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新课程视域下中学物理与前沿物理

2013-06-03 02:28  新课程视域下中学物理渗透前沿
 物理的教学构建
  [内容摘要]：基础物理教学中渗透前沿物理，引起了世界各国物理教育工作者的高度关注和重视，是各国中学物理课程改革的一个热点。我国物理新课标中提出“课程基本理念在内容上体现时代性、基础性、选择性，反映当代科学技术发展的重要成果和新的科学思想……”。新课程视域下，中学物理渗透前沿物理的教学构建，则是一个非常重大、非常有意义的现实课题。本文分别在目标层面、原则层面、策略层面上加以探讨，构建相对完整的教学体系，期待对物理新课程教学理论与实践起一定的推动作用。
    [关键词]：新课程视域 渗透前沿物理 教学构建 实践目标 原则 策略
 一．问题的提出
 近、现代物理学革命带来了科学图景的巨大变革：相对论打破了经典力学的绝对时空观，量子力学打破了可测量过程的梦想，混沌粉碎了拉普拉斯的机械决定论……。这种科学范式的转换，不仅引起了具体科学知识的变化，更引起了科学的基本思想、基本观念的深刻变革。
 物理教学就是物理科学范式的教学，包括物理学的具体知识、物理学的基本思想和观念。传统的物理教学是“片断式”的，“片断式”的物理教学机械地类比学习和科学发展的智力，科学发现和学生学习的背景历程，将中学物理教学严格禁锢在经典物理的范畴。学生形成的是有待于突破和发展的虚假科学观，如“确定性”是不证自明的，物理现象和规律是受严格因果律支配的，知识的最基本特征是它的稳定和不可变性等等。而更能反映世界真实的前沿物理范式中的不确定性、相对性、复杂性等问题的解读则是继续深造的责任。无疑，“片断式”的传统物理教学将导致：经典物理范式成为现代物理范式的错误概念与前概念，顽固地妨碍学生的学习与发展；前后两套知识体系分裂地占据学生的大脑；同时造成目前尚紧缺的教学资源的浪费。

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 基础物理教学中渗透前沿物理，引起了世界各国物理教育工作者的高度关注和重视，是各国中学物理课程改革的一个热点。我国物理新课标中提出“课程基本理念在内容上体现时代性、基础性、选择性，反映当代科学技术发展的重要成果和新的科学思想……”。新课程视域下，中学物理渗透前沿物理的教学构建，则是一个非常重大、非常有意义的现实课题。
 二．中学物理渗透前沿物理教学的实践目标
 1.使学生深入理解物理概念和原理，纠正片面、错误认识
 实践和教育心理学的研究表明：许多知识是通过多方面的接触而学到的，学一点“高”的东西，对“低”的东西往往有更深入的理解。教学应该遵循循序渐进的原则，但也不能对此作绝对化的理解，不能认为什么知识都应该按部就班地从基础学起。因为知识是一个整体，各种知识是相互联系的，学习过程不一定在任何一步上都要严格地按部就班。有时进行一点“跳跃式”学习不仅有利于学习兴趣的激发，也有利基础知识的深化理解。物理学概念和原理反映的是在一定历史条件下人们对客观世界本质的认识，随着时代的发展、科技的进步、科学共同体认知能力的提高，建构的物理学对世界本质的反映必将更加准确、深刻和全面。中学物理渗透前沿物理的教学，有助于使学生对基础概念和原理的理解更加深刻、全面，纠正一些不正确的、片面的认识。
 例如，“惯性”是力学中最重要的概念，随着物理前沿研究的深入，人们对惯性本质的认识也不断发展。伽利略通过斜面实验提出惯性概念。牛顿发展了伽利略的惯性思想，建立了惯性定律，并提出“绝对空间”观点，马赫在对绝对空间的批判中提出“惯性起源于引力”的思想。在此基础上，爱因斯坦建立了广义相对论，他认为惯性运动是弯曲时空中的自由运动，随着前沿研究的进展，循着历代物理大师的思路，直蹈当代时空观的精髓。人们对惯性本质的认识不断得到深化。再如对真空的认识：在经典物理学的观念中，真空是一无所有的空间，而现代物理从更细微的尺度或更高能量上进行考察，得出真空实际就是量子场的基态，存在真空涨落和真空极化等效应。随着物理前沿研究的进展，物理学中一些基础概念的内涵和外延不断更新、发展，呈现出动态变化的特征 （科教范文网http://fw.ΝsΕΑc.com编辑）
