物理教材中的前沿科学
物理学前沿知识
《九年义务教育三年制初级中学教师教学用书第二册物理》试用修订版上海科学技术出版社华东地区初中物理教材编写协作组编2002年8月第一版第一次印刷参考资料P3461、物理学——前沿科学的支柱自然界是无限广阔庭丰富多彩的。
物理学是自然科学中最基本的科学，它研究物质运动的形式和规律，物质的结构及其相互作用，以及如何应用这些规律去改造自然界。
因此，物理学又是许多科学技术领域的理论基础。
从本世纪开始，物理学经历了极其深刻的革命，从对宏观现象的研究发展到对微观现象的研究，从研究低速运动发展到研究高速运动，由此诞生了相对论和量子力学，并在许多科技领域中引发了深刻的变革。
物理学在认识、改造物质世界方面不断取得伟大成就，不断揭示物质世界内部的秘密；而社会的发展又对物理学提出无穷无尽的研究课题。
例如，原子能的利用，使人类掌握了武器和新能源；激光技术的出现，焕发了经典光学物理的青春，使许多以往光学技术办不到的事情，现还能办到了；半导体科学技术的发展，导致了计算技术、无线电通信和自动控制的革命；超导电性、纳米固体材料和非晶态材料的出现，如金属物理、半导体物理、电介质物理、非晶态物理、表面与界面物理、高压物理、低温物理等。
此外，物理学与其他学科之间的渗透，又产生了许多边缘交叉学科，如天体物理、大气物理、生物物理、地球物理、化学物理和最近发展起来的考古物理等。
我们可以说，物理现象存在于人类生活和每个角落，发生在宇宙的每一地方，物理学是推动科学技术发展的重要支柱，它是自然科学中应用广泛、影响深刻、发展迅速的一门基础科学和带头科学。
2、“无限大”和“无限小”系统物理学“无限大”和“无限小”系统物理学是当今物理学发展一个非常活跃的领域之一。
天体物理学和宇宙物理学就属于“无限大”系统物理学的范畴，它从早期对太阳系的研究，逐步发展到银河系，直至对整个宇宙的研究。
热大爆炸宇宙模型作为20世纪后半叶自然科学中四大成就之一是当之无愧的。
利用该模型可以成功地解释宇宙观测的最新结果，如宇宙膨胀、宇宙年龄下限、宇宙物质的层次结构、宇宙在大尺度范围内是各向同性的等重要结果。
固体物理前沿研究与应用
1.固体物理的前沿研究1.1石墨烯纳米结构和纳米器件研究石墨烯由于其独特的狄拉克费米子、极高的载流子迁移率以及超强的力学性能，已成为凝聚态物理及材料科学等领域最近几年来的一个有趣结构。
在石墨烯的二维结构基础上，进一步降低维度，形成例如量子点，纳米带等纳米结构，从而可以导致一系列新的物理现象。
在石墨烯纳米结构中，边缘态是石墨烯的一个重要结构参数，大量的物理现象与边缘态相关。
本报告报道我组最近两年在石墨烯纳米结构边缘态控制、物性研究、以及原型器件探索方面的工作。
报告主要内容包括：石墨烯的低温外延生长、石墨烯纳米结构的加工与物性、石墨烯电子学器件等。
1.2 高温超导体的隧道谱研究铜氧化物高温超导体从被发现至今，已经过去了二十多年，但是对于它的机理却没有取得共识，一个核心的问题就是它具有非常奇异的正常态（多数情况下在欠掺杂区比较明显）。
由于赝能隙的存在，这个正常态很难被朗道费米液体理论所理解，被认为跟电子的强关联特性相关。
2008年，另一类高温超导体——铁基超导体被发现了，这个新的体系与铜氧化物高温超导体在物理性质上有一定程度的相似性，人们期望通过对它的研究来促进对高温超导电性的统一理解。
然而，随着实验数据的大量积累和人们认识的不断深入，铁基超导体1的机理又面临着巡游电子图像和强关联图像的矛盾。
这个报告将介绍高温超导体的隧道谱方面的结果，对高温超导机理的研究提出一些设想。
1.3 地震前兆信息的传播、分布和探测用颗粒物理原理，提出了地震前兆信息传播和分布新模型：地壳岩石层由板块、断层及其间断层泥构成，应作为大尺度二维颗粒体系处理，孕震作用力使岩石层块逐次发生滞滑(stick-slip)移动，以力链形式分布和传递。
给出了模型的依据和观测例证，分析了与传统连续介质观念的本质区别及其物理实质。
此模型可解释若干以前无法理解的地学现象和岩石中难以探测到地震前兆应力的原因。
介绍了有前景的地震前兆探测方法和原理。
