前沿知识在中学物理教学中的实施策略－以嫦娥五号为例

王静，王蕴杰 *

（青海师范大学　物理与电子信息工程学院　 810008）

摘要：2017版物理课程标准中规定：在进行高中物理教学时，应加强内容与学生生活的联系，把科技前沿应用于物理教学，并将符合主动适应科技进步和社会发展需要的新课改理念作为当今所究的重点^[1]。但如何将前沿知识合理的运用到中学物理教学中并未给出明确的策略。本文以嫦娥五号应用于高中课程“万有引力定律”一节为例，总结了前沿知识在物理教学中实施的四种教学策略，并对“万有引力定律”教学案例的进行了分析，为广大教师将前沿知识应用于物理课堂提供了参考。

关键词：物理前沿；嫦娥五号；万有引力定律；教学策略

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众所周知，科技进步是以物理学等基础学科来推动的。而物理前沿知识又是促进物理学发展主要因素，它也是促进社会快速发展的先锋梯队。2020年12月“嫦娥五号”历时23天，圆满完成我国首次地外天体采样任务，这无疑是每个中国人的骄傲。对中学生来说，学生也有迫切的愿望全面了解“嫦娥五号”相关知识，这无疑是将前沿知识应用于中学物理课堂教学的一个良好契机。前沿航天的知识又与中学物理息息相关。这不但有利于使拓宽学生的眼界、丰富学生课余生活，还能提升学生对物理知识的学习欲望，从而培养中学生在遇到问题时，能用科学的思维去分析和解决的能力。在日常学习中，学生利用物理知识去解释航天科技问题，可以加强学生探索天体奥秘的兴趣，养成学生关注新闻时事、关注当代科技发展的良好习惯；让学生认识到航天技术相关的高科技知识离他们也并没有很

遥远，中学生可以用已有知识解释或解决看似复杂的问题。在这一学习到应用整个过程中，既提高了学生对中学物理的学习兴趣和热情，也培养了学生崇尚科学的精神，同时也增强了学生的民族自豪感。

1 前沿知识在中学物理教学中的实施策略

在中学物理教学中，将前沿知识渗透于课程中始终是一个的重要课题。因此在教学时，内容上应该注意既要让学生容易接受，又要提起学生的兴趣；教学方法上既要与时代相吻合，又要符合学生的认知特点，传统的灌输式教学显然已完全不能满足现在的需求。综合上述因素，本文提出了以下教学策略，将前沿知识融入中学教学中。

1.1 现代教育技术展示教学策略

关于“嫦娥五号”具体的相关知识比较复杂，在课堂上教师不可能把“嫦娥五号”实物搬到课堂上来进行介绍讲解，若没有视频、实图为例，面对不熟悉的前沿科技，根据建构主义的观点，每位学生的都会在自己到头脑中都会勾勒出各自想象的图像，这就远离了新课程改革所要求的的教学目标。所以，老师可以通过网络获得相关知识的教学素材，再利用现代教育技术和网络通讯技术手段在课堂利用3～5分钟时间进行播放展示，便能达到较好的教学效果。例如，在讲解反冲时，可以把“嫦娥五号”的起飞过程作为引入对比，在讲解宇宙速度时可以利用“嫦娥五号”变轨过程加以展示说明。这样，在课堂上可以采用相关的物理前沿知识提高学生学习兴趣，将现代前沿科技中的精彩片段上传、共享，让同学有机会在课余时间进行观看学习，这样不仅丰富了学生的课余生活，也激发起了学生学习物理课程的兴趣，并可以通过课堂上前沿知识的引入，进一步提高学生的社会责任感。

1.2理论联系实际策略

物理教学中所运用的理论联系实际教学方法是：在物理教学过程中，教授物理书本上的知识时，学生不仅要熟练掌握科学的理论知识，而且要结合现实生活中的客观实际，在现实生活实践中运用所学到的理论知识，将理论学习与实践、现实行动与思想有机地统一起来^[2]。例如在选修3—5中第十六章第五节讲解火箭的反冲运动时，教师可以从日常生活例子中引入物理前沿，比如用手捏住一个充满气的气球口，突然松开手后观察气球的运动是什么样的？章鱼、乌贼是怎样游泳的？火箭的发射，人造卫星上天，火炮的发射等和章鱼游泳运动有什么关系？并用所学反冲运动的知识来解答。通过这些众多的生活常见现象，联系中学物理提出问题，引起学生的思考，激发他们的探知欲。结合中学物理内容进行思考，不但抓住了学生的兴趣点，引导学生进行自主学习，而且在遇到生活中的某些问题时，还能做到学以致用，高效地解决遇到的问题；这种理论、实际相结合的策略不仅符合STEAM的教育理念^[3]，也满足教育学中直接经验和间直接经验相结合的规律。这样，学生不但掌握了科学系统的理论文化知识，还获得了用科学发展的眼光发现、分析并解决问题的能力，能将所学到的知识运用于社会生活实践，并树立崇高理想信念。

1.3教育方法多样化的策略

在中学物理课本中，前沿知识大都体现在“科学漫步”部分。因为其自身有较强的综合性和广泛性，所以在讲解该部分内容的时候往往比讲解其他内容更难；又因物理前沿知识在中考乃至高考试卷中分值占比较低，且受课堂时间的限制，故在传统教学中普遍不太重视物理前沿知识。若上课的老师只是采用口授的方式教学，自然激不起学生的兴趣。因此应在传统教学上新增一些教学方法，如：合作探究法、自主学习法、交流讨论法等。例如，在讲解第一宇宙速度的时候，分析航天飞机在为什么能飞向月球环绕地球做圆周运动，而我们的普通飞机却无法到达，教师可以先用多媒体播放关于航天飞机升空过程的视频，先让学生自主思考，然后提示平抛运动的知识，让学生从平抛运动初速度的角度进行思考，并进行分组讨论，循序渐进，依次启发，让学生自主思考学习，在这过程中学生的探究晋升和学习兴趣都会得到大幅提升。在教学中只有灵活巧用各种教学方法，才能最大程度地接近实现新课程改革的目标。

