科学课程渗透科技前沿素材的教学探讨_材料科学前沿课程总结

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科学课程渗透科技前沿素材的教学探讨

1施建岳，2朱铁成（1浙江师范大学数理信息学院，2浙江师范大学教师教育学院）

摘 要：科技前沿是指现代科学与技术发展的高新领域及不断拓展的交叉性和边缘性的科学与技术领域。在科学课程教学中渗透科技前沿素材要综合考虑科学课程目标、课程内容、学生实际等因素，遵循教育性原则、相关性原则、兴趣性原则和适当性原则，并采用随机切入教学、科技材料阅读、试题情景创设、研究性学习等方式，恰到好处地把科技前沿素材融入科学课程的教学之中。

关键词：科技前沿素材；科学课程；科学教学； 渗透

当今社会迅猛发展，新的科技成果层出不穷。科技成果的正确应用推动社会的进步，而它们的滥用又可能会给人类带来负面影响，甚至造成灾难性的后果。作为未来的合格公民，中学生有必要了解和学习一些必须的科技前沿知识。科学课程要担负现代科技教育的使命，要在内容的选择上“反映当代的科学成果，应当让学生了解一些他们能够接受的现代科学技术知识，了解现代科学技术对建设新农村、新城镇和改善人们物质与精神生活的作用”。科技前沿素材在科学课程的教学中的渗透有助于加深学生对科学、技术与社会关系的理解。另一方面，科技前沿素材的合理渗透能使科学课程的教学充满现代化的气息，能有效激发学生的学习兴趣和探究事物的动力，有助于培养学生探究能力和创新能力。但是由于教材编写及使用的周期较长，科学教材上的现代科技内容往往滞后于当今科技的发展。因此，如何在科学课程的教学中，根据教学目的、教学内容和学生的实际，选择、组织和融合最新的科技前沿素材，毫无疑义是一个重要的研究课题。

一、科学课程中的科技前沿素材

科技前沿一般是指20世纪中叶以来，科学与技术的一些重大突破和高速发展的新领域，它们还在不断拓展、萌发交叉边缘的新的学科和新的技术。其中，科学前沿一般是指在以相对论、量子论、DNA双螺旋结构和板块学说为标志的研究推动下，人们对自然界探究的前端领域；技术前沿主要是在以信息技术、现代生物技术、新材料技术、新能源技术、航天技术等前端领域。

初中科学课程的科技前沿素材是指初中科学课程涉及物质科学、生命科学、地球、宇宙和空间科学三大领域中的前沿性课题有关的内容。现行初中科学课程所涉及的科技前沿主要

①包括环境与资源、现代农业与基因工程、通信与交通、材料和空间技术五个领域。教科书对这些课题的内容呈现或是缺失，或是不全，或是落伍，需要教师从期刊、网络、电视等载体摄取、筛选、加工、提炼。然后根据教学目的、教学内容、学生实际，把科技前沿素材渗透到科学课程的教学之中。

二、科学课程教学中渗透科技前沿素材的原则

科学课程的教学渗透科技前沿素材，要综合考虑科学课程目标、课程内容、学生实际等因素，需要遵循教育性原则、相关性原则、兴趣性原则和适当性原则。

1．教育性原则

所谓教育性原则是指在筛选和运用科技前沿素材时，要考虑其对学生发展的教育作用。科技前沿不仅有科学知识、科学方法、科学思想和科学精神的因素，同时也蕴含着丰富人文思想和人文精神。在科技前沿研究中，研究人员表现出勤奋、好学、意志、毅力、严瑾、求实、谦虚、谨慎、协作、团结等美德，并科学研究中表现出追求完美的态度和精神。正是这种态度和精神，使他们在科学实践中沿着崎岖的山路不断向上攀登，并取得光辉的成就。在科学教学中要充分利用这些素材让学生体验并学习这种追求完美的态度与精神。又如科学、技术与社会的关系是科学课程标准规定的内容，在教学时可以引入最新有关“海洋酸化”的素材：联合国教科文组织2008年10月发布公报：目前海洋每年吸收的温室气体都在80亿吨左右，这对于减缓气候变暖起到了重要的作用。但由于吸收了过多的二氧化碳，海洋正在以前所未有的速度酸化。但海洋酸性增加，会影响珊瑚、贝类等多种海洋生物的生存，对海洋生态系统造成极大破坏。这一现象已经威胁到了海洋生态系统和几千万人的生计。让学生意识到减少二氧化碳的排放量对环境的重要意义。又如爱国主义是每个公民都应具有的基本素质，也是一个国家得以生存和富强的精神力量。有些科技前沿素材蕴涵有爱国主义教育的内容，教师应很好的利用这些素材，对学生进行爱国主义教育。如在科学教学介绍我国航空航天技术的高速发展，既能激发学生学习的科学兴趣和热情，又能培养学生爱国主义的情操。

