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知識目標(biāo)
通過學(xué)習(xí)物理學(xué)史的知識，使學(xué)生了解地心說（托勒密）和日心說（哥白尼）分別以不同的參照物觀察天體運動的觀點；通過學(xué)習(xí)開普勒對行星運動的描述，了解牛頓是通過總結(jié)前人的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出了萬有引力定律．
能力目標(biāo)
通過學(xué)生的閱讀使學(xué)生知道開普勒對行星運動的描述；
情感目標(biāo)
使學(xué)生在了解地心說和日心說兩種不同的觀點，也使學(xué)生懂得科學(xué)的道路并不是平坦的光明大道，也是要通過斗爭，甚至?xí)冻錾拇鷥r；
說明：
1、日心、地心學(xué)說及兩者之間的爭論有許多內(nèi)容可向?qū)W生介紹，教材為了簡單明了地簡述開普勒關(guān)于行星運動的規(guī)律，沒有過多地敘述這些內(nèi)容.教學(xué)中可根據(jù)學(xué)生的實際情況加以補(bǔ)充.
2、這一節(jié)的教學(xué)除向?qū)W生介紹日心、地心學(xué)說之爭外，還要注意向?qū)W生說明古時候人們總是認(rèn)為天體做勻速圓周運動是由于它遵循的運動規(guī)律與地面上物體運動的規(guī)律不同.
3.學(xué)習(xí)這一節(jié)的主要目的是為了下一節(jié)推導(dǎo)萬有引力定律做鋪墊，因此教材中沒有過重地講述開普勒的三大定律，而是將三大定律的內(nèi)容綜合在一起加以說明，節(jié)后也沒有安排練習(xí).希望老師能合理地安排這一節(jié)的教學(xué).
教學(xué)建議
教材分析
本節(jié)教材首先讓學(xué)生在上課前準(zhǔn)備大量的資料并進(jìn)行閱讀，如：第谷在1572年時發(fā)現(xiàn)在仙后座中有一顆很亮的新星，從此連續(xù)十幾個月觀察這顆星從明亮到消失的過程，并用儀器定位確證是恒星（后稱第谷星，是銀河系一顆超新星），打破了歷來“恒星不變”的學(xué)說．伽利略開創(chuàng)了以實驗事實為基礎(chǔ)并具有嚴(yán)密邏輯體系和數(shù)學(xué)表述形式的近代科學(xué)．為以亞里士多德為旗號的經(jīng)院哲學(xué)對科學(xué)的禁錮、改變與加深人類對物質(zhì)運動和宇宙的科學(xué)認(rèn)識而奮斗了一生，因此被譽為“近代科學(xué)之父”．開普勒幼年時期的不幸，通過自身不懈的努力完成了第谷未完成的工作．這些物理學(xué)家的有關(guān)資料可以幫助學(xué)生在了解萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的過程中體會科學(xué)家們追求真理、實事求是、不畏強(qiáng)權(quán)的精神．
教法建議
具體授課中教師可以用故事的形式講述．也可通過放資料片和圖片的形式講述．也可大膽的讓學(xué)生進(jìn)行發(fā)言．
在講授“日心說”和“地心說”時，先不要否定“地心說”，讓學(xué)生了解托勒密巧妙的解釋，同時讓學(xué)生明白哥白尼的理論了統(tǒng)治人類長達(dá)一千余年的地球是宇宙中心的“地心說”理論，為宣傳和捍衛(wèi)這一學(xué)說，意大利的思想家布魯諾慘遭燒死，伽利略也為此受到殘酷迫害．不必給結(jié)論，讓學(xué)生自行得出結(jié)論．
典型例題
關(guān)于開普勒的三大定律
例1月球環(huán)繞地球運動的軌道半徑約為地球半徑的60倍，運行周期約為27天。應(yīng)用開普勒定律計算：在赤道平面內(nèi)離地面多少高度，人造地球衛(wèi)星可以隨地球一起轉(zhuǎn)動，就像停留在無空中不動一樣．
分析：月球和人造地球衛(wèi)星都在環(huán)繞地球運動，根據(jù)開普勒第三定律，它們運行軌道的半徑的三次方跟圓周運動周期的二次方的比值都是相等的．
解：設(shè)人造地球衛(wèi)星運行半徑為R，周期為T，根據(jù)開普勒第三定律有：
同理設(shè)月球軌道半徑為，周期為，也有：
由以上兩式可得：
在赤道平面內(nèi)離地面高度：
km
點評：隨地球一起轉(zhuǎn)動，就好像停留在天空中的衛(wèi)星，通常稱之為定點衛(wèi)星．它們離地面的高度是一個確定的值，不能隨意變動。
利用月相求解月球公轉(zhuǎn)周期
例2若近似認(rèn)為月球繞地球公轉(zhuǎn)與地球繞日公轉(zhuǎn)的軌道在同一平面內(nèi)，且都為正圓.又知這兩種轉(zhuǎn)動同向，如圖所示，月相變化的周期為29.5天（圖是相繼兩次滿月，月、地、日相對位置示意圖）．
解：月球公轉(zhuǎn)（2π+）用了29.5天．
故轉(zhuǎn)過2π只用天．
由地球公轉(zhuǎn)知．
所以=27.3天．
例3如圖所示，A、B、C是在地球大氣層外的圓形軌道上運行的三顆人造地球衛(wèi)星，下列說法中正確的是哪個？（）
A．B、C的線速度相等，且大于A的線速度
B．B、C的周期相等，且大于A的周期
C．B、C的向心加速度相等，且大于A的向心加速度
D．若C的速率增大可追上同一軌道上的B
分析：由衛(wèi)星線速度公式可以判斷出，因而選項A是錯誤的．
由衛(wèi)星運行周期公式，可以判斷出，故選項B是正確的．
衛(wèi)星的向心加速度是萬有引力作用于衛(wèi)星上產(chǎn)生的，由，可知，因而選項C是錯誤的．
若使衛(wèi)星C速率增大，則必然會導(dǎo)致衛(wèi)星C偏離原軌道，它不可能追上衛(wèi)星B，故D也是錯誤的．
解：本題正確選項為B。
點評：由于人造地球衛(wèi)星在軌道上運行時，所需要的向心力是由萬有引力提供的，若由于某種原因，使衛(wèi)星的速度增大。則所需要的向心力也必然會增加，而萬有引力在軌道不變的時候，是不可能增加的，這樣衛(wèi)星由于所需要的向心力大于外界所提供的向心力而會作離心運動。