1.4 低维氧化物的结构设计与光电物理研究由于掺杂钙钛矿氧化物半导体的结构复杂性和电子关联体系中的多耦合性，以及人工设计的氧化物低维结构由于界面效应、尺寸效应、量子效应等重要作用，使得该体系显现出了许多优于块材的新型物理性质。
必修1中物理学前沿知识的呈现方式及教学建议
必修1中物理学前沿知识的呈现方式及教学建议全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：物理学前沿知识是高中物理学习中的重要内容之一，它不仅可以拓展学生的知识视野，也能够激发学生对物理学的兴趣和探索欲望。
怎样有效地呈现物理学前沿知识并进行教学，是每一位物理教师都需要思考和关注的问题。
一、呈现方式1. 多媒体展示：利用图片、视频等多媒体资源直观呈现物理学前沿知识，让学生通过视觉方式更加直观地了解物理学的最新发展；2. 案例分析：通过真实的案例或者实验，引导学生深入理解物理学前沿知识的应用场景，激发学生思考和分析的能力；3. 模拟实验：利用模拟实验等方式，让学生亲身体验物理学前沿知识，从而加深对知识的理解和掌握；4. 班会讨论：组织班会讨论或者小组讨论，让学生自主交流，分享各自的理解和看法，促进学生之间的交流和合作。
二、教学建议1. 调整教学内容：教师可以根据学生的实际情况和兴趣爱好，选择合适的物理学前沿知识呈现给学生，避免内容过于抽象和难以理解；2. 引导学生思考：在呈现物理学前沿知识的过程中，教师可以通过提问等方式，引导学生主动思考和探索，培养学生的科学探究精神；3. 实践应用结合：在讲解物理学前沿知识的教师可以引导学生思考这些知识在实际生活中的应用，激发学生的兴趣；4. 组织探究活动：教师可以根据教材内容设计一些探究性的实验或者活动，让学生在实践中感受物理学前沿知识的魅力；5. 激发学生兴趣：教师可以通过讲解一些有趣的物理学前沿知识，或者介绍一些科学家的故事，激发学生对物理学的兴趣和好奇心。
物理学前沿知识的呈现方式及教学建议，旨在激发学生对物理学的兴趣和探索欲望，培养学生的科学精神和思维能力。
只有通过多样化的呈现方式和深入浅出的教学方法，才能让学生更好地理解和掌握物理学前沿知识，从而在学习中获得更大的乐趣和收获。
第二篇示例：物理学是自然科学中的一门重要学科，它是研究物质、能量和它们之间相互作用的科学。
初中物理实验理论研究现状及前沿问题
初中物理实验理论研究现状及前沿问题一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解物理实验理论的基本概念，掌握实验设计的基本原理和方法。
2. 学生能够描述当前物理实验研究的主要领域及前沿问题。
3. 学生能够识别并分析实验数据，理解实验结果与理论之间的联系。
技能目标：1. 学生能够运用物理实验理论知识，设计简单的实验方案，进行实验操作。
2. 学生能够运用科学方法，对实验数据进行处理和分析，得出有效结论。
3. 学生能够通过文献查阅，了解物理实验研究的发展趋势，培养信息检索和筛选能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对物理实验的兴趣，增强探索科学的精神。
2. 学生能够认识到物理实验在科学研究中的重要性，培养严谨求实的科学态度。
3. 学生能够关注社会热点问题，将物理实验与实际应用相结合，提高社会责任感。
课程性质：本课程为初中物理实验理论研究与前沿问题探讨，旨在培养学生的实验操作能力、科学思维和分析解决问题的能力。
学生特点：初中学生具有较强的求知欲和好奇心，具备一定的物理基础知识，但实验操作和分析能力有待提高。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实验操作技能和科学素养。
通过课程学习，使学生在掌握物理实验理论的基础上，关注物理实验研究的前沿问题，培养创新意识和实践能力。
教学过程中，注重目标分解，确保学生能够达到预期的学习成果。
二、教学内容1. 物理实验基本原理：包括实验设计原则、实验误差分析、数据采集与处理方法等，对应教材中实验方法章节。
2. 当前物理实验研究领域：涉及力学、热学、电磁学、光学等领域的实验研究，结合教材相关章节，介绍各领域的研究动态。
3. 前沿物理实验问题：围绕新能源、新材料、量子信息等领域，选取具有代表性的实验问题，引导学生了解物理学的最新发展。
