信息技术与物理学科整合

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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。

7、 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23二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

8、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12二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23二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

9、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33二级主题固体、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,、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

10、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,2

11、009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Willard S. Boyle和George E. Smith,CCD（Charge-coupled Device）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

12、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,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,(1),(2),迈克耳逊干涉仪,“重要的物理

13、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

14、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

15、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

16、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：,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