張曉順，尹雄杰

一、問題提出

基于發(fā)展中國學生核心素養(yǎng)的課程改革正在進行，核心內(nèi)容是要將核心素養(yǎng)融入到課程標準，并體現(xiàn)在課程實施、教師培訓、考試評價等教學改革的各個環(huán)節(jié)之中。［1］為此，各學科紛紛基于學科特點制定了學科核心素養(yǎng)，其中《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）提出高中物理課程要“注重體現(xiàn)物理科學的本質(zhì)，從物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任等方面”培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，要“注重課程的時代性，關注科技進步和社會發(fā)展需求”，并“引領學生認識科學·技術·社會·環(huán)境（STSE）的關系”，選修課程所列三個模塊的宗旨是“關注物理學前沿對學生視野的拓展”，并鼓勵學校開設自己的選修課程。

作為一門自然基礎學科，物理學對化學、生命科學、地球與宇宙科學等自然科學都產(chǎn)生了重要影響，并且推動了材料、環(huán)境、信息等科學技術的進步。所謂“科技”，就是科學與技術，科學是技術背后的原理，技術是科學原理的具體應用，“科技前沿”是指最新的或領先的科技成果。當今世界科技發(fā)展日新月異，今日之新成果，或許明天就會成為舊技術。［2］但是為了保持課程的連續(xù)性與穩(wěn)定性、結合學生的知識結構特點，教科書中所涉及的科技前沿知識只是滄海一粟，且多是遠遠滯后于當今時代科技的靜態(tài)知識。

教師如果能突破知識本位，適當?shù)貙⒖萍记把刂R引入常規(guī)物理教學，會有利于培養(yǎng)學生用動態(tài)的、發(fā)展的、普遍聯(lián)系的觀點看待問題，縱向可以貫通學科的過去、現(xiàn)在和未來，橫向則可以打破學科壁壘，引領學生認識和關注科學·技術·社會·環(huán)境（STSE）的關系。將科技前沿知識引入課堂教學，有利于培養(yǎng)學生的科學精神和人文底蘊，因此在常規(guī)教學中體現(xiàn)時代性和大量增加物理前沿知識是“新課標”的一個主要特征。當然，在具體教學過程中，有些技術從時間上來看已經(jīng)不新了，但相對高中生的知識儲備和認知水平而言，應該還可以當做新技術、新知識來處理。

二、在物理教學中融入科技前沿知識

為了在常規(guī)教學中有效落實立德樹人的教育任務、落實“新課標”所提出的物理學科核心素養(yǎng)的育人要求，筆者及所在教研室嘗試了多種不同方式將相關科技前沿知識融入常規(guī)物理教學之中，在教育教學實踐中起到了很好的育人效果，現(xiàn)將其方法和途徑梳理如下。

（一）挖掘教材科技前沿知識

高中物理教材的很多章節(jié)中都以正文或閱讀材料的形式呈現(xiàn)了一些前沿知識，這些前沿知識推動了科技社會的進步，更好地服務于人類生活，能激發(fā)學生的學習興趣，應該引起教師的足夠重視。教師在講授基本概念和基本原理時，如果能將教材中相關的科技前沿知識素材滲透到教學實踐中去，可以在加深學生對相關概念、原理理解的同時，運用科技前沿的觀點和方法延伸這些基礎概念和原理，進而開闊學生視野，啟迪學生思維。［3］以人教版教材為例，選修3-4“光的衍射”在“科學漫步”欄目中設置了“X射線衍射與DNA的雙螺旋結構”，屬于生物物理交叉學科?！肮獾钠瘛痹凇翱茖W漫步”欄目中設置了“立體電影和偏振光”，選修3-5“放射性元素的衰變”在“科學漫步”欄目中設置了“碳14測年技術”和“碳13與胃病檢測”，后者也屬于生物物理交叉學科?！安淮_定性關系”在“科學漫步”欄目中設置了“顯微鏡的分辨本領”。通過在教學中引導學生關注教材中與科技前沿相關的知識，使學生了解到牛頓經(jīng)典力學理論和麥克斯韋的電磁學理論并不是物理學的全部，物理學是一門外延不斷延伸發(fā)展的學科。