4. 实验案例分析：选取教材中的经典实验案例，分析实验设计、操作、数据处理等环节，使学生深入理解实验理论在实际中的应用。
教学大纲：第一课时：物理实验基本原理及实验设计原则第二课时：实验误差分析及数据采集与处理方法第三课时：力学、热学领域的物理实验研究第四课时：电磁学、光学领域的物理实验研究第五课时：新能源、新材料、量子信息等前沿物理实验问题第六课时：经典实验案例分析及讨论教学内容安排和进度：按照教学大纲，每课时围绕一个主题进行深入讲解，结合教材章节，使学生逐步掌握物理实验理论和方法。
探讨中学生对物理学科的前沿问题与研究
探讨中学生对物理学科的前沿问题与研究引言：物理学是一门研究自然界最基本规律的科学，它的发展推动了人类社会的进步。
在中学阶段，学生开始接触到物理学的基础知识，但很少有机会了解到物理学的前沿问题和研究。
本文将探讨中学生对物理学科的前沿问题与研究的重要性，以及如何激发学生对物理学的兴趣和探索精神。
一、前沿问题的重要性1.1 激发学生的学习兴趣中学生对物理学科的兴趣常常受限于教材中的基础知识，缺乏对于物理学的全面了解。
了解物理学的前沿问题，可以让学生看到物理学的广阔领域和无限可能性，从而激发他们的学习兴趣。
1.2 培养学生的创新思维物理学的前沿问题往往需要创新的思维和方法来解决。
让学生了解到这些问题，可以培养他们的创新思维和解决问题的能力。
这对于他们未来的科学研究和职业发展都具有重要意义。
1.3 增强学生的科学素养了解物理学的前沿问题可以提高学生的科学素养。
学生可以了解到科学研究的过程和方法，培养他们的科学思维和科学态度。
这对于他们的终身学习和社会参与都是至关重要的。
二、如何激发学生对物理学的兴趣和探索精神2.1 创设实验环境物理学是一门实验科学，通过实验可以帮助学生更好地理解物理学的概念和原理。
学校可以创设实验环境，让学生亲自进行实验，探索物理学的奥秘。
这样的实践体验可以激发学生的学习兴趣和探索精神。
2.2 鼓励学生参加科学竞赛科学竞赛是学生展示自己科学研究成果的平台，也是学生学习和探索的动力来源。
学校可以鼓励学生参加各类科学竞赛，提供必要的支持和指导。
通过参加科学竞赛，学生可以更深入地了解物理学的前沿问题，并锻炼自己的科学研究能力。
2.3 邀请科学家讲座学校可以邀请物理学领域的科学家来学校进行讲座，介绍他们的研究成果和对物理学的理解。
这样的讲座可以让学生近距离接触到物理学的前沿问题，激发他们对物理学的兴趣和探索欲望。
三、中学生可以参与的前沿问题研究3.1 量子力学中的未解之谜量子力学是物理学中的一门重要分支，它描述了微观世界的行为规律。
前沿物理知识教学的问题与反思
进行有效结 合 ，在提升学生学 习成绩时 ，使学生感受到学 习 的快乐 ，激发学生 的学 习兴趣 。
参考文献 ：
长 、学 习内容多等因素给学生 带来 了一定 的学 习压 力。为 了
应 对各类考试 ，学生和教师很难抽 出时间关注考试 中不会 出
现 的前沿 物理知识 ，即便是 在教学过程 中遇 到了相关知识 。
教师也只是对其进行简单 的说 明，并没有进行深入探究 。
［ １ 】 欧阳秋 云 ，齐立红 ，李春 燕，刘永军，陈玉金 ． 前 沿物理 教 学在 文科物理教 学过程 中的成效分析 Ⅱ 】 ＿ 教育教学论坛 ，
２ ｏ １ ５（ １ ３ ）：２ ５ １ — ２ ５ ２ ．
三 、前 沿物 理知识教 学实践的方法 １ ． 更新教 师理念 ，提 高教 师专业水平
在快乐 的学 习过程 中接受知识 。 ３ ． 在 习题解决过程 中渗透前沿物理知识
１ ． 教师教学思想 落实，专业素养不 高
在前沿物理知识 教学过程 中，比较 突出的一个问题就是 教师 的思想 观念 比较落后 ，前 沿物理知识 涉及 较少 ，认为其
没有基础 的物理知识重要 ，所 以 ，对于前沿物理 知识没有进
２ ０ １ ７年第 １ ２ 期
总第４ ７ ９ 期
教学研究
前沿 物理 知 识 教 学 的 问题 与反 思
朱远 彤
（ 华 阴市岳 庙 高级 中学 ，陕西 渭南 ７ １ ４ ２ ０ ０ ）
摘
要：在教育改革不断深入 的背景下 ，将前 沿物理知识 融入 高中物理基础教 学，一方 面 － ． ｊ － ￣丰富 学生的知识 ，