 2.让学生了解物理学的基本框架及其发展变化
 学习物理知识的同时将不可避免地学习物理的框架。关于物理学的框架及其发展变化，萨拉姆曾作如下概括：“物理学在于发现事物为什么是那样的。对为什么给出的回答必须比观察的现象更深入、更普适、更具公理性而更少受到直接的实验检验。……。一代人所谓的为什么常常是下一代人的偏离点，亦即，在下一代人看来，上一代人所谓的为什么本身就是主观的”。即物理学的目标是解释“为什么”。什么叫做解释了“为什么”，一代人有一代人的标准，这就是框架。下一代人认为上一代人对问题的提法本身就不对，解释“为什么”的方式或框架本身就不对。这表明物理学框架本身也是发展变化的。渗透前沿物理的中学物理教学，有助于让学生了解：物理知识是一定物理学框架内的知识，物理学框架是发展变化的。
 例如，哥白尼—开普勒时代，人们认为“和谐”是至高的标准。哥白尼之所以怀疑托勒密体系，主要是他认为托勒密构建的地球中心体系很不和谐，如果将中心从地球移到太阳，则行星的运动就显得和谐。开普勒也用“和谐性”研究行星的运动。认为宇宙只能由体现和谐的正多面体组合而成，并在此和谐性的框架中他得到了行星运动三定律。开普勒的许多著作，是用音乐符号写的，因为他认为天上的事物应当与音乐一样，是十分和谐的。到了牛顿时代，不再采用和谐性框架，不再认为寻找和谐就是寻找“为什么”的解释。牛顿框架的核心是力，是力所决定的因果性，但力的框架也不是唯一的。根据爱因斯坦的广义相对论，运动是用弯曲时空来解释的，在这种体系中，并没有牛顿意义下的引力，要解释物体的运动就要弄清时空的弯曲特性。牛顿的理论基于欧几里德几何再加上力，而爱因斯坦的理论则基于时空流形。这至少告诉我们，用追求和谐来回答“为什么”似乎有主观的、“非科学”的成分，而用寻找力的办法来回答“为什么”，似乎也不一定总是没有主观的“非科学”的成分。

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 3.对学生开展有效的“求美”、“求善”教育
 科学求“真”，但对科学真理的追求往往也是对“美”和“善”的追求。这一点在物理前沿教学中很明显。将物理学前沿融入中学物理课堂教学中，可使学生在学习具体物理知识的同时进行“附带学习”，自然而然地渗透美育与德育。
 物理学前沿领域既变革了对“美”的传统看法，它本身又蕴含着大量深邃、内洽的美。如弱相互作用下宇称不守恒的发现使人们反思以往的审美观，在今天“对称中存在破缺”已经成为一条基本的美学原则。物理之美是抽象的：如狭义相对论的数学基础是四维连续时空概念，广义相对论是建立在黎曼几何基础上的，量子力学概念的数学是希尔伯特空间，非阿贝尔规范物理理论是建立在纤维丛几何上。这些数学相当抽象却又非常美丽。物理学之美也可以是直观的：通过计算机对微观世界、分形理论的模拟研究形成了大量的绘制图，这些图形本身就具有很高的美学价值。将这些物理之美呈现于教学中，能帮助审美主体去发现美、鉴赏美，进而热爱美、追求美。
 物理学前沿对“善”的追求，具体体现在科学家的价值追求上。这种价值追求本身也是美的，将这种美融入教学中，也就提供了德育的契机。如爱因斯坦放弃就任以色列国总统的机会，因为对他来说，“方程对我而言更重要此。政治是为当前，而一个方程却是一种永恒的东西”。当代伟大的理论物理学家霍金几乎全身瘫痪，却无妨他继续投身于钟爱的科学事业……。
 4.开阔视野,帮助学生形成合理的科学观

