石江華

廣西壯族自治區(qū)百色市田林縣田林高中

試論學(xué)生認(rèn)識(shí)萬有引力定律心理變化過程

石江華

廣西壯族自治區(qū)百色市田林縣田林高中

通過揭示學(xué)生認(rèn)識(shí)萬有引力定律心理過程及特點(diǎn)，改變學(xué)生以往心理定向思維與傳統(tǒng)觀念，將萬有引力定律引伸到其它星系來開闊學(xué)生遼闊的視野，說明這樣的教育教學(xué)符合學(xué)生認(rèn)知的規(guī)律，并且適合新課程改革三維度的要求。

萬有引力；重力；場(chǎng)；心理變化

一、初中學(xué)習(xí)的引子

普通高中生認(rèn)識(shí)萬有引力定律是在初中的水平和模型上開始的。地球?qū)τ诘厍虮砻嫖矬w都有吸收力，這種作用力叫做重力，初中二年的時(shí)光里，學(xué)生們對(duì)于重力的認(rèn)識(shí)情景：在地球表面，嚴(yán)格說來不是球面而一個(gè)水平面，仿佛是無限大的水平面上物體所受到的重力大小公式是質(zhì)量與比例常量g的乘積，其大小不會(huì)變化，方向總是垂直水平面豎直向下。無論如何在初中學(xué)習(xí)，學(xué)生在時(shí)間與空間上已經(jīng)深深地根植于這樣的思維，形成了一種定勢(shì)心理，深深地影響著高中重力與萬有引力的學(xué)習(xí)進(jìn)程。

難道重力大小真的不會(huì)變化，方向也不變化？

二、地球表面的重力

進(jìn)入高中階段，在探討物體自由下落快慢過程中，得到落體運(yùn)動(dòng)加速度這個(gè)概念，學(xué)生接受這樣的事實(shí)，在同一地點(diǎn)，不考慮空氣阻力的影響，輕重物質(zhì)運(yùn)動(dòng)快慢一樣，這樣所有運(yùn)動(dòng)物體的加速度都是一樣的，并且說明這個(gè)加速度為重力加速度，在地球的同一地點(diǎn)輕重物體下落快慢一樣，但是在地球不同的緯度上下落的快慢不同，赤道重力加速度最小，隨著緯度變大，重力加速度不斷增加，在北極與南極重力加速度最大。

在這個(gè)階段，學(xué)生可以接受重力大小可以變化的事實(shí)，而且針對(duì)不同的地方，重力加速度不同，初中水平說重力大小等于質(zhì)量與比例常量g的乘積，現(xiàn)在可以理解為質(zhì)量與重力加速度的乘積。重力方向也不在像初中階段的那樣，重力方向是可以變化的，把地球近似看作一個(gè)圓形球體，那么地球不同的地方，重力方向都是指向地心。

當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)深化到這樣的程度，原來心理的定向思維就發(fā)生變化，發(fā)生遷移，定向思維的改變帶來思維的深刻變化。原來認(rèn)為永遠(yuǎn)不變化的東西現(xiàn)在已經(jīng)變化，重力的大小變化，主要是隨著緯度的變化而變化，方向也是變化的，但是變化有這樣的規(guī)律，無論物體在哪里，重力的方向都是指向地心。更重要的還有，就是隨著這個(gè)心理過程的變化，學(xué)生的空間感知能力和想象能力也在提高，原來是地球表面看成平面，是無限的，但是現(xiàn)在看來，地球表面應(yīng)該是個(gè)球面，而且是有限的，以往所學(xué)習(xí)的重力就是物體局限于地球表面的空間。

三、萬有引力定律

學(xué)生學(xué)習(xí)開普勒關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的三大定律以后，接受了太陽對(duì)行星有萬有引力作用，八大行星之所以圍繞太陽運(yùn)行，沒有飛到其它星系，正是萬有引力的作用，從而形成太陽系。從開普勒定律可以推出萬有引力定律，太陽對(duì)于行星有引力作用，同時(shí)行星對(duì)于太陽也有引力的作用，只是由于行星質(zhì)量相對(duì)太陽極小，行星運(yùn)動(dòng)，太陽幾乎不運(yùn)動(dòng)，通常認(rèn)為是靜止。

不僅僅是天體之間廣泛地存在著萬有引力，任何兩個(gè)物體之間都存在著相互的吸引力，引力的大小與它們質(zhì)量的乘積成正比，與它們之間的距離成反比，由于通常人們看到的物體質(zhì)量是有限的不可能像天體那樣具有極其巨大的質(zhì)量，它們之間的引力是非常微弱的，以致于無法感覺，但是引力是客觀存在的。