还会 打击学生学 习的积极 性 ，甚至还会误导学 生对相关物理 知识 、物理现象 的正确认 知。
《学科前沿专题》课程教学大纲
学科前沿专题Frontier Topics in physics一、课程基本情况课程类别：专业任选课课程总学分：1学分课程总学时：16学时课程性质：专业课任选开课学期：第1学期先修课程：无适用专业：物理学，应用物理学及相关专业本科生教材：自编讲义开课单位：物理与光电工程学院二、课程性质、教学目标和任务《学科前沿专题》课程是一门主要针对新生所开的大学物理的基础课，是为适应今后物理课程教学的逐步深入和现代物理学发展的最新动态，以及现代科技发展需要而开设的一门必修课。
教学目标与任务集中体现在：（1）初步掌握现代物理学各个主要学科的起源及其发展脉络，为今后物理学进入专科学习打下基础；（2）通过借鉴、引进一些重要的国际、国内论著，确保教学内容的先进性和前沿性；（3）引导学生反思物理学发展中重大理论产生的基础与重大问题提出的关联，以调动与引发新入学物理系学生对物理学学习的兴趣与自信心。
（4）利用教与学的开放性与互动性、展开教师与学生、学生与学生间的问题讨论。
坚持科研与教学互促，把科研成果转化为教学内容，注重培养学生的科研能力和创新思维。
三、教学内容和要求第1章、现代物理学研究的内容、特点、方法、重要性及培养规划（2学时）(1)了解现代物理学研究的内容、特点与方法(2)了解现代物理在科学技术及人类的意识及社会活动中的基础地位和作用(3)物理学与应用物理学专业的培养目标和培养计划第2章、现代物理研究的起源（2学时）(1)介绍亚里斯多德的四元素说(2)伽利略对现代科学的贡献(3)牛顿的经典物理理论第3章、现代物理研究的最新成就 重要诺贝尔物理奖得主的相关贡献及理论（2学时）(1)爱因斯坦的狭义与广义相对论、光电效应等著名理论(2)麦克斯韦的电磁学理论(3)玻尔、海森堡、薛定谔、狄拉克等的主要理论及对量子力学的贡献(4)其他重要诺贝尔物理奖得主对物理学的主要贡献简介第4章、物理学的发展趋势（2学时）(1)物理学的问题与发展(2)物理学与三次工业革命(3)物理学的基本框架、分支、学科渗透及交叉(4)物理学新理论第5章、物理学发展专题之一（4学时）第6章、物理学发展专题之二（4学时）四、课程考核(1)作业等：2篇课程论文；(2)考核方式：考查，论文形式(3)总评成绩计算方式：（平时成绩和课程论文成绩等综合计算）五、参考书目《凝聚态物理专题》，中南大学出版社；徐慧著，2009年9月。
对大学物理前沿内容教学的探讨
课程教育研究
Course Education Research
2014 年 9 月
中旬刊
对大学物理前沿内容教学的探讨
渊哈尔滨理工大学 黑龙江 哈尔滨 150080冤 揖摘要铱教育教学改革是现代教育的主旋律袁引入前沿内容是大学物理教学新思路之一遥 本文在简要说明大学物理前沿内容教学知 识点尧理论依据的基础上袁说明大学物理前沿内容教学目的尧实施路径袁并表达此思路实施的体会袁以服务于相关研究袁服务于大学物理教 学遥 揖关键词铱大学物理 前沿内容 理论依据 实施路径 揖中图分类号铱G64 揖文献标识码铱A 揖文章编号铱2095-3089渊2014冤09-0176-02 在素质教育尧教育教学改革的推动下袁大学物理教学积极更 新教学思路袁 其中渗引入前言内容就是教学改革的重要方面袁也 是现代物理教学新思路之一遥前沿内容教学即为在原有教学内容 中袁结合教学目标尧教材袁将现代科技教育目标融入到教学中袁并 以原有教学载体讲述尧呈现新科学尧新知识袁以实现巩固学生的原 有知识认识尧更新学生的知识结构袁促使学生审视现代科技的知 识目标袁同时袁借助科学教育教学的展开袁提升学生的实践能力尧 创新能力袁培养学生的科学意识尧科学精神尧求真品德尧个人情操 等遥 一尧大学物理前沿内容教学的引入点 随着新课程改革的推展袁物理前沿教学内容不断丰富袁量子 物理与量子信息理论尧原子分子理论尧原子核理论等理论在教材 中有不同程度体现袁 如万有引力章节通过介绍四中相互作用力尧 引力场袁提升了学生的场理论认识袁在简谐运动学习中袁以单摆非 线性运动尧混沌理论场教学袁改变了学生线性直线运动认识遥 实验 内容上袁包括云室尧质谱仪尧传感器等的运用袁如在云室条件下探 索原子结构袁以质谱仪分析天体演变袁以粒子回旋加速器研究高 能物理等遥 在应用内容上袁一些前沿科技技术被应用于医疗卫生尧 生活工作尧生物研究尧环境保护等各方面袁且发挥着举足轻重的作 用袁如人们以影印技术获取信息资料袁医生借助全息成像技术救 治病人等遥 二尧前沿内容教学思路与基本理论的契合 1.