探究活動
關(guān)鍵詞：物理模型；物理建模；創(chuàng)造性思維；創(chuàng)新能力
一、物理模型的概述
1.物理模型的定義
物理模型，就是把教學(xué)中所要研究的物理對象或物理過程通過抽象、理想化、簡化、類比等方法，進(jìn)行去次取主、化繁為簡的處理，把反映研究對象的本質(zhì)特征抽象出來，構(gòu)成一個概念或?qū)嵨锏捏w系。它有兩個主要特征：抽象性和形象性的統(tǒng)一，科學(xué)性與假定性的統(tǒng)一。物理建模是一種重要的科學(xué)思維方法，它能夠較好地培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和創(chuàng)新意識。在中學(xué)物理的學(xué)習(xí)中，通過物理建模能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的抽象邏輯思維能力，是必須也是必要的?？v觀物理學(xué)的發(fā)展史，構(gòu)建物理模型對物理學(xué)的發(fā)展起著重要的作用。
物理模型既源于實踐，又高于實踐，在生活、生產(chǎn)、科技領(lǐng)域中帶有普遍的共性特征，具有一定的抽象概括性。物理模型的構(gòu)建是一種重要的科學(xué)思維方法，通過對物理現(xiàn)象或過程的分析，尋找出物理現(xiàn)象或物理過程的內(nèi)在本質(zhì)及內(nèi)在規(guī)律，以達(dá)到認(rèn)識問題的目的。
2.物理建模的作用
物理模型是物理規(guī)律和理論得以建立的基礎(chǔ)，利用物理模型可解釋物理現(xiàn)象和實驗規(guī)律，還可作出科學(xué)的預(yù)言。教學(xué)中構(gòu)建物理模型實質(zhì)上就是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，學(xué)生通過建立物理模型，尋找解題規(guī)律，形成解題思路，有利于物理思維能力的培養(yǎng)。
二、物理建模能力的培養(yǎng)
教育部2001年頒布的《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》指出：“改變課程實施過于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練的現(xiàn)狀，倡導(dǎo)學(xué)生主動參與，樂于探究，勤于動手，培養(yǎng)學(xué)生收集和處理信息、獲取新知識的能力，分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力?！备咧形锢硇抡n程標(biāo)準(zhǔn)也要求：“應(yīng)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生積極參與、樂于探究、勇于實踐、勤于思考。通過多樣化的教學(xué)方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識與技能，使其逐漸形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神?！庇纱苏f來，學(xué)習(xí)物理，關(guān)鍵是要提高物理建模能力。下面就對如何培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力提出一些看法。
1.“抽象、等效”建模
這種建模方法忽略了次要因素，突出了主要因素，簡化了研究對象，將它等效成一個簡單的幾何模型。如：我們看不見、摸不著的電場、磁場都是客觀存在的物質(zhì)，但我們可設(shè)想電場線、磁場線的模型，并用頭發(fā)屑、鐵粉分別來顯示不同帶電粒子周圍的電場線、不同磁體周圍的磁場線的分布形狀，從而形象地描述出電場、磁場的一些特性，這樣就建立了場的概念。
2.“假設(shè)、類比”建模
在運動和力的關(guān)系問題中，為了了解物體的運動性質(zhì)和運動過程，往往要采用假設(shè)、類比的方法，并結(jié)合各種圖像（如：v—t圖，s—t圖），構(gòu)建物體的運動和力的關(guān)系模型。其中最常見的一種運動和力的關(guān)系模型是物體自靜止開始在變力作用下做速度不斷增大、加速度不斷減小的變加速運動（當(dāng)加速度為零時，速度達(dá)到最大，合外力等于零）。運動和力的關(guān)系問題是高中物理教學(xué)的難點，難點就在于對研究對象進(jìn)行正確的受力分析和運動過程分析。而利用圖像搞清物體的運動性質(zhì)，建立運動模型是比較有效的方法之一。
3.“簡化、形象”建模
對于來源于現(xiàn)實生活中的有關(guān)運動的信息題，若物體的運動過程非常復(fù)雜，不是常見的幾種形式的運動模型，則要注重對物體運動全過程的認(rèn)識，注重對物體運動發(fā)展變化過程的分析理解，深刻理解題意，深挖隱含條件，利用圖像，將抽象的物體問題形象化，簡化物體的運動過程，更加真實、全面地再現(xiàn)和模擬現(xiàn)實，建立起物體的運動模型。如：質(zhì)點、點電荷、單擺、彈簧振子等都是對研究對象的一種簡化。
4.強(qiáng)化信息題訓(xùn)練
解信息題一般由四步組成：第一步，獲取信息，排除跟問題無關(guān)的干擾信息，找到有用的信息，并使之跟所學(xué)的物理知識發(fā)生聯(lián)系；第二步，整理信息，把題目中的日常生活、生產(chǎn)或現(xiàn)代科技背景抽去，去掉無用信息，純化為物理過程；第三步，建立物理模型，即在有用信息的基礎(chǔ)上根據(jù)所學(xué)物理原理建立簡單的“物理模型”；第四步，列式求解。其中第二、三兩步是解信息題特有的，也是解信息題成敗的關(guān)鍵，完成了這兩步即實現(xiàn)了由信息題轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)題，也就得心應(yīng)手了。
