呂 爽，劉茂軍

（吉林師范大學(xué) 物理學(xué)院，吉林 四平 136000）

0 引言

教育部于2017年頒布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新課標(biāo)），在整合與提升三維教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，首次提出物理學(xué)科核心素養(yǎng)一詞，并且明確劃分為四部分內(nèi)容，分別是物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

本文通過(guò)對(duì)高中重力知識(shí)的物理觀念內(nèi)涵的分析，以深刻理解物理觀念的本質(zhì).初中階段，學(xué)生對(duì)重力知識(shí)已有一定的了解.人教版八年級(jí)上冊(cè)物理教材中，重力的定義為由于地球的吸引而使物體受到的力.2019 年新版高中物理教材必修第一冊(cè)中，重力的定義為由于地球的吸引而使物體受到的力［1］.初高中教材上對(duì)重力的定義相同，均指出重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的.從初中物理教材上第一次提到重力，到高中物理對(duì)重力的進(jìn)一步學(xué)習(xí)，學(xué)生都不能透徹地理解重力的本質(zhì)，培養(yǎng)物理觀念的教學(xué)也無(wú)從入手［2］.在此，本文將深入探討重力的物理觀念內(nèi)涵，以更好地指導(dǎo)中學(xué)物理教學(xué)實(shí)踐.

1 物理觀念的內(nèi)涵

新課標(biāo)將物理觀念劃分為物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念和能量觀念等因素，并且指出物理觀念就是在對(duì)物理概念、規(guī)律等提煉和升華的基礎(chǔ)上，形成的對(duì)物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量的基本認(rèn)識(shí).新課標(biāo)中肯定了物理觀念的重要地位，將物理觀念視為解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)［3］.

物理觀念之所以可以成為新課標(biāo)物理課程的重要目標(biāo)之一，是因?yàn)槲锢碛^念一旦形成，就會(huì)根植于人們的頭腦中，即使有一天學(xué)習(xí)的物理知識(shí)被遺忘了，學(xué)生頭腦中形成的物理觀念依然存在，并對(duì)以后的物理學(xué)習(xí)起一定的作用.被保留下來(lái)的物理觀念，對(duì)學(xué)生的想法、行為和解決問(wèn)題的方式方法都會(huì)產(chǎn)生影響.物理觀念是物質(zhì)世界在人頭腦中的反映，由于受到認(rèn)識(shí)主體知識(shí)水平、認(rèn)知發(fā)展階段和個(gè)人興趣等不同因素的影響，即使對(duì)待同一事物，每個(gè)人形成的物理觀念也是不同的，進(jìn)而使得物理觀念打上認(rèn)識(shí)主體的烙印.因此，物理觀念具有一定的主觀性.大量物理事實(shí)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積累形成物理知識(shí)，即物理知識(shí)是來(lái)自于人類(lèi)研究物質(zhì)世界變化規(guī)律過(guò)程中得到的概念、規(guī)律.物理事實(shí)描述的是客觀的物質(zhì)世界，物質(zhì)世界不以人的意志為轉(zhuǎn)移.因此，作為無(wú)數(shù)物理事實(shí)集合體的物理知識(shí)，也具有一定的客觀性.

通過(guò)對(duì)物理觀念和物理知識(shí)的比較與分析，可以看出物理觀念和物理知識(shí)二者之間既有區(qū)別又有聯(lián)系［4］，應(yīng)加以辯證的認(rèn)識(shí).物理觀念的形成以物理知識(shí)為依托，但物理觀念不是物理知識(shí)的簡(jiǎn)單堆積，而是物理概念、物理規(guī)律在頭腦中提煉與升華的結(jié)果.因此，物理觀念對(duì)物理知識(shí)具有引領(lǐng)作用.物理觀念的層次高低，決定著學(xué)生對(duì)物理世界認(rèn)識(shí)層次的高低.物理知識(shí)的積累是物理觀念形成的基礎(chǔ)，不同知識(shí)水平的人即使對(duì)待同一事物，形成的物理觀念的層次也是不同的.

