張曉順，尹雄杰

一、問題提出

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

作為一門自然基礎(chǔ)學(xué)科，物理學(xué)對化學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)等自然科學(xué)都產(chǎn)生了重要影響，并且推動了材料、環(huán)境、信息等科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。所謂“科技”，就是科學(xué)與技術(shù)，科學(xué)是技術(shù)背后的原理，技術(shù)是科學(xué)原理的具體應(yīng)用，“科技前沿”是指最新的或領(lǐng)先的科技成果。當(dāng)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(shù)。［2］但是為了保持課程的連續(xù)性與穩(wěn)定性、結(jié)合學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，教科書中所涉及的科技前沿知識只是滄海一粟，且多是遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于當(dāng)今時代科技的靜態(tài)知識。

教師如果能突破知識本位，適當(dāng)?shù)貙⒖萍记把刂R引入常規(guī)物理教學(xué)，會有利于培養(yǎng)學(xué)生用動態(tài)的、發(fā)展的、普遍聯(lián)系的觀點(diǎn)看待問題，縱向可以貫通學(xué)科的過去、現(xiàn)在和未來，橫向則可以打破學(xué)科壁壘，引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識和關(guān)注科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境（STSE）的關(guān)系。將科技前沿知識引入課堂教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和人文底蘊(yùn)，因此在常規(guī)教學(xué)中體現(xiàn)時代性和大量增加物理前沿知識是“新課標(biāo)”的一個主要特征。當(dāng)然，在具體教學(xué)過程中，有些技術(shù)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(rèn)知水平而言，應(yīng)該還可以當(dāng)做新技術(shù)、新知識來處理。

二、在物理教學(xué)中融入科技前沿知識

為了在常規(guī)教學(xué)中有效落實(shí)立德樹人的教育任務(wù)、落實(shí)“新課標(biāo)”所提出的物理學(xué)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(guān)科技前沿知識融入常規(guī)物理教學(xué)之中，在教育教學(xué)實(shí)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(jìn)步，更好地服務(wù)于人類生活，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，應(yīng)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(guān)的科技前沿知識素材滲透到教學(xué)實(shí)踐中去，可以在加深學(xué)生對相關(guān)概念、原理理解的同時，運(yùn)用科技前沿的觀點(diǎn)和方法延伸這些基礎(chǔ)概念和原理，進(jìn)而開闊學(xué)生視野，啟迪學(xué)生思維。［3］以人教版教材為例，選修3-4“光的衍射”在“科學(xué)漫步”欄目中設(shè)置了“X射線衍射與DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)”，屬于生物物理交叉學(xué)科。“光的偏振”在“科學(xué)漫步”欄目中設(shè)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(xué)漫步”欄目中設(shè)置了“碳14測年技術(shù)”和“碳13與胃病檢測”，后者也屬于生物物理交叉學(xué)科?！安淮_定性關(guān)系”在“科學(xué)漫步”欄目中設(shè)置了“顯微鏡的分辨本領(lǐng)”。通過在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注教材中與科技前沿相關(guān)的知識，使學(xué)生了解到牛頓經(jīng)典力學(xué)理論和麥克斯韋的電磁學(xué)理論并不是物理學(xué)的全部，物理學(xué)是一門外延不斷延伸發(fā)展的學(xué)科。

（二）關(guān)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(xué)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(chǔ)知識之間的關(guān)系，能從海量資源中恰當(dāng)篩選并能深入淺出地應(yīng)用到教學(xué)之中。這就要求教師多關(guān)注國際國內(nèi)科技新聞媒體及學(xué)術(shù)網(wǎng)站。筆者將平時瀏覽到的美國及歐洲等一些發(fā)達(dá)國家的優(yōu)秀教學(xué)素材搜集整理，并應(yīng)用到平時的教學(xué)之中。如圖1所示，講授“宇宙航行”時，在課堂上實(shí)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(biāo)識符、類型、遠(yuǎn)地點(diǎn)、近地點(diǎn)、傾角、實(shí)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(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全球服務(wù)能力等相關(guān)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(jié)構(gòu)的3D圖片，介紹其大型強(qiáng)子對撞機(jī)（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(yuǎn)鏡FAST，使學(xué)生了解到FAST性能卓著，未來20至30年將會保持世界領(lǐng)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(xué)生，會潛移默化地增強(qiáng)學(xué)生關(guān)注科技前沿的意識，緊隨時代步伐，而非僅關(guān)注高考，將知識學(xué)死。此外，國際前沿展示會激發(fā)學(xué)生的責(zé)任擔(dān)當(dāng)與憂患意識，而國內(nèi)前沿的展示則有利于增強(qiáng)學(xué)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(xué)習(xí)和項目學(xué)習(xí)

美國哈佛大學(xué)著名課程專家埃利諾·達(dá)科沃斯（Eleanor Duckworth）說過，“如果知識領(lǐng)域?qū)W(xué)習(xí)者是可獲得的，它們必須以其全部復(fù)雜性呈現(xiàn)出來。當(dāng)我們過于簡化了課程，我們也就消除了學(xué)習(xí)者與之建立聯(lián)系的具體方面。”［4］為此，我們在常規(guī)課程之外開展了研究性學(xué)習(xí)和基于項目的學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，簡稱PBL）。項目學(xué)習(xí)即學(xué)習(xí)過程始終圍繞某個具體的學(xué)習(xí)項目，充分選擇和利用最優(yōu)化的學(xué)習(xí)資源，在實(shí)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(xué)習(xí)。［5］如在學(xué)習(xí)了“多用電表的原理”以后，喜歡“較真兒”的學(xué)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(jié)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(jié)果不同？交流電壓2.5V檔位為什么單設(shè)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(xué)，在教師的建議下，學(xué)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(xué)習(xí)、電表拆卸、小組討論、交流分享等方式進(jìn)行研究學(xué)習(xí)，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(shí)問題的研究性學(xué)習(xí)會惠及學(xué)生的一生。

