现代物理知识渗透高中物理教学——以引力波内容为例

周嘉豪 韦正航

(1.浙江省宁波科学中学 315336；2.浙江师范大学教师教育学院 321004)

高中物理教学阶段学生主要以学习经典物理、构建经典物理体系为主.引力波相关内容作为现代物理的一部分具有物理理论抽象、数学推理繁琐、实验仪器结构复杂等特点，但同时又遵循现代物理的基本教学规律.本文将结合现代物理的基本教学规律，在高中物理阶段尝试以渗透的方式教学引力波.

一、从四个维度浅看渗透引力波的意义

1.从物理观念上看

在新课标中我们已不难发现诸如“宇宙大爆炸理论模型”、“电子衍射实验”、“引力波”等现代物理前沿的标签.这些现代物理的观念能让学生更深刻地认识物理本质，对物质、运动与相互作用、能量有更准确的观念.就拿“引力波”来说，它实际上是对“万有引力”这个相互作用的升华，可以与“机械波”、“电磁波”这两种波的物质、运动规律、能量等方面进行类比，帮助学生形成科学的世界观.

2.从科学思维上看

在高中物理阶段，学生会接触到许多抽象的物理模型，如“质点”、“磁场”等.在此基础上引导学生自主探究“引力场”、建立“引力波模型”，学生可根据现有知识合理推测引力波可能具有的一些性质.在此过程中，学生还能够再一次体会到放大法、图像法、逆向思维法等物理方法的运用.

3.从科学探究上看

纵观引力波的发展史，数代科学家对引力波问题的深入探究，不但可以让学生经历引力波的科学探究过程，还能让学生体会到科学家身上独立思考、挑战权威、敢于创新、坚忍不拔的科学精神，是进行物理科学探究认识的生动素材.

4.从科学态度与责任上看

在引力波相关内容的渗透过程中，一定会出现一些问题是教师无法解答的.这些问题可能是引力波理论本身遗留的问题，也可能是在研究引力波时又出现的新问题.教师虽然一时无法给学生解答，但能够给学生指出未来引力波研究的方向和关键性的技术难题，让其感受到物理学中还有许多问题亟待解决.如此潜移默化地培养了学生对物理学研究的兴趣，能帮助学生树立以科学探究为己任的正确的科学态度和责任意识.

二、剖析引力波内容尝试渗透到物理课程

现有的高中物理课程包括必修课程、选择性必修课程、选修课程、校本课程.在必修课程中，渗透引力波以培养学生对引力波天文学的好奇心与求知欲为主.到了选择性必修课程，学生初具基本的分析问题能力，能运用所学知识分析物理现象.至于选修课程和校本课程，这两种课程上课的内容弹性很大，上课的学生大多是对物理感兴趣的.教师甚至可以专门开设一门引力波的课程，系统地介绍引力波的假设提出、产生与探测过程、应用价值等各个方面的内容，培养学生以探究引力波为己任的科学态度.根据这四种不同课程的性质和教学目标，以及引力波不同的内容特点，可以采取以下一种或多种渗透方式：

1.话题渗透：在物理课堂中涉及有关引力波的话题.在现有的知识体系中找到与引力波相关联的“钥匙”，打开引力波的“大门”，在课堂中主动建设引力波的情境，话题渗透对学生的物理水平要求不高，只要学生感兴趣，可以在高中教学中的任何一节课渗透引力波的内容.

2.探究意识渗透：让学生体验引力波的探究过程，包括提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达和交流.在体验科学探究过程中，让学生感受到科学家们做研究时敢于创新，敢于向传统挑的科研精神.这种渗透往往是通过与教材中的某些物理学家的探究过程类比，启发学生如何将所熟悉的探究步骤应用到引力波的研究中，降低引力波内容的神秘感.

3.物理方法渗透：教师通过剖析引力波探究过程中运用到的物理方法(如：放大法、逆向思维法、图象法、假设法等)，帮助学生模拟引力波探究的过程，从而巩固常用的物理方法.物理方法的渗透首先需要学生掌握已学过的物理方法，再由教师将引力波探究过程进行简化并提炼出其中用到的物理方法讲授给学生听.这个过程对学生和教师的要求都比较高.

4.知识渗透：教师结合实际的教学进度，在合适的时候向学生传授引力波的知识.引力波知识属于现代物理知识范畴，具有抽象性、复杂性等现代物理知识的特点.学生在学习时需要有足够的物理基础，不是一蹴而就的，需要多次、量少、反复地学习.

在必修阶段有必要向学生科学地建立引力波的概念，但由于学生掌握的知识有限，教师无法过多地阐述原理性的知识.因此，采用一些科学性较强的视频，以话题探讨的形式刺激学生的好奇心，辨别社会上一些不正确的言论，并且能够推动学生自主地向前求索答案.

综上所述，本文主要阐述了将引力波的假设提出、产生、探测、应用价值及性质五个方面的内容通过话题渗

透、探究意识渗透、物理方法渗透、知识渗透四种不同的渗透方式渗透到高中物理必修课程、选择性必修课程、选修课程、校本课程四种不同的课程中.其中主要的渗透关系归纳如图1.

总之，将现代物理知识渗透到高中教学中还需要更多的教学创新、更为有效的评价方式、更具物理素养的教师、更多的课时以及更先进的教学设施，任重而道远.本文只是以引力波为例做了一些尝试性工作，给后面的研究者一些灵感，后续还需要广大的物理教育研究者和物理教师们不断探索.