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 通过科学教育,让学生形成合理的科学观,是新课程改革的基石。以往的教育发展主要是实证主义科学观。实证主义经历了三代：孔德实证主义、马赫主义、逻辑实证主义。这三种形态虽有区别，但都认为科学是最高的、绝对的真理，科学定律是跨越时空、永远正确的普遍法则，而获得知识的唯一途径就是经验实证与归纳。近、现代科学的发展，特别是相对论与量子理论的提出，使西方的科学观发生了很大变化，机械的、实证的科学观受到了普遍怀疑，涌现出一些新的科学观。主要有：
 （1）否认科学发展的累积性，认为科学中主要的进展是革命性的，是科学范
式或元叙述的转换过程（库恩）；
 （2）否认科学的客观性，认为科学的结论具有猜测性，科学是一种猜想加反驳的动态认识过程（波普尔、卡尔纳普等）；
 （3）否认真理的永恒性，认为科学研究是一种“纲领性文件”，其合理性只是暂的（拉卡托斯）；
 （4）否认科学的确定性，认为观察未必可靠，所谓观察到的事实是观察者和他的仪器创造的（如托马斯“观察渗透理论”）；
 （5）否认科学的价值中立性，认为科学与意识形态一样，也是一种支配性的话语（韦伯、福柯）；
 （6）否认科学的绝对意义，认为科学是各种精神活动的一种汇集，是受到教育的人的一种习惯（威尔逊）。
 这些科学观均将科学视为一种文化，力图说明科学文化的相对性、可变性、价值负载性与进行过程的革命性。它们固然也需质疑，但正如英国著名科学史专家贝尔纳所说：“科学是不能用一个定义来把握的”，新观点出现为我们认识科学提供了不同的视角。科学教育也不能以偏概全以单维度的实证科学观来代替全面、立体的科学观。物理学前沿知识中有大量说明科学相对性、不确定性的事例，将其渗透于中学物理教学中，能使学生开阔视野，质疑旧的科学观，形成具有现代意蕴的科学观。
 5.引发认知兴趣，促进终身学习
 科学是具有内在价值和工具价值的统一体。科学教育应当指向学生认知兴趣。认知兴趣有三种：技术兴趣、实践兴趣与解放兴趣。技术兴趣指向外在目标，把环境当作客体，其核心是“控制”；实践兴趣指向行为自身的目的，强调理解环境以便能与环境相互作用，其核心是“理解”；解放兴趣是最基本、最“纯粹”的兴趣，它整合了自主和责任，其核心是“自我反思”。哈贝马斯认为，在经验——分析学科（主要是自然科学）中体现的是技术兴趣，在历史——解释学科（主要是人文科学）中体现的是实践兴趣。但这两种兴趣都必须与最基本的解放兴趣相联系，只有这样，才能作为指导认识的兴趣而不被误解，换言之，才不致陷入心理主义化和新客观主义化。
 如果说经典物理学更多地表现为一种控制逻辑，体现了“知识即工具”理念的话，那么前沿科学研究特别是纯科学研究，则还能体现科学活动的反思向度。如人择原理、大统一理论，目前很难说有怎样的工具价值，但作为科学家对科学应然状态的一种自觉反思，这些理论的内在价值就是毋庸置疑的。将前沿物理渗透于中学教学中，让学生多了解物理学日新月异、激动人心的变化，往往能够激发他们的认知兴趣，引起内部的探究欲望，促进“终身学习”。
 6.潜移默化，帮助学生养成科学精神
 科学精神是科学的精髓。如何通过教育帮助学生养成科学精神，则是科学元勘要探讨的问题，科学元勘是一门综合学科，包括科学史、科学哲学和科学社会学等。
 ⑴前沿物理教育本身也是一种科学史教育。近期，科学史的教育功能逐渐得到一线教师的认同，涉及科学史的教育也越来越受到重视。近、现代物理学带来了科学图景的巨变，它在物理学史中也应有重要的地位。将近、现代物理学发展中的相关人物、事件告诉学生，这就是一种科学史教育，有利于学生科学精神的养成。