如：開普勒發(fā)表了著名的開普勒行星運動三大定律。
第一定律：所有的行星分別在大小不同的橢圓軌道上圍繞太陽運動，太陽在這個橢圓的一個焦點上。
第二定律：太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。
第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等。
實踐證明，開普勒三大定律也適用于人造地球衛(wèi)星的運動。如果人造地球衛(wèi)星沿半徑為r的圓形軌道繞地球運動，當(dāng)制動發(fā)動機(jī)工作后，衛(wèi)星速度降低并轉(zhuǎn)移到與地球相切的橢圓軌道。如右圖所示，問：在這之后，衛(wèi)星經(jīng)過多長時間著陸？（空氣阻力不計，地球半徑為R，地球表面重力加速度為g。圓形軌道作為橢圓軌道的一種特殊形式。）
對題目進(jìn)行分析：
①此題的信息可分為四塊：一是開普勒三定律的內(nèi)容；二是開普勒三定律也適用于人造地球衛(wèi)星；三是人造地球衛(wèi)星由圓形軌道轉(zhuǎn)移到橢圓軌道；四是圓形軌道作為橢圓軌道的一種特殊形式。
②最有效的信息為開普勒第三定律，這是本題的突破口，開普勒第二定律幾乎是無效的，應(yīng)予忽略，其他信息是輔助信息。
③設(shè)衛(wèi)星質(zhì)量為m，圓形軌道半徑為r，運動周期為T，衛(wèi)星在圓軌道上運動時，由圓周運動的動力學(xué)知識，可以得出衛(wèi)星的半徑和周期的關(guān)系。
由上述例子可知：提煉有效信息是解答聯(lián)系實際的信息題的關(guān)鍵。在提煉好的有效信息的基礎(chǔ)上，再結(jié)合平時所學(xué)的物理知識進(jìn)行回憶，根據(jù)題目的具體條件，通過類比、等效替換等手段，合理建立物理模型，從而達(dá)到解答信息題的目的。
三、結(jié)語
培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力，是高中物理教學(xué)必須重視的問題。物理模型不僅是知識的結(jié)晶，還是思維的結(jié)晶，能有效考查學(xué)生對物理知識的理解深度和廣度以及思維品質(zhì)和創(chuàng)新能力。在物理教學(xué)中，要有的放矢，增強(qiáng)學(xué)生的建模意識，重視物理模型的教學(xué)，這既有利于學(xué)生掌握物理知識，提高應(yīng)用知識的能力，又可以引導(dǎo)學(xué)生形成科學(xué)的學(xué)習(xí)習(xí)慣和方法，提高素質(zhì)；建立和正確使用物理模型還可以提高學(xué)生理解和接受新知識的能力。
參考文獻(xiàn)：
[1]左雄.論高中物理教學(xué)中學(xué)生建模能力的培養(yǎng).湖南科技學(xué)院學(xué)報，2007（4）.
[2]廖伯琴，張大昌.全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗稿）解讀.湖北教育出版社，2004.
[3]盛煥華.高中物理研究性學(xué)習(xí).龍門書局出版社，2003.
1例題命制與講解
1.1注重基礎(chǔ),哪怕是冷知識
復(fù)習(xí)課上例題講解是少不了的環(huán)節(jié),筆者認(rèn)為知識復(fù)習(xí)要聯(lián)系最新的高考動態(tài),各地的高考題命制都是命題專家精心之作,不可偏廢,縱觀2013年各地對天體問題的考查,考查點都較為基礎(chǔ),正好可以將考題拿來作為例題幫助學(xué)生完成對基礎(chǔ)知識的復(fù)習(xí),讓學(xué)生自主檢測概念的掌握情況.例如,開普勒三定律是萬有引力的第一節(jié)內(nèi)容.考生往往會忽視基礎(chǔ)概念和定律的復(fù)習(xí),很多考生甚至冷落了這三個定律的理解和記憶,非常容易出錯.2013江蘇高考第1題著重考查這個知識點.例1(2013年江蘇)木星和火星繞太陽在各自的橢圓軌道上運動,由開普勒行星運動定律可得A.兩行星繞太陽運行速度的大小始終相等B.太陽位于木星運行軌道的中心C.兩行星的公轉(zhuǎn)周期之比的平方等于它們橢圓軌道半長軸之比的立方D.在相等的時間內(nèi),兩星與太陽連線掃過的面積相等目的從行星的實際運動出發(fā),幫助學(xué)生運用開普勒行星運動規(guī)律,復(fù)習(xí)規(guī)律.“開普勒三大定律”是人們研究天體運動的發(fā)端,也是“萬有引力”這一章節(jié)的第一節(jié)內(nèi)容,在以往的復(fù)習(xí)中,考生容易忽視該節(jié)內(nèi)容的復(fù)習(xí),由于對這三個定律復(fù)習(xí)的缺失,導(dǎo)致在解題過程中容易走彎路,從該題的設(shè)置上引導(dǎo)學(xué)生在一輪復(fù)習(xí)時,要重視對基礎(chǔ)知識,哪怕是高考冷點的理解和記憶.
1.2注重常規(guī)題的基本解法
萬有引力的常規(guī)考題大多涉及到“環(huán)繞”和“靜放”兩個方面方法的應(yīng)用,基本方法有兩個:對于環(huán)繞天體,萬有引力提供向心力;星球表面萬有引力近似等于物體的重力.例2(2013年上海)有小行星繞恒星運動,由于恒星始終均勻地向四周輻射著能量導(dǎo)致其質(zhì)量緩慢地減小,如果認(rèn)為小行星在繞恒星運動一周的時間內(nèi)的運動軌跡近似看成圓?則足夠長時間后,小行星運動的半徑、加速度、角速度、線速度大小如何變化?天體運動充滿著神秘色彩,與我們的生活也距離遙遠(yuǎn),不過此類問題的解決卻有法可循,環(huán)繞天體做勻速圓周運動萬有引力提供向心力,再加上由星球表面物體忽略自轉(zhuǎn)時的萬有引力等于重力得到的替代式,就可以解決一系列天體運動參數(shù)的問題,在解決問題的過程中幫助學(xué)生實現(xiàn)方法的遷移.