2．相关性原则

所谓相关性原则是指要根据科学课程标准、科学教科书的要求以及提高初中学生科学素养的相关程度来筛选和运用科技前沿素材。例如在初中科学课程中有发电机和发电机原理的教学内容，并介绍纳米的概念。而在2008年美国佐治亚理工学院教授王中林等人成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，研制出世界上最小的发电机——纳米纤维发电机。它的工作原理：把纳米纤维织成布料穿在身上，可以利用人体运动来发电，目前可以应用于一些个人便携式电子设备。因此，可以将纳米发电机的素材引用到科学教学之中。又如科学课程内容有“人类对月球与行星的探测”“关注我国航天事业的成就”的内容，教师可以通过视频展示人类对月球的探测历程及我国人造卫星的发展历程，并介绍我国神州七号飞船太空漫步入选时代周刊2008年十大科学发现，让学生了解我国航天事业的辉煌成就，也可以让学生了解宇航员的生活，尝试设计在人造卫星上做科学探究方案。这样做在与课程和教科书内容相关的前提下，让学生适度进行了扩展性的学习，更重要的是让学生感受科学的神奇和奥秘。

3．兴趣性原则

所谓兴趣性原则是指注重筛选学生感兴趣的科技素材渗透于教学。兴趣是一种带有情绪色彩的认识倾向，以认识和探索某种事物的需要为基础，推动人们去认识事物最活跃的因素。例如，癌症是初中科学课程标准要求学生了解的一种疾病，近年来癌症发病越来越趋于年轻化，而且死亡率高，很多学生对癌症的危害都有一定的认识，对有效治疗癌症的药物和方法有强烈的企盼。教学中可以引用《环球科学》2006年十大科学新闻之一：美国食品和药物管理局批准一种癌症疫苗“加德西”在美国上市，这是人类研制成功的第一种癌症疫苗。这种疫苗适用于女性的宫颈癌的防治。宫颈癌疫苗面市，是人类在癌症防治方面取得的一个重大进步。而其他癌症疫苗的研制还需要人类的不懈的努力和探究。又如对除地球之外其他星球生命的探究是学生感兴趣的话题，教学可以引用时代周刊2008年十大科学发现之一：美国凤凰探测器在火星北极着陆寻找生命的征兆的例子。2008年5月，美国宇航局的“凤凰”号探测器着陆火星北极，开始挖掘、取样和分析它周围的环境，找到火星曾经是一个有水的星球，可能有着丰富生物体的证据。教师通过图片和视频的展示，非常容易引起学生的兴趣，这一素材的使用能激发学生对探索宇宙的热情，促进学生进一步关注航天科技领域的新进展。

4．适当性原则

所谓适当性原则是指科技前沿素材的筛选和运用要适当，使所选的素材既能很好地服务于教学又适合学生的认知水平。因此，在科学课程教学中渗透科技前沿素材，首先应选择适当的切入点，以有助于学生对素材中相关科学内容的理解；其次要对科技前沿素材进行适当地处理，使其难易度处于初中学生“最近发展区”。如在学习遗传病相关内容时引入“人类第一号染色体基因测序完毕”的新闻，根据需要在引入该素材时言简意赅地介绍以下三方面：①科学家确定了第一号染色体中的3141个基因，它可以说明基因是染色体上具有遗传信息的片段；②科学家认为这些基因的缺陷与350种疾病有关，它可以说明遗传病是由于遗传物质的改变而引起的；③第一号染色体的基因测序图为美国、英国、日本、法国、德国、②中国等国家的科学家共同努力16年的结晶，它可以说明科学研究需要合作精神，顽强的意志等。又如在能量单元教学时，可以简明地引入一种可以利用海水起伏产生的波浪来发电的独特装置。这种装置由英国的科学家发明，可以收集海洋水下波浪的脉冲能量用以发电。试验表明，每个装置最多可以产生一兆瓦的电能，足以满足数百个家庭的日常电能需要。这种装置比其他波浪发电装置重量更轻、构造更简单、建造和维修成本更低，并且远低于近海风力发电的成本。而对于其装置构造的细节及一些隐晦的术语或与教学目标无关的内容则可以省去。

