【基于物理核心素养的万有引力章节教材解析和教学设计6700字（论文）】

基于物理核心素养的万有引力章节教材解析和教学设计摘要：力学是物理学中最基础的一门学科，学习好它可以为物理学更深入的学习奠定良好的基础。“万有引力定律”是近代物理史上最伟大的发现之一，它为研究天体运动提供了理论依据，使得人们对宇宙的探索从被动的走向了主动的探索。它也是高考的必考内容。据调查，大多数中学生在学习力学中的万有引力定律这一课题中往往不能很好的理解，所以如何让学生更加容易的弄懂这方面的知识，成为高中物理老师需要在意的地方。本研究通过对万有引力的背景，意义，重点需要掌握的知识，用推导法推出万有引力的过程，用多媒体更加直观的教学模式这多个方面的学习，将物理核心素养作为教学目标和内容确立的依据，最终目的是得出适合中学生学习的教学方法。然后再在学生们都弄懂的基础上，将万有引力的应用一并讲解给他们听，从而引起他们在天体运动上面极大的兴趣。关键词：万有引力定律；物理核心素养；中学生；高中物理目录第1章、引言 1第2章、万有引力章节的教材解析及教学思路 12.1.万有引力的课程标准和建议 12.1.1万有引力的背景及发现过程: 12.1.2教学主题的选择 22.2.学习内容设计 22.2.1学习观点回顾 22.2.2.各部分内容及教学思路 3第3章、基于物理核心素质的教学 53.1.建立适当的物理概念 63.2识别潜在的“科学思想” 63.3培养良好的“科学探究”能力 63.4.树立科学的态度和责任心 6总结与反思 6参考文献 8第1章、引言高中物理是整个高中阶段比较重要的一门学科，它既承接着初中物理的一个入门，又是大学物理学习的一个基础。有一些相关的研究明确表示了传统高中物理教学存在着一些问题，其中主要的问题表现在学生学习物理的兴趣不够浓厚；老师的教学更加看重的是知识的传授，教学的模式比较僵硬化；师与生之间的互动不够充分，学生仅仅凭借自已难以进行有深度的学习。本文便是以万有引力为例，通过对课程标准的要求的分析，以及每一章节的教材分析和如何教学的思路，在物理核心素养的基础上，对万有引力的教学设计进行深入的探究，找出一种新的学习方法，为高中物理教程提供新的教学思路，使得高中的教师转变其老旧的教学模式，找到更适合学生学习的教学方法。第2章、万有引力章节的教材解析及教学思路2.1.万有引力的课程标准和建议《万有引力定律》属于高中物理第二必修课，其课程标准的教学要求主要包括以下几个方面：（1）理解通过相关事实发现万有引力定律的过程（2）知道万有引力（3）学习理解发现万有引力有何种意义（4）理解认知科学规律对于人类探索未知世界有何种意义（5）能够计算人造卫星的轨道速度（6）能知道第二宇宙和第三宇宙的速度关于这方面的教学建议，我们可以让学生多看一些关于人造卫星和火箭的视频，然后让学生交流经验，在心里留下一颗兴趣的种子。根据整个课程标准，万有引力定律的研究可分为三个阶段：第一阶段是了解与万有引力定律研究相关的物理学史、万有引力定律的产生背景以及牛顿发现万有引力定律的过程；第二阶段，在了解万有引力定律的背景的基础上，引导学生推导万有引力定律的公式；第三阶段，通过对万有引力的学习，让学生了解万有引力的应用，认识到万有引力在人类探索中的重大意义和价值。月—地检验2.1.1万有引力的背景及发现过程月—地检验轨道定律轨道定律万有引力定律太阳与行星间的引力万有引力定律太阳与行星间的引力类比类比圆周运动面积定律开普勒三定律圆周运动面积定律开普勒三定律周期定律周期定律从具体的教学来看，首先我们可以大致介绍一下几位科学家的生平事迹，主要可以从他们的观点看法以及出名的作品来看。