周 磊

(天津市濱海新區(qū)塘沽渤海石油第一中學(xué) 天津 300452)

0 引 言

物理學(xué)作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)學(xué)科是青少年接受科學(xué)教育的重要組成部分，對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)起著重要的作用。它在最基本的層次上決定著一個國家公民的科學(xué)文化素質(zhì)及科技發(fā)展的程度。[1]在中學(xué)物理教學(xué)中滲透科技前沿知識對于啟發(fā)學(xué)生思維以及了解運(yùn)用相關(guān)知識解決生活問題起著至關(guān)重要的作用。滲透科技前沿知識也為教師擺脫教學(xué)傳統(tǒng)模式提供了新思路和方法。

1 中學(xué)物理教學(xué)中的前沿科技知識

物理學(xué)作為一門集理論與實(shí)踐于一身的自然科學(xué)，存在著許多抽象概念。因不容易解釋或個別實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生對某些重要的定理或一些抽象的概念、規(guī)律無法形成具體清晰的認(rèn)識。縱觀世界各國教育，很多發(fā)達(dá)國家都將前沿科學(xué)作為教育的重點(diǎn)。面對這一狀況，我國應(yīng)更加重視在教學(xué)中滲透前沿科技知識并進(jìn)行新課程改革。

物理學(xué)前沿是指當(dāng)前物理學(xué)家正在關(guān)注和研究的一些現(xiàn)象和規(guī)律，如：天體物理、凝聚態(tài)物理以及與其他學(xué)科交叉產(chǎn)生的邊緣學(xué)科。[2]在中學(xué)物理課程中滲透科技前沿知識，對于全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)以及培養(yǎng)科技型人才具有重要的意義。[3]

2 科技前沿和中學(xué)物理知識的銜接

中學(xué)物理教材中所涉及到的關(guān)于物理前沿的科技知識有很多，比如“失重和宇宙開發(fā)”，這就涉及到了超重和失重；宇宙速度課堂學(xué)習(xí)也包括了“黑洞”的知識；動量守恒學(xué)習(xí)涉及到反沖火箭等“航天科技發(fā)展和宇宙航行”的知識；法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)習(xí)涉及到“磁懸浮列車”的知識等等。

由此我們不難發(fā)現(xiàn)，原來物理的前沿科技就在我們身邊。本文中我們將就中學(xué)物理教學(xué)中涉及到的“磁懸浮列車”的相關(guān)知識進(jìn)行展開論述，使其深入中學(xué)教學(xué)課堂。

3 在中學(xué)物理中滲透磁懸浮技術(shù)的教學(xué)設(shè)計方案

3.1 教學(xué)方案設(shè)計

3.1.1 教學(xué)目標(biāo)

本節(jié)課是法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律的延續(xù)和應(yīng)用，將走在科技前沿的“磁懸浮列車”中所包含的知識滲透進(jìn)課堂。將課程內(nèi)容與實(shí)際科技知識聯(lián)系起來，應(yīng)用磁懸浮列車這一條主線；將磁懸浮列車發(fā)展歷史、實(shí)際應(yīng)用、驅(qū)動原理與學(xué)生的物理知識有機(jī)結(jié)合起來，用以激發(fā)學(xué)生的興趣，開闊視野，培養(yǎng)探索知識的精神。

3.1.2 教學(xué)構(gòu)思

通過復(fù)習(xí)相關(guān)知識引入新課，給學(xué)生設(shè)置懸念“為什么磁懸浮列車會懸??？”使學(xué)生們展開積極的討論，并鼓勵學(xué)生說出自己的見解。教師展示磁懸浮列車的發(fā)展歷史，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識。教學(xué)過程中由教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自己所學(xué)知識理解其中的相關(guān)原理。最后通過練習(xí)等形式使得學(xué)生真正掌握和鞏固電磁學(xué)相關(guān)內(nèi)容，達(dá)到將前沿科技滲透進(jìn)初中物理教學(xué)課堂的目的。

3.1.3 教學(xué)過程

教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧已經(jīng)學(xué)過的電磁學(xué)內(nèi)容。在此教師運(yùn)用多媒體以填空的形式對學(xué)生進(jìn)行知識復(fù)習(xí)。通過復(fù)習(xí)為其學(xué)好這堂課打下基礎(chǔ)。

在講授新知的過程中，教師首先展示關(guān)于磁懸浮技術(shù)的圖片并講述引言。第二步，向?qū)W生提出問題并要求學(xué)生結(jié)合以前學(xué)過的知識加以討論：磁懸浮列車是怎么實(shí)現(xiàn)懸浮的呢？通過提問的形式使學(xué)生開動腦筋加以思考，從而成為學(xué)習(xí)的主動者。第三步，講述磁懸浮列車的分類以及展示歷史發(fā)展簡表。第四步，詳細(xì)介紹磁懸浮列車所涉及到的物理學(xué)知識，并解釋其中的原理。