三、科学课程教学渗透科技前沿素材的方式 1．随机切入教学:渗透科技前沿

初中科学教学中应用科技前沿素材的重要方式是随机切入式的教学。这里的随机不是随意,而是根据教学内容和实际捕捉适当的时机,采用简洁、生动的口头语言、文字语言、图像、视频等手段向学生介绍与课堂教学内容相关的科技领域的新发现和新进展。例如，在《指南针为什么能指方向》的教学进，让学生通过“一个条形磁铁摔成两半后是否还存在两极”问题的讨论，引申到“一根磁体分成两半是有两极的，如果无限细分，还有两极吗”的问题，也就是“磁单极子是否存在”的问题。许多科学家坚信它的存在，还继续在努力寻找着它。今天我们说任何磁体都有两极，但假如哪一天真发现了磁单极子了，我们应该修改今天的结论„„又如在光的传播的教学时，在适当时机引入时代周刊2008年十大科学发现之一：加利福尼亚大学伯克莱分校的研究人员设计出一种能控制光线运行方向的材料，它能改变可见光的运行方向，从而达到把物体隐藏起来的目的。长期存在于科幻小说中的隐形装置已经距离变成现实越来越近。在这项重大突破下，实现飞机、坦克和船只等大型物体隐形的梦想，将在几年内实现。

随机切入式的教学引入科技前沿素材，必须为课堂教学目标服务，要求科技前沿素材所反应的内容与课堂教学内容有了一种自然的联系；其次科技前沿素材的引入要以不增加学生的学习难度，科学前沿不能有新知识的要求；另外教师要将科技前沿素材用通俗化的语言进行表达，尽量不要涉及学生没有接触过的学科专业术语。最后要要从学生的疑问出发很自然地融入科学前沿的素材，使前沿内容的切入自然，并且能引发学生对前沿内容的兴趣与好奇。

2．科技材料阅读：了解科技前沿

在科学教学介绍科技前沿知识的重要方式之一是科技材料的阅读。例如在学习“材料”这一章知识的同时，可以提供“纳米材料的应用”、“记忆合金”等材料供学生阅读；在学习传染病和抗传染免疫相关内容时，可以提供“爱滋病的预防和治疗”、“乙肝治疗的新突破”等供学生阅读；在学习遗传病相关内容时，提供“人类基因工程”、“DNA制动器的发明”等供学生阅读。

教师应当有计划有层次地对学生提出阅读科技材料的要求并进行指导。首先，要根据教学要求，教师提出一些思考题，让学生在适当的时候进行阅读，有的可以课内阅读，有的可以课外阅读。阅读材料一般应当选择与教学内容相关的科技领域的最新发现和最新进展。另外，要根据学生的特点有层次地提出不同的阅读要求。可以增大阅读材料的选择性，由学生根据自己的喜好选择是否哪些阅读，也可以由学生自我决定阅读要求达到的目标，如要不要提出阅读后的问题，要不要谈读书体会，要不要写读书笔记，都要看初中生的实际水平和能力。此外教师应当选择一些时机，在学生阅读材料后，对学生阅读进行适当的点评与提炼，以升华阅读科技材料的效果。

3．试题情景创设：融合科技前沿

试题情境的创设要融合科技前沿，是指试题的编制及教学要摒弃传统的试题过分强调知识的记忆和解题的技巧，而忽略试题本身的科技背景特别是现代科技背景的做法，而要把科技前沿作为试题的情景。试题的教学功能除了要巩固相应的基本知识和提高相应的能力以外，还应让学生体会到科技发展的时代感，体会到现代科技的研究和发展过程和采用的方法，并让学生陶冶现代科技的情操和价值观。

试题例1：2005年诺贝尔化学奖的成果与一种新的化学合成方法有关。这种新的合成方法更简单也更快捷，产生的副产品和有害废物更少，原子利用率更高，是“绿色化学”的典范。你认为在烧制生石灰、湿法炼铜、制氢氧化铜、用纯碱制碳酸氢钠的反应中，符合以上“绿色化学”概念的反应是哪个？