前沿内容教学思路与格式塔完形理论 格式塔完形理论即为人在面对空白格式塔或不完整格式塔 刺激时袁在知觉中袁会产生改变他们尧使其完整的欲望遥 这个过程 中袁人的大脑神经被刺激尧认知程度提升袁驱动人内心产生动力袁 刺激人去改变或是填补格式塔袁而当人构建起完整而完美的格式 塔后袁内心会产生极大的兴奋感袁提升人的成就感袁推动人继续创 造或创新遥 由于前沿内容新鲜袁能提升大脑的兴奋性袁引发人内心 产生能动力 袁推动学生积极主动的学习 袁因此 袁这对创建高效课 堂袁提升教学效果具有重要作用遥 2.前沿内容教学思路与认知-发现理论 布鲁纳认知-发现理论重点阐述学生的学习主动性袁认为在 感知认知的基础上袁学生可对已学知识进行转化尧深化袁并在教师 的指导尧评价引导下袁实现知识的运用及创新遥 前沿知识中的新成 分袁与学生的兴趣点结合袁能激发学生的学习热情袁使学生独立发 现问题尧研究问题尧解决问题袁全过程让学生感受到心理自由袁利 于培养学生的自信心遥 3.前沿内容教学思路与有意义学习理论 奥苏泊尔认为新知识学习以认知结构为基础袁 认知结构与 新知识相互作用后袁使旧知识通话袁进而实现原油认知结构的完 善袁习得新知识遥 前沿内容本身是新材料袁其前沿性决定了其具有 极高的概括意义及辨别程度袁 若将其与原有知识结构相互作用袁 则可巩固原有知识袁深化认知遥 三尧大学物理前沿内容教学的目的 1.激发学习兴趣袁推动自我学习 物理学前沿中的众多概念来自于物理现象尧创新实验结果袁 知识具有新颖性袁能刺激学生产生学习兴趣袁激发学生的学习欲 望曰前沿内容的理论成果应用于现代生活袁具有鲜明的时代性尧科 学性及生活性特征袁可引导学生进行实践探索袁寻找新技术尧新手 段袁同时袁还能引导学生终身学习袁以不断完善自身认知结构袁充 实自己遥 2.提升科学认识袁培养科学精神 前沿内容包含了对前人的质疑及超越袁 可以说是一种前瞻 文化袁具有极强的科学性袁将其运用教学袁可更新学生对原有知识 的认识袁让学生全面了解科学发展的实质袁使学生认识到物理研 究并不完美袁许多知识尧理论仍待开发袁进而激发学生的科学研究 热情袁使其投入到现代科学技术研究中遥 3.推动求真求美袁塑造人性品格 前沿内容之所以是一种前瞻文化袁不但在于其新颖袁且关键 在于其真实袁 其中所含的科学奥秘向人类解释多种物理问题尧生 活现象遥 因此袁将前沿内容引入其中袁不但可拓展学生的视野袁还 能够培养学生求真求美的品格遥 四尧开展大学物理前沿内容教学的路径 前沿内容几乎涉及到每一章节袁其概念抽象性较强袁教学中 应当在概念讲述后袁运用图片尧影音等资源袁向学生适度讲解相关 知识袁并以生活实例为切入点袁分析前沿技术的运用袁以提升学生 的前沿知识认知遥 下面以野电磁场冶中前沿内容引入为例分析前沿 内容教学的具体方法与步骤遥 1.激发学生兴趣袁引入前沿课题 兴趣是最好的老师遥 在野电磁场冶章节教学时袁课前袁随机向 学生提问野谁知道蓝牙技术钥 冶学生会说手机蓝牙袁并说借助蓝牙 能免费传递图片尧音乐等袁这就将远离学生生活的高新技术拉进 学生日常生活中袁提升了新技术的野亲民性冶袁同时袁刺激学生进一 步了解新技术遥 再以讲故事方式袁向学生介绍蓝牙的相关内容袁不 但拓展了学生的视野袁使学生了解科学人物袁且能够调动学生对 新技术的兴趣袁促使学生积极主动地参与到教学之中遥 2.立足学生实际袁把握野度量冶教学 近年来袁虽然高中物理教学中陆续引入前沿内容袁但受应试 教育尧传统教学模式的影响袁前沿内容教学力度参差不齐袁且大学 生在个性尧知识基础尧能力尧潜力等方面存在显著差异袁因此袁大学 物理教学必须在了解学生实际情况前提下适度引入新知识遥如蓝 牙技术概念抽象性强袁学生之前所接触的相关知识较少袁学生较 难把握里面的概念与内容袁因此袁教学之初借助故事法降低蓝牙 概念的抽象度袁在学生把握蓝牙技术实质后袁具体展开此技术分 析遥 多媒体向学生展示数字照相机尧摄影机 尧手机等设备 袁并在 它们之间以虚线连线袁使之形成网状结构袁并注明蓝牙技术以高 速跳频尧时分多址等技术将数字化设备连接成网袁是一种无线连 接后袁取消各种数字化设备间的虚线遥 3.