比如，托勒密的“地心体系”九重天体模型；哥白尼在公元1535年提出的“日心说”，他的天体运动论；开普勒在1609年和1618年分别提出了三个开普勒定律；以及笛卡尔在1644年提出的“漩涡”假说，正是因为有了这些伟大的前辈，在此基础上研究“引力”的英国著名物理学家牛顿才会综合前人失败的经验教训，并通过他自已不可减少的努力，将数学方法与物理模型巧妙地结合起来，最终发现了引力，并取得了显著的成功，与开普勒三定律相比，万有引力的发现更深层次地揭示了行星运动的内在根源，同时，让他们思考成功的原因，学习科学家的科学思想，形成良好的科学态度。2.1.2教学主题的选择本文认为，作为主题，它的主要功能是整合学生需要学习的内容，使用结构不良的学习材料，并联合学生一起分析和组织需要学习的内容，以达到重建他们的知识的目的。选择的应当包括教师进行本节教育的重点内容，但不仅应包括教学的重点内容，还应包括其他知识。选题可从影视作品、漫画、科技前沿等方面进行，主要目的是能够极大的激发出学生们的不断探索的学习兴趣。本次是通过“万有引力定律”这一章的教学内容进行展开的。万有引力是一个抽象的概念，它所涵括的知识主要有开普勒三定律、万有引力定律、宇宙速度等，而关于主题的选择应当与上述的教学内容相关。我们可以用一些涉及万有引力定律物理知识的通俗易懂的电影进行教学，但是这些科幻电影所涉及的物理和科学内容可能会存在很大的争议。因此，我们可以利用这些影片来激发学生的问题意识，积极的鼓励学生去多分析、多讨论、多交流，猜测影片中违反常规科学知识的地方，引导学生进行科学调查。通过电影教学可以更贴近学生生活。它不仅能激发学生学习本课程的兴趣，而且能够使学生更多地向他人表达自己的意愿，调动他们的热情，可以营造出一个更加活跃的课堂氛围。在观看影片的过程中，可以通过影片展示行星的模型，使学生更容易在头脑中形成清晰的物理模型，这样可以增强学生的物理思维能力，发展其科学思维。教学生用物理知识判断影片的缺陷，促进学生对该物理观念的形成。2.2.学习内容设计2.2.1学习观点回顾在学习万有引力定律之前，学生应具备“牛顿第二定律、曲线运动、力的合成与分解”的相关知识，这是他们在学习必修一和必修二万有引力定律之前所学的知识，然而，学生会在一定程度上忘记，因此，为了保证万有引力研究的顺畅性，教师应在教学前引导学生复习上述知识，为下一步的学习研究打下基础，使学生更容易理解接下来的学习内容。2.2.2.各部分内容及教学思路（1）第一节“行星的运动”这一部分的主要内容包括开普勒三定律和古代人类对行星运动规律的认识所描述的科学足迹。例如，托勒密提出了地心说，阐述了他被提出的过程及其对后世的影响；哥白尼提出了日心说，然后描述了开普勒的不断努力和一系列基于第谷观测数据的复杂计算。最后得出结论，行星的轨道应该是椭圆的，而不是以前认为的正圆形，本文首先展示了开普勒三定律的内容，解释了开普勒三定律的物理意义和范围，反映了科学家在科学研究中所采用的科学思想和方法，而实事求是、尊重客观事实、持之以恒的态度和科学精神，对学习也很重要。作为本章的开头，本节内容并不涉及非常具体的知识，但有很多的物理历史。学习这些物理知识的背景，可以使学生对这一知识的印象更加的深刻，激发出学生的学习兴趣，其主要是由教师用历史故事的方式来进行讲解，使学生与学生、学生与教师相互交流，这样学生就可以对这一章感兴趣，并且可以很好地准备接下来的知识，特别是万有引力定律。（2）第二节“太阳与行星间的引力”这一节的内容主要是在开普勒三定律的基础上，探索太阳对行星的、行星对太阳的以及太阳与行星之间的引力。