信息技术与物理学科整合

现代科学技术与物理教育现代科学技术与物理教育第一节从教学大纲到课程标准第二节教学中如何融进物理学科前沿内容新高中教材注重科技的特点引入的方式新课程的基本理念课程标准对现代科学技术的要求必要性结合的程度现代科学技术在物理教材中的呈现NAVSTAR（海军卫星系统）导航卫星系统位置确定到16m以内速率2cm/s以内不考虑相对论效应，速率准确确定值最小为20cm/s这是现代导航不能接受的。第一节从教学大纲到课程标准一、新课程的基本理念课程目标:提高全体学生的科学素养高中物理课程旨在进一步提高学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础。课程结构:注重共同基础，体现选择性普通高中教育仍属于基础教育，应注重全体学生的共同基础，同时应针对学生的兴趣、发展潜能和今后的职业需求，设计供学生选择的物理课程模块，以满足学生的不同学习需求，促进学生自主地、富有个性地学习。课程内容:体现课程的时代性、基础性和选择性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、现代社会及科技发展的联系，反映当代科学技术发展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任的态度。课程实施:注重自主学习，提倡教学方式多样化高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。课程评价:更新评价观念，促进学生发展高中物理课程应体现评价的内在激励功能和诊断功能，关注过程性评价，注意学生的个体差异，帮助学生认识自我、建立自信，促进学生在原有水平上发展。通过评价还应促进教师的提高以及教学实践的改进等。二、课程标准对现代科学技术的要求1、对相对论和量子论知识的要求必修2的第三个二级主题——经典力学的成就与局限性中:初步了解经典时空观和相对论时空观，知道相对论对人类认识世界的影响；初步了解微观世界中的量子化现象，知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人类对于物质世界的认识。在物理选修3一4中也提出了具体的要求。在相对论的二级主题中要求:(1)知道狭义相对论的试验基础、基本原理和主要结论。(2)了解经典时空观与相对论时空观的主要区别。体会相对论的建立对人类认识世界的影响。(3)初步了解广义相对论的几个只要观点以及主要观测证据(4)关注宇宙学研究的新进展。物理选修3一5中要求：原子结构:(l)了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。(2)通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。波粒二象性:(1)了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观物体的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。(2)通过实验了解光电效应;知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。(3)了解康普顿效应。(4)根据实验说明光的波粒二象性;知道光是一种概率波。(5)知道实物粒子具有波动性;知道电子云，初步了解不确定性关系。(6)通过典型事例了解人类直接经验的局限性，体会人类对世界的探究是不断深入的。2、对电磁学知识部分的要求选修1-1中电磁技术与社会发展中：了解常见传感器及其应用，体会传感器的应用给人们带来的方便。列举电磁波在生活和生产中广泛应用的事例。了解电磁波的技术应用对人们生活方式的影响，结合日常生活中的具体实例发表见解。举例说明科学技术的应用对人类现代生活带来的正面和负面影响。对科学、技术及社会协调发展的重要性发表自己的观点。