教材分析《萬有引力理論的成就》

丁淑君

摘 要：對于一名物理教師來說，講好課的關(guān)鍵是備課，而教材分析是備課環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，只有分析清楚教材才能更好地開展教學(xué)活動(dòng)。本文以人教版物理教科書必修二第六章第四節(jié)《萬有引力理論的成就》為例，進(jìn)行教材分析。

關(guān)鍵詞：教材分析；萬有引力；教學(xué)建議

《萬有引力定律與航天》這一章位于人教版物理教科書必修二第六章，一共分為六節(jié)。前三節(jié)以物理學(xué)史為線索，學(xué)習(xí)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，在牛頓運(yùn)動(dòng)定律和向心力的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷理論推導(dǎo)過程，最終發(fā)現(xiàn)萬有引力定律；第四、五節(jié)是萬有引力定律的應(yīng)用；第六節(jié)是了解經(jīng)典力學(xué)的局限性，也為后面建立力學(xué)體系打下了基礎(chǔ)。

這一章在高中物理教學(xué)中既是重點(diǎn)，同時(shí)也是難點(diǎn)，非常重要。

1 本節(jié)地位分析

本節(jié)位于第四節(jié)，是萬有引力定律后面的內(nèi)容。在掌握了萬有引力定律的基礎(chǔ)上，簡要介紹了萬有引力理論在天文學(xué)上的重要應(yīng)用，即“計(jì)算天體的質(zhì)量”，“發(fā)現(xiàn)未知天體”。教材首先通過理論推導(dǎo)，給出了一種應(yīng)用萬有引力定律解決問題的思路與方法——“稱量地球的質(zhì)量”；又以計(jì)算太陽質(zhì)量為例，給出了第二種運(yùn)用萬有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量的思路和方法，體現(xiàn)出科學(xué)定律的普適性；最后從科學(xué)史的角度，簡要介紹了發(fā)現(xiàn)海王星和成功預(yù)測哈雷彗星的過程，顯示了萬有引力理論的巨大成就。

讓學(xué)生經(jīng)歷理論推導(dǎo)的過程，掌握綜合運(yùn)用萬有引力定律和與圓周運(yùn)動(dòng)相關(guān)知識(shí)計(jì)算天體質(zhì)量的兩種基本思路和方法，在此過程中培養(yǎng)建模能力、推理能力、和歸納能力，體會(huì)到研究天體問題的科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。通過測量天體質(zhì)量、預(yù)測未知天體，使學(xué)生了解萬有引力的重要價(jià)值，認(rèn)識(shí)到科學(xué)定律的重要性，體會(huì)科研方法對人類認(rèn)識(shí)自然的重要性，激發(fā)學(xué)生求知欲和探索科學(xué)真理的激情。

2 課標(biāo)考綱分析

2.1 課標(biāo)要求

圖1 課標(biāo)內(nèi)容

以上是《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》對這一節(jié)內(nèi)容的要求。課標(biāo)對這一部分內(nèi)容的要求重點(diǎn)不在于應(yīng)用萬有引力定律解決多么高難的問題，重點(diǎn)在于體會(huì)科學(xué)定律的價(jià)值，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)定律對人類認(rèn)識(shí)世界、探索世界的重要性，培養(yǎng)學(xué)生正確的對待科學(xué)的態(tài)度與責(zé)任。

2.2 考綱分析

圖2 考綱內(nèi)容

《2018年高考大綱：物理》中對這一節(jié)內(nèi)容的考查要求是“萬有引力及其應(yīng)用”，考查程度是理解層次，考查應(yīng)用萬有引力定律解決問題，可見考試考查內(nèi)容與教材內(nèi)容基本符合一致。

3 學(xué)情分析

高一學(xué)生對于世界的觀察已經(jīng)不僅僅停留在表面了，他們對于事物的內(nèi)部開始有了更深層次的探究欲望，思維方式也開始由形象思維向抽象思維過渡。

學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了勻速圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)，也掌握了利用牛頓第二定律和向心力表達(dá)式處理勻速圓周運(yùn)動(dòng)的方法。在前一節(jié)又學(xué)習(xí)了萬有引力定律，但不熟悉運(yùn)用萬有引力定津解決實(shí)際問題的思路和方法。

學(xué)生對天文學(xué)的研究方法相對比較陌生，也不了解萬有引力理論所取得的成就。在前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)中，學(xué)生經(jīng)歷了“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律的過程，對解決這類問題充滿了好奇和期待感。

4 教材內(nèi)容分析

圖3 教材設(shè)計(jì)流程

“科學(xué)真是迷人”模塊。教材在上節(jié)課內(nèi)容的基礎(chǔ)上提出新的問題，地球質(zhì)量如何稱？進(jìn)而思考應(yīng)用萬有引力定律來“稱量”地球質(zhì)量。在理解萬有引力定律的基礎(chǔ)下，不考慮地球自轉(zhuǎn)情況，物體所受重力mg等于地球?qū)ξ矬w的引力，通過理論推導(dǎo)得出計(jì)算地球質(zhì)量的公式，這個(gè)公式可以推廣到別的天體，也就是總結(jié)出了第一種計(jì)算天體質(zhì)量的思路和方法。只要知道天體表面的重力加速度和天體半徑，就可以計(jì)算天體質(zhì)量。

“計(jì)算天體的質(zhì)量”模塊。有些時(shí)候無法知道天體的重力加速度，教材提出利用萬有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量的第二種思路和方法。以太陽為例，行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由他們之間的萬有引力提供的，又結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)的公式，推導(dǎo)得出第二種計(jì)算天體質(zhì)量的方法和思路。

“發(fā)現(xiàn)未知天體”模塊。通過回顧發(fā)現(xiàn)海王星和成功預(yù)測哈雷彗星回歸的這些歷史，讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)定律對人類認(rèn)識(shí)世界、發(fā)現(xiàn)世界、探索世界的意義和價(jià)值，認(rèn)識(shí)到科學(xué)定律的發(fā)展性、可預(yù)測性，產(chǎn)生對科學(xué)的熱愛。

5 學(xué)科核心素養(yǎng)在教材中的體現(xiàn)。

通過理論推理，得到兩種應(yīng)用萬有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量的一般思路和方法。通過科學(xué)史料的展示，提供給學(xué)生豐富的感性認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)到科學(xué)家所做的巨大貢獻(xiàn)和已經(jīng)取得的成就，也讓他們感覺到科學(xué)定律的意義和價(jià)值，知道科學(xué)定律對于探索世界的重要性和可預(yù)測性，形成正確的科學(xué)本質(zhì)認(rèn)識(shí)。

6 教學(xué)建議

教師在教學(xué)過程中重點(diǎn)要引導(dǎo)學(xué)生把之前學(xué)過的圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)與萬有引力定律聯(lián)系起來，掌握兩種計(jì)算天體質(zhì)量的思路和方法，注重對方法的總結(jié)。

教師還應(yīng)重視學(xué)史的滲透，在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生對于科學(xué)家的正確認(rèn)識(shí)、對科學(xué)定律的價(jià)值的正確認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和對科學(xué)的熱愛之情。

參考文獻(xiàn)

[1]教育部考試中心.2018年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱的說明（理科）[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2]普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版/中華人民共和國教育部制定.北京：人民教育出版社，2018.