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 ⑵前沿物理教育也是一种哲学教育。物理学与哲学存在高度的正相关，彼此构成对方发展的背景，这一点在近、现代尤其突出：一方面，哲学观点促成了某些现代物理理论的创立。如相对论的提出具有明显的唯理论色彩；量子论的成功可归属于实证论；当今物理学所追求的超对称、大统一，则显示了对和谐的追求……。另一方面，物理学的发展也大大丰富了当代哲学。相对论、量子论引发了认识论和哲学领域的变革；混沌理论所涉及到的不确定性、非线性、耗散结构、自组织等概念也形成了相应思潮，开始深远地改变着传统哲学思想。对此，海森堡曾一针见血地指出：“无论是谁，如果他没有相当丰富的当代物理学知识，就不能理解哲学”。
 ⑶将物理学前沿渗透于教学中，还能够帮助学生“生态”地把握科学的社会功能。科学发展到今天，其负面影响逐渐显露：生态恶化、能源危机、贫富差异等问题尚未解决，恐怖主义又在本世纪初给人类带来新的阴霾。但瑕不掩瑜，不能只看负面而消极悲观，更不能全盘否定。“解铃还须系铃人”，这些消极影响仍要靠科学本身来解决，同时还需关注掌握科学技术的“人”。
 爱因斯坦把科学家分为终极关怀型、功利型和智力愉悦型，其中唯有前者才能持久探索世界奥秘，关注人类的命运，是人类的楷模。教学中我们要多介绍这些科学家的工作，使学生在在潜移默化中接受价值关怀教育，养成科学精神。
     三.中学物理渗透前沿物理教学的原则
    中学阶段我们不能像对大学生、研究生一样教授前沿物理，让学生掌握系统的前沿物理知识，构建完整的知识体系。因为，前沿物理毕竟缺乏学生丰富而厚实的学习经验支持，具有高抽象、高数学、高难度等学科领域特征。 中国大学排名
 1.有意义学习原则
 所谓“有意义”的学习，是将未知的外部世界与已知的内部世界相联系；将未知融入已知中的认知过程。这种联系和融合越清晰，学习就越成功。在中学物理渗透前沿物理的教学中坚持“有意义”原则，这是从教学方式和方法角度提出的一条原则，旨在使学生理解性、高效地展开学习，使前沿物理知识顺利纳入已有知识结构。现代物理是在经典物理基础上的继承、修正和超越，二者并非绝对对立，在教学上也不能割裂开来。在中学阶段，应当多考虑如何在经典物理教学的整体背景中进行前沿知识的教学，换言之，应当多考虑前沿知识在经典物理教学中的渗透。有许多教学情境能够体现这种渗透。如在讲光的“微粒说”、“波动说”时，由于两者都有具体的实验证据，难免给学生造成思维的冲突。而这种冲突正体现了现代物理对经典物理的质疑与超越，也反映了科学源于问题的本质。合理地设计教学，一方面为学生进一步理解“波粒二象性”作好了铺垫，更重要的是破除了传统认识论中“二元”的，非此即彼的思想，有利于学生辩证思维的养成。又如从前教材没有“熵”这一概念，在新课程中若直接引入“熵”显然是不适宜的，也是毫无意义的，重点应放在从热力学第二定律出发，定性说明“熵”的意义——反映系统的无序程度。除此以外，更要说明“熵”不仅可以用于热力学，也广泛地应用于经济学、信息论、生命科学等。
 2.思想和方法性原则
 思想和方法性原则是从选择教学内容角度提出的。前沿物理内容涵盖知识、思想、方法。无论是研究对象的描述、探索和研究过程中的数学建模、逻辑推理，以及成果的表述形式，使用的数学语言大都是当代数学研究的成果。因此，中学阶段向学生详细教授前沿物理领域内的知识内容是不太现实的，应以介绍和揭示其中蕴含的科学观念、科学思想及研究方法为主，实现学生的传统观念的改变及科学素养的养成。这是非常重要的。
 例如，非线性是现代物理学的重要思想。学生在物理学习中由于遇到的问题经常被简化为线性问题，因而比较习惯于用线性思维来考虑和处理问题。我们知道，真实的世界是非线性的，如果仅用线性思维看待问题，必然造成对真实世界的歪曲。因此，通过前沿物理的教学让学生认识到自然界是非线性的，线性是理想的，有条件的，并学会用非线性思维分析和处理问题。又如，对称性是物理学中的一种重要思想方法，曾对物理学的发展起到了重要作用。但是，随着对物理结构研究的不断深入，物理学家们发现，对称性破缺对于揭开物质结构的秘密有极为重要的意义，他们正在为探索对称性破缺的本质而不懈努力。由于中学物理教学内容中的定律、公式、模式、图象等有许多具有对称性，因而学生对物理学中的对称性并不陌生，误认为对称性是自然界的普遍规律。因此，在学习自然界的四种相互作用力时，教师可以通过指出万有引力由于不存在斥力而发生对称性的破缺，进而指出，对称加破缺乃是自然界的根本规律，从而使学生观察自然界的视野更加宽阔。