（二）關注國際國內(nèi)前沿信息

圖1 地球在軌漂浮物

教師能將科技前沿知識滲透在教學中，前提是要對科技前沿知識資源能及時地了解，能分析其與高中基礎知識之間的關系，能從海量資源中恰當篩選并能深入淺出地應用到教學之中。這就要求教師多關注國際國內(nèi)科技新聞媒體及學術網(wǎng)站。筆者將平時瀏覽到的美國及歐洲等一些發(fā)達國家的優(yōu)秀教學素材搜集整理，并應用到平時的教學之中。如圖1所示，講授“宇宙航行”時，在課堂上實時打開美國的“地球在軌漂浮物”網(wǎng)站（http://stuffin.space），該網(wǎng)站采用3D形式展示了地球在軌漂浮物（包括衛(wèi)星、箭體、太空垃圾等）的名稱、國際標識符、類型、遠地點、近地點、傾角、實時高度、速度、周期等內(nèi)容。同一節(jié)課中還以訪問網(wǎng)站的形式介紹了美國的GPS，我國北斗導航三號系統(tǒng)的組網(wǎng)現(xiàn)狀及有望到2020年建成世界一流的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，實現(xiàn)全球服務能力等相關前沿科技。在講“能量守恒定律與能源”時，引入我國2017年5月在南海北部海域成功試采儲量驚人的清潔能源可燃冰，有望推動整個世界能源利用格局的改變。在講到“粒子和宇宙”一節(jié)時，登錄歐洲核子研究組織（CERN）的網(wǎng)站，觀看其內(nèi)部結構的3D圖片，介紹其大型強子對撞機（LHC）以及成立以來在粒子物理方面所做出的巨大成就。在同一節(jié)課中，與CERN形成對比，介紹了中國天眼，即在貴州省于2016年7月建成的500米口徑、目前世界上最大的單口徑球面射電望遠鏡FAST，使學生了解到FAST性能卓著，未來20至30年將會保持世界領先地位。

教師有意識地將國際國內(nèi)科技前沿信息呈現(xiàn)給學生，會潛移默化地增強學生關注科技前沿的意識，緊隨時代步伐，而非僅關注高考，將知識學死。此外，國際前沿展示會激發(fā)學生的責任擔當與憂患意識，而國內(nèi)前沿的展示則有利于增強學生的民族自豪感和自信心，更加熱愛自己的祖國。

（三）開展研究性學習和項目學習

美國哈佛大學著名課程專家埃利諾·達科沃斯（Eleanor Duckworth）說過，“如果知識領域對學習者是可獲得的，它們必須以其全部復雜性呈現(xiàn)出來。當我們過于簡化了課程，我們也就消除了學習者與之建立聯(lián)系的具體方面?！保?］為此，我們在常規(guī)課程之外開展了研究性學習和基于項目的學習（Project-Based Learning，簡稱PBL）。項目學習即學習過程始終圍繞某個具體的學習項目，充分選擇和利用最優(yōu)化的學習資源，在實踐體驗、內(nèi)化收斂、探索創(chuàng)新中獲得較為完整和具體的知識，形成專門的技能和得到充分發(fā)展的學習。［5］如在學習了“多用電表的原理”以后，喜歡“較真兒”的學生提出了很多比較深刻的問題：每次換檔都要換電源么？歐姆表盤為什么左密右疏？電池老化對電阻的測量結果會有什么影響？用歐姆表不同檔位測二極管正向電阻時為什么測量結果不同？交流電壓2.5V檔位為什么單設了一條不均勻的刻度線？有些問題難度較大，按照“考綱”要求老師是不需要在課堂上講解的。面對這些“較真兒”的同學，在教師的建議下，學生組成了興趣研究小組，通過查找資料（含電表說明書）、原理學習、電表拆卸、小組討論、交流分享等方式進行研究學習，并最終形成了研究報告。正所謂“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，這種基于真實問題的研究性學習會惠及學生的一生。

再如，學習了電磁波一章以后，教師將班級同學分成若干小組，針對電磁波在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活及軍事等領域的應用展開了項目學習。教師提供了幾個相關方向，學生也可以自選角度進行研究，最終有五個做得比較好的小組在班級進行了分享交流。這五個小組的方向分別是電磁波在廣播電視信號及網(wǎng)絡信息傳輸方面的原理、電磁波在現(xiàn)代軍事中的應用、電磁波對現(xiàn)代醫(yī)學的影響、與電磁波有關的家用電器的設計原理及使用方法、電磁波的危害與預防。學生對這樣的學習形式很有熱情，每次這樣的交流分享都會收到非常好的學習效果。學生通過親自參與、實踐的方式，既了解到了科技前沿與生產(chǎn)生活的關系，又受到了查找資料、撰寫報告、探究方法、分享交流等方面的學術訓練，同時也有利于培養(yǎng)學生對物理學習的興趣，以及對科技前沿知識的探究熱情。

（四）組織各種參觀實踐活動

充分利用區(qū)域內(nèi)的大學、科研院所、高科技公司等優(yōu)質(zhì)資源，帶領學生進行實地的參觀、考察學習。如帶領學生參觀考察中客長春軌道客車廠、中國一汽、科大訊飛吉林省分公司、東北師大物理學院科學館、吉林大學物理實驗室、吉林省工業(yè)美術博物館、吉林省科技館等。在學習考察程序上要做到前期有資料查詢、知識儲備，帶著問題走進參觀考察單位；在參觀考察過程中要做好對專業(yè)人士的訪談記錄；在參觀考察之后要做出文字及圖片整理，寫出考察學習報告、學習心得或科技小論文，并與其他同學做學習分享；在分享形式上，除了在班會、課堂上進行之外，還可以利用社交媒體（如班級空間、微信公眾號推送等）。

