向邦兵

普通高中《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）明確指出，高中物理課程是一門基礎(chǔ)課程，旨在落實(shí)立德樹人任務(wù)，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)人類科學(xué)事業(yè)的傳承與社會(huì)的發(fā)展。高中物理天體運(yùn)動(dòng)知識(shí)內(nèi)容復(fù)雜、抽象，問題研究視角從地面轉(zhuǎn)移到太空，視野變廣，思維要求高，加之緊密地和當(dāng)今科技發(fā)展前沿結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)天體運(yùn)動(dòng)時(shí)感覺知識(shí)繁亂，思緒不清，學(xué)習(xí)困難。基于此，我在教學(xué)實(shí)踐中落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，滲透學(xué)科核心素養(yǎng)，采取模型化教學(xué)，抓住重點(diǎn)，培養(yǎng)科學(xué)思維。

一、物理學(xué)科核心素養(yǎng)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面?！拔锢碛^念”主要包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念，能量觀念等要素;“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素;“科學(xué)探究”主要包括問題、證據(jù)、交流等要素;“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”主要包括科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、社會(huì)責(zé)任等。高中物理教學(xué)過程中，就是要通過教與學(xué)的過程，學(xué)生達(dá)到形成物理觀念，具有建構(gòu)模型的意識(shí)和能力，能進(jìn)行科學(xué)探究，正確認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)的目標(biāo)。在具體的教學(xué)案例中，要依據(jù)內(nèi)容，教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)滲透學(xué)科素養(yǎng)，要側(cè)重學(xué)科素養(yǎng)具體體現(xiàn)的某一個(gè)或幾個(gè)方面。

二、教材內(nèi)容分析

人教版必修2第六章-《萬有引力與航天》章節(jié)，在高中物理知識(shí)體系中地位舉足輕重。 人類從古至今對(duì)太空的認(rèn)識(shí)歷程，能夠強(qiáng)烈地激起人們對(duì)科學(xué)知識(shí)的探知欲;從學(xué)習(xí)者認(rèn)知觀的發(fā)展和思維能力來講，該內(nèi)容是對(duì)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系升華，是學(xué)習(xí)牛頓經(jīng)典力學(xué)的進(jìn)一步要求，能極大拓展人的認(rèn)知觀和思維能力;該部分內(nèi)容為現(xiàn)今高考物理試題命題的熱點(diǎn)，極易與當(dāng)今航天科技前沿知識(shí)結(jié)合，充分展示我國在此領(lǐng)域的輝煌成就，增強(qiáng)民族自豪感，提高學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)和落實(shí)國家立德樹人的目標(biāo)。因此，學(xué)生應(yīng)高度重視該內(nèi)容的學(xué)習(xí)。教師應(yīng)著力指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到位，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的物質(zhì)觀念和培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的學(xué)科素養(yǎng)。

該部分內(nèi)容在學(xué)習(xí)完《曲線運(yùn)動(dòng)》后，天體的運(yùn)動(dòng)和地面上的圓周運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來，學(xué)生對(duì)牛頓經(jīng)典力學(xué)的認(rèn)識(shí)得以提高。學(xué)習(xí)者認(rèn)知角度從地面轉(zhuǎn)移到太空，符合人認(rèn)知觀。萬有引力定律是人類認(rèn)識(shí)太空的基礎(chǔ)，是牛頓經(jīng)典力學(xué)的重要內(nèi)容。教學(xué)中，幫助學(xué)生減小思維難度，克服學(xué)生畏難心理，用建模方式進(jìn)行教學(xué)，滲透科學(xué)思維和科學(xué)探究等學(xué)科素養(yǎng)。

三、模型歸類分析，體現(xiàn)科學(xué)思維

天體運(yùn)動(dòng)知識(shí)，突出體現(xiàn)相互作用的物理觀念和模型建構(gòu)的科學(xué)思維學(xué)科核心素養(yǎng)，教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生將萬有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)結(jié)合起來，建立兩大類模型，來研究和理解天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，達(dá)到掌握天體運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，加深理解認(rèn)識(shí)。