 “在建立一个物理学理论时，基本观念起了最主要的作用”（爱因斯坦语）。随着现当代科学技术的发展，科学研究的思想方法也处于不断的发展变革之中。从直观的、经验的——实验、逻辑的——概率、统计的——耗散、非线性的，从而更接近世界的本质。通过渗透前沿物理的中学物理教学，使我们的学生跳出物理学早期（对应基础物理课程）牛顿、迪卡儿式的世界观和方法论，认识和理解物理学新时期的成熟世界观，不要太绝对、太过确定、太过线性地看问题，从而更接近世界的本质。
 3.适量和适度性原则
 针对微积分能否被教给六岁儿童的质疑，布鲁纳曾指出儿童接受的是“儿童的微积分”而非“成人的微积分”，并进而提出课程的螺旋结构。从小学科学中的物理常识，初中自然中的初级物理，高中综合科中的中级物理，再到大学普通物理，均有着相同的学科背景和内容体系，但通过教学内容的适当选择和教学程度的控制分别适应于不同年龄阶层的智力和经验基础。进行前沿物理科技内容的渗透教学时，思想和方法性原则在教学内容的侧重方面提出了要求，但教到什么程度和水平也是决定能否取得实效的一个关键，即教学还要遵循适量和适度性原则。在教学“量”的方面，要做到“少而精”，不要把某一方面的前沿内容通盘托出，要选择一些与高中物理内容自然连接、学生能够理解和接受、能激发学习兴趣的主干过程和主要结论，应突出其中蕴含的物理学新思想、新方法，突出介绍成果的现实意义和科研意义；在教学“度”的把握方面，应以介绍和渗透为主，注重的是思想、方法的熏陶而非繁杂公式的推导和超出学生数学水平的结论介绍。教学中应避免大量新现象、新知识的简单罗列，否则，物理就会变成有“物”无“理”。
 例如，学习玻尔原子模型的“原子跃迁”理论后，向学生介绍“激光冷却和捕获原子”前沿科技。遵循思想和方法性原则、适度和适量性原则，教学内容确立如下：⑴目标和意义。操纵和控制孤立的原子，以使个别原子得到极高精确度的研究，从而确定它们的内部结构。⑵原理和思想。一、气体分子和原子的运动速率和气体的温度有关，温度越低，分子和原子运动的平均速率越小，二、光子具有一定的动量，以一定速度前进的原子束与迎面而来的激光相互作用，当光子的频率和原子的固有频率一致时，引起原子向高能级跃迁且动量减小，受激原子向前进方面放出光子，动量又一次减小，受辐射光子的不断作用，原子动量越来越小，速率越来越小，温度越来越低；三、由6束激光组成“光学粘胶”，原子陷入其中会不断降低速度。⑶思想方法的意义。扩大人们对辐射和物质之间相互作用的知识，打开了通向更深地了解气体在低温下的量子物理行为的道路。有可能用于设计新型的原子钟等等。
 四.中学物理渗透前沿物理教学的策略
 开设“窗口”和安置“接口”是教育和教学专家提出的实现中学物理教学中渗透前沿物理、达到学生展望外部精彩世界的途径，但具体如何开设和安置“窗口”和“接口”，开设和安置怎样的安置“窗口”和“接口”，这些都有待于学科一线教师作深入探讨。
以“考察—质疑—超越”的形式，实现渗透前沿物理
质疑和突破是科学发展的一种重要形式。质疑是创新的源泉和机制。没有对传统