至此，學(xué)生們對(duì)于重力概念的認(rèn)識(shí)得到升華，重力就是地球與其表面物體之間的萬有引力，由于地球的質(zhì)量極其巨大，即使物體的質(zhì)量有限，它們之間的引力是不可忽略的，物體位于地面附近受到的引力主要表現(xiàn)就是重力，離開地面延伸到太空，這個(gè)重力就叫做萬有引力，大小隨著距離增大而減小，重力加速度也減小，物體向地球中心運(yùn)動(dòng)，隨著它與地球中心距離越來越近，其引力也是不斷地減小，總之重力的概念起源于萬有引力定律，學(xué)生們對(duì)于重力認(rèn)識(shí)得到質(zhì)量上的飛躍。

借助于場(chǎng)的概念，引力還可以這樣理解，正如電場(chǎng)與磁場(chǎng)的理論那樣，引力的作用也可以用場(chǎng)觀念來理解，只要有物體存在，其周圍一定存在著引力場(chǎng)，在引力場(chǎng)的所有物體都會(huì)受到場(chǎng)的作用，這個(gè)作用就是萬有引力，太陽系里主要是太陽的引力場(chǎng)，八大行星受到這個(gè)場(chǎng)的作用，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)這樣的，除了太陽的引力場(chǎng)之外，其余行星也形成自己的場(chǎng)，所有太陽的天體都會(huì)受到引力場(chǎng)的作用，這里太陽系里不是一個(gè)太陽的引力場(chǎng)，而是所有的引力場(chǎng)的疊加，這是多么復(fù)雜的物理情景！

四、認(rèn)識(shí)的心理過程與反思

通常情況下，學(xué)生的心理容易變化，但不一定是向著正確的方面變化，學(xué)生的心理難以改變，主要難以向著正確方向轉(zhuǎn)化。從初中階段學(xué)習(xí)重力大小與方向都不變化形成了心理定勢(shì)，有的學(xué)生甚至形成了傳統(tǒng)觀念，這是非?？膳碌?。從物體固定在某個(gè)地點(diǎn)受到的重力伸延到地球的不同地方受力情況來分析，就改變了學(xué)生們?cè)瓉淼乃季S模型，此刻重力大小方向都可以發(fā)生變化，這樣學(xué)生思維的空間得到極大的拓展。

至于到了萬有引力定律，學(xué)生才將視野真正地從地球表面附近擴(kuò)展到太陽系及其它星系，甚至整個(gè)宇宙，這樣空間的概念就極大的發(fā)展，思維也會(huì)發(fā)生根本性的變化，他們知道重力變化的根本原因及規(guī)律。能夠用場(chǎng)的觀點(diǎn)來看，對(duì)于什么是相互作用這個(gè)概念也得到升華上的認(rèn)識(shí)。這里不光是原來經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶，知識(shí)的建構(gòu)和總結(jié)，知識(shí)的遷移，還包括數(shù)學(xué)知識(shí)的廣泛應(yīng)用等。

正確思維的形成及發(fā)展，是以學(xué)生的心理發(fā)展為基礎(chǔ)的，正確的心理過程就是思維能力形成的過程，豐富學(xué)生的心理變化，也是豐富個(gè)性與能力甚至綜合能力發(fā)展的基礎(chǔ)。從新課標(biāo)來看，知識(shí)與技能這個(gè)方面就是要求學(xué)生們學(xué)會(huì)理解萬有引力和重力的概念及基本的計(jì)算，說到過程及方法，就是探討整個(gè)萬有引力定律的形成過程，學(xué)生們整個(gè)認(rèn)識(shí)心理過程及改變。這里包括眾多的因素，有豐富的感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)，有許多科學(xué)思維應(yīng)用，這使學(xué)生們得到新的嘗試與體驗(yàn)。從情感態(tài)度及價(jià)值觀來看，探討認(rèn)識(shí)萬有引力定律的方法，也可以應(yīng)用于認(rèn)識(shí)自然界當(dāng)中其他三類基本相互作用力：電磁相互作用，原子核的弱相互作用力及強(qiáng)相互作用。學(xué)習(xí)萬有引力定律可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家們的刻苦探索的品德，認(rèn)識(shí)到物理科學(xué)在社會(huì)文明和發(fā)展中的重大作用與意義，激勵(lì)他們立志成為一名優(yōu)秀的學(xué)生，未來成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有所作為與貢獻(xiàn)的人。