它要求我们能结合开普勒三定律以及牛顿第三定律，再通过一系列的推理演算，得出以下的结论：=1\*GB3①太阳对于不同行星的引力F，与行星的质量成正比，与行星和太阳之间的距离的二次方成反比,既:F∝=2\*GB3②不同行星对于太阳的引力F',与太阳的质量成正比，与行星与太阳间的距离的二次方成反比，既:F综合上两条结论，我们可以推导出F=G但是这个公式来源于开普勒定律，只适用于行星与太阳之间的引力，而牛顿在这个的基础上，又向前迈进了一大步。对于本节内容的教学，与第一节的教学形式大不相同，却又有相似之处，老师单纯的讲解已经不能满足学生的需求了，这一节要求学生需要自己动手推导，老师只是在必要的时候加以引导，但这也同样需要师生进行密切的交流讨论，并且学生在推导时积极鼓励他们放心大胆的进行假设猜想，最终推导出以上结论。（3）第三节“万有引力定律”本节属于本章的中心内容。在前一节的基础上，经过许多科学家的不断发现和探索，牛顿综合了前人失败的经验教训，然后通过他不可减少的努力，通过猜想和类比，把地球对苹果的引力与地球对月球上的力和对地球上物体的力进行了比较，通过类比太阳对行星上的力，作为同样的力进行了猜想，然后通过对月-地检验，验证了猜想，然后这个结论推广到宇宙中的所有物体。经过一系列间接或直接的试验，万有引力定律终于得到了既：F=G从现实生活中随处可见的物体的运动，到空间中行星和天体的运动，它们都被万有引力定律有机地联系在一起，巧妙地揭示了万物普遍存在的客观规律。在教学中，教师要引导学生一步一步地展示牛顿的发现过程，让学生深刻理解牛顿不可思议的科学物理思想，告诉学生完成一个伟大的发现不仅需要简简单单的实验，但也有巨大的脑洞、丰富的想象力和大胆的猜想假设，这是一个充满障碍和困难的持续的长期过程。从情感态度和价值观的角度来看，学生可以明显的感受到物理的魅力。（4）第四节“万有引力理论的成就”本节讨论的是万有引力的应用。首先，包括了通过万有引力可以来测量地球以及空间中其他天体的质量，对于地球来说，如果忽略地球的自转，物体的重力就可以近似的等于万有引力。这样，在已知地球表面的重力加速度和引力常量之后，我们就可以得到地球的质量。对于空间中的其他行星，教科书中给出了太阳的例子，所以我们很容易就知道行星围着太阳作匀速圆周运动的向心力是由它们两个之间拥有的万有引力来提供的。由此，通过这个关系，我们可以建立一个方程式。通过测量行星与太阳的距离和行星的自转周期，将其代入方程，就可以很容易地得到太阳的质量，教科书中的解释方法非常详细、具体、完整，使学生看到万有引力定律在天文学中的重要地位。教师应该教学生用万有引力来解决这种类似的一般问题。其次，从物理学史出发，向学生讲述了亚当斯和勒维耶发现海王星的过程，并称之为“在笔尖下发现的行星”，生动地展示了万有引力在天文学中的巨大成就。1705年，著名天文学家哈雷成功地验证了哈雷回归的日期，正确地预测了未来回归的日期，这都借助了万有引力的内容，因此，在这一节中，学生不仅要理解科学发现和结论对促进人类社会发展的重要性，以此激发他们的学习兴趣，还要学会将一般的问题用万有引力定律来解决。在本节开始之前，学生们已经知道以均匀速度的绕圆形运动的物体所需的向心力等于沿半径产生的合力，但是他们不知道如何利用万有引力定律来解决一些实际问题。此次课程的主要目标应是克服上面提到的困难，首先，教师应引导学生自主阅读和研究“笔尖下发现的行星”和“哈雷彗星的预测”两部分。通过史料，使学生能够发展丰富的感性认识，并对于科学家对社会发展和人类文明进步所产生的巨大贡献有了一个深刻的了解，从而知道了科学发现和科学结论的重要性主要在于促进人类社会的进步，从而让学生拥有一个正确的科学态度和科学精神。接着，教师应引导学生学会运用万有引力定律解决一般问题，掌握学会对“称天体质量”的学习所需的知识和技能。（5）第五节“宇宙航行”在这一节中，我们首先介绍一些人造地球卫星发射和运行的条件，了解我们如何获得第一个宇宙速度以及它诞生的意义。