试题例2： “嫦娥一号”是我国自主研制、成功发射的第一个月球探测器。“嫦娥一号”的发射过程包括火箭发射、入轨、变轨、奔月、绕月等过程。

(1)“嫦娥一号”运载火箭的部分动力由液氢和液氧反应提供，该反应中，液氢的燃烧产物是

(2)“嫦娥一号”实现变轨需要加速。“嫦娥一号”收到地面工作人员发出的指令，发动机点火工作，喷射高温燃气实现加速。此时，“嫦娥一号”所获得的作用力方向与其运动方向(选填“相同”或“相反”)(3)“嫦娥一号”的任务之一是估算月壤中氦-3的含量。每百吨氦-3核聚变所释放的能量相当于目前人类一年消耗的能量。氦一3原子的质子数是2，中子数是1，其核外电子数是

这类试题以科技的新进展为试题背景，以学科的知识为试题的落脚点，试题的情景有时代气息，能激起学生的兴奋感。学生对这类问题的解决，有利于培养自己学科学、爱科学的情感，激发学习科学的热情和兴趣,培养对科学问题的应用意识。

4．研究性学习：探究科技前沿

在研究性学习中融入科技前沿的探究，是指学生在教师指导下，从现代科技前沿中选择和确定相关专题，并对专题进行研究，在研究的过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题。对科技前沿的问题开展研究性学习，要让学生自主地选择力所能及的科技前沿的课题和研究方法，并进行相对独立的研究活动。例如可以引导学生针对学校附近社区的噪音污染、光污染、热污染、电磁污染等，让他们提炼出研究性学习的课题，进行研究的设计和方案的制定，搜集相关资料，或进行调查或进行实验，进行有关科学污染的成因的推理，并提出防治的对策。

四、科学课程教学渗透科技前沿素材的若干思考

第一，教师应当不断学习，充实科技前沿的知识。科技前沿素材在教学中成功应用的关键在于教师。科学技术知识日新月异，这就要求教师时时关注科技前沿，不断学习和不断地充实科技前沿的知识；同时又要根据教学内容的实际和学生的实际，对科技前沿素材进行教育性的提炼和加工，挖掘其中的知识与技能、过程与方法以及情感、态度、价值观的教育因素。

第二，要把握教学中渗透科技前沿素材的切入点。科技前沿素材渗透于科学教学必须寻找到一个合适的切入点，使素材真正地为教学服务，发挥科技前沿素材的教育功能。教学中选择科技前沿素材切入点既是教学经验的积淀，也是一种教学智慧的体现。在教学中科技前沿素材要考虑教学内容的实际和学生的实际。例如关于“人类基因组计划”的素材，如果在教学基因的相关概念后切入，则能有助于学生对基因的认识，对基因决定生物性状有更深刻的理解；如果在遗传病与基因的关系教学后切入，则可以让学生了解人类基因组计划的重大意义。

第三，要使科技前沿内容浅显化。由于许多科技前沿的原理比较深奥，技术比较复杂，要将它们引入课堂教学，就要根据学生的学习水平，对这些素材进行通俗化和浅显化的再加工过程。一方面要注意选择科技前沿素材难易程度与教材内容相吻合；另一方面，要根据教学实际，用通俗、生动的语言呈现科技前沿素材，省略或简化那些无关的抽象深奥的内容；同时，在科技前沿素材的呈现方式上则需要尽量的多样化，可以结合文字、图片、视频、声

③ 音等多种媒体进行展现。

The teaching discuion of science curriculum seeps front of science and technology material

Abstract: The technical front refers to the modern science and technology of high –tech domain ,expanding the cro-cutting and the marginal ares of science and technology.Courses in science teaching seep materials science and technology should be considered science curriculum goals, course content, practical factors on students, follow the educational principles, the principles of relevance , interest of the principles and the principle of appropriate.And random into the teaching, scientific and reading technological material, the creation of test scenarios and research study etc., put the forefront of materials science and technology into the teaching of science courses right.Key word: forefront of material science and technology;

Science curriculum;Science teaching;Seep

参考文献

①②教育部.全日制义务教育科学课程标准[M].北京:北京师范大学出版社,2003：4 两院院士评选出2006年中国和世界十大科技进展http://news.xinhuanet.com/tech/2007-01/21/content_5632373.htm ③刘德成,于永建.高考物理与科技前沿素材相结合的物理试题新编[J].物理教学探讨, 2007,(10): 24-26

作者介绍：施建岳 男，浙江师范大学数理与信息学院，主要研究科学课程与教学；

联系电话： 电子信箱:sjy_byzx@163.com 朱铁成，男，浙江师范大学教师教育学院，教授，主要研究科学教育研究 联系电话： 电子信箱：tczhu@163.com