选修2-1中电磁波与信息技术中要求：收集资料，了解移动通信的工作模式、常用术语和移动电话的常用功能；通过实验或实例了解常见传感器的工作原理，了解传感器在生产、生活中的应用，体会传感器的应用给人们带来的方便；了解集成电路的发展及微电子技术对日常生活和经济、社会所产生的重大影响；知道模拟信号与数字信号的区别。了解信息传播、处理和存储技术的发展。了解网络技术对经济、社会的影响，并能发表自己的见解。选修3-1的二级主题——电路中要求：通过实验观察门电路的基本作用。初步了解逻辑电路的基本原理及其在自动控制中的应用；初步了解集成电路的作用。关注我国集成电路等元器件研究的发展情况。选修3-2的二级主题——传感器中要求：知道非电学量转换成电学量的技术意义；通过实验知道常见传感器的工作原理；列举传感器在生活和生产中的应用。选修3-4的二级主题——电磁振荡与电磁波中要求：了解电磁波的应用和在科技、经济、社会发展中的作用。3、对光学知识部分的要求选修2－3二级主题——光与光学仪器中要求：认识光的全反射现象。初步了解光导纤维的工作原理和光纤在生产、生活中的应用。认识光纤技术对经济社会生活的重大影响。了解激光的特性和应用。了解常见固体和气体激光器的原理。举例说明激光技术在生活和生产中的应用。选修3-4二级主题——光中要求：认识光的全反射现象。初步了解光导纤维的工作原理和光纤在生产、生活中的应用，认识光纤技术对经济社会生活的重大影响。了解激光的特性和应用。用激光观察全息照相。4、对核技术相关知识要求选修1－2二级主题——能源与社会发展中要求：初步了解一些典型射线的特性，知道放射现象的应用及防护。了解核技术的应用对人类生活和社会发展的影响。了解爱因斯坦质能方程的含义。知道裂变反应和聚变反应。通过人类利用核能的历史资料，认识核能的开发和利用。在选修2－3二级主题——原子结构与核技术中要求：知道核裂变和链式反应，初步了解反应堆的类型和工作原理。知道核电站的工作模式。知道大众传媒中经常涉及的核武器的基本原理、主要特点和防护要领。知道核聚变，关注可控聚变反应的研究进展。讨论核能的应用对于经济、社会发展的意义及可能带来的问题。在选修3－3二级主题——固体、液体与气体中要求：了解材料科学技术的有关知识及应用。体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响。5.材料科学方面三、现代科学技术在物理教材中的呈现第二节教学中如何融进物理学科前沿内容一、必要性1.现代科学技术发展的需要科学技术之应用的深入和普及:计算机、互联网无线通信设备卫星导航其他“你的发明改变了世界通讯模式，为信息高速公路奠下基石。……”光纤之父高锟科学与技术水乳交融，相互作用共同发展激光制导欧洲粒子对撞机新技术的开发到普及的周期大大缩短实现的存储密度按指数函数增长2.培养现代社会的主人的需要新版的《高中物理课程标准》指出“高中物理课程旨在进一步提高学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等三个方面培养学生，为学生终身发展、能应付现代社会和未来发展的挑战奠定基础”。二、前沿物理教育的原则科学性与教育性相结合的原则可接受性原则激发学习兴趣的原则直观性与抽象性相结合的原则三、引入方式1.关心时事，从新闻引入必须会用媒体、善用媒体最终传达给学生的应该是正确的、专业的、权威的有关知识或信息养成关心时事的习惯2009年诺贝尔物理奖颁给了加拿大和美国国籍科学家高锟、美国科学家WillardS.Boyle和GeorgeE.SmithCCD（Charge-coupledDevice）即电荷耦合元件。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。2.关心当代科学成就，从重大事件引入每当科学上出现重大成就，人类就会向前迈出一大步麦克斯韦电磁理论的建立，使得人类的通信领域从快马加驿站、烽火和狼烟，到了一个全新理念的通信领域—有线和无线通信麦克斯韦微波技术的应用雷达、导弹、导航、电子战和军用通讯等多路通讯、微波遥感和微波能应用（如：肿瘤微波热疗、微波手术刀以及微波炉等）等首先应关注其重大现实意义，和对未来的影响。