基于興趣的高中物理天體教學探究

高小飛 張金芳

(甘肅省慶陽市鎮原縣第二中學 甘肅 慶陽 744500)

引言

天體物理所包含的內容十分廣泛，同時也十分需要想象力。其實對于每一個孩子來說，天體物理的內容都是十分具有吸引力的，無論是頭頂的天空還是腳下的地球，都是天體物理的研究對象。在高中階段，學生們常常認為物理學科是枯燥且困難的，但是如果能夠運用好天體物理的教學內容，我們不僅可以激發學生的興趣，更可以通過天體物理的教學回溯之前的物理基礎理論教學，讓學生能夠對物理有全新的認知，并且更好的利用物理學的知識去解釋自然中的現象。

1.天體物理教學的現狀

1.1 天體物理教學被框定在物理的框架中。高中階段物理學一直以來被認為是比較難學的學科，在學習過程當中，物理學的知識不容易懂，在考試中的得分率也比較低，因此很多學生在學習物理的過程中會產生畏難的情緒。近年來我們提倡將教學與生活經驗聯系起來，廣泛的結合社會中的各方面信息融入課堂教學，讓學生能夠將課堂理論知識與實際生活結合。其實物理學的這方面具有先天的優勢。學生在平時學習的過程中覺得物理過于枯燥，是因為在高中階段，我們教學的內容大多關于物理學的基礎理論，而這些基礎理論所能延伸出的內容是十分豐富的，事實上在學生度過高中階段，進入大學以后會發現很多工科理科的學科內容都是由物理學的基礎理論延伸出來的。這就意味著其實物理學能夠對于實際生活有著很強的指導。但是在今天我們的教學當中，對物理學的教學拓展不夠。尤其在天體物理這方面的教學當中。由于天體物理的內容屬于高中課本中的選修，因此這方面的教學是近些年才被逐漸重視起來的。由于這種原因，在教學過程當中。我們關于物理傳統教學的痕跡還是非常明顯。在很多時候，教師主要的教學內容仍然是遵循著課本的脈絡來進行的，而大部分的教學時間也只是對于課本中的基礎理論進行解釋。但其實天體物理已經是物理基礎知識一種延伸的分支，在實際研究過程當中，天體物理會與氣象，地理天文等各方面的知識有交叉。如果僅僅是局限在物理學的學科教學范疇之內，學生獲得的信息是非常少的。

1.2 學生對天體物理的學習主動性很強。在實際的教學過程當中，我們會發現這樣一種現象，很多學生對于一些教師不太重點講解的內容會產生強烈的興趣，尤其在天體物理這部分當中。在以往，天體物理的教材屬于選修內容，因此有些時候甚至不會在課上進行講解。但是我們卻可以發現，很多學生在自習的時候，卻喜歡主動去翻閱這方面的內容。在開始對天體物理進行教學以后，也會發現有一些學生在課下常常喜歡自己去查閱相關的內容。這種主動的行為，在我們的基礎理論教學當中是幾乎沒有的。可以看出學生對這方面的內容其實非常感興趣。有賴于當今網絡的發達，很多學生甚至會在教材提供的方向基礎之上進行非常深入的探究。在日常學生的聊天當中可以了解到，有些學生已經對于非常前沿的問題有了密切的關注。

事實上，天體物理也是當前物理應用方向研究的熱點，在2019年，諾貝爾物理學獎就將獎項頒給了發現地外行星探測方法的科學家。這意味著人類從未停止對于地外文明和宇宙奧秘的探索，而學生正處于青春發育的巔峰階段，這種好奇心和探索的精神也正處于最旺盛的時期，因此在這個階段展現出對于天體物理的濃厚興趣也是可以理解的。如果在這時期可以對學生的學習行為進行引導，利用好這種主動性的特征，那么不僅對于天體物理的教學十分有利，對于整個物理學科學習質量的提升都會有很大的幫助。

1.3 缺少多元化的教學技術。在物理學科的教學當中，一提到實踐教學，我們就想到做實驗，但是關于天體物理的教學，我們卻沒有辦法將實物搬到課堂中來。因此在過去很多教師在天體物理教學當中幾乎沒有使用過實驗。這顯然是一種重大的誤解，因為天體物理的教學過程當中，實驗以及運動模型的構建是非常重要的，同時隨著今天科學技術的發展，我們也有了更多呈現物理學現象的方法。如果持續的以單一的理論教學方式來展現教學內容，那么學生對于天體物理的興趣遲早會消耗殆盡。在這樣的情況下，我們需要更多元化的教學技術和教學手段，進入到天體物理的課堂教學當中。同時也要注意到如今的高中生所處的年代，已經與過去的年代有很大的差異，我們必須要尊重學生的認知習慣，順應學生的信息接收方式，為學生創造更適合于他們的學習環境和內容。

2.基于興趣的天體物理學教學策略

2.1 利用前沿知識信息對教材內容進行拓展。本文中所討論的關于天體物理的教學內容，仍然要遵循基本的教材內容框架，因此所有的教學必須以教材為出發點。從這個角度來說，首先要來看一下整個高中階段的物理教材當中與天體物理有關的內容都有哪些。