的质疑，就不会有突破和超越，就不会有进步和发展。整部物理学发展的历史就是一部不断质疑、不断创新的历史。物理学前沿是通过代代科学家不断质疑、不断创新实现的对物理学经典的突破和超越。普朗克的量子说是对经典电磁辐射理论的超越，玻尔的原子模型是对卢瑟福模型的超越，海森堡、薛定岳的量子力学是对玻尔旧量子论的超越，爱因斯坦的相对论是对牛顿经典力学的超越。任何理论不可能是一成不变的，也不可能是完美无缺的，不要让学生只是去赞美和崇拜已有的理论，造成他们不敢怀疑和创新。物理学的现代发展与物理学的基础有着千丝万缕的联系，物理学的基础可能是在一定精度、一定领域实验条件下得出的，而更高精度或更阔广条件下的结论则可能便是前沿物理科技的内容。因此，在中学阶段，对一些前沿物理内容的渗透教学，可以对相关基础的“证据考察——证据质疑”为契机，转入更高实验精度、更阔广实验条件下前沿物理研究的介绍，从而实现渗透教学。 （科教范文网 lw.nSeAc.com编辑发布）
 如“万有引力定律”教学中，“万有引力服从距离平方反比律”这个结论的判决性实验证明是卡文迪许扭称实验。在1789年的实验精度下，卡文迪许实验说明“万有引力服从距离平方反比律”，但这是不是更高实验精度下的一种近似？在现当代实验技术条件下情况如何？然后展开如下前沿物理的超越式渗透教学。
 如果万有引力并不严格遵从平方反比律且偏离度很小，则可近似写成—ε是一个小量。如果平方反比律是严格的，ε应当等于零。现在的引力实验，对平方反比律的验证情况是：
 ⑴在从太阳到地球这种大的距离上，对平方反比律的检验是很好的，已证明ε值小于10-8。
 ⑵在较小的距离，如10km的范围上，近来利用人造卫星及火箭也做了相当好的检验，ε值小于10-3。
 ⑶在更小的距离范围内，如1m的范围上，平方反比律并没有受到严格的验证。
 为什么现在对验证平方反比律仍有浓厚的兴趣？这与学科前沿十分有关。为了找到统一的相互作用理论，目前很多研究集中在超引力理论上。这种理论认为自然界中的每一种玻色子都有一种费米子与之对应。预言存在一种特别的粒子——光微子，它是与光子相对应的“费米子”。光微子具有静止质量，它引起的相互作用力程也许在数cm的范围。因此，精密的确定ε值具有非常重要的前沿研究的意义。
2．以“基础理论前沿应用”的形式，实现渗透前沿物理
很多前沿物理科技内容依据的基本原理是中学阶段学生学习的基本规律，它们是
基础物理学原理与现当代先进科学技术手段和创造发明技法相结合的产物，以适应前沿物理学进一步研究的需要。对这类前沿物理科技内容的渗透教学，可采用“基础理论前沿应用”的形式进行，即在学生学习中学物理基础理论的基础上，介绍基础理论的生活应用、生产应用后，再介绍前沿物理应用及其中蕴含的创造发明思想。使学生体验和感受到基础理论的生命力和时代气息，理解蕴含其中的创造发明技法，突破创造发明的神秘感和激发学习基础物理理论的热忱。 （科教范文网 Lw.nsEAc.com编辑整理）
    例如，在学习高一物理“失重与超重”知识后，可以和学生一起讨论前沿科技领域的相关知识应用：航天器中微重力实验，从钱毛管实验到航天模拟的落塔实验，月球中的苹果与羽毛同时落地实验，从伽利略实验室拓展到太空实验室等。在学习圆周运动知识后，介绍在“人造重力”方面的前沿应用——旋转空间站；微重力科学已成令人注目的前沿阵地。在学习电磁学知识后，介绍一种采用电磁力来平衡电泳溶液所受地球重力，以实现微重力环境的理想方法。在地面附近的大气中，时刻存在着一种指向地表的电场强度，这种电场的强度可达10V.m-1，如果采用等电势伸长电极的方法获取其静电势用以抵消重力，便可构成微重力环境等等。
3．以“课外阅读”的形式，作为渗透教学的有益补充
 社会在发展、科技在进步，物理教学应努力体现“面向现代化、面向世界、面向未来”，中学物理教学应接近现代物理学的发展，体现前沿物理的最新成就。在高考理科综合能力测试《说明》中，明确提出考生要“理解自然科学的基本概念、原理和定律；了解自然科学发展的最新成就和成果及其对社会发展的影响；能读懂一盘科普类文章，了解自然科学知识在人类生活和社会发展中的应用。”因此，我们教师可以要求和指导学生在课余时间进行课外阅读，了解有关当代物理学前沿的最新成就，使学生理解物理学与技术进步、社会发展的关系，从更广阔的角度认识物理学的进步。现在出版了许多关于前沿物理知识的科普读物，如《现代物理知识》、《中学科技》、《科技时报》、《图说相对论》、《时间简史》、《从哈勃看宇宙》等等，这些读物语言生动有趣、通俗易懂，在保证科学性的同时，很好地兼顾了可读性。还有一些科技类网站如人民教育出版社网站中的： （转载自科教范文网http://fw.nseac.com）