學校每年會舉辦為期一周的科技節(jié)，其中有一項內(nèi)容是請本?；蛐Ｍ鈱＜疫M行科普講座。如本校特級教師以“第一性原理與科技創(chuàng)新”為主題，針對未來的科技發(fā)展對人類生命的影響做了介紹，香港中文大學深圳校區(qū)朱世平院士做了題為“改變未來的智能材料”的科普講座。當科學的道理深入淺出地展現(xiàn)在學生面前時，當體會到科技發(fā)展必不可能停留在現(xiàn)在，更不可能回頭，出路就是不斷向前時，學生對于科技發(fā)展對人類影響的理解更深了一步，也立下了將來為科技發(fā)展做出自己貢獻的志向。

（五）開設科技前沿校本課程

校本課程和校本教材是對國家課程和國家教材的有益補充，開發(fā)優(yōu)質(zhì)校本課程、編制優(yōu)質(zhì)校本教材可以完善學校的課程體系。作為基礎自然學科的物理是與當今許多科技前沿知識緊密聯(lián)系的，并且是青少年同學特別關注和充滿好奇心的話題，可以作為開設校本課程的內(nèi)容。如我們開設了介紹與物理學各個學科分支相關的科技產(chǎn)品應用的校本課程“物理學與科技文明”，并在此基礎上編寫了校本教材。

（六）在智慧課堂中使用新技術

智慧課堂，是實施智慧教育的主要形式之一，也是核心素養(yǎng)視閾下進行學生教育的主要陣地。智慧課堂是指在信息技術的支持下，通過變革教學方式方法、將技術融入課堂教學中，構建個性化、智能化、數(shù)字化的課堂學習環(huán)境，從而有效促進智慧能力培養(yǎng)的新型課堂。［6］《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》指出：“信息技術對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視?！睆男旅襟w聯(lián)盟《2017地平線報告（2017基礎教育版）》在一張2012-2017年的“技術進展”的表格中可以看出，創(chuàng)客空間、可穿戴技術、分析技術、人工智能、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、物聯(lián)網(wǎng)、自帶設備、云計算、3D打印、移動學習、在線學習等新技術以平均每年新增4-5個的速度出現(xiàn)。［7］［8］如何將這些新技術有效融入課堂教學，真正為實現(xiàn)對學生的“智慧教育”服務，而非走入“新技術封裝舊教育的改革誤區(qū)”［9］，需要進行理論與教育實踐的探索。

學校2015年開始籌建的智慧教室系統(tǒng)，在軟件上包括網(wǎng)絡云平臺、智慧課程應用系統(tǒng)；在硬件上安裝有電子白板、投影設備、教學終端機、教師端手持設備、學生端手持設備等。在課堂上，通過PAD終端的對接，教師可以實現(xiàn)課堂控制、資源管理、即時反饋和互動演示等功能；學生可以完成信息獲取、問題解決、答案反饋、互動分享等功能。在課后，教師可以實現(xiàn)備課、任務布置與回收、在線輔導等功能；學生可以實現(xiàn)教學資源共享、學習幫助獲取等功能?！?017全國智慧教育系列觀摩研討活動”中筆者上了一節(jié)“靜電場單元驗收試卷講評課”，由于平時師生對教學設備使用熟練，觀摩課收到了很好的現(xiàn)場效果，得到了評課專家的肯定，并被新華網(wǎng)、搜狐網(wǎng)等采訪報道。在教育教學中使用的新技術本身就屬于科技前沿產(chǎn)品，能夠在常規(guī)教學中引入并熟練地使用教學新技術，既能有效地輔助教學，又能讓學生感受到新技術離我們并不遙遠，而且是觸手可及。

三、小結

培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)和關注科技進步與社會發(fā)展需求是“新課標”的基本理念。堅持將科技前沿知識合理有效地融入常規(guī)課堂教學，能夠培養(yǎng)學生的社會參與意識和社會責任感，培養(yǎng)學生的學習興趣和志向，使學生了解科學與技術之間的相互依存關系，增強學生從理論到實踐的解讀意識、應用意識和創(chuàng)新意識，為學生終身發(fā)展、應對現(xiàn)代及未來社會發(fā)展的挑戰(zhàn)打下堅實基礎。在核心素養(yǎng)視閾下，教師一定要有去功利化的思想，要從關注學生終身發(fā)展出發(fā)，努力探索在常規(guī)教學中融入科技前沿知識的多種方法及途徑。