采用媒体资源袁深化学生认识 媒体资源是现代教学的重要辅助手段袁 尤其在物理教学中 的应用程度更大遥 在电磁场章节蓝牙技术讲述时袁借助多媒体向 学生展示数字照相机尧摄影机尧手机等设备袁并在它们之间以虚线 连线袁使之形成网状结构袁并注明蓝牙技术以高速跳频尧时分多址 等技术将数字化设备连接成网袁是一种无线连接袁然后取消各种 数字化设备间的虚线遥 这就提升了教学的形象化袁便于学生接受遥 4.走进生活课堂袁降低前沿高度 新技术尧新知识来源于生活尧服务于生活遥 由于前沿内容与 现实生活所拉开的距离较大袁简单叙述或是概念描述袁很难实现 前沿内容教学的实效性袁因此袁教学中应紧密结合生活袁降低前沿 内容高度遥如结合学生提到的手机蓝牙解说蓝牙技术是一种短途 无线通信技术袁电子装置设备科通过此技术而连接袁省去了传统 的电线袁且降低了传输费用袁而这种无线信息交换技术就是今天 所学的电磁场传播袁进而展开电磁场教学遥 五尧前沿内容教学思路的应用体会 1.前言内容教学思路对大学物理教学改革具有重要作用 从教学模式创新方面看袁 大学物理教学在展开前沿内容教 学后袁打破了传统以教材授课的内容教学模式袁关注了学生全面 化发展袁打破了传统只求学生智能的教育方式遥 从教学效果上看袁 将丰富化尧先进性的知识引入课堂袁让大学生感受到物理不仅仅 是实验尧知识与技能袁且包含着生活中最真实的部分袁解说着野不
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近年高考卷中的前沿物理
• 我国近几年各地高考卷对现代物理前沿知识内容的考 察越来越多，甚至在语文的阅读材料中也常常会出现一些 前沿物理中的名词。对物理前沿知识考察力度的大，这显 然是为了适应当前课改的趋势，更好的实施素质教育。
• 方式:直接考查和间接考查。 • 直接考查:指考题设计目的就是直接测试学生对相关物理 前沿知识点掌握的 • 况。 • 间接考查:指以课本范围以外的物理前沿知识为背景材料， 需要学生首先读 • 这些材料，然后用所学知识来解题的情况。
国外高中物理教材中的前沿物理
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20世纪90年代以来，各发达国家物理教育改革的一个明显趋 势是学科课程的领域不断扩大。就物理学科而言，不仅将物理科 学的进程、知识和方法传授给学生，还将最新的物理前沿信息和 知识内容编入教材。比如目前美国加州等地区使用的高中物理教 材就具有鲜明的课改特点，除教材正文部分对物理基础知识的展 示之外，在辅助部分还有更多的栏目提供对物理前沿知识的渗透。 美国另一本流行的高中物理教材《PHYslcALSC工ENCE》一册共25 章，其中物理内容只占巧章，其他内容为化学和生物知识，而且 该教材中现代物理前沿知识的页数比例为16.9%，内容主要涉及 到原子和原子核的结构和放射性、原子核反应、裂变、聚变及其 在社会生活中的应用，另外还介绍了激光技术、超导材料、半导 体及其在电子技术领域的应用，并着重介绍了半导体材料在计算 机的发展中的重要作用。
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在必修模块“物理2”中，与STS相关的有这样几 部分内容。其一，是在内容标准(6)中，要求“通过能量 守恒以及能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要 性。了解能源与人类社会发展的关系，知道可持续发展的 重大意义”，以及在其下的例5“评价核能为人类带来的 好处和可发生的问题”，是属于STS中，涉及到科学与社 会的关系、科学技术的应用的正、负面效应，以及涉及到 可持续发展问题的重要内容。其二，在第三部分“经典力 学的成就与局限性”中，在要求(1)“通过有关事实了解 万有引力定律的发现过程。知道万有引力定律。认识发现 万有引力定律的重要意义，体会科学定律地人类探索未知 世界的作用”，及其下的例1“通过用万有引力定律发现 未知天体的事实，说明科学定律对人类认识世界的作用”， 是属于科学史的内容。而要求(5)“通过实例，了解经典 力学的发展历程和伟大成就，体会经典力学创立的价值与 意义，认识经典力学的实用范围和局限性，以及其下的两 个示例，“了解经典力学对航天技术发展的重大贡献”和 “了解重物下落与天体运动的多样性与统一性，知道万有 引力定律对科学发展所起的重要作用”等，也同样是属于 科学史的内容。
