高中物理教材中选取和呈现当代科技内容的初步研究

未来的社会竞争是科技的竞争,把正在深刻地影响和改变着人类社会生产、生活和观念的当代科技知识渗透到高中物理教材中,向中学生普及当代科技的前沿思想、研究方法及发展方向,这是物理教育者的责任和义务。

1 国内教材的现状

我国目前所使用的教材,虽然在内容上做了几次修改,单更新较少,仍主要是牛顿经典力学、电磁学、光学、原子物理学,这些知识绝大部分是19世纪以前人类积累起来的,但物理学前沿和最新科技成果反映不够,甚至没有。在如今这样一个“知识爆炸”的时代,如果我们的教材仍停留在19世纪的知识传授上,而不能及时的把当代科技发展的最新成果和科学思想反映在青少年面前,让他们及时的接触到这些走在时代前沿的最新知识,那么我们的教材怎么能与今天的高速发展的科学技术相适应呢?

2 国内课程的改革趋势

2002年教育部制定了新的课程标准,要求高中物理课程在内容上应精选学生终身学习必备的基础知识与技能,加强与学生生活、现代社会与科技发展的联系,反映当代科学技术的重要成果和新的科学思想,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的态度。可以看出,在新出版的一些教材中,已经开始注意引入现代物理知识并有引入当代科技知识的倾向,(如人民教育出版社2003年版本的物理第三册,已将近代物理初步列入教材中,其中原子核一章中含有裂变和聚变的内容),但所选内容及组织形式仍过于保守,对学生的好奇心及探究欲的引力不够,所选内容依然是已经在科学上肯定了的事实、原理或科学成果,没有开放性的内容供学生探讨,没有将当代科技前进过程中遇到的问题及存在的困惑呈现在学生面前。而当代科技是人们正在研究的科学问题,只介绍成果不提及争议、存在的问题和科学设想就不能全面的把当代科技的探究思想反映在青少年面前。

3 课程改革选择与高中物理课程相关联的内容

当代科技内容很多,这里只选取其中的几个题目呈现在教材中,是因为在分析了高中物理教材后,认为这几个题目恰好可以和高中物理课程的内容紧密联系起来。例如,万有引力定律与黑洞,量子理论与量子信息技术,能量守恒定律与能源问题等。在介绍这些内容时,应根据高中生已掌握的知识水平,以深入浅出的方式分层次的把当代科技知识战线教材中。如在介绍量子信息技术时,不选择过于深奥的原理性问题和一些抽象的概念性问题,而选择以介绍量子计算机为主要内容,一是因为电子计算机已是学生熟悉的工具。在介绍量子计算机时,学生头脑中有具体的参照物做对比,理解起来就相对容易一些。二是因为量子理论本身对高中生来说就显得有些偏难,在介绍当代科技这部分内容时如果继续加深理论研究,就容易使学生产生厌烦的情绪。

4 择高中生感兴趣的内容

兴趣是最好的老师,洛伦兹奖章的获得者F.伦敦在1953年的讲话中说:“在一生的大部分时间中,我总是如此幸运,能够去做那些我自己的天性驱使我去做的事情,而仅仅由于做了这些事情就得到了如此的重视,这真令人不安。”带着兴趣去研究和学习是一件快乐的事情,本课题通过对学生问卷调查,了解到学生对当代科技的兴趣点,并结合上述考虑,有重点、有针对的选取了黑洞超导技术、纳米技术等六个内容,并根据对学生的调查结果,选取了适当的形式呈现在教材中。

5 内容编写上应注意的问题

在编写当代科技这部分教材时,应注意渗透科学思想和科学方法。科学思想是科学活动所形成的思想观念,它来源于实践,又反过来指导实践,是创新的灵魂。科学方法是人们揭示客观世界奥秘,获得新知识和探索真理的工具,是创新的武器。纵观历史,物理学上任何重大的进展,都是在正确的方法指导下,运用科学方法解决的。

5.1 文献分析结果

文献通过对四种在国内有影响力的、综合性的报刊杂志的统计分析,得出这样的结论:“报刊所反映的成果不但是社会对公众科学素养的基本要求,而且具有重要的教育价值”。但这些内容目前在我国的中学物理课程中还较少涉及,因此建议在中学物理课程中适当的引入这些内容。在“社会各界对高中物理课程需求的调查”中显示:高中物理课程应反映物理学研究的新成果,应紧密联系现代科技和社会问题(如信息、材料、环境、能源等)。在选取本课题的内容时,是按照课程标准中关于当代科技部分要体现“关心科学发展现状与趋势,有将科学服务于人类的意识”的课程目标的要求,逐一对照课程标准的内容,确定上表中六个题目为所选内容。

5.2 问卷调查分析

在本课题研究过程的前期,设计了两份调查问卷,问卷调查的分别是高一、三年级的学生和高中教师。对学生的调查问卷共150份,结果显示:高中生已通过不同途径听说过当代科技的一些物理名词,而且有兴趣继续了解有关知识。从统计结果能看出,高中生对宇宙及天体知识最感兴趣,对材料科学与能源问题也较关注,而对量子和相对论,虽然有的高中教材已经提到,但相对关注较少。

对教师的问卷共23份,教师们与学生们一样对天体物理兴趣浓厚,有61%(14人)认为应介绍宇宙大爆炸和太阳黑子、黑洞等天体知识,有43%(10人)认为量子理论应进一步介绍,有39%(9人)认为应加入等离子体的内容,在问卷中的“你认为还有哪些内容应加到高中教材中,有4人写了航天航空技术。

由以上调查可以看出,教师和学生首先对天体宇宙兴趣较浓,其次材料科学进一步了解的兴趣较大,而教师的答卷中认为应进一步介绍量子理论的比例较大。

6 研究内容的选取和呈现方式

经调查分析,本课题选择了既能体现当代科技的主要潮流,它们是:黑洞、超导技术、纳米技术、新能源技术、核聚变、量子信息技术之量子计算机。其中,建议将黑洞和量子信息技术以阅读材料的形式放在必修教材中;超导技术、纳米技术、全球变暖、核聚变为整节呈现的内容,建议放在选修教材中,由于教师和学生对宇宙天体知识兴趣很大,故建议在选修教材中继续介绍黑洞的内容,供有兴趣的学生进一步学习。

7 对本课题实施的进一步思考

把当代科技内容加入到高中教材中是我国课程改革的依次新的尝试,因此在教材实施过程中可能存在着一定的困难亟待解决,造成这些困难的主要因素有以下三点:教师保守的教育思想和有待提高的学术水平;学生的学习目的受高考制度制约,缺少合适的教材。

关于本课题的实施,有以下几点建议:教师应有时代责任感和紧迫感,要在思想上重视当代科技的发展,教师应提高自身的学术水平,改变过去保守的教育思想,应重视学生学习当代科技知识的意义。学校应支持教师进修当代科技知识;可考虑在政策上支持学校添加演示当代科技实验的焦距;学校应积极寻求可共享的资源,如组织学生到有条件的大学里面参观模型等,学校可邀请专家进行专题讲座;为达到普及科技知识的目标,科技馆可考虑降低收费;编写教材时应在每一专题后加写参考书目及出处,以便学生进一步学习。

摘要：本论文重点对高中物理教材中选取和呈现当代科技内容的问题进行了研究,通过反馈调查,对科技内容的选择和呈现效果进行了实证分析,进一步阐述了对本课题的实施的思考。

关键词：当代科技,高中物理教材,呈现方式,黑洞,纳米科技,超导技术,核聚变,全球变暖,量子信息技术