2 高中 “重力” 知識(shí)的物理觀念內(nèi)涵分析

2.1 物質(zhì)觀內(nèi)涵分析

重力的物質(zhì)觀指的是重力的施力物體和受力物體均是物質(zhì)，并且這種物質(zhì)具有靜止質(zhì)量和一定的結(jié)構(gòu)［5］.高一的學(xué)生已經(jīng)知道，物質(zhì)的組成結(jié)構(gòu)是分子或原子，原子的組成結(jié)構(gòu)是原子核和核外電子，對(duì)固體、液體、氣體的性質(zhì)及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化有了簡(jiǎn)單的了解.但是學(xué)生的認(rèn)知還停留在 “看得見(jiàn)、摸得著” 的物質(zhì)，具有一定的局限性［6］.

根據(jù)重力的定義我們知道，重力是一種非接觸力.高中學(xué)生的認(rèn)知已經(jīng)發(fā)展到了一定的水平，基于牛頓萬(wàn)有引力的思想，也不難理解重力的發(fā)生.重力的施力物體是地球，受力物體是地球附近一切物體.無(wú)論是施力物體還是受力物體，都是客觀存在的一種物質(zhì)，這種研究對(duì)象的確定就是物質(zhì)觀的表現(xiàn).因此，高中 “重力” 知識(shí)的物質(zhì)觀表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）物質(zhì)的存在形式.科學(xué)家認(rèn)為，自然界中的物質(zhì)有實(shí)物和場(chǎng)兩種基本存在形態(tài).施力物體和受力物體都以實(shí)物的形態(tài)存在，具有一定的靜止質(zhì)量，占有一定的空間，且存在形式是間斷的；（2）物質(zhì)的結(jié)構(gòu).各種物質(zhì)形態(tài)在自然界中都有一定的結(jié)構(gòu)，施力物體和受力物體都是由具有靜止質(zhì)量的基本粒子組成的物質(zhì)，只是不同的物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同；（3）物質(zhì)的屬性.物質(zhì)的屬性和功能受物質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響.受到重力的物體必然是具有質(zhì)量的某種物質(zhì)，而質(zhì)量是物質(zhì)最基本的屬性.經(jīng)過(guò)初中對(duì)重力的學(xué)習(xí)，學(xué)生能從物理學(xué)的視角觀察自然現(xiàn)象，形成將物理學(xué)與實(shí)際相聯(lián)系的認(rèn)識(shí).高中則在此基礎(chǔ)上，潛移默化地促進(jìn)了學(xué)生物質(zhì)觀念的建構(gòu)，使學(xué)生初步具有物質(zhì)觀念，為學(xué)生日后物理觀念、核心素養(yǎng)的形成奠定了基礎(chǔ).

2.2 運(yùn)動(dòng)與相互作用觀內(nèi)涵分析

重力的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀指的是重力來(lái)源于萬(wàn)有引力，即來(lái)源于施力物體和受力物體之間的相互作用.在一定條件下，這種相互作用使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變.高中 “重力” 知識(shí)的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）世界上的一切物質(zhì)都處于運(yùn)動(dòng)之中，只有相對(duì)靜止沒(méi)有絕對(duì)靜止.由于地球自轉(zhuǎn)，地球上的一切物質(zhì)都處于運(yùn)動(dòng)之中.我們所研究的物體受到重力作用而做的運(yùn)動(dòng)，都是相對(duì)地球靜止而言的；（2）按照牛頓的思想我們知道，任何有質(zhì)量的物體之間都存在著遵循相同規(guī)律的引力，即萬(wàn)有引力.從萬(wàn)有引力的角度看，重力來(lái)源于地球?qū)Φ厍虮砻娓浇矬w的萬(wàn)有引力，即來(lái)源于兩個(gè)物體間的相互作用［7］.所有具有質(zhì)量的物體之間都存在著相互吸引力，這種作用是超距的，不需要物與物的接觸.從 “相互接觸” 到 “超距作用” ，是人類(lèi)思維上的一次重大飛躍，進(jìn)一步豐富和發(fā)展了相互作用觀念.