（科学前沿）；
飞翔物理网站中的（科学前沿）。网站中涉及的前沿科技，内容非常广泛，涉及到各个前沿课题，可作为日常教学有益的补充。
4．以“科学见习”的形式，实现渗透与前沿物理
 物理学前沿知识可以用于探究（inquiry）,但其风格更接近于科学研究
（researsh），因此，有条件的学校应当尝试组织中学生开展“科学见习”。“科学见习”是指学生以直接参与科学家的科学研究的方式而开展的学习活动。“What is physics? Physics is what physics do”（什么是物理学？物理学就是物理学家在做的工作）。科学家的工作不止包括科学知识和科学方法，更有未被显化的科学经验与技巧。这些经验与技巧属于“缄默知识”（tacit knowledge），有“非批判性”的特点，难以通过“符号化”而得以大规模传授，往往不可言传，只可“身教”。想要习得这些经验、技巧，最好采取一种叫“认知学徒制”的模式，让学生通过对科学家的直接观察、模仿，在实践中进行学习。从这个角度看，科学见习是最贴近真实科学的科学教育。在科学见习中，学生成为科学研究共同体的一员，通过与科学家的交往，了解科学发现的本来面目，在探究过程中产生“高峰体验”，促进其献身科学事业的内在动机。可以为中学生提供以下三种形式的科学见习活动：设立科学见习营；开展现场见习；让学生与科学家共同参与某种研究项目。
5．以“探究性习题”的形式，实现渗透前沿物理
对一些属中学阶段的基础原理延伸应用的前沿高科技，由于其内含的基本原理、
研究方法、逻辑规则等都是中学生熟悉的。教学中，可以以这些前沿科技内容为背景，在简介的基础上，从某个角度提出问题，要求学生解释或作简单计算。对一些基本原理超出中学物理但学生凭借已有知识经验能够接受的前沿科技，则可以通过在题设背景中告知相互关系、基本公式，尔后提出问题要求学生解释或计算。这类习题可以实现学生拓阔视野、激发兴趣、了解前沿科技的渗透教学目的，比起传统的物理习题，还能更为有效地培养学生的物理能力和创造能力。这类习题的教学与测试，现已引起广泛的关注。

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 例如，2004年诺贝尔物理学奖授予了戴维斯.格罗斯、戴维.波利策和弗兰克.波尔切克三位科学家，以表彰他们发现粒子物理的强相互作用理论中的“渐远自由”现象，他们的理论说明了中子与质子都是由三个夸克组成的，三个夸克有的带正电荷、有的带负电荷，但它们在中子或质子中可以自由运动，但自然界中却找不到自由的夸克，说明夸克被束缚在中子或质子中，试根据这两个事实定性说明，在中子或质子内部夸克之间的作用力应该有什么样的性质？
 学生通过思考与讨论应该不难得到夸克之间距离越大，相互作用力越大使它们无法脱离中子或原子成为自由夸克，但距离较小时则需要使带异号电荷的夸克不合并在一起，同时使带同号电荷的夸克不能相互远离，而使夸克在质子或中子中可以自由运动。这样既可以使学生了解这个成果但也不超出他们的理解与接受的程度。当然也要说明科学家建立的理论与数学分析是非常复杂的，特别是这个力的性质与以前已知的万有引力与电磁力性质完全不同，在没有先例的情况下作开创性的研究与分析，这才是他们获奖的最主要原因。
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