基于兴趣的高中物理天体教学探究

高小飞 张金芳

(甘肃省庆阳市镇原县第二中学 甘肃 庆阳 744500)

引言

天体物理所包含的内容十分广泛，同时也十分需要想象力。其实对于每一个孩子来说，天体物理的内容都是十分具有吸引力的，无论是头顶的天空还是脚下的地球，都是天体物理的研究对象。在高中阶段，学生们常常认为物理学科是枯燥且困难的，但是如果能够运用好天体物理的教学内容，我们不仅可以激发学生的兴趣，更可以通过天体物理的教学回溯之前的物理基础理论教学，让学生能够对物理有全新的认知，并且更好的利用物理学的知识去解释自然中的现象。

1.天体物理教学的现状

1.1 天体物理教学被框定在物理的框架中。高中阶段物理学一直以来被认为是比较难学的学科，在学习过程当中，物理学的知识不容易懂，在考试中的得分率也比较低，因此很多学生在学习物理的过程中会产生畏难的情绪。近年来我们提倡将教学与生活经验联系起来，广泛的结合社会中的各方面信息融入课堂教学，让学生能够将课堂理论知识与实际生活结合。其实物理学的这方面具有先天的优势。学生在平时学习的过程中觉得物理过于枯燥，是因为在高中阶段，我们教学的内容大多关于物理学的基础理论，而这些基础理论所能延伸出的内容是十分丰富的，事实上在学生度过高中阶段，进入大学以后会发现很多工科理科的学科内容都是由物理学的基础理论延伸出来的。这就意味着其实物理学能够对于实际生活有着很强的指导。但是在今天我们的教学当中，对物理学的教学拓展不够。尤其在天体物理这方面的教学当中。由于天体物理的内容属于高中课本中的选修，因此这方面的教学是近些年才被逐渐重视起来的。由于这种原因，在教学过程当中。我们关于物理传统教学的痕迹还是非常明显。在很多时候，教师主要的教学内容仍然是遵循着课本的脉络来进行的，而大部分的教学时间也只是对于课本中的基础理论进行解释。但其实天体物理已经是物理基础知识一种延伸的分支，在实际研究过程当中，天体物理会与气象，地理天文等各方面的知识有交叉。如果仅仅是局限在物理学的学科教学范畴之内，学生获得的信息是非常少的。

1.2 学生对天体物理的学习主动性很强。在实际的教学过程当中，我们会发现这样一种现象，很多学生对于一些教师不太重点讲解的内容会产生强烈的兴趣，尤其在天体物理这部分当中。在以往，天体物理的教材属于选修内容，因此有些时候甚至不会在课上进行讲解。但是我们却可以发现，很多学生在自习的时候，却喜欢主动去翻阅这方面的内容。在开始对天体物理进行教学以后，也会发现有一些学生在课下常常喜欢自己去查阅相关的内容。这种主动的行为，在我们的基础理论教学当中是几乎没有的。可以看出学生对这方面的内容其实非常感兴趣。有赖于当今网络的发达，很多学生甚至会在教材提供的方向基础之上进行非常深入的探究。在日常学生的聊天当中可以了解到，有些学生已经对于非常前沿的问题有了密切的关注。

事实上，天体物理也是当前物理应用方向研究的热点，在2019年，诺贝尔物理学奖就将奖项颁给了发现地外行星探测方法的科学家。这意味着人类从未停止对于地外文明和宇宙奥秘的探索，而学生正处于青春发育的巅峰阶段，这种好奇心和探索的精神也正处于最旺盛的时期，因此在这个阶段展现出对于天体物理的浓厚兴趣也是可以理解的。如果在这时期可以对学生的学习行为进行引导，利用好这种主动性的特征，那么不仅对于天体物理的教学十分有利，对于整个物理学科学习质量的提升都会有很大的帮助。

1.3 缺少多元化的教学技术。在物理学科的教学当中，一提到实践教学，我们就想到做实验，但是关于天体物理的教学，我们却没有办法将实物搬到课堂中来。因此在过去很多教师在天体物理教学当中几乎没有使用过实验。这显然是一种重大的误解，因为天体物理的教学过程当中，实验以及运动模型的构建是非常重要的，同时随着今天科学技术的发展，我们也有了更多呈现物理学现象的方法。如果持续的以单一的理论教学方式来展现教学内容，那么学生对于天体物理的兴趣迟早会消耗殆尽。在这样的情况下，我们需要更多元化的教学技术和教学手段，进入到天体物理的课堂教学当中。同时也要注意到如今的高中生所处的年代，已经与过去的年代有很大的差异，我们必须要尊重学生的认知习惯，顺应学生的信息接收方式，为学生创造更适合于他们的学习环境和内容。

2.基于兴趣的天体物理学教学策略

2.1 利用前沿知识信息对教材内容进行拓展。本文中所讨论的关于天体物理的教学内容，仍然要遵循基本的教材内容框架，因此所有的教学必须以教材为出发点。从这个角度来说，首先要来看一下整个高中阶段的物理教材当中与天体物理有关的内容都有哪些。