其次，注意当代科学成就的多学科特点。特别注意本学科在其他领域的应用。最后，需要与所学知识适当结合。嫦娥一号人造卫星可以结合所学内容介绍：光学系统、能量系统、升空和环绕过程国人的骄傲欧洲粒子对撞机对撞过程、加速过程可能对物理学科的基础产生重大影响3.联系课堂内容，不放过可以合理引入的机会课堂内容的深化、拓展光的偏振0r0i0i利用偏振光干涉看到的结冰过程玻片堆可获得两束线偏振光光的干涉P1M2MS2l1l(1)(2)O迈克耳逊干涉仪“重要的物理思想+巧妙的实验构思+精湛的实验技术”的“科学中的艺术”四、结合的程度1.定性了解，激发学生的兴趣首先是达到激发兴趣的目的其次可以启发学生的思考、培养思维的开放性和创新意识再者可以扩大知识面、扩充知识结构光学成像系统中的仿生透镜组提高各微小透镜的填充系数和每个透镜成像质量复眼的特点：体积小；相对简单的视觉信息并行处理系统；视场大；无机械扫描；对运动目标敏感非常适用于航空、航天、军事等领域光学仪器部分，介绍发光二极管LED奥运画轴上有约4万多个LED在PN结上施加正向电压时．使电子自N型进入P型半导体，形成了少数载流子的注入和复合。其能量从高能级返回至低能级，有一部分会以光的形式样放能量。LED电视机已出现于商场量子初步的教学，简单介绍其应用之一的量子保密通信量子比特可以由：原子的基态和激发态，核自旋的-Z和+Z方向，光子的两个正交偏振态等构成量子不可克隆和测不准原理可以提供量子密钥分配的安全性(不可窃听复制)，与一次一密算法相结合，原理上可提供不可窃听、不可破译的安全保密通信。2.定性了解，在所学知识上的扩展、深化在各个教育的层面上，知识部分真理具有条件性。防止由于教学的强化，学生把特例当做概念的本身如功的定义式，一些新大学生总是写出恒力、力与位移在同一方向时的功的表达式应对一般情况如加速度，一些刚进入大学的学生总希望用匀变速运动公式求一般情况下的加速度。磁通量这个概念而介绍通量这个一般的概念光纤的认识。我们的大、中学生一提及光纤想到的经常是光线在纤心的全反射。很少有学生想到，光纤内传播的是电磁波，满足波动方程，不同条件下有不同的模式不能把知识教成过于固定的东西，要有发展的思路，有利于终身学习、发展。3.在简化的模式上定量计算注意理解实际问题--转化为物理语言--简化为物理模式例1（09高考全国2卷26题21分)如图，P、Q为某地区水平地面上的两点，在P点正下方一球形区域内储藏有石油，假定区域周围岩石均匀分布，密度为。石油密度远小于，可将上述球形区域视为空腔。如果没有这一空腔，则该地区重力加速度（正常值）沿竖直方向，当存在空腔时，该地区重力加速度的大小和方向会与正常情况有微小偏离。重力加速度在原竖直方向（即PO方向）上的投影相对于正常值的偏离叫做“重力加速度反常”为了探寻石油区域的位置和石油储量，常利用P点到附近重力加速度反常现象，已知引力常数为G。1）设球形空腔体积为V，球心深度为d（远小于地球半径），=x，求空腔所引起的Q点处的重力加速度反常。2）若在水平地面上半径L的范围内发现：重力加速度反常值在与（k1）之间变化，且重力加速度反常的最大值出现在半为L的范围的中心。如果这种反常是由于地下存在某一球形空腔造成的，试求此球形空腔球心的深度和空腔的体积。如果将近地表的球形空腔填满密度为的岩石,则该地区重力加速度便回到正常值。因此,重力加速度反常可通过填充后的球形区域产生的附加引力来计算,式中的m是Q点处某质点的质量,M是填充后球形区域的质量，可表示为:r是球形空腔中心O至Q点的距离，可表示为：gmrMmG2VM22xdrg在数值上等于由于存在球形空腔所引起的Q点处重力加速度改变的大小。Q点处重力加速度改变的方向沿OQ方向,重力加速度反常g’是这一改变在竖直方向上的投影，利用三角形相似表示为：grdg联立以上式子得：2/322)(xdVdGg由上式得,重力加速度反常的最大值和最小值分别为2maxdVGg2/322min)(LdVdGg2max'dVGg2/322min)('LdVdGgΔkgmax'Δ