1.3抓住特殊運動模型
萬有引力與航天存在幾個重要的模型:近地衛(wèi)星模型,同步衛(wèi)星模型,雙星模型.課堂一定重視每個模型的特殊的物理含義和解題的技巧的分析和突破.如:近地衛(wèi)星推導(dǎo)第一宇宙速度,同步衛(wèi)星的確定性(如周期一定)等.平時的教學(xué)注重典型模型建立,重點突破各個模型的易考點和易錯點,可以有效的增強(qiáng)學(xué)生的解題效率.2013山東卷第20題考查了雙星系統(tǒng)模型.本文來自于《中學(xué)物理》雜志。中學(xué)物理雜志簡介詳見
2相似易錯規(guī)律的總結(jié)
關(guān)鍵詞: 物理學(xué)史情感態(tài)度價值觀
《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)》在課程目標(biāo)中提出:教師要促進(jìn)學(xué)生增強(qiáng)好奇心與求知欲,提高科學(xué)探索興趣,有堅持真理、勇于創(chuàng)新、實事求是的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神[1]。教師有效利用物理學(xué)史料中物理學(xué)家們屢敗屢戰(zhàn)的創(chuàng)造過程教育廣大學(xué)生,可以培養(yǎng)學(xué)生積極向上的科學(xué)態(tài)度和正確的價值觀,增強(qiáng)物理教學(xué)的趣味性、啟發(fā)性和思想性。
1.培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的信心和興趣
在課程中引入適當(dāng)?shù)奈锢韺W(xué)史料不僅可以使學(xué)生了解物理世界的奇妙,激發(fā)他們學(xué)習(xí)探究的興趣,而且可以通過物理學(xué)家百折不撓,勇于創(chuàng)新的科研歷程,堅定他們學(xué)習(xí)物理的決心。
例如:牛頓第一定律是牛頓力學(xué)體系的重要組成部分。在學(xué)習(xí)這一內(nèi)容時,學(xué)生可能受到日?，F(xiàn)象的影響,難以理解“運動不需要力來維持”。教師可以通過歷史上人類對力和運動的認(rèn)識過程來培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并使其堅定學(xué)習(xí)物理的決心。古希臘著名的哲學(xué)家亞里士多德基于日?，F(xiàn)象,認(rèn)為“運動需要力來維持”,后來著名物理學(xué)家伽利略對亞里士多德的理論提出質(zhì)疑并提出了自己的猜想,他認(rèn)為,物體的“運動不需要力來維持”。但是,伽利略在他所處的時代要驗證自己的猜想有很多困難,因為自由落體運動很快,沒有現(xiàn)代的設(shè)備,例如快速照相機(jī)之類,就無法對它進(jìn)行詳細(xì)研究。因此,伽利略決定“沖淡重力”,使一個球在斜面上滾動。斜面越陡,球滾得就越快,而在極限的情況下,球就無法沿著斜面滾動而做自由落體運動,做這個實驗的主要困難是測量球走過不同距離所需要的時間。伽利略解決的辦法是用“水鐘”,通過從一個容器底部附近打開的小口流出的水量來測量時間[2]。通過這一內(nèi)容的教學(xué),學(xué)生認(rèn)識到即使偉大的科學(xué)家也會在進(jìn)行科學(xué)研究的過程中遇到很多無法預(yù)料的困難,但是他們毫不畏懼,創(chuàng)新地提出解決辦法,以證實自己的猜想,從而增強(qiáng)了學(xué)習(xí)物理的興趣和面對困難時解決問題的決心。
2.培養(yǎng)學(xué)生腳踏實地的學(xué)習(xí)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)
物理學(xué)史記載著物理學(xué)發(fā)展歷史上眾多科學(xué)家研究過程中的點點滴滴,以及他們腳踏實地的態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。正是因為有這樣的科學(xué)態(tài)度和工作作風(fēng),他們才在科學(xué)領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就。
例如:丹麥著名天文學(xué)家第谷為了研究天文,依靠自己設(shè)計的儀器,在長達(dá)二十年的時間里不畏辛苦地進(jìn)行天文觀測,得到了一張標(biāo)有777顆星位置的星表,位置測量的精確度1-2弧分,更為重要的是,這些測量結(jié)果是在一個長時期內(nèi)連續(xù)重復(fù)作出的,并評估了觀測中的誤差[3]。在1601年去世前,第谷把畢生觀測到的資料都贈送給了他的助手,德國天文學(xué)家開普勒,并且告誡開普勒一定要尊重觀測事實。對照第谷大量的觀測結(jié)果,開普勒發(fā)現(xiàn)哥白尼的圓形軌道和第谷的觀測數(shù)據(jù)不符合,這些差異迫使開普勒放棄了圓形軌道。這個差異是很小的:火星的路徑在太陽的一邊比另一邊只長8弧分。但開普勒對第谷數(shù)據(jù)深信不疑,他寧愿放棄對托勒密圓周運動觀點的信念而不是懷疑第谷的數(shù)據(jù)[4]。經(jīng)900頁的計算后他走出了大膽的一步:放棄圓形軌道,并經(jīng)過努力發(fā)現(xiàn)了開普勒行星運動三大定律。他曾經(jīng)說:“感謝上帝賜給我們第谷這樣的天才觀測者,這8弧分的誤差是不應(yīng)該忽略的,它是我走上改革天文學(xué)的道路?！笨梢?腳踏實地的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度對科學(xué)研究的重要作用是不可或缺的,科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度和工作作風(fēng)對學(xué)生的態(tài)度養(yǎng)成的積極作用也是顯而易見的。
3.應(yīng)用物理學(xué)史加強(qiáng)對學(xué)生愛國主義教育
中國古代對物理知識的認(rèn)識歷史十分悠久,內(nèi)容也非常豐富,與古代科學(xué)技術(shù)發(fā)展密切相關(guān),形成中華民族的傳統(tǒng)特色。教師介紹中國的物理學(xué)發(fā)展史,可以增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和愛國主義情懷。