1.4主题渗透策略

物理和大多理工科课程一样，都是基于实验的学科，其理论知识基本基于现实生活，所以物理知识应用于实际生活中就显得尤为重要。因此以专题的形式渗透物理前沿知识是一种非常高效的做法。比如，在做“嫦娥五号”专题时，可以综合之前的物理知识，比如：物态变化、能量的转换及判断、能量守恒、发动机工作原理、运动的相对性、热量计算、牛顿三大定律、超重失重、信息传递、宇宙速度、轨道变轨、万有引力定律等。这些看似遥不可及的物理前沿科技却能用已学的理论知识解释，可让学生获得巨大的成就感，让更多的学生意识到前沿科技不是海市蜃楼。只要有扎实的理论基础，就能用所学知识解释一切神奇的现象。就可以去探索更多未知的世界。

2 万有引力定律的教学案例

为了能够深入了解、贯彻落实以上策略，该部分以“万有引力定律”一节内容为例，将“嫦娥五号”渗透到教学中，并利用现代教育技术手段进行案例分析，为广大师生提供一定的参考。

2.1教材内容分析

“万有引力定律”一节在中学物理学习中有着承前启后的作用。与前期学习的曲线运动、牛顿运动定律和力的相互作用这些知识点相呼应，并是这些知识点的进一步拓展，同时，也后为带电粒子在磁场中的运动等的学习做出了铺垫，体现出了归纳思维与演绎思维相结合的知识结构。下面通过具体的教学过程设计来叙述如何在课堂教学中引入前沿知识^[4]。

2.2知识回顾

教师：通过讲解大家来回答一下什么是万有引力?

学生：宇宙中任何两个质量不可忽略的物体之间存在的吸引力。

教师：如何检验万有引力的?

学生：采用月—地检验的方式：月球所受的向心力的性质和地球重力的性质是一样的，他们都遵守规律也是相同的^[5]。

教师：计算万有引力大小的公式是什么?

学生：当两物体的质量分别是m₁，m₂且两物体之间相距为r时，万有引力的大小为 。

2.3 前沿科技在教学中的应用

教师：同学们对万有引力大小的计算掌握得很好，那么万有引力除了书中所说的是太阳与行星之间的作用力之外，在人类探索其他星球的时候也有很大的应用，随着科技的进步，我国的探月工程突飞猛进，大家通过屏幕观看这一段3分钟视频，一起来了解一下这个人类大工程。通过观看刚刚的视频(展示图1“嫦娥五号”的图片），大家了解这是什么工程了吗？

学生：嫦娥五号

教师：嫦娥五号由我国研制的月球探测器，也是我国第一个在月球表面上实现了无人采样并自动装舱带回的月球探测器。它是截至目前我国在航天领域上完成的难度最大、复杂度最高的任务之一，中国探月工程分"绕、落、回"三步走(展示图2“嫦娥五号工作原理“的图片）。同学们根据屏幕上它的工作原理图，能不能大致说出它在绕地球运行的时候运用了什么物理知识吗？

学生：运用了万有引力定律和匀速圆周运动，嫦娥五号绕地球运动的时候由万有引力提供向心力。

教师：同学们说的很对，确实是利用万有引力提供向心力。咱们知道了地球的质量和探测器的质量，知道了地球的半径和G、g，就能求出探测器绕地球做匀速圆周运动的最大绕行速度。

图1 嫦娥五号 (源于新华网)

图2 嫦娥五号工作原理 (源于钱江晚报)

以上案例采用现代教育技术，在课中插入短视频的方式介绍嫦娥五号，从而引起学生的兴趣，引起学生的思考，培养学生关注时事的习惯。同时也有效地培养了中学生的科学探究精神和爱国主义情怀。

3小结

在中学教学中，教师应关注学生在科技前沿中该如何使用他们学到的物理学知识简化过程，建立模型来解释看到的现象，比如：太空飞行。学生通过产生疑问和积极寻求答案的过程中，就会潜移默化地培养学生对科学的兴趣和空间想象力、思维能力以及利用物理知识全面解决实际问题的能力等。新课程改革开始并规定要高中物理进行教学时要加强内容与学生生活和前沿知识的联系，把科技前沿应用于物理教学，符合主动适应科技进步和社会发展需要的新课改理念已经成为当今教学研究的重点。

参考文献：

[1]《普通高中物理课程标准》 (2017年版) , 中华人民共和国教育部制定, 人民教育出版社2018年1月第1版.

[2]张立新.浅谈中学物理教学中科技意识的培养策略[J].教学实践与研究

[3]张端,和继军,李小娟.美国STEM教育的嬗变[J].自然辩证法通讯,2020,42(11):94-100.

[4]梁旭.指向核心素养的教学目标研制——以人教版必修2第六章“万有引力与航天”为例[J].中学物理教学参考,2017,46(07):4-6.

[5]魏舜芷,黄彦媚,陈刚.促进科学思维的教学设计——以“月—地检验”教学为例[J].中学物理教学参考,2020,49(05):16-19.

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作者简介：王静(1992—)，女，贵州省大方人，青海师范大学，物理与电子信息工程学院，在读硕士、主要从事学科教学物理研究。

通讯作者：王蕴杰(1974—),男,河北霸州人,青海师范大学,物理与电子信息工程学院,副教授,主要从事学科教学及算法优化、信息分析研究.