首先關于天體物理的內容并不完全存在于選修教材中，其實在必修教材里也有相關的內容，比如說必修一的總引言部分就與天體物理有很深的聯系，這其中介紹了物理學以及物理學的思維與觀念。其實如果學生細細體會這其中的內容，就可以發現物理研究的現象不僅存在于地球上，還包括整個宇宙空間。除此之外，在必修一的2.6伽利略對自由落體的研究，3.1重力相互作用，4.4牛頓第二定律等內容當中，都包含了天體物理學的基礎理論內容。在必修2的第6章專門設立了萬有引力與航天的內容，這其中非常細致和直接的講解了行星的運動，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，宇宙航行以及經典力學的局限性等內容。這些放在必修教材中的內容，都是非常宏觀的理論框架。而到了選修教材當中，關于天體物理的內容就變得具體而直接。比如說在選修3-2當中第6章專門講解了傳感器，其中還介紹了勇氣號在火星著陸的事件。在其他的選修教材當中，還介紹了包括氣體熱現象的微觀意義，電磁波譜，廣義相對論的內容，以及反沖運動，粒子與宇宙等方面的內容。這些內容看起來已經比較全面，但是在時效性和外延上還是有所欠缺。

比如說在介紹傳感器的內容當中講解了勇氣號在火星著陸的事件，這件事情發生在2004年，已經是一個非常老的天體物理學界信息，在后來無論是美國還是中國，都發射了更多的航天飛行器，有些是衛星，有些是宇宙空間站，有一些是探索用的宇宙飛船。當我們講到勇氣后，這部分的內容時可以為學生拓展當前天體物理探究的最新進展，將這些重大的事件放在教學內容當中。除了讓學生了解時代中的重大事件以外，也可以根據時代中的重大事件進一步講解教材中的主要內容，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步，增添了哪些新的功能，這些功能的理論依據又是什么，等等。這樣我們就將學生的視野從教材之內拓展到了教材之外。學生心中的天體物理學習就不再是一個封閉的環境，而是一個有著無限外延，值得進一步去探索的內容。

2.2 與學生的興趣點結合。不可否認的是，學生對于天體物理學的內容感興趣，很大程度上是源自于現代影視藝術和文學作品的渲染。

很多科幻片當中會展示星際旅行和外太空探索的內容，這些內容非常的新奇，畫面也很震撼，所呈現出的各種物理現象又十分有趣。而如今的高中生成長于影音信息多元化發展的時代，對于這種信息的獲取十分習慣同時獲取的來源也非常豐富。其實我們不用避諱這些信息的內容，而是應該進一步的去了解學生感興趣的這些信息內容，并且以這些內容為契機切入我們的教學。

比如說很多科幻電影當中都會提到宇宙粒子的概念。有些時候這些宇宙粒子是一種攻擊的武器，有些時候這種宇宙粒子是主角穿越的契機，而有些時候宇宙粒子的出現是英雄變異的條件。我們可以在課程開始的時候，為學生剪輯各種科幻作品中出現過的關于宇宙粒子的描述。通過這種方式勾起學生對于宇宙粒子這個概念的回憶和興趣，然后進入正式的課程內容講解。在講解過程當中也要深入的結合學生感興趣的科幻作品，比如說科幻作品中常常會提到以太粒子，那么我們可以利用科學的物理學解釋為學生證明，以太粒子是否存在。通過這種方式，學生會對物理學的內容有更深的興趣，這不僅會涉及到天體物理學的教學，更會讓學生進一步發現物理學的基礎理論，對于自己感興趣的內容影響之深都產生更加濃厚的興趣。

2.3 嘗試利用多元化的技術手段。天體物理的教學需要有更為直觀的場景。在今天我們可以根據學校的具體條件，來靈活的調整我們的教學手段和教學技術。

比如說在必修2的萬有引力與航天這一章的教學當中。其中一開始介紹了行星的運動以及太陽與行星之間的引力的內容。在這部分的教學當中，常規的操作是為學生進行幻燈片演示，結合教師講解理論知識。但如果我們的條件允許，也可以為學生提供VR設備，讓學生通過VR眼鏡來更加真切的感受到太陽系中行星之間的運動方式以及太陽對于行星的引力。如果我們的教學時間足夠，學生又有很強的動手能力，還可以通過磁石和電磁線圈來制作一個太陽系行星分布圖，簡單的構建一個八大行星，圍繞太陽旋轉并自轉的模型。

通過這種多元化的教學方式，我們能夠將教學內容以更加直觀和更適合于學生的方法呈現出來，從而讓學生在教學中感受到更多的樂趣，也能夠更加直接的去理解知識。

綜上所述，在今天的高中天體物理教學當中，我們應該尊重學生的認知規律，并且找到符合學生學習特點的教學方法。這其中教師必須要真正深入的了解天體物理的最新信息，探究學生的興趣，并且將更多元的教學手段融入在今天的教學中，讓學生擁有更好的學習體驗，真正通過興趣激發學生對物理的學習熱情。