現代物理知識滲透高中物理教學
——以引力波內容為例

周嘉豪 韋正航

(1.浙江省寧波科學中學 315336；2.浙江師范大學教師教育學院 321004)

高中物理教學階段學生主要以學習經典物理、構建經典物理體系為主.引力波相關內容作為現代物理的一部分具有物理理論抽象、數學推理繁瑣、實驗儀器結構復雜等特點，但同時又遵循現代物理的基本教學規律.本文將結合現代物理的基本教學規律，在高中物理階段嘗試以滲透的方式教學引力波.

一、從四個維度淺看滲透引力波的意義

1.從物理觀念上看

在新課標中我們已不難發現諸如“宇宙大爆炸理論模型”、“電子衍射實驗”、“引力波”等現代物理前沿的標簽.這些現代物理的觀念能讓學生更深刻地認識物理本質，對物質、運動與相互作用、能量有更準確的觀念.就拿“引力波”來說，它實際上是對“萬有引力”這個相互作用的升華，可以與“機械波”、“電磁波”這兩種波的物質、運動規律、能量等方面進行類比，幫助學生形成科學的世界觀.

2.從科學思維上看

在高中物理階段，學生會接觸到許多抽象的物理模型，如“質點”、“磁場”等.在此基礎上引導學生自主探究“引力場”、建立“引力波模型”，學生可根據現有知識合理推測引力波可能具有的一些性質.在此過程中，學生還能夠再一次體會到放大法、圖像法、逆向思維法等物理方法的運用.

3.從科學探究上看

縱觀引力波的發展史，數代科學家對引力波問題的深入探究，不但可以讓學生經歷引力波的科學探究過程，還能讓學生體會到科學家身上獨立思考、挑戰權威、敢于創新、堅忍不拔的科學精神，是進行物理科學探究認識的生動素材.

4.從科學態度與責任上看

在引力波相關內容的滲透過程中，一定會出現一些問題是教師無法解答的.這些問題可能是引力波理論本身遺留的問題，也可能是在研究引力波時又出現的新問題.教師雖然一時無法給學生解答，但能夠給學生指出未來引力波研究的方向和關鍵性的技術難題，讓其感受到物理學中還有許多問題亟待解決.如此潛移默化地培養了學生對物理學研究的興趣，能幫助學生樹立以科學探究為己任的正確的科學態度和責任意識.

二、剖析引力波內容嘗試滲透到物理課程

現有的高中物理課程包括必修課程、選擇性必修課程、選修課程、校本課程.在必修課程中，滲透引力波以培養學生對引力波天文學的好奇心與求知欲為主.到了選擇性必修課程，學生初具基本的分析問題能力，能運用所學知識分析物理現象.至于選修課程和校本課程，這兩種課程上課的內容彈性很大，上課的學生大多是對物理感興趣的.教師甚至可以專門開設一門引力波的課程，系統地介紹引力波的假設提出、產生與探測過程、應用價值等各個方面的內容，培養學生以探究引力波為己任的科學態度.根據這四種不同課程的性質和教學目標，以及引力波不同的內容特點，可以采取以下一種或多種滲透方式：

1.話題滲透：在物理課堂中涉及有關引力波的話題.在現有的知識體系中找到與引力波相關聯的“鑰匙”，打開引力波的“大門”，在課堂中主動建設引力波的情境，話題滲透對學生的物理水平要求不高，只要學生感興趣，可以在高中教學中的任何一節課滲透引力波的內容.

2.探究意識滲透：讓學生體驗引力波的探究過程，包括提出問題、作出假設、制定計劃、實施計劃、得出結論、表達和交流.在體驗科學探究過程中，讓學生感受到科學家們做研究時敢于創新，敢于向傳統挑的科研精神.這種滲透往往是通過與教材中的某些物理學家的探究過程類比，啟發學生如何將所熟悉的探究步驟應用到引力波的研究中，降低引力波內容的神秘感.

3.物理方法滲透：教師通過剖析引力波探究過程中運用到的物理方法(如：放大法、逆向思維法、圖象法、假設法等)，幫助學生模擬引力波探究的過程，從而鞏固常用的物理方法.物理方法的滲透首先需要學生掌握已學過的物理方法，再由教師將引力波探究過程進行簡化并提煉出其中用到的物理方法講授給學生聽.這個過程對學生和教師的要求都比較高.

4.知識滲透：教師結合實際的教學進度，在合適的時候向學生傳授引力波的知識.引力波知識屬于現代物理知識范疇，具有抽象性、復雜性等現代物理知識的特點.學生在學習時需要有足夠的物理基礎，不是一蹴而就的，需要多次、量少、反復地學習.

在必修階段有必要向學生科學地建立引力波的概念，但由于學生掌握的知識有限，教師無法過多地闡述原理性的知識.因此，采用一些科學性較強的視頻，以話題探討的形式刺激學生的好奇心，辨別社會上一些不正確的言論，并且能夠推動學生自主地向前求索答案.

綜上所述，本文主要闡述了將引力波的假設提出、產生、探測、應用價值及性質五個方面的內容通過話題滲

透、探究意識滲透、物理方法滲透、知識滲透四種不同的滲透方式滲透到高中物理必修課程、選擇性必修課程、選修課程、校本課程四種不同的課程中.其中主要的滲透關系歸納如圖1.

總之，將現代物理知識滲透到高中教學中還需要更多的教學創新、更為有效的評價方式、更具物理素養的教師、更多的課時以及更先進的教學設施，任重而道遠.本文只是以引力波為例做了一些嘗試性工作，給后面的研究者一些靈感，后續還需要廣大的物理教育研究者和物理教師們不斷探索.