首先关于天体物理的内容并不完全存在于选修教材中，其实在必修教材里也有相关的内容，比如说必修一的总引言部分就与天体物理有很深的联系，这其中介绍了物理学以及物理学的思维与观念。其实如果学生细细体会这其中的内容，就可以发现物理研究的现象不仅存在于地球上，还包括整个宇宙空间。除此之外，在必修一的2.6伽利略对自由落体的研究，3.1重力相互作用，4.4牛顿第二定律等内容当中，都包含了天体物理学的基础理论内容。在必修2的第6章专门设立了万有引力与航天的内容，这其中非常细致和直接的讲解了行星的运动，太阳与行星之间的引力，万有引力定律，万有引力理论的成就，宇宙航行以及经典力学的局限性等内容。这些放在必修教材中的内容，都是非常宏观的理论框架。而到了选修教材当中，关于天体物理的内容就变得具体而直接。比如说在选修3-2当中第6章专门讲解了传感器，其中还介绍了勇气号在火星着陆的事件。在其他的选修教材当中，还介绍了包括气体热现象的微观意义，电磁波谱，广义相对论的内容，以及反冲运动，粒子与宇宙等方面的内容。这些内容看起来已经比较全面，但是在时效性和外延上还是有所欠缺。

比如说在介绍传感器的内容当中讲解了勇气号在火星着陆的事件，这件事情发生在2004年，已经是一个非常老的天体物理学界信息，在后来无论是美国还是中国，都发射了更多的航天飞行器，有些是卫星，有些是宇宙空间站，有一些是探索用的宇宙飞船。当我们讲到勇气后，这部分的内容时可以为学生拓展当前天体物理探究的最新进展，将这些重大的事件放在教学内容当中。除了让学生了解时代中的重大事件以外，也可以根据时代中的重大事件进一步讲解教材中的主要内容，比如说近年来在宇宙航天器材中所使用的传感器有着怎样的进步，增添了哪些新的功能，这些功能的理论依据又是什么，等等。这样我们就将学生的视野从教材之内拓展到了教材之外。学生心中的天体物理学习就不再是一个封闭的环境，而是一个有着无限外延，值得进一步去探索的内容。

2.2 与学生的兴趣点结合。不可否认的是，学生对于天体物理学的内容感兴趣，很大程度上是源自于现代影视艺术和文学作品的渲染。

很多科幻片当中会展示星际旅行和外太空探索的内容，这些内容非常的新奇，画面也很震撼，所呈现出的各种物理现象又十分有趣。而如今的高中生成长于影音信息多元化发展的时代，对于这种信息的获取十分习惯同时获取的来源也非常丰富。其实我们不用避讳这些信息的内容，而是应该进一步的去了解学生感兴趣的这些信息内容，并且以这些内容为契机切入我们的教学。

比如说很多科幻电影当中都会提到宇宙粒子的概念。有些时候这些宇宙粒子是一种攻击的武器，有些时候这种宇宙粒子是主角穿越的契机，而有些时候宇宙粒子的出现是英雄变异的条件。我们可以在课程开始的时候，为学生剪辑各种科幻作品中出现过的关于宇宙粒子的描述。通过这种方式勾起学生对于宇宙粒子这个概念的回忆和兴趣，然后进入正式的课程内容讲解。在讲解过程当中也要深入的结合学生感兴趣的科幻作品，比如说科幻作品中常常会提到以太粒子，那么我们可以利用科学的物理学解释为学生证明，以太粒子是否存在。通过这种方式，学生会对物理学的内容有更深的兴趣，这不仅会涉及到天体物理学的教学，更会让学生进一步发现物理学的基础理论，对于自己感兴趣的内容影响之深都产生更加浓厚的兴趣。

2.3 尝试利用多元化的技术手段。天体物理的教学需要有更为直观的场景。在今天我们可以根据学校的具体条件，来灵活的调整我们的教学手段和教学技术。

比如说在必修2的万有引力与航天这一章的教学当中。其中一开始介绍了行星的运动以及太阳与行星之间的引力的内容。在这部分的教学当中，常规的操作是为学生进行幻灯片演示，结合教师讲解理论知识。但如果我们的条件允许，也可以为学生提供VR设备，让学生通过VR眼镜来更加真切的感受到太阳系中行星之间的运动方式以及太阳对于行星的引力。如果我们的教学时间足够，学生又有很强的动手能力，还可以通过磁石和电磁线圈来制作一个太阳系行星分布图，简单的构建一个八大行星，围绕太阳旋转并自转的模型。

通过这种多元化的教学方式，我们能够将教学内容以更加直观和更适合于学生的方法呈现出来，从而让学生在教学中感受到更多的乐趣，也能够更加直接的去理解知识。

综上所述，在今天的高中天体物理教学当中，我们应该尊重学生的认知规律，并且找到符合学生学习特点的教学方法。这其中教师必须要真正深入的了解天体物理的最新信息，探究学生的兴趣，并且将更多元的教学手段融入在今天的教学中，让学生拥有更好的学习体验，真正通过兴趣激发学生对物理的学习热情。