以自由落體運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀的分析為例，2019 年新版高中物理教材必修第一冊(cè)中，自由落體運(yùn)動(dòng)的定義是物體只在重力作用下從靜止開(kāi)始下落的運(yùn)動(dòng).雨滴從高空掉落，起初雨滴處于靜止?fàn)顟B(tài)，由于地球的吸引使雨滴受到重力作用，致使雨滴運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，由靜止變?yōu)閯蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng).牛頓萬(wàn)有引力的發(fā)現(xiàn)源于蘋(píng)果落地的現(xiàn)象.成熟的蘋(píng)果由于地球的吸引，受到重力作用做自由落體運(yùn)動(dòng)，這種相互作用使蘋(píng)果由靜止運(yùn)動(dòng)起來(lái).以上兩種現(xiàn)象說(shuō)明重力是雨滴、蘋(píng)果運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的原因.這種由于相互作用使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的現(xiàn)象，就是運(yùn)動(dòng)與相互作用觀的體現(xiàn).

不同學(xué)習(xí)階段，運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念的教學(xué)要求是不同的.2019年新版高中物理教材必修第一冊(cè)教學(xué)中，主要是以勻變速直線運(yùn)動(dòng)為問(wèn)題情境來(lái)體現(xiàn)運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念的.因此，教學(xué)要結(jié)合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，循序漸進(jìn)，為后續(xù)進(jìn)一步構(gòu)建運(yùn)動(dòng)與相互作用觀奠定基礎(chǔ)［8］.

2.3 能量觀內(nèi)涵分析

重力的能量觀指的是物體由于被舉高而具有重力勢(shì)能，在一定條件下，物體的重力勢(shì)能可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能量.高中 “重力” 知識(shí)的能量觀體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）物體由于被舉高而具有重力勢(shì)能，被舉高的高度與勢(shì)能零點(diǎn)的選取有關(guān)，一般選取地球表面為重力勢(shì)能零點(diǎn)；（2）重力勢(shì)能可以與動(dòng)能、彈性勢(shì)能等其他形式的能量之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換.禁止高空拋物、墻體脫落請(qǐng)勿靠近等生活中常見(jiàn)的警示牌，都蘊(yùn)含著 “重力” 知識(shí)的能量觀.初中學(xué)生已經(jīng)掌握了重力勢(shì)能、動(dòng)能以及能量轉(zhuǎn)化的相關(guān)知識(shí)，了解了各種形式的能量之間可以互相轉(zhuǎn)化.因此，不難理解其中蘊(yùn)含的物理知識(shí).選取地球表面為重力勢(shì)能零點(diǎn)，高空物體由于 “被舉高” 而具有一定的重力勢(shì)能.由于受到地球吸引力的作用，開(kāi)始做自由落體運(yùn)動(dòng).物體相對(duì)于重力勢(shì)能零點(diǎn)的位置越高、質(zhì)量越大，則具有的重力勢(shì)能越大.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于物體只受到重力的作用（空氣阻力忽略不計(jì)），物體開(kāi)始做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng).速度在單位時(shí)間內(nèi)均勻遞增，高度越高，落到地面時(shí)的速度越大，物體所具有的動(dòng)能就越大.在這一運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，物體完成重力勢(shì)能到動(dòng)能的轉(zhuǎn)化.

3 結(jié)語(yǔ)

充分研讀與分析物理教材，挖掘教材具體知識(shí)中隱含的物理觀念，是每位物理教師的必修課，是做好教學(xué)工作的必要前提.分析具體物理知識(shí)中隱含的物理觀念內(nèi)涵，不僅可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)抽象物理觀念的理解，還能為教師教學(xué)提供新思路.教學(xué)過(guò)程要在保證遵從學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的前提下，結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容顯化物理觀念，培養(yǎng)學(xué)生將物理知識(shí)與實(shí)際情景相關(guān)聯(lián)的自覺(jué)性［9］.通過(guò)不斷的探究、實(shí)踐和總結(jié)，幫助學(xué)生對(duì)物理概念、物理規(guī)律進(jìn)行提煉和升華［10］，完成思維上的跨越.在理解物理觀念的基礎(chǔ)上，最終完成物理觀念的建構(gòu)，進(jìn)而真正提高物理學(xué)科核心素養(yǎng).