再如，學(xué)習(xí)了電磁波一章以后，教師將班級同學(xué)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(lǐng)域的應(yīng)用展開了項目學(xué)習(xí)。教師提供了幾個相關(guān)方向，學(xué)生也可以自選角度進(jìn)行研究，最終有五個做得比較好的小組在班級進(jìn)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(luò)信息傳輸方面的原理、電磁波在現(xiàn)代軍事中的應(yīng)用、電磁波對現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的影響、與電磁波有關(guān)的家用電器的設(shè)計原理及使用方法、電磁波的危害與預(yù)防。學(xué)生對這樣的學(xué)習(xí)形式很有熱情，每次這樣的交流分享都會收到非常好的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生通過親自參與、實(shí)踐的方式，既了解到了科技前沿與生產(chǎn)生活的關(guān)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(xué)術(shù)訓(xùn)練，同時也有利于培養(yǎng)學(xué)生對物理學(xué)習(xí)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(shí)踐活動

充分利用區(qū)域內(nèi)的大學(xué)、科研院所、高科技公司等優(yōu)質(zhì)資源，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)地的參觀、考察學(xué)習(xí)。如帶領(lǐng)學(xué)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(xué)院科學(xué)館、吉林大學(xué)物理實(shí)驗室、吉林省工業(yè)美術(shù)博物館、吉林省科技館等。在學(xué)習(xí)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(jìn)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(xué)習(xí)報告、學(xué)習(xí)心得或科技小論文，并與其他同學(xué)做學(xué)習(xí)分享；在分享形式上，除了在班會、課堂上進(jìn)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(xué)校每年會舉辦為期一周的科技節(jié)，其中有一項內(nèi)容是請本校或校外專家進(jìn)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(xué)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(dāng)科學(xué)的道理深入淺出地展現(xiàn)在學(xué)生面前時，當(dāng)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(xué)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(xiàn)的志向。

（五）開設(shè)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(bǔ)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(xué)校的課程體系。作為基礎(chǔ)自然學(xué)科的物理是與當(dāng)今許多科技前沿知識緊密聯(lián)系的，并且是青少年同學(xué)特別關(guān)注和充滿好奇心的話題，可以作為開設(shè)校本課程的內(nèi)容。如我們開設(shè)了介紹與物理學(xué)各個學(xué)科分支相關(guān)的科技產(chǎn)品應(yīng)用的校本課程“物理學(xué)與科技文明”，并在此基礎(chǔ)上編寫了校本教材。

（六）在智慧課堂中使用新技術(shù)

智慧課堂，是實(shí)施智慧教育的主要形式之一，也是核心素養(yǎng)視閾下進(jìn)行學(xué)生教育的主要陣地。智慧課堂是指在信息技術(shù)的支持下，通過變革教學(xué)方式方法、將技術(shù)融入課堂教學(xué)中，構(gòu)建個性化、智能化、數(shù)字化的課堂學(xué)習(xí)環(huán)境，從而有效促進(jìn)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(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視。”從新媒體聯(lián)盟《2017地平線報告（2017基礎(chǔ)教育版）》在一張2012-2017年的“技術(shù)進(jìn)展”的表格中可以看出，創(chuàng)客空間、可穿戴技術(shù)、分析技術(shù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)、自帶設(shè)備、云計算、3D打印、移動學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)等新技術(shù)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(shù)有效融入課堂教學(xué)，真正為實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的“智慧教育”服務(wù)，而非走入“新技術(shù)封裝舊教育的改革誤區(qū)”［9］，需要進(jìn)行理論與教育實(shí)踐的探索。

學(xué)校2015年開始籌建的智慧教室系統(tǒng)，在軟件上包括網(wǎng)絡(luò)云平臺、智慧課程應(yīng)用系統(tǒng)；在硬件上安裝有電子白板、投影設(shè)備、教學(xué)終端機(jī)、教師端手持設(shè)備、學(xué)生端手持設(shè)備等。在課堂上，通過PAD終端的對接，教師可以實(shí)現(xiàn)課堂控制、資源管理、即時反饋和互動演示等功能；學(xué)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(shí)現(xiàn)備課、任務(wù)布置與回收、在線輔導(dǎo)等功能；學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享、學(xué)習(xí)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(xué)設(shè)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(xué)中使用的新技術(shù)本身就屬于科技前沿產(chǎn)品，能夠在常規(guī)教學(xué)中引入并熟練地使用教學(xué)新技術(shù)，既能有效地輔助教學(xué)，又能讓學(xué)生感受到新技術(shù)離我們并不遙遠(yuǎn)，而且是觸手可及。

三、小結(jié)

培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)和關(guān)注科技進(jìn)步與社會發(fā)展需求是“新課標(biāo)”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(xué)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的社會參與意識和社會責(zé)任感，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和志向，使學(xué)生了解科學(xué)與技術(shù)之間的相互依存關(guān)系，增強(qiáng)學(xué)生從理論到實(shí)踐的解讀意識、應(yīng)用意識和創(chuàng)新意識，為學(xué)生終身發(fā)展、應(yīng)對現(xiàn)代及未來社會發(fā)展的挑戰(zhàn)打下堅實(shí)基礎(chǔ)。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(guān)注學(xué)生終身發(fā)展出發(fā)，努力探索在常規(guī)教學(xué)中融入科技前沿知識的多種方法及途徑。