在西方自然科學(xué)誕生以前,中國的科學(xué)技術(shù)在各個領(lǐng)域都居于世界領(lǐng)先地位。例如:在理論方面,早在春秋時期我國就有了《周易》一書,它是我國集哲學(xué)、自然科學(xué)、社會科學(xué)、一書領(lǐng)域于一身的最重要的經(jīng)典著作之一,在世界上具有重要影響。德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨對中國三千年前的古老文化驚嘆欽佩不已,據(jù)說他曾要求加入中國國籍,并在德國法蘭克建立了一所中國學(xué)院。王夫之在《張子正蒙注》一書中列舉了燃燒、汽化和升華三種狀態(tài)變化的實例,生動論證了“生非創(chuàng)有,死非消滅”、“聚散變化,而本體不為之損益”的物質(zhì)不滅思想。墨家傳世著作《墨經(jīng)》對時空觀、運動觀和光學(xué)都有很多論述。比如《墨經(jīng)》指出:“久,有窮、無窮?！本褪钦f具體一段時間是有窮的,整個時間的綿延則是無窮的。春秋末年齊國人著作《考工記》記載了許多使用的力學(xué)與聲學(xué)知識,是我國古代一部技術(shù)知識的匯集。另外還有《天工開物》中有簡單機(jī)械的記述,《夢溪筆談》中有對磁角的論述,《論衡》中有關(guān)于簡單電現(xiàn)象的記述,這些成就在當(dāng)時都是遙遙領(lǐng)先的。
學(xué)生通過學(xué)習(xí)中國古代的物理學(xué)重大成就,會增強(qiáng)民族自豪感和愛國主義情懷,并在以后的學(xué)習(xí)過程中,自覺地樹立為中華民族崛起而讀書的決心。
4.引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)、辯證地看問題
物理學(xué)的每一個概念、定律和理論的建立過程都有一個萌芽、形成和發(fā)展演化的曲折歷程。但是在大量的教科書中,人們對物理學(xué)認(rèn)識的歷史痕跡被擦拭殆盡[5]。教師通過物理學(xué)史內(nèi)容的滲透,能使學(xué)生自然地掌握辯證唯物主義理論,摒棄錯誤的世界觀。
例如:通過對力和運動關(guān)系的學(xué)習(xí),學(xué)生會認(rèn)識到在科學(xué)理論建立的過程中經(jīng)歷了許許多多難以預(yù)料的困難,但是,科學(xué)依然在快速地不斷向前發(fā)展。通過學(xué)習(xí)天體運動認(rèn)識的演變過程,學(xué)生會認(rèn)識到世界是客觀存在的,創(chuàng)造世界的“神”是不存在的,天上和地上的物理規(guī)律遵從同樣的物理定律,它們是統(tǒng)一的。通過對愛因斯坦狹義相對論對經(jīng)典力學(xué)理論的顛覆的學(xué)習(xí),學(xué)生會明白任何真理都具有相對性。通過對參考系的學(xué)習(xí),學(xué)生會明白運動是絕對的,靜止是相對的,世界上沒有絕對一成不變的事物,它們都是不斷發(fā)展的。通過介紹歷史上300年來光的波動說與光的粒子說之爭,學(xué)生會體會到用辯證法觀點看待事物,處理問題的重要性,并加深對辯證唯物主義三大定律之一――否定之否定規(guī)律的理解。
物理學(xué)史把大量的史料從起源到現(xiàn)在的發(fā)展過程概貌整理出來,揭示出物理學(xué)進(jìn)展的歷史足跡和科學(xué)家探究真理的過程,對學(xué)生自信心和興趣、學(xué)習(xí)態(tài)度和作風(fēng)、愛國主義精神和民族自豪感與辯證看問題態(tài)度的培養(yǎng)具有重要作用。
參考文獻(xiàn):
[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)[S].北京:人民教育出版社,2003:8.
[2]喬治?伽莫夫著.物理學(xué)發(fā)展史[M].北京:商務(wù)印書館,1981:38.
[3]P.M.功德哈勒卡爾.抓住引力――探索運動定律和引力的艱難歷程[M].北京:中國青年出版社,2007:38.
關(guān)鍵詞 歸納；研究；演繹；交流
一直以來，研究型學(xué)習(xí)都是備受推崇的學(xué)習(xí)方法，它在強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動性的同時也對學(xué)生提出了更高的要求，但是在平常學(xué)習(xí)中卻很難被真正被貫徹運用，學(xué)生的研究往往被局限于一題多解或者課堂中在老師引導(dǎo)下對某一問題的思考，真正學(xué)生的自主研究很少。究其原因，一方面，學(xué)生覺得沒有時間研究，平時的學(xué)習(xí)已經(jīng)占滿了整個的時間，沒有時間去進(jìn)行研究；另一方面，學(xué)生認(rèn)為平時的學(xué)習(xí)離研究太遠(yuǎn)，覺得無處下手，不知道從何研究起，怎么研究。因此，明曉研究的方向，掌握一定的方法是能順利進(jìn)行研究型學(xué)習(xí)的前提，本文淺談研究型學(xué)習(xí)的一般方法。
一、歸納總結(jié)，在分類中發(fā)現(xiàn)規(guī)律
歸納的過程就是從眾多現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程。平時學(xué)到的內(nèi)容看到的現(xiàn)象是紛繁復(fù)雜的，對相通的內(nèi)容進(jìn)行分類，很多時候能在分類過程中歸納出內(nèi)在的規(guī)律。
比如我們在生活中觀察到很多的現(xiàn)象：水總是往低處流，豎著的木條很容易倒下，倒下的木條倒是不容易豎起來，前進(jìn)中的車輛如果沒有力的持續(xù)作用總會停下……這些事情有共通點嗎？高出的水比低處的水勢能高，豎著木條比倒下的木條能量多，運動的車輛比停著的車輛多動能，他們可以歸為一類現(xiàn)象，通過這類現(xiàn)象，可以得出一個結(jié)論：物體總是努力從高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變，或者可以表述為物體的低能量狀態(tài)比高能量狀態(tài)更穩(wěn)定。通過這樣的簡單分類總結(jié)，于是我們便能歸納出了一條規(guī)律。
通過分類歸納出的規(guī)律正確與否并不重要，它會在后續(xù)的發(fā)現(xiàn)歸類總結(jié)學(xué)習(xí)中不斷完善、修改甚至，而通過不停斷分類總結(jié)歸納的好處是使得眾多的知識現(xiàn)象在頭腦中更有條理，這就是平時所說的，將一本書給讀薄了，更重要的是，這種歸納一旦成為一種習(xí)慣，將使學(xué)習(xí)者在今后的學(xué)習(xí)生活中更容易看到深層次的規(guī)律。
二、追根溯源，探求現(xiàn)象背后的本質(zhì)