然后，在此基础上，进一步阐述了第二宇宙速度和第三宇宙速度产生的原因和意义；其次，介绍了从古至今人们为进入太空所作的不可减少的努力，特别是涉及科学思想方法的努力。比如俄罗斯著名的齐奥尔科夫斯基学者提出了一种实现太空飞行的有效工具，多级喷气推进火箭等等，当然还列举了许许多多的人类在航空事业上取得的成就，通过研究这些伟大的成就，我们可以清楚地让学生感受到万有引力在天文学中的重要性。人造地球卫星便是运用了这个，它让我们不断地探索航空道路，帮助我们更加的接近它们，让我们继承人类不断的探索的精神，这也充分的说明了知识的力量是非常强大的，而同时人类理解和改造自然的能力也在不断的进步和发展。通过这一部分的研究，我们可以让学生感受到科学发明和结论对于促进人类社会进步地意义是非常重大的。课程中还将人类在认识和改造自然过程中所运用的科学思维方法和思维方式相交叉，在此之前，学生们已经掌握了行星运动规律，因此人造地球卫星的运动规律对他们来说相对容易，而这部分知识将更容易让他们接受，让他们了解如何利用万有引力定律来解决人造地球卫星的运动问题，这部分是本章的核心。每年高考都要考，而且也是重点考试。同时，学生们还可以通过对万有引力的学习，感受到它在天文学方面的巨大成就和对中国航天事业发展的巨大贡献，从而鼓励他们培养探索精神和不朽的爱国主义精神。在研究本节内容之前，学生们已经有了一个适当的知识库，包括牛顿第二定律等，本节的主要困难是了解人造地球卫星是如何发射和运行的。为了提高学生灵活使用知识的能力。因此，本节可以从研究行星的运动规律开始，然后让学生获得它，为了了解人造地球卫星是如何工作的，然后从平抛运动的角度解释它的发射，所以在学习过程中，问题可以是人造地球卫星的运行方式，可以引导学生观察人造地球卫星的运行，由此产生内部运动规律，进而去刺激学生们想知道他们为什么这样做，最后我们可以解释。而关于如何发射人造地球卫星的问题，可以向学生们提出问题。鼓励他们思考，从而支持他们努力寻找问题的答案。在教学中必须强调学生的首要地位，鼓励他们思考，获取实践的勇气，在学习中获得新的知识。第3章、基于物理核心素质的教学高中物理的基本素质包括的有物理观念、科学探究、科学思维、科学态度和责任感四个方面，现在大部分老师的教学都只在意第一个的物理观念，新式的在教学中要把这四个方面结合起来，避免把重点只放在物理概念上。3.1.建立适当的物理概念如果我们想要建立出一个物理学的概念，这是不是一件容易的事情，它有一个漫长而曲折的过程。为了培养学生的物理概念，教师必须在这个过程中进行一系列具体的教学，包括开普勒第三定律和万有引力定律的具体知识，我们可以将所学的知识运用到解决实际问题中去，紧接着解释天体运动中的各种现象。3.2识别潜在的“科学思想”教师应逐步引导学生了解科学家是如何逐步建立物理概念的，他们用什么方法来揭示物理规律，如何帮助他们理解如何帮助他们理解物理规律。例如，在“宇宙速度”的教学中，首先要介绍行星运动的规律，然后用类比的方法推导出人造地球卫星的运动规律。3.3培养良好的“科学探究”能力我们可以通过资料卡片中的卡文迪许扭称实验部分来培养学生的“科学探究”能力，要用同理心去引导学生在科学考察过程中体验“科学态度和责任感”。学生可以通过查阅相关资料和书籍收集资料，并通过互联网等多种方式，查找与万有引力、开普勒、哥白尼等有关的历史资料，以及牛顿等优秀科学家在探索行星运动奥秘的过程中的一些可以帮助学生了解自己的成功与失败的资料，让学生了解价值和来之不易的真理，为了有效地培养学生的科学思维能力，锻炼学生的科学素养。3.4.树立科学的态度和责任心对于牛顿发现万有引力的这一部分的教学，我