澳大利亚新南威尔士HSC
• 物理教材是为学生获得高中文凭而开的物理课程的教材， 其选修部分的内容包括:(1)物理学的观念史。①万有引力; ②气体分子运动论;③光的本性;④相对论;⑤原子结构。 (2)光的波上的电学系统;③音乐中的物理学;④ 光学仪器;(国摄影技术;⑧能量的转化;⑦流体动力学。(5) 天文学。(6)电子学。(7)核物理。(8) • 固体性质。(9)选修项。(10)铀和阳光。学生可以从以上 10项内任选3项。
普通高中物理课程标准中涉及STS的具体内容要求
• 共同必修模块中涉及STS的内容 • 除了上述那些理念性的内容之外，在普通高中物理课程标准中， 还有许多具体的要求是与STS密切相关的。按照标准，高中物理课程 由12个模块构成(每个模块占2学分)，其中“物理1”和“物理2”为 共同必修模块，而其他模块则为选修模块(选修模块又因不同的目标 侧重而分为3个系列)。在这里，我们先来看看在共同必修模块中的相 关要求。 • 在“物理1”中，与STS内容最为密切相关的，是在“运动的描述” 部分中，“通过史实，初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验 对物理学发展的推动作用”的要求。在标准给出的两个示例(例1、例 2)“了解亚里士多德关于力与运动的主要观点和研究方法”，以及 “了解伽利略的实验工作，认识伽利略有关实验的科学思想和方法” 中，突出地体现了在STS中涉及到科学史及科学家人物的内容。而在 示例5中，要求“通过史实，了解伽利略研究自由落体运动所用的实 验和推理方法”，以及在活动建议(2)中，要求“通过查找资料等方 式，了解并讨论伽利略对物理运动的研究在科学发展和人类进步上的 重大意义”，也是属于此类内容。
高中物理选修2系列的特点与选学指导
• 在普通高中物理课程标准（实验）中，选修系列2——选 修2－1、选修2－2、选修2－3：是以物理学的核心内容为 载体，侧重从技术应用的角度展示物理学，强调物理学与 技术相互作用，着重体现物理学的应用性、实践性。本系 列课程模块为进入普通高校工科学习的学生提供了必要的 物理学基础知识，使其能理解技术应用中所包含的物理学 知识，体会物理学与技术的相互关系。
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选修2-1 的内容是直流电路、电场和磁场 、交流电 和电磁波等知识，包含在各节中的知识点是各部分的核心 概念，也是以往的高中物理课程相应部分的重点内容。 • 选修2-2的内容是力与机械，热与热机。重点是热与 热机，内能和热力学知识在初中的基础上得到了加强，而 且使学生了解了内能的应用及应用的方向性。 • 选修2-3包含光学和原子物理两部分， 光学部分内容 有光的折射规律、透镜的成像规律和光学器件的成像原理， 光的衍射和干涉现象。原子物理部分包含了原子、原子核 结构、放射性、核反应，能级，受激辐射等知识。 • 与物理1 、物理2一起，从经典力学到相对论、从宏观 物体到原子结构、量子力学，涵盖了力、热、电、光、原 子物理等全部知识，为学生建构了较为完整的物理学基础 知识。在历次的教学改革中，总会发出同一个声音：降低 物理内容的难度，让更多的人学习物理，喜欢学物理，但 是物理还是难学，这说明降低难度不能只从物理内容本身 做文章，不单是讲多讲少的问题。翻看物理选修系列2不 难看出，在覆盖了物理学的基础内容后，物理不再难了。
由此可见，2000年以后，全国各地的高考物理试卷对物理前沿知识尤其是 间接考查的内容大大增加，涉及的知识范围也逐渐扩大。这就要求在中学 物理教学中必须重视物理前沿知识的教学。
高中物理教材中的前沿物理
