高小飛 張金芳

(甘肅省慶陽市鎮(zhèn)原縣第二中學(xué) 甘肅 慶陽 744500)

引言

天體物理所包含的內(nèi)容十分廣泛，同時(shí)也十分需要想象力。其實(shí)對(duì)于每一個(gè)孩子來說，天體物理的內(nèi)容都是十分具有吸引力的，無論是頭頂?shù)奶炜者€是腳下的地球，都是天體物理的研究對(duì)象。在高中階段，學(xué)生們常常認(rèn)為物理學(xué)科是枯燥且困難的，但是如果能夠運(yùn)用好天體物理的教學(xué)內(nèi)容，我們不僅可以激發(fā)學(xué)生的興趣，更可以通過天體物理的教學(xué)回溯之前的物理基礎(chǔ)理論教學(xué)，讓學(xué)生能夠?qū)ξ锢碛腥碌恼J(rèn)知，并且更好的利用物理學(xué)的知識(shí)去解釋自然中的現(xiàn)象。

1.天體物理教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1 天體物理教學(xué)被框定在物理的框架中。高中階段物理學(xué)一直以來被認(rèn)為是比較難學(xué)的學(xué)科，在學(xué)習(xí)過程當(dāng)中，物理學(xué)的知識(shí)不容易懂，在考試中的得分率也比較低，因此很多學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中會(huì)產(chǎn)生畏難的情緒。近年來我們提倡將教學(xué)與生活經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來，廣泛的結(jié)合社會(huì)中的各方面信息融入課堂教學(xué)，讓學(xué)生能夠?qū)⒄n堂理論知識(shí)與實(shí)際生活結(jié)合。其實(shí)物理學(xué)的這方面具有先天的優(yōu)勢(shì)。學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)的過程中覺得物理過于枯燥，是因?yàn)樵诟咧须A段，我們教學(xué)的內(nèi)容大多關(guān)于物理學(xué)的基礎(chǔ)理論，而這些基礎(chǔ)理論所能延伸出的內(nèi)容是十分豐富的，事實(shí)上在學(xué)生度過高中階段，進(jìn)入大學(xué)以后會(huì)發(fā)現(xiàn)很多工科理科的學(xué)科內(nèi)容都是由物理學(xué)的基礎(chǔ)理論延伸出來的。這就意味著其實(shí)物理學(xué)能夠?qū)τ趯?shí)際生活有著很強(qiáng)的指導(dǎo)。但是在今天我們的教學(xué)當(dāng)中，對(duì)物理學(xué)的教學(xué)拓展不夠。尤其在天體物理這方面的教學(xué)當(dāng)中。由于天體物理的內(nèi)容屬于高中課本中的選修，因此這方面的教學(xué)是近些年才被逐漸重視起來的。由于這種原因，在教學(xué)過程當(dāng)中。我們關(guān)于物理傳統(tǒng)教學(xué)的痕跡還是非常明顯。在很多時(shí)候，教師主要的教學(xué)內(nèi)容仍然是遵循著課本的脈絡(luò)來進(jìn)行的，而大部分的教學(xué)時(shí)間也只是對(duì)于課本中的基礎(chǔ)理論進(jìn)行解釋。但其實(shí)天體物理已經(jīng)是物理基礎(chǔ)知識(shí)一種延伸的分支，在實(shí)際研究過程當(dāng)中，天體物理會(huì)與氣象，地理天文等各方面的知識(shí)有交叉。如果僅僅是局限在物理學(xué)的學(xué)科教學(xué)范疇之內(nèi)，學(xué)生獲得的信息是非常少的。

1.2 學(xué)生對(duì)天體物理的學(xué)習(xí)主動(dòng)性很強(qiáng)。在實(shí)際的教學(xué)過程當(dāng)中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象，很多學(xué)生對(duì)于一些教師不太重點(diǎn)講解的內(nèi)容會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的興趣，尤其在天體物理這部分當(dāng)中。在以往，天體物理的教材屬于選修內(nèi)容，因此有些時(shí)候甚至不會(huì)在課上進(jìn)行講解。但是我們卻可以發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生在自習(xí)的時(shí)候，卻喜歡主動(dòng)去翻閱這方面的內(nèi)容。在開始對(duì)天體物理進(jìn)行教學(xué)以后，也會(huì)發(fā)現(xiàn)有一些學(xué)生在課下常常喜歡自己去查閱相關(guān)的內(nèi)容。這種主動(dòng)的行為，在我們的基礎(chǔ)理論教學(xué)當(dāng)中是幾乎沒有的?？梢钥闯鰧W(xué)生對(duì)這方面的內(nèi)容其實(shí)非常感興趣。有賴于當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達(dá)，很多學(xué)生甚至?xí)诮滩奶峁┑姆较蚧A(chǔ)之上進(jìn)行非常深入的探究。在日常學(xué)生的聊天當(dāng)中可以了解到，有些學(xué)生已經(jīng)對(duì)于非常前沿的問題有了密切的關(guān)注。