開普勒研究第谷的觀察資料發(fā)現(xiàn)了開普勒行星運行三大定律，牛頓的萬有引力定律解釋了開普勒三大運動定律形成的原因，而愛因斯坦更是指出牛頓的萬有引力定律只是廣義相對論在弱場極限下的近似，科學(xué)總是在對已經(jīng)總結(jié)出的規(guī)律的研究中上升，永無止境。因此僅僅有總結(jié)還是不夠的，還需要對總結(jié)出的現(xiàn)象和共通規(guī)律作出進(jìn)一步的思考和分析，研究形成這些現(xiàn)象或者規(guī)律背后更深層次的原因。這種思考研究，不僅可以對自己總結(jié)歸納的結(jié)論進(jìn)行，對書上列舉出的現(xiàn)象定理規(guī)律也可以進(jìn)行。
對定理規(guī)律的研究，可以從兩個方面進(jìn)行：一是正面探求本質(zhì)，尋找深層原因；二是從反面尋求不遵守定理規(guī)律的現(xiàn)象，力圖。無論是哪一種，都能大大加深對于定理規(guī)律本身的理解。
如在上面的示例中我們找到了一條規(guī)律，那么為什么會形成這樣的規(guī)律呢？驅(qū)動這種規(guī)律形成的本質(zhì)原因是什么呢？有沒有不符合這條規(guī)律的現(xiàn)象呢？于是，就有了繼續(xù)研究的方向，對于這條規(guī)律的理解也會越發(fā)的深入。
這種研究在學(xué)習(xí)可以無處不在，無論什么時候都可以找到值得研究的地方。為什么物質(zhì)會存在著火點？不同的物質(zhì)著火點不一樣，決定物質(zhì)著火點的因素什么呢？NO3- 為什么在酸性條件下氧化性更強(qiáng)？為什么其他酸根離子不是這樣？……
對本質(zhì)的探索有很大的難度，可能得不出最終答案，也有可能得出的解釋是錯誤的，同樣的，這并不重要，它會讓學(xué)生在平時的學(xué)習(xí)中帶著這些疑問去學(xué)習(xí)思考，會注意到很多可能跟這個答案有關(guān)的但是平時不注意的地方，使得思考更深入，知識間的聯(lián)系更深刻，這種聯(lián)系會讓歸納變得越來越多，分類越來越接近現(xiàn)象的本質(zhì)。
三、規(guī)律演繹，用學(xué)到的知識解釋現(xiàn)實生活
總結(jié)規(guī)律的目的是為了使用規(guī)律，在學(xué)習(xí)中，對規(guī)律的使用是學(xué)習(xí)的重點。因此要學(xué)會觀察生活，用學(xué)到的知識去解釋生活中的現(xiàn)象，這同樣是一種研究。
比如現(xiàn)在比較熱門的美元債務(wù)問題，很多人有疑問，為什么我們要外匯儲備？為什么要把美元作為主要的外匯儲備呢？看似很復(fù)雜的問題，事實上，只要認(rèn)真想想，不難用學(xué)過的政治經(jīng)濟(jì)學(xué)的知識去回答。政治經(jīng)濟(jì)學(xué)里詳細(xì)講述了貨幣的產(chǎn)生過程，本質(zhì)上就是一般等價物，以前是白銀黃金，現(xiàn)在呢？全球范圍內(nèi)的一般等價物就是美元了，沒有外匯儲備，那什么去進(jìn)口我們需要的物品呢？出口的物品，不收美元又能收什么貨幣呢？而美元的價值穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如黃金白銀，大量的外匯儲備會因為美元貶值而縮水，這時就能理解為什么國家會推進(jìn)與周邊國家貿(mào)易以人民幣結(jié)算了。
用學(xué)到的知識去解釋生活中的現(xiàn)象，會使得學(xué)生更加認(rèn)識到知識的作用，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
四、見解交流，擦出思想的火花
一千個讀者就有一千個哈姆雷特，同一個問題不同的人可能會有不同的見解，互相交流會讓彼此不同想法擦出思想的火花，無論看法相同相近還是根本相反，在交流與辯論中都會加深雙方對問題本身的理解。
五、終極問題，學(xué)會問問題
歸根到底，要想研究，首先要有問題，沒有問題疑問研究也就無從談起。如果在進(jìn)行研究型學(xué)習(xí)時總是覺得沒有問題可以研究，那么在平時的學(xué)習(xí)中應(yīng)當(dāng)注意一下幾點：
（1）多閱讀，汲取更多的知識。學(xué)到的知識就好像是個圓，外面都是未知的知識，學(xué)到的越多，未知的知識也就越多。
（2）盡信書不如無書，要敢于質(zhì)疑書本知識。
一、在新課引入中，通過問題引起學(xué)生注意，從而啟動學(xué)生動腦思考，活躍思維。
教學(xué)中充分利用這些問題，可以生動的引入新課，使學(xué)生明確本節(jié)課要解決什么問題；也可以利用這些問題，使學(xué)生聯(lián)系生活實際，帶著問題去學(xué)習(xí)，尋求解決問題的方法，積極渴望從課堂知識中去找答案，緊緊地抓住了學(xué)生的求知心理和學(xué)生的思維動向，他們在積極的思考中設(shè)想了各種可能答案，有的來自生活經(jīng)驗，有的來自想象，有的來自猜想等等．當(dāng)在課堂上看到實驗事實或接受了老師的知識信息后，再反思自己對與錯的原因，這樣可使學(xué)生按照自己認(rèn)識問題、接受知識的規(guī)律，順利掌握新知識，為學(xué)生科學(xué)探究能力的發(fā)展打好基礎(chǔ)。
例如：高中必修1教材的前言《走進(jìn)物理課堂之前》，作者通過一個問題“蘋果在下落的時候是不是越落越快？怎么個越來越快法？”，引起學(xué)生的興趣，讓學(xué)生進(jìn)行猜想、假設(shè)，自己設(shè)計實驗，從而得出結(jié)論。不僅僅是學(xué)到知識，而且讓學(xué)生體會學(xué)習(xí)的過程和樂趣，讓學(xué)生有思考的空間，為將來學(xué)習(xí)和掌握高科技打好基礎(chǔ)。非常符合現(xiàn)在課程改革的理念。
二、多做實驗，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。
課堂教學(xué)活動圍繞著實驗來進(jìn)行，并盡可能保持研究的性質(zhì)，把教學(xué)過程變成“模擬的科研過程”，在教師有目的的啟發(fā)引導(dǎo)下，讓學(xué)生多動手、多觀察、多思考、多討論、多分析、多質(zhì)疑，引發(fā)他們的認(rèn)識興趣和求知欲望，從而積極生動地探究科學(xué)結(jié)論，成為知識的探求者和“發(fā)現(xiàn)者”。
例如：“神奇的抹布”實驗。在講帶電粒子在磁場中運動這節(jié)課時，可以先用電子槍打出直線運動的粒子流，再用抹布包裹住的磁鐵放到電子槍的附近，可以明顯的發(fā)現(xiàn)電子運動的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)?！吧衿娴哪ú肌笔窃趺椿厥?？把問題拋給孩子們后，孩子們緊鎖雙眉地思考，而后是熱烈的討論。