• 新课标下的高中物理教材 • 高中物理新课程分为共同必修两个模块(物理1和 物理2)和三个选修系列.选修系列1包括两个模块(选修1一 1和选修1一2);选修系列2包括三个模块(选修2一1、选修2 一2和选修2一3);选修系列3包括五个模块(选修3一l、选 修3一2、选修3一3、选修3一4和选修3一5). • 共同必修两个模块的主要目标是提升全体学生的 科学素养，帮助学生了解自己的兴趣与发展潜能，为后续 向不同方向的发展与选择打好基础;选修系列1的主要目标 是让学生体验探究过程，了解物理科学与人类社会的互动 关系，体会科学精神与人文精神的结合，从思想、观念、 方法层面上提升学生的科学素养和人文素养;选修系列2的 主要目标是让学生参与物理学的技术应用活动，学习与技 术直接相关的物理知识，理解物理与技术的互动关系，提 升学生技术设计、制作和创新的能力;选修系列3的主要目 标是让学生经历物理学的实证研究和理性思维过程，学习 物理学的基本内容和研究方法，了解物理学与社会发展、 科学技术进步的关系。
何为“科学"技术"社会”(STS)
• STS体现为一个学科群，是科学史、技术史、科学哲 学、技术哲学、科学社会学、技术社会学、科技政策研究 等学科对科学、技术与社会的相互关系之研究的总称。至 少在美国，大多数学者持此看法。在狭义的理解中，STS 则是以传统的科学史、技术史、科学哲学、技术哲学、科 学社会学、技术社会学等学科为基础，在更高的水平上进 行理论综合，并由此而形成的融合了上述传统学科之基本 内容、追求对科学、技术与社会之相互关系的新理解的一 门的新兴的交叉学科。
选修中的STS的内容
• 选修模块2-1、2-2、2-3更为侧重从技术应用的角度展示 物理学，强调物理学的应用和实践，例如，选修2-1要求 (一)“电路与电工”部分的活动建议(2)中要求“了解当 地废电池的处理情况、与环保部门联系，建议废电池回收 站”中体现的环保意识教育，在要求(二)“电磁波与信息 技术”部分第(7)项中“了解网络技术对经济、社会的影 响”;像在选修2-2中涉及汽车与大气污染的关系;像在选 修2-3中对核能与经济社会发展的意义及可能产生的问题 的认识要求。
新高中教材中的前沿物理
• 对人民教育出版社出版的高中物理新教材的前沿 知识罗列如下: • 章节内容里数字的小数点的前面数字表示章 数、小数点后的数字表示相应章数的节数，如 “3.7超重和失重”，表示这部分内容出现在第三 章第七节中，其他相同的表示法，都是这层意思。 • 高中物理新教材涉及到的物理学前沿(表)
在中国普通高中物理新课程标准中涉及STS的理念、 目标与基本概念
• 课程标准中的相关要求 • 在课程标准中关于课程性质的部分，标准指出：“高中物理课程 有助于„„了解科学研究方法„„认识物理学对科技进步以及文化、 经济和社会发展的影响;为终身发展，形成科学世界观和科学价值观 打下基础。” • 相应地，在课程基本理念部分，标准提出：“高中物理课程在内 容上应„„加强与学生生活、现代社会及科技发展的联系，关注物理 学的技术应用所带来的社会问题，培养学生的社会参与意识和对社会 负责任的态度。” • 在课程目标部分，标准要求，作为学习物理课程的总目标，应该 包括“发展好奇心与求知欲，发展科学探索兴趣，有坚持真理、勇于 创新、实事求是的科学态度与科学精神，有振兴中华，将科学服务于 人类的社会责任感”，要“了解科学与技术、经济和社会的互动作用， 认识人与自然、社会的关系，有可持续发展意识和全求观念”。在课 程具体目标中，在知识与技术部分，标准也要求“初步了解物理学的 发展历程，关注科学技术主要成就和发展趋势以及物理学对经济、社 会发展的影响。关注物理学与其他学科之间的关系，知道一些与物理 学相关的应用领域，能尝试运用有关的物理知识和技能解释一些自然 现象和生活中的问题”。
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我国台湾地区发行的物理教材《高中物理》 一共四册，其中现代物理前沿知识的比例为9.6%， 但该教材还有大量的附录，也涉及许多物理前沿 知识内容，如果将附录中的内容算上，其物理前 沿知识的比例约可以达到20%左右，主要介绍了原 子结构、原子模型、量子理论、光的波粒二象性、 物质波和狭义相对论等内容。