3.1.4 鞏固練習(xí)及總結(jié)提升

教師陳述知識點(diǎn)，進(jìn)一步鞏固本節(jié)課所講述的內(nèi)容，列舉習(xí)題并進(jìn)行講解使學(xué)生充分吸收本節(jié)課所學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)。舉一個簡單例題如下：

磁懸浮列車是利用超導(dǎo)體的抗磁作用使列車車體向上浮起，同時通過周期性地變換磁極方向而獲得推進(jìn)動力。其推進(jìn)原理可以簡化為如圖 1所示的模型：在水平面上相距 b的兩根平行直導(dǎo)軌間，有豎直方向等距離分布的勻強(qiáng)磁場B1和B2，且B1＝B2＝B，每個磁場的長度都是 a，相間排列，所有這些磁場都以速度 v向右勻速運(yùn)動。這時跨在兩導(dǎo)軌間的長為a、寬為 b的金屬框 MNQP(懸浮在導(dǎo)軌正上方)在磁場力作用下也將會向右運(yùn)動。設(shè)金屬框的總電阻為R，運(yùn)動中所受到的阻力恒為f，求：

①磁懸浮列車在運(yùn)行過程中金屬框所產(chǎn)生的最大電流Im。

②磁懸浮列車所能達(dá)到的最大速度。

圖1 磁懸浮列車動力原理習(xí)題示意圖Fig.1 Exercise of maglev train’s motive power principle

通過這個課堂練習(xí)可以使學(xué)生進(jìn)一步掌握磁懸浮列車的推進(jìn)原理，讓學(xué)生通過綜合運(yùn)用電磁學(xué)的知識達(dá)到鞏固提高本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容的目的。

3.2 教學(xué)設(shè)計反思

本節(jié)課是一節(jié)復(fù)習(xí)課，除了系統(tǒng)復(fù)習(xí)有關(guān)電磁學(xué)的內(nèi)容外，還在學(xué)生已經(jīng)掌握楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律的基礎(chǔ)之上，通過引入新科技——磁懸浮列車讓學(xué)生從新的角度去思考如何讓列車懸浮起來。

3.3 教學(xué)過程反思

教學(xué)過程安排合理，在教學(xué)過程中由于知識容量大造成教師主導(dǎo)性語言過多，給學(xué)生參與討論研究的機(jī)會較少。

3.4 學(xué)生學(xué)情反思

學(xué)生在本節(jié)課中表現(xiàn)得比較積極，有濃厚的學(xué)習(xí)興趣，在教學(xué)過程中積極思考相關(guān)問題，課程很好地滲透了前言科技知識，獲得了不錯的效果。

4 結(jié) 語

通過列舉《磁懸浮列車懸浮及推進(jìn)原理》的具體教案，可以使教師更加直觀地效仿這一課程，將物理前沿科技知識銜接到中學(xué)物理教學(xué)中去。為教師靈活運(yùn)用所掌握的物理知識與科技前沿相聯(lián)系提供了一個詳實(shí)的例子以供參考。綜上所述，在中學(xué)物理教學(xué)中滲透科技前沿可以為教師和學(xué)生間構(gòu)建起一座知識的橋梁，教師將對物理前沿知識的進(jìn)一步理解帶到課堂教學(xué)的實(shí)踐中去。在全面提高教學(xué)質(zhì)量的同時還可以培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移能力并拓寬學(xué)生的科技視野。

［1］ 李成永. 淺談中學(xué)物流教學(xué)滲透現(xiàn)代物理前沿知識的思考[J]. 中國體衛(wèi)藝教育，2009(7)：106-107.

［2］ 郭華芳. 論物理前沿知識課堂教學(xué)滲透的路徑選擇[J]. 中學(xué)物理，2008(10)：5-6.

［3］ 徐陽，籍金艷，盧慕稚. 關(guān)于中學(xué)物理科技活動課程的一個案例[J]. 科教文匯(下旬刊)，2011(3)：110-111.

［4］ 張士勇. 磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J]. 工業(yè)儀表與自動化裝置，2003(3)：63-64.

［5］ 毛保華，黃榮，賈順平. 磁懸浮技術(shù)在中國的應(yīng)用前景分析[J]. 交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2008(1)：30-31.

［6］ 史筱紅，潘冬花. 磁懸浮列車的發(fā)展及現(xiàn)狀[J]. 黑龍江科技信息，2011(23)：28.

［7］ 陸一娣. 磁懸浮列車的原理及應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代物理知識，2009(6)：43-44.