事實(shí)上，天體物理也是當(dāng)前物理應(yīng)用方向研究的熱點(diǎn)，在2019年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)就將獎(jiǎng)項(xiàng)頒給了發(fā)現(xiàn)地外行星探測(cè)方法的科學(xué)家。這意味著人類從未停止對(duì)于地外文明和宇宙奧秘的探索，而學(xué)生正處于青春發(fā)育的巔峰階段，這種好奇心和探索的精神也正處于最旺盛的時(shí)期，因此在這個(gè)階段展現(xiàn)出對(duì)于天體物理的濃厚興趣也是可以理解的。如果在這時(shí)期可以對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行引導(dǎo)，利用好這種主動(dòng)性的特征，那么不僅對(duì)于天體物理的教學(xué)十分有利，對(duì)于整個(gè)物理學(xué)科學(xué)習(xí)質(zhì)量的提升都會(huì)有很大的幫助。

1.3 缺少多元化的教學(xué)技術(shù)。在物理學(xué)科的教學(xué)當(dāng)中，一提到實(shí)踐教學(xué)，我們就想到做實(shí)驗(yàn)，但是關(guān)于天體物理的教學(xué)，我們卻沒有辦法將實(shí)物搬到課堂中來。因此在過去很多教師在天體物理教學(xué)當(dāng)中幾乎沒有使用過實(shí)驗(yàn)。這顯然是一種重大的誤解，因?yàn)樘祗w物理的教學(xué)過程當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)以及運(yùn)動(dòng)模型的構(gòu)建是非常重要的，同時(shí)隨著今天科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們也有了更多呈現(xiàn)物理學(xué)現(xiàn)象的方法。如果持續(xù)的以單一的理論教學(xué)方式來展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，那么學(xué)生對(duì)于天體物理的興趣遲早會(huì)消耗殆盡。在這樣的情況下，我們需要更多元化的教學(xué)技術(shù)和教學(xué)手段，進(jìn)入到天體物理的課堂教學(xué)當(dāng)中。同時(shí)也要注意到如今的高中生所處的年代，已經(jīng)與過去的年代有很大的差異，我們必須要尊重學(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣，順應(yīng)學(xué)生的信息接收方式，為學(xué)生創(chuàng)造更適合于他們的學(xué)習(xí)環(huán)境和內(nèi)容。

2.基于興趣的天體物理學(xué)教學(xué)策略

2.1 利用前沿知識(shí)信息對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行拓展。本文中所討論的關(guān)于天體物理的教學(xué)內(nèi)容，仍然要遵循基本的教材內(nèi)容框架，因此所有的教學(xué)必須以教材為出發(fā)點(diǎn)。從這個(gè)角度來說，首先要來看一下整個(gè)高中階段的物理教材當(dāng)中與天體物理有關(guān)的內(nèi)容都有哪些。

首先關(guān)于天體物理的內(nèi)容并不完全存在于選修教材中，其實(shí)在必修教材里也有相關(guān)的內(nèi)容，比如說必修一的總引言部分就與天體物理有很深的聯(lián)系，這其中介紹了物理學(xué)以及物理學(xué)的思維與觀念。其實(shí)如果學(xué)生細(xì)細(xì)體會(huì)這其中的內(nèi)容，就可以發(fā)現(xiàn)物理研究的現(xiàn)象不僅存在于地球上，還包括整個(gè)宇宙空間。除此之外，在必修一的2.6伽利略對(duì)自由落體的研究，3.1重力相互作用，4.4牛頓第二定律等內(nèi)容當(dāng)中，都包含了天體物理學(xué)的基礎(chǔ)理論內(nèi)容。在必修2的第6章專門設(shè)立了萬有引力與航天的內(nèi)容，這其中非常細(xì)致和直接的講解了行星的運(yùn)動(dòng)，太陽與行星之間的引力，萬有引力定律，萬有引力理論的成就，宇宙航行以及經(jīng)典力學(xué)的局限性等內(nèi)容。這些放在必修教材中的內(nèi)容，都是非常宏觀的理論框架。而到了選修教材當(dāng)中，關(guān)于天體物理的內(nèi)容就變得具體而直接。比如說在選修3-2當(dāng)中第6章專門講解了傳感器，其中還介紹了勇氣號(hào)在火星著陸的事件。在其他的選修教材當(dāng)中，還介紹了包括氣體熱現(xiàn)象的微觀意義，電磁波譜，廣義相對(duì)論的內(nèi)容，以及反沖運(yùn)動(dòng)，粒子與宇宙等方面的內(nèi)容。這些內(nèi)容看起來已經(jīng)比較全面，但是在時(shí)效性和外延上還是有所欠缺。

