中學物理教學前沿知識分類探討

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從國家教育部頒布《基礎教育課程改革綱要》，并在中學物理教學內容中增加了前沿知識起，中學物理教學內容中前沿知識的教學已然成為當今中學教學教研中的熱門話題。但是，關于什么樣的知識是中學物理教學內容中的前沿知識，這些知識有什么特點，目前尚少見系統(tǒng)的研究，這對于中學物理教師準確把握中學物理課堂教學，科學安排教學內容，提高教學效率無疑是十分不利的。因此，筆者把課改前的中學物理教學大綱與現(xiàn)行的中學物理課程標準進行比較，以人教版中學物理教材為研究對象，對中學物理教學內容中的前沿知識進行分析，找出它們的特點，并進行分類。

1中學物理教學內容中前沿知識的特點分析

中學物理教學內容不可避免會涉及到一些物理學前沿知識，如近現(xiàn)代物理學中的量子理論、量子場論、超弦理論和場論、引力理論和物理學與其它科學相互交叉、滲透產生的許多邊緣學科，如生物物理學、化學物理學、材料物理學、地球物理學等。但是，中學物理教學內容中的前沿知識不僅僅只有這些，它還包含一些非經典的物理概念，一些復雜的物理現(xiàn)象和新技術的應用。結合中學階段物理教學的特點，筆者認為凡是具有以下一個或多個特點的知識都可以算是中學物理教學內容中的前沿知識。

1．1時代性

中學物理教學內容中的前沿知識具有時代性。一方面，這些知識本身就是物理學前沿知識，如中學物理教材中出現(xiàn)的黑體和黑體輻射、光電效應、非線性物理等，這些都是當今物理學前沿知識，理所當然也是中學物理教學內容中的前沿知識;另一方面，從中學物理新課程改革的角度來看，有一些知識本身并不是物理學的前沿知識，以前在中學物理教學中也沒有被提出來，而現(xiàn)在的中學物理教學中才提出來的，這些知識也是中學物理教學內容中的前沿知識。如中學物理新課程改革中提出的相對論和量子化的概念，它們誕生于20世紀初期，在物理學上相對論和量子化的概念已成為近代物理學的兩大基礎理論，但是在中學物理教學中相對論和量子化的概念仍是中學物理教學內容中的前沿知識。

1．2非常識性

以中學生的知識水平為出發(fā)點來看，中學物理教學內容中的前沿知識具有非常識性。所謂非常識，顧名思義就是這些知識沒有普遍流傳，只有極少數(shù)人認知。在物理學中對于新事物、新規(guī)律的出現(xiàn)，都會經歷從非常識轉變成常識的這樣一個過程，如，中學物理教學內容中的真空，在經典物理學里，真空是一無所有的空間，這一觀點已普遍為人們所認知。而現(xiàn)代物理學從微觀的尺度或高能量上來研究，得出真空實際上是量子場的基態(tài)，存在著真空漲落和極化等效應。而真空的微觀解釋已代替了經典物理學中的真空成為了中學物理教學內容中的前沿知識。

1．3復雜性

中學物理教學內容中前沿知識的復雜性在中學物理教材中有著不同程度的體現(xiàn)。中學物理教學內容中一些復雜的物理現(xiàn)象概括起來可以分為兩類:一類是指這些物理現(xiàn)象本身就十分復雜，如單擺的大角度擺動，是一種十分復雜的物理現(xiàn)象，它需要用到非線性物理和混沌理論來解釋。另一類是指解釋過程十分復雜，需要用到物理前沿知識來解釋的物理現(xiàn)象，如光電效應在物理學中不再是前沿知識，但是以中學生目前的知識水平來解釋這一現(xiàn)象是很困難的。在解釋光電效應這一現(xiàn)象時，需要用到光量子理論、粒子的動力學、光的量子化等多種前沿理論知識。所以，在中學物理教材中出現(xiàn)的與非線性運動和光電效應有著相同特點的物理現(xiàn)象都是中學物理教學內容中的前沿知識。

1．4交叉性

隨著自然學科自身的不斷發(fā)展，不同學科之間相互交叉、相互滲透，逐漸形成一批新興的交叉學科，如生物學、化學、材料科學等學科在發(fā)展的過程中與物理學發(fā)生了交叉和融合，形成了一批與物理學相關的交叉學科。這些交叉學科中的某些知識點或物理現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)在中學物理教材中，被作為教學內容介紹出來，那么這些交叉學科的知識點和現(xiàn)象理所當然就是中學物理教學內容中的前沿知識。這就是中學物理教學內容中的前沿知識具有交叉性的根源所在。

2中學物理教學內容中前沿知識的分類

中學物理教學內容中的前沿知識以滲透的方式出現(xiàn)在中學物理教學內容中，所以知識點十分散亂，這給中學物理教學帶來了很多不便。根據(jù)中學物理教學內容中前沿知識的特點，筆者對人教版中學物理教材中的前沿知識進行梳理，按照物理概念、現(xiàn)象、技術進行分類歸納。

2．1非經典物理概念

中學物理教學內容中的前沿理論主要包括:量子場論，量子化、相對論、超弦理論和場論、引力理論等，這些非經典物理概念貫穿于整個中學物理教學中。在中學物理教學中滲透一些非經典物理概念，有助于豐富學生的物理知識，了解物理學的發(fā)展過程，同時使物理課堂更生動、更有趣，從而激發(fā)學生學習物理的興趣。

2．2生活中需要用前沿知識來解釋的現(xiàn)象

相對于中規(guī)中矩的物理原理和物理公式，生活中的一些物理現(xiàn)象更能引起中學生學習物理的興趣。在中學物理教材中增加一些生活中不常見的、與物理前沿知識相關的物理現(xiàn)象，有助于中學生理解一些與物理前沿相關的知識。

2．3需要用到交叉學科知識來解答的問題

隨著科學技術的迅速發(fā)展，不同學科之間相互交叉、相互滲透，形成了一批新的交叉學科，這些交叉學科逐漸展露頭角，成為了當代前沿科學，如生物物理學、材料物理學、地球物理學、化學物理學等。這些邊緣學科的發(fā)展大大推動了社會科技的進步。

2．4與新技術應用相關的知識

物理學前沿科技的發(fā)展，能更好地服務于人們的生活，推動社會進步和經濟發(fā)展。如超導材料完全導電性和抗磁性的發(fā)現(xiàn)，使得人們出行更加方便快捷;核裂變的成功，使得核能發(fā)電正式進入人們的生活，成為人們生活中一種重要的能源;全息成像技術已成為當今醫(yī)療上不可或缺的醫(yī)療技術……這些內容滲透于整個中學階段的物理教材，從而使中學生能夠將一些前沿的物理科技與生活聯(lián)系起來，動手能力得以培養(yǎng)。在中學物理教學內容中滲透前沿知識，是新課程改革的必然要求，是物理教學現(xiàn)代化的必然趨勢。對中學物理教學內容中的前沿知識進行系統(tǒng)歸類整理，有助于中學物理教師在中學物理課堂中滲透物理前沿知識，提高課堂教學的效果。

作者：唐香玉 鄧昭友 陳鵬 唐利強 單位：湖南科技大學