三、提高教師授課時的教學(xué)藝術(shù)，激發(fā)和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
事實表明，教師風(fēng)趣的語言藝術(shù)，能贏得學(xué)生的喜愛、信賴和敬佩，從而對學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣。
四、講述物理學(xué)史和物理學(xué)家的故事，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。
在講萬有引力時，我給孩子們講述牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力的故事。在講電磁感應(yīng)時，我給孩子們講述法拉第十年磨一劍，靠自己的勤奮和毅力終于發(fā)現(xiàn)了磁生電，成功來自于勤奮和堅韌不拔的毅力。在講太陽系的行星運行規(guī)律時，講述第谷、開普勒在生活困難的情況下堅持30年的觀測和計算，完成了開普勒三大定律。在牛頓運動學(xué)的部分，講述伽利略在監(jiān)獄中還在堅持學(xué)習(xí)和研究。這部分內(nèi)容不僅使學(xué)生知道物理學(xué)史，而且讓他們知道現(xiàn)在學(xué)習(xí)的物理學(xué)規(guī)律來之不易，珍惜前人的研究成果，好好學(xué)習(xí)。
五、在課堂教學(xué)中，有效利用教材引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真思考、討論。
能使學(xué)生在理解課堂知識的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展知識的應(yīng)用，加深知識的理解．這樣的“思考與討論”“想想議議”產(chǎn)生的效應(yīng)是多方面的．一是對學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)，對難度大的問題采取分割突破；二是提高了學(xué)生的分析能力，通過現(xiàn)象分析找到本質(zhì)。
六、精心設(shè)計練習(xí)題。
講述完基礎(chǔ)內(nèi)容后，根據(jù)課程的難度和學(xué)生掌握的情況來設(shè)計習(xí)題。例如：單擺這節(jié)課：
1、給出條件可以先根據(jù)公式算出結(jié)果。
2、給個光滑圓弧來等效單擺，告訴學(xué)生思考的方法。
3、雙擺、圓錐擺等等。習(xí)題從易到難，讓學(xué)生有個適應(yīng)和反應(yīng)的過程。一開始就上難題，容易讓學(xué)生困惑和畏懼，從而失去學(xué)習(xí)物理的興趣。
關(guān)鍵詞：簡約課堂；高效課堂；教學(xué)目標(biāo)；教學(xué)程序；教學(xué)內(nèi)容；時間安排
中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1672-1578（2015）12-0364-02
1.問題提出背景
目前全國各地正掀起一股"高效課堂"改革之風(fēng)，推動新課程改革向縱深方向發(fā)展，高效課堂一直是教師永恒不懈的追求和夙愿。但在高效課堂改革的過程中，諸如"表演性""熱鬧性"的課十分流行，原本簡單的課變成復(fù)雜的課，將學(xué)生本可一目了然的結(jié)論性知識，硬是插入"討論""合作交流學(xué)習(xí)"這一時尚原素，這正應(yīng)了某學(xué)者的一句話："什么是教師，就是把簡單的東西往復(fù)雜里講的就是教師。"為此我們得重溫自然美的第一原則，那就是"簡約才是美麗的"。一節(jié)好課、高效的課，一節(jié)給人以美的課，一定是簡約的課，尤其是高三的復(fù)習(xí)課，重點復(fù)習(xí)什么，針對不同層次的學(xué)生掌握到哪個程度顯得特別重要。
2.實現(xiàn)簡約高效課堂有以下幾個途徑
2.1 教學(xué)目標(biāo)簡約。研究考綱，分析學(xué)情，制定合理明確具體教學(xué)目標(biāo)，突出重點，突破難點，集中力量解決一至兩個重點問題，忌面面俱到、平均用力。如《萬有引力定律及天體運動》這一節(jié)學(xué)生沒有任何生活經(jīng)驗，模型不清，面對繁多公式，不甚了解公式的來源，字母意義，造成思路混亂，濫用公式、符號等現(xiàn)象，所以更應(yīng)明確目標(biāo)，突出重點。面對基礎(chǔ)較為薄弱的學(xué)生，本人將本節(jié)目標(biāo)確定為：（1）萬有引力定律理解（2）應(yīng)用萬有引力定律求中心天體的質(zhì)量和密度（3）人造衛(wèi)星運行分析（4）衛(wèi)星變軌問題。
前三個目標(biāo)相對好理解，學(xué)生易接受，但第四個目標(biāo)是個難點，學(xué)生不易掌握，課堂上不應(yīng)過于強(qiáng)調(diào)，習(xí)題課時可進(jìn)一步深化。如開普勒三大定律可簡單了解，雙星等問題可以忽略，這樣這節(jié)內(nèi)容就相當(dāng)明確了，師生都可做到突出重點，有的放矢。
2.2 教學(xué)程序簡約。教學(xué)程序簡單明了，沒有人為的復(fù)雜化，各教程之間銜接順滑，過度自然流暢。如在復(fù)習(xí)"人造衛(wèi)星運行分析"這一問題時，本人將教學(xué)程序設(shè)置為：
2.2.1 一個模型：衛(wèi)星繞中心天體做勻速圓周運動
2.2.2 兩條思路：
（1）萬有引力提供向心力：
（2）在地球表面萬有引力等于重力：
2.2.3 三個物體：赤道上物體、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星
2.3.4 四個關(guān)系：線速度、角速度、周期、加速度與軌道半徑r的關(guān)系
又如在復(fù)習(xí)"衛(wèi)星變軌問題"時，本人根據(jù)學(xué)生的實際情況將這個問題簡化為兩個問題：
（1）衛(wèi)星環(huán)繞中心天體做橢圓形運動時，比較近地點P與遠(yuǎn)地點Q的速度
（2）衛(wèi)星變軌時從內(nèi)軌道（圓形軌道）躍遷至外軌道（橢圓形軌道）時切點瞬間速度變化
程序設(shè)置層層遞進(jìn)，思路清晰，重點突出，過程口訣化，易于學(xué)生接受與掌握。
2.3 教學(xué)內(nèi)容善于歸納濃縮。教師要善于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行歸納總結(jié)，一節(jié)課留給學(xué)生的是程序化、問題化、公式化、口訣化、技巧化的知識，是科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，幫助學(xué)生把書讀"薄"。如在復(fù)習(xí)"線速度、角速度、周期、加速度與軌道半徑r的關(guān)系"這一內(nèi)容時，我們通過
