基于建構(gòu)主義理論幫助學(xué)生巧妙學(xué)習(xí)“萬有引力與航天”

摘要：我國是世界航天大國，萬有引力與航天知識(shí)的學(xué)習(xí)對(duì)我國人才培養(yǎng)具有十分重要的意義。本文從學(xué)生存在的學(xué)習(xí)問題入手，在充分尊重學(xué)生原有學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了教師怎樣才能幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)萬有引力與航天。

關(guān)鍵詞：建構(gòu)主義理論；萬有引力與航天；知識(shí)結(jié)構(gòu)

全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求教師不再只是知識(shí)的傳播者，而且是學(xué)生學(xué)習(xí)的合作伙伴。而萬有引力與航天對(duì)高中生來說是物理學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)，不僅物理模型多，而且公式難區(qū)分。如果教師在教學(xué)過程中不能起到很好的幫助作用，將導(dǎo)致學(xué)生進(jìn)行無意義的機(jī)械式學(xué)習(xí)，不利于學(xué)生理解及應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)。解決這些問題，物理教師應(yīng)以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，巧妙地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)萬有引力與航天。

一、 建構(gòu)主義理論學(xué)生觀

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)生不是被動(dòng)接受知識(shí)，而是主動(dòng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)的改造過程。它還提出應(yīng)該注重學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生不是帶著空的大腦來到課堂，在接觸新的知識(shí)之前學(xué)生已經(jīng)形成了與新知識(shí)有關(guān)的豐富的經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)《萬有引力與航天》這節(jié)課之前已經(jīng)掌握了牛頓第二定律內(nèi)容以及圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。學(xué)生的這些經(jīng)驗(yàn)正是教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)萬有引力與航天這節(jié)新內(nèi)容的基礎(chǔ)，充分利用好學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)才能使學(xué)生更好地理解新知識(shí)，從而幫助學(xué)生修改新建頭腦中原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

二、 學(xué)習(xí)萬有引力與航天的疑難所在

據(jù)學(xué)生反映本章給學(xué)生的第一印象是沒有難度的，前三節(jié)容易理解好掌握，但是從第四節(jié)開始需要建立物理模型，每種模型都有與其相對(duì)應(yīng)的公式，才使得學(xué)生在原有的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上建構(gòu)新的知識(shí)結(jié)構(gòu)時(shí)思維混亂。存在的問題主要有兩個(gè)：

1. 物理模型多

本章研究的問題可以看作是上一章圓周運(yùn)動(dòng)問題的延續(xù)，解決問題的方法依然沿用上一章的方法，所以需要建立圓周運(yùn)動(dòng)的物理模型。圓周運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)使學(xué)生充分了解了圓周運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。所以，本章涉及的物理模型在學(xué)生頭腦中很容易建立。但由于本章涉及的物理模型較多，當(dāng)學(xué)生同時(shí)接觸這些物理模型時(shí)，區(qū)分這幾種物理模型就成了學(xué)習(xí)過程中的一大難點(diǎn)。

2. 公式難區(qū)分

前一章的學(xué)習(xí)使學(xué)生已經(jīng)充分掌握?qǐng)A周運(yùn)動(dòng)公式，總結(jié)起來我們常用的三個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)公式有F向=mv2r，F(xiàn)向=mω2r，F(xiàn)向=m4π2T2。雖然本章研究的問題仍然是圓周運(yùn)動(dòng)問題，但是本章中每種物理模型都有其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，也就意味著每種模型都有與其相對(duì)應(yīng)的公式，所以本章公式數(shù)量繁多。不僅如此，在解決問題時(shí)還要求學(xué)生能夠通過判斷所研究問題屬于哪一種天體運(yùn)動(dòng)物理模型來選擇合適的公式，進(jìn)而完成解題過程。而學(xué)生不能在頭腦中構(gòu)建完整認(rèn)知結(jié)構(gòu)，形成邏輯通暢的知識(shí)體系，最終導(dǎo)致解題時(shí)在眾多公式中不清楚哪個(gè)是自己需要的。這是大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為本章內(nèi)容有難度的又一大原因。

三、 引導(dǎo)學(xué)生巧妙學(xué)習(xí)“萬有引力與航天”

明確了學(xué)生學(xué)習(xí)本章內(nèi)容的難點(diǎn)有兩個(gè)，引導(dǎo)學(xué)生巧妙學(xué)習(xí)本章內(nèi)容就從此兩點(diǎn)入手：