比如說在介紹傳感器的內(nèi)容當(dāng)中講解了勇氣號(hào)在火星著陸的事件，這件事情發(fā)生在2004年，已經(jīng)是一個(gè)非常老的天體物理學(xué)界信息，在后來無論是美國(guó)還是中國(guó)，都發(fā)射了更多的航天飛行器，有些是衛(wèi)星，有些是宇宙空間站，有一些是探索用的宇宙飛船。當(dāng)我們講到勇氣后，這部分的內(nèi)容時(shí)可以為學(xué)生拓展當(dāng)前天體物理探究的最新進(jìn)展，將這些重大的事件放在教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中。除了讓學(xué)生了解時(shí)代中的重大事件以外，也可以根據(jù)時(shí)代中的重大事件進(jìn)一步講解教材中的主要內(nèi)容，比如說近年來在宇宙航天器材中所使用的傳感器有著怎樣的進(jìn)步，增添了哪些新的功能，這些功能的理論依據(jù)又是什么，等等。這樣我們就將學(xué)生的視野從教材之內(nèi)拓展到了教材之外。學(xué)生心中的天體物理學(xué)習(xí)就不再是一個(gè)封閉的環(huán)境，而是一個(gè)有著無限外延，值得進(jìn)一步去探索的內(nèi)容。

2.2 與學(xué)生的興趣點(diǎn)結(jié)合。不可否認(rèn)的是，學(xué)生對(duì)于天體物理學(xué)的內(nèi)容感興趣，很大程度上是源自于現(xiàn)代影視藝術(shù)和文學(xué)作品的渲染。

很多科幻片當(dāng)中會(huì)展示星際旅行和外太空探索的內(nèi)容，這些內(nèi)容非常的新奇，畫面也很震撼，所呈現(xiàn)出的各種物理現(xiàn)象又十分有趣。而如今的高中生成長(zhǎng)于影音信息多元化發(fā)展的時(shí)代，對(duì)于這種信息的獲取十分習(xí)慣同時(shí)獲取的來源也非常豐富。其實(shí)我們不用避諱這些信息的內(nèi)容，而是應(yīng)該進(jìn)一步的去了解學(xué)生感興趣的這些信息內(nèi)容，并且以這些內(nèi)容為契機(jī)切入我們的教學(xué)。

比如說很多科幻電影當(dāng)中都會(huì)提到宇宙粒子的概念。有些時(shí)候這些宇宙粒子是一種攻擊的武器，有些時(shí)候這種宇宙粒子是主角穿越的契機(jī)，而有些時(shí)候宇宙粒子的出現(xiàn)是英雄變異的條件。我們可以在課程開始的時(shí)候，為學(xué)生剪輯各種科幻作品中出現(xiàn)過的關(guān)于宇宙粒子的描述。通過這種方式勾起學(xué)生對(duì)于宇宙粒子這個(gè)概念的回憶和興趣，然后進(jìn)入正式的課程內(nèi)容講解。在講解過程當(dāng)中也要深入的結(jié)合學(xué)生感興趣的科幻作品，比如說科幻作品中常常會(huì)提到以太粒子，那么我們可以利用科學(xué)的物理學(xué)解釋為學(xué)生證明，以太粒子是否存在。通過這種方式，學(xué)生會(huì)對(duì)物理學(xué)的內(nèi)容有更深的興趣，這不僅會(huì)涉及到天體物理學(xué)的教學(xué)，更會(huì)讓學(xué)生進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)物理學(xué)的基礎(chǔ)理論，對(duì)于自己感興趣的內(nèi)容影響之深都產(chǎn)生更加濃厚的興趣。

2.3 嘗試?yán)枚嘣募夹g(shù)手段。天體物理的教學(xué)需要有更為直觀的場(chǎng)景。在今天我們可以根據(jù)學(xué)校的具體條件，來靈活的調(diào)整我們的教學(xué)手段和教學(xué)技術(shù)。

比如說在必修2的萬有引力與航天這一章的教學(xué)當(dāng)中。其中一開始介紹了行星的運(yùn)動(dòng)以及太陽與行星之間的引力的內(nèi)容。在這部分的教學(xué)當(dāng)中，常規(guī)的操作是為學(xué)生進(jìn)行幻燈片演示，結(jié)合教師講解理論知識(shí)。但如果我們的條件允許，也可以為學(xué)生提供VR設(shè)備，讓學(xué)生通過VR眼鏡來更加真切的感受到太陽系中行星之間的運(yùn)動(dòng)方式以及太陽對(duì)于行星的引力。如果我們的教學(xué)時(shí)間足夠，學(xué)生又有很強(qiáng)的動(dòng)手能力，還可以通過磁石和電磁線圈來制作一個(gè)太陽系行星分布圖，簡(jiǎn)單的構(gòu)建一個(gè)八大行星，圍繞太陽旋轉(zhuǎn)并自轉(zhuǎn)的模型。

通過這種多元化的教學(xué)方式，我們能夠?qū)⒔虒W(xué)內(nèi)容以更加直觀和更適合于學(xué)生的方法呈現(xiàn)出來，從而讓學(xué)生在教學(xué)中感受到更多的樂趣，也能夠更加直接的去理解知識(shí)。

綜上所述，在今天的高中天體物理教學(xué)當(dāng)中，我們應(yīng)該尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，并且找到符合學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)的教學(xué)方法。這其中教師必須要真正深入的了解天體物理的最新信息，探究學(xué)生的興趣，并且將更多元的教學(xué)手段融入在今天的教學(xué)中，讓學(xué)生擁有更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，真正通過興趣激發(fā)學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)熱情。