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(jīng)典物理、構(gòu)建經(jīng)典物理體系為主.引力波相關(guān)內(nèi)容作為現(xiàn)代物理的一部分具有物理理論抽象、數(shù)學推理繁瑣、實驗儀器結(jié)構(gòu)復雜等特點，但同時又遵循現(xiàn)代物理的基本教學規(guī)律.本文將結(jié)合現(xiàn)代物理的基本教學規(guī)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(fā)現(xiàn)諸如“宇宙大爆炸理論模型”、“電子衍射實驗”、“引力波”等現(xiàn)代物理前沿的標簽.這些現(xiàn)代物理的觀念能讓學生更深刻地認識物理本質(zhì)，對物質(zhì)、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(zhì)、運動規(guī)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(zhì)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(jù)現(xiàn)有知識合理推測引力波可能具有的一些性質(zhì).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(fā)展史，數(shù)代科學家對引力波問題的深入探究，不但可以讓學生經(jīng)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(zhàn)權(quán)威、敢于創(chuàng)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(tài)度與責任上看

在引力波相關(guān)內(nèi)容的滲透過程中，一定會出現(xiàn)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(xiàn)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(guān)鍵性的技術(shù)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(yǎng)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(tài)度和責任意識.

二、剖析引力波內(nèi)容嘗試滲透到物理課程

現(xiàn)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(yǎng)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(xiàn)象.至于選修課程和校本課程，這兩種課程上課的內(nèi)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(tǒng)地介紹引力波的假設提出、產(chǎn)生與探測過程、應用價值等各個方面的內(nèi)容，培養(yǎng)學生以探究引力波為己任的科學態(tài)度.根據(jù)這四種不同課程的性質(zhì)和教學目標，以及引力波不同的內(nèi)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(guān)引力波的話題.在現(xiàn)有的知識體系中找到與引力波相關(guān)聯(lián)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(jié)課滲透引力波的內(nèi)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(jié)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(chuàng)新，敢于向傳統(tǒng)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(fā)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(nèi)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(jié)合實際的教學進度，在合適的時候向?qū)W生傳授引力波的知識.引力波知識屬于現(xiàn)代物理知識范疇，具有抽象性、復雜性等現(xiàn)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?qū)W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(chǎn)生、探測、應用價值及性質(zhì)五個方面的內(nèi)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(guān)系歸納如圖1.

總之，將現(xiàn)代物理知識滲透到高中教學中還需要更多的教學創(chuàng)新、更為有效的評價方式、更具物理素養(yǎng)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(xù)還需要廣大的物理教育研究者和物理教師們不斷探索.