1. 總結(jié)本章物理模型

本章根據(jù)相互作用的兩物體之間萬有引力作用效果的不同，建立了幾種物理模型。在星球表面上的物體受到星球給的萬有引力作用，其中一部分萬有引力是物體受到的重力，另一部分萬有引力為物體隨星球自轉(zhuǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力，這就是物體在星球表面隨星球一起做圓周運(yùn)動(dòng)的天體運(yùn)動(dòng)模型。當(dāng)星球給物體的萬有引力全部用來提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力時(shí)，此時(shí)物體可能在星球表面，但由于物體隨星球運(yùn)動(dòng)所需向心力極小，我們可以忽略此時(shí)的星球自轉(zhuǎn)，近似看做萬有引力都用來提供物體所受重力；物體還有可能繞星球做圓周運(yùn)動(dòng)，這時(shí)又可分為繞星球表面做圓周運(yùn)動(dòng)或遠(yuǎn)離星球表面做圓周運(yùn)動(dòng)。

為了幫助學(xué)生更好地將這幾種物理模型知識(shí)整合到原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)中，教師可以從另一個(gè)角度將本章的物理模型進(jìn)行分類。根據(jù)相互作用的物體與星球間的位置關(guān)系，分為物體在星球表面和物體不在星球表面兩類。物體在星球表面隨星球一起轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，可根據(jù)星球自轉(zhuǎn)能否忽略分為考慮自轉(zhuǎn)和不考慮自轉(zhuǎn)兩種；物體不在星球表面即物體繞星球做圓周運(yùn)動(dòng)的情況，根據(jù)物體距離星球的遠(yuǎn)近又可分為靠近星球表面和遠(yuǎn)離星球表面兩種?？偨Y(jié)本章一共涉及四種物理模型。

2. 歸納每種物理模型對(duì)應(yīng)的物理公式

根據(jù)這四中物理模型的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生已經(jīng)掌握的圓周運(yùn)動(dòng)公式，可幫助學(xué)生歸納出每種物理模型適用的物理公式。假設(shè)星球的質(zhì)量為

M、物體質(zhì)量為m、星球半徑為R、物體距圓周運(yùn)動(dòng)圓心的距離為r、星球表面重力加速度為g，則有：

（1）當(dāng)物體在星球表面考慮自轉(zhuǎn)時(shí)。此時(shí)星球給物體的萬有引力產(chǎn)生兩個(gè)分力，一是使物體受到重力，二是為物體隨星球一起做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力，所以此模型的物理公式為GMmR2=F向+mg，其中F向=mv2r=mω2r=m4π2rT2。

（2）當(dāng)物體在星球表面忽略自轉(zhuǎn)時(shí)。忽略自轉(zhuǎn)，向心力為零，所以此時(shí)星球作用在物體上的萬有引力可以看作等于物體受到的重力，公式為GMmR2=mg。

（3）當(dāng)物體離開星球，靠近星球做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)。此時(shí)物體完全在重力的作用下做圓周運(yùn)動(dòng)，而物體受到的重力又是由物體與星球之間的萬有引力提供的，所以有GMmR2=F向=mg，其中F向=mv2R=mω2R=m4π2RT2。

（4）當(dāng)物體離開星球，遠(yuǎn)離星球做圓周運(yùn)動(dòng)。此時(shí)物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律與物體繞星球表面做圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，物體受到星球給的萬有引力等于物體受到的重力，并且為物體繞星球做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力。不過由于物體處在一定高度，此時(shí)的重力加速度g′不等于星球表面重力加速度g。此時(shí)公式應(yīng)為GMmR2=F向=mg′，其中F向=mv2r=mω2r=m4π2rT2。

四、 結(jié)束語

總之，筆者認(rèn)為在教學(xué)中教師不是單純的知識(shí)傳播者，應(yīng)該是學(xué)生學(xué)習(xí)的合作伙伴。在萬有引力與航天的教學(xué)中，教師要基于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律更好地起到引導(dǎo)的作用，幫助學(xué)生巧妙地建構(gòu)新的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

[1]閻金鐸，郭玉英.中學(xué)物理教學(xué)概論[M].高等教育出版社，2009.

[2]馬云霞.學(xué)生學(xué)習(xí)“萬有引力與航天”困難成因及教學(xué)策略[J].中學(xué)物理（高中版），2015（1）.

[3]薛金星.中學(xué)教材全解學(xué)案版，高中物理必修二[M].陜西人民教育出版社，2016.

作者簡(jiǎn)介：劉波，遼寧省大連市，遼寧師范大學(xué)。endprint