1.隨地模型

隨地模型的特征，天體表面上的物體隨天體一起運(yùn)動(dòng)。以地球?yàn)槔⒛Ｐ?，分清重力與萬有引力的關(guān)系。地球表面上的物體隨地球自轉(zhuǎn)時(shí)需要的向心力由萬有引力的一個(gè)分力提供，另外一個(gè)分力就是物體的重力。

如圖所示，由于緯度的變化，物體做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力不斷變化，故地球表面物體的重力隨緯度變化而變化，即重力加速度高g隨緯度增加而變大。

該模型建構(gòu)中，教學(xué)中要突出研究對(duì)象的物質(zhì)性及向心力的來源，強(qiáng)化物理觀念形成。同時(shí)，把研究的問題，提煉歸類為模型化的問題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方式。

2.環(huán)繞模型

環(huán)繞模型是萬有引力與圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)的結(jié)合，是科學(xué)思考、科學(xué)探究天體運(yùn)動(dòng)知識(shí)時(shí)最重要的方法，常見兩類情形，一類是“一心一意”和“兩心一意”（雙星模型）。

（1）“一心一意”型

該模型特征是一顆衛(wèi)星圍繞中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。所需要的向心力由中心天體對(duì)衛(wèi)星的萬有引力提供，即：

運(yùn)用該模型建立方程時(shí)，向?qū)W生強(qiáng)調(diào)上面等式左邊公式中的r指的是兩個(gè)物體間的距離，對(duì)于相距很遠(yuǎn)，可視為質(zhì)點(diǎn)的物體，指的是之間間的距離;對(duì)于均勻球體，r表示的是兩球心的距離。而等式右邊公式中的r指的是圓軌道的半徑。當(dāng)衛(wèi)星環(huán)繞中心天體，軌道半徑變化時(shí)，就涉及了衛(wèi)星的變軌問題。在不同軌道上運(yùn)行時(shí)，可利用上述方程比較相應(yīng)運(yùn)行參量。已知其中幾個(gè)參量，可以進(jìn)行相應(yīng)問題分析，如估算中心天體質(zhì)量和密度，求解運(yùn)行參量、求解第一宇宙速度等。

（2）“兩心一意”型（雙星模型）

雙星模型是指由2顆相距較近的恒星組成，個(gè)恒星的限度遠(yuǎn)小于2個(gè)星體之間的距離，而且雙星系統(tǒng)一般遠(yuǎn)離其他天體。兩顆星球組成的雙星，在相互之間的萬有引力作用下，繞連線上的一點(diǎn)做周期相同的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。如圖所示，質(zhì)量為m1，m2的兩個(gè)星體1、2繞它們連線上的某一固定點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑分別是r1，r2，它們之間的距離為L。

該類模型建構(gòu)時(shí)，教師仍然突出強(qiáng)調(diào)其物理觀念、科學(xué)思維，并讓學(xué)生領(lǐng)悟至透。進(jìn)行模型化分析時(shí)，對(duì)不同模型進(jìn)行區(qū)別，能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，滲透科學(xué)態(tài)度的學(xué)科素養(yǎng)。

四、結(jié)束語

高中物理天體運(yùn)動(dòng)的知識(shí)復(fù)雜難懂，由相關(guān)模型推導(dǎo)得到的二級(jí)結(jié)論多，許多概念抽象，學(xué)生往往難以快速的掌握和理解知識(shí)。因此，筆者在新課程理念指導(dǎo)下，以物理學(xué)科素養(yǎng)視角進(jìn)行以上天體運(yùn)動(dòng)教學(xué)實(shí)踐，突出知識(shí)體現(xiàn)的學(xué)科素養(yǎng)，關(guān)注過程，降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度，促近學(xué)生掌握相關(guān)內(nèi)容，提高物理分析能力。上述案例表明，物理新課改，教師教學(xué)理念首當(dāng)其沖要進(jìn)行更新，然后教師引領(lǐng)下，根據(jù)具體知識(shí)來進(jìn)行的教與學(xué)，在這一實(shí)踐中既完成課程目標(biāo)，又滲透學(xué)科素養(yǎng)，提升學(xué)生學(xué)科能力。