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，講好課的關鍵是備課，而教材分析是備課環節的關鍵，只有分析清楚教材才能更好地開展教學活動。本文以人教版物理教科書必修二第六章第四節《萬有引力理論的成就》為例，進行教材分析。

關鍵詞：教材分析；萬有引力；教學建議

《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。前三節以物理學史為線索，學習開普勒行星運動定律，在牛頓運動定律和向心力的基礎上，經歷理論推導過程，最終發現萬有引力定律；第四、五節是萬有引力定律的應用；第六節是了解經典力學的局限性，也為后面建立力學體系打下了基礎。

這一章在高中物理教學中既是重點，同時也是難點，非常重要。

1 本節地位分析

本節位于第四節，是萬有引力定律后面的內容。在掌握了萬有引力定律的基礎上，簡要介紹了萬有引力理論在天文學上的重要應用，即“計算天體的質量”，“發現未知天體”。教材首先通過理論推導，給出了一種應用萬有引力定律解決問題的思路與方法——“稱量地球的質量”；又以計算太陽質量為例，給出了第二種運用萬有引力定律計算天體質量的思路和方法，體現出科學定律的普適性；最后從科學史的角度，簡要介紹了發現海王星和成功預測哈雷彗星的過程，顯示了萬有引力理論的巨大成就。

讓學生經歷理論推導的過程，掌握綜合運用萬有引力定律和與圓周運動相關知識計算天體質量的兩種基本思路和方法，在此過程中培養建模能力、推理能力、和歸納能力，體會到研究天體問題的科學方法，培養學生的創新意識。通過測量天體質量、預測未知天體，使學生了解萬有引力的重要價值，認識到科學定律的重要性，體會科研方法對人類認識自然的重要性，激發學生求知欲和探索科學真理的激情。

2 課標考綱分析

2.1 課標要求

圖1 課標內容

以上是《普通高中物理課程標準（2017版）》對這一節內容的要求。課標對這一部分內容的要求重點不在于應用萬有引力定律解決多么高難的問題，重點在于體會科學定律的價值，讓學生認識到科學定律對人類認識世界、探索世界的重要性，培養學生正確的對待科學的態度與責任。

2.2 考綱分析

圖2 考綱內容

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

3 學情分析

高一學生對于世界的觀察已經不僅僅停留在表面了，他們對于事物的內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。

學生在學習本節之前，已經學習了勻速圓周運動的相關知識，也掌握了利用牛頓第二定律和向心力表達式處理勻速圓周運動的方法。在前一節又學習了萬有引力定律，但不熟悉運用萬有引力定津解決實際問題的思路和方法。

學生對天文學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。在前幾節課的學習中，學生經歷了“發現”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 教材內容分析

圖3 教材設計流程

“科學真是迷人”模塊。教材在上節課內容的基礎上提出新的問題，地球質量如何稱？進而思考應用萬有引力定律來“稱量”地球質量。在理解萬有引力定律的基礎下，不考慮地球自轉情況，物體所受重力mg等于地球對物體的引力，通過理論推導得出計算地球質量的公式，這個公式可以推廣到別的天體，也就是總結出了第一種計算天體質量的思路和方法。只要知道天體表面的重力加速度和天體半徑，就可以計算天體質量。

“計算天體的質量”模塊。有些時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算天體質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動的向心力是由他們之間的萬有引力提供的，又結合圓周運動的公式，推導得出第二種計算天體質量的方法和思路。

“發現未知天體”模塊。通過回顧發現海王星和成功預測哈雷彗星回歸的這些歷史，讓學生體會到科學定律對人類認識世界、發現世界、探索世界的意義和價值，認識到科學定律的發展性、可預測性，產生對科學的熱愛。

5 學科核心素養在教材中的體現。

通過理論推理，得到兩種應用萬有引力定律計算天體質量的一般思路和方法。通過科學史料的展示，提供給學生豐富的感性認識，認識到科學家所做的巨大貢獻和已經取得的成就，也讓他們感覺到科學定律的意義和價值，知道科學定律對于探索世界的重要性和可預測性，形成正確的科學本質認識。

6 教學建議

教師在教學過程中重點要引導學生把之前學過的圓周運動知識與萬有引力定律聯系起來，掌握兩種計算天體質量的思路和方法，注重對方法的總結。

教師還應重視學史的滲透，在教學過程中培養學生對于科學家的正確認識、對科學定律的價值的正確認識，激發學習興趣和對科學的熱愛之情。

參考文獻

[1]教育部考試中心.2018年普通高等學校招生全國統一考試大綱的說明（理科）[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2]普通高中物理課程標準：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.