、澳大利亚的科学家们加以改造，大大地提高了电磁轨道炮的发射速度，制造成了现在这种发射速度快、杀伤力强、有巨大攻击性的新型物理杀伤武器。同学们根据屏幕上它的工作原理图，能不能大致说出它的工作原理呢？

学生：利用安培力，两个长轨道都通有电流，电流会产生很大的磁场，炮弹处在两个导轨之间，当一侧的导轨电流流向另一个导轨时，炮弹会受到很大的安培力进而被发射出去。

教师：同学们说的很对，确实是利用安培力将炮弹发射出去的。这种电磁轨道炮质量轻、体积小，由于是利用电磁力，所以不会弥漫烟雾，减少了空气的污染。电磁轨道炮的军事用途非常广阔，可用于摧毁低轨道的卫星和炮弹，而且穿透能力强，在战争中可以穿透T-80坦克的装甲厚度。除此之外，由于其速度比较快，采用轨道炮技术发射月基货运飞船返回地球，将减少燃料消耗，飞船仅需要携带少量的调姿和变轨用的燃料，从而为月地货运运输提供一个经济、可重复利用的发射平台。除了轨道炮可以用到安培力外，还有超导磁流体潜艇也用到了这个知识，通过视频大家一起来分析一下它的工作原理。

教师：由于海水可以导电，给推进器管道中的海水施加一个磁场和一个与磁场正交的电场，管道中的海水就相当于电流。电流在磁场中运动会受到力的作用，这个力的方向朝向船尾，海水会向船尾方向运动，与此同时，由于作用力与反作用力的原理，海水的运动会给船一个反方向的力，使船体向前运动。这种磁流体潜艇动力系统大幅瘦身，意味着活力系统可以扩容，可以搭载更多威力强大的鱼雷和潜艇导弹，使潜艇的水下攻击力更强。在海洋上拥有了强大的海洋武器，才会有海上权利。同学们可以自己上网查询搜索安培力在更多领域的应用。

4.教学案例反思

在物理教学的应用中，根据前沿科技的新颖性与相对性引入了电磁轨道炮，超导磁流体潜艇技术。在讲解原理时，根据第三章物理前沿的注重基础原则与部分性原则，

利用这一节课讲解的安培力知识，讲解了安培力在电磁轨道炮与超导流体技术中的应用。在介绍时用到了微课展示技术，根据教育心理学，在课上引入物理前沿科技，更好地激发了学生的学习兴趣，课堂氛围活跃，利用启发式的提问，不仅巩固了学生的基础知识，还达到了学生主动探索、学习前沿知识的目的。但是由于课堂时间有限，有些学生渴望了解更多的知识但却没有时间讲解，对于一些基础知识掌握有所欠缺的学生掌握起来有一定难度。在课堂教学前，可以让学生们提前了解一下前沿科技，在讲解的时候会达到更好的教学效果。

物理前沿知识教学对学生情感与思维能力的培养，激发学生的探究兴趣起着重要作用。新课程改革中要求加强课程内容与学生生活及其现代社会与科技发展的联系，关注学生的学习兴趣与经验。把现代科技应用于物理教学符合主动适应社会发展与科技进步需要的新课程改革理念。

[1]王晓燕.物理STSL教学理念的建构与实践研究[D].长春：东北师范大学，2011.

[2]张立新.浅谈中学物理教学中科技意识的培养策略[J].教学实践与研究，2009(1)：25.

〔责任编辑：李海波〕

The Implementation Strategy and Case Analysis ofPhysics Frontier Knowledge in Teaching

PANG Fang, CUI Hong-yun, WU Yun-fei, WEI Gui-dan

(Department of Physics, College of Science, Jiamusi University, Jiamusi 154007, China)

It’s an important subject to penetrate the frontier knowledge in physics teaching, and cultivating students’ scientific quality meets the needs of social development and scientific and technological progress. Through the study of the implementation strategy of the frontier knowledge of physics in the teaching, the paper sums up four teaching strategies: the micro course display, the theory with practice, the diversification of educational methods, and the infiltration of thematic form. At the same time, the paper analyzes the teaching strategy of high school physics through micro class of conducting wire in the magnetic field.

physics frontier knowledge; teaching; implementation strategy; case analysis

10.3969/j.issn.1008-6714.2017.03.038

2016-12-27

2015年黑龙江省教育科学“十二五”规划重点课题“基于大创项目的高校学生科技创新成果的孵化与转化研究”(GJB1215078)

庞芳(1978—)，女，黑龙江鹤岗人，讲师，东北师范大学研究生，从事物理课程与教学论研究。

G633.7

A

1008-6714(2017)03-0081-03