可以推導(dǎo)出
總結(jié)：
（1）衛(wèi)星軌道半徑r越大，周期T越長，其它（速度、角速度和向心加速度）就越小
（2）當(dāng)r=R時，v=GMR=7.9km/s，第一宇宙速度，最大環(huán)繞速度，最小發(fā)射速度
v=11.2km/s，第二宇宙速度，也叫脫離速度，指物體掙脫地球引力束縛最小速度
v=16.7km/s，第三宇宙速度，也叫逃逸速度，指物體掙脫太陽引力束縛最小速度
2.4 時間安排結(jié)構(gòu)合理。教師的講授時間、學(xué)生獨學(xué)時間、學(xué)習(xí)同伴互助時間、師生交流時間、課堂練習(xí)時間等能夠與教材內(nèi)容和學(xué)生實際情況相符合。在課堂上時間結(jié)構(gòu)上盡量用好專家研究的，經(jīng)過一線教師檢驗的"師生最佳課堂時間比4：5"這一成果，但要靈活應(yīng)用，不可呆板迷信，一刀切，教條化。所以完成每一節(jié)教學(xué)任務(wù)時，本人都會盡量留有一定的時間進(jìn)行課堂檢測進(jìn)行鞏固和檢測。如《萬有引力定律及天體運動》第二課時的10分鐘課堂檢測。
惠州市東江高級中學(xué)2015屆高三物理課堂訓(xùn)練
萬有引力定律及天體運動（二）
一、單項項選擇
11.（2011廣州一模）某一時刻，所有的地球同步衛(wèi)星
A、向心力相同B、線速度相同
C、向心加速度相同D、離地心的距離相同
22、（2010佛山一模）"嫦娥一號"飛船在飛往月球的過程中，經(jīng)過多次變軌，先后在低空A軌道和高空B軌道繞地球做圓周運動，如圖所示.不考慮月球?qū)λ淖饔昧?，則"嫦娥一號"在A軌道運行時：
A、線速度大于7.9km/s
B、線速度比在B軌道的大
C、周期比在B軌道的長
D、所需向心力比在B軌道的小
關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力；物理定律教學(xué)；教學(xué)設(shè)計
中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）01-0082
物理課堂教學(xué)包括物理概念、物理定律、物理理論、物理實驗等基本課型。在人類歷史上，物理定律的建立一般都有一個艱辛曲折而漫長的探索過程，在這過程中包含著無數(shù)優(yōu)秀物理學(xué)家創(chuàng)新性的思想、創(chuàng)新的研究和創(chuàng)新的思維方式方法。因此，如何在物理定律教學(xué)中使學(xué)生受到物理學(xué)家創(chuàng)新思維方法和創(chuàng)新精神的熏陶，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力是很重要的研究課題。下面，筆者對物理定律課堂教學(xué)中為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力的課堂教學(xué)設(shè)計做初步探索。
一、培養(yǎng)創(chuàng)新能力教學(xué)設(shè)計思想及原則
筆者認(rèn)為，培養(yǎng)創(chuàng)新能力的定律課教學(xué)設(shè)計應(yīng)遵循以下思想和原則：以中學(xué)物理定律為知識載體，既注重學(xué)生知識的增長，又注重創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；以科學(xué)研究方法和科學(xué)思維方法的培養(yǎng)為導(dǎo)向，以新問題、新規(guī)律的探索和研究為實踐，達(dá)到激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識，訓(xùn)練創(chuàng)新思維素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維方法，創(chuàng)新精神和熱情為目的。教學(xué)設(shè)計的全過程必須體現(xiàn)如下三個原則：1. 主體性原則；以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，營造民主、和諧、合作的教學(xué)氛圍，實行教學(xué)民主，教師以參與者的身份與學(xué)生進(jìn)行平等的對話，允許學(xué)生提出不同的見解和觀點，甚至對教師的觀點提出挑戰(zhàn)；把學(xué)生從傳統(tǒng)的班級授課中單純的旁聽者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)生活的積極參與者，同時給學(xué)生以主動探索，自由學(xué)習(xí)和解決問題的空間，教師應(yīng)留給學(xué)生談、思、議、練等主動活動所必備的時間和空間，而不是教師“獨占”。2. 探索性原則：學(xué)生應(yīng)站在研究者的位置上提出問題、探索性地分析問題和解決問題，而不應(yīng)是知識的容器，要讓學(xué)生在探索物理定律過程中感受疑惑和困難，需要創(chuàng)新性地思考和操作消除和克服，讓學(xué)生在自己探索的過程中獲得探索創(chuàng)新的情感體驗和直接的思維體驗。3. 創(chuàng)新性原則：物理定律的課堂教學(xué)的流程是：創(chuàng)設(shè)問題的情景，學(xué)生提出問題（情景問題化），學(xué)生探索問題，師生歸納小結(jié)得出定律（思維展示過程化），定律運用于各種問題。顯然，這個過程就是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的過程。
二、培養(yǎng)創(chuàng)新能力定律課教學(xué)設(shè)計
1. 創(chuàng)設(shè)問題情景。教師通過各種手段、生動語言描述，多媒體動畫、演示實驗，在學(xué)生面前展現(xiàn)一幅幅生動形象的物理情景，然后由學(xué)生或教師提出與展現(xiàn)的物理情景相聯(lián)系的探索性問題，這就是創(chuàng)設(shè)問題情景的過程。這是物理定律教學(xué)的開端。俗話說：“好的開頭是成功的一半”，因此問題情景的設(shè)計應(yīng)達(dá)到如下要求：情景新穎能極大地激發(fā)學(xué)生的興趣，喚起學(xué)生的好奇心；情景問題的設(shè)置要有適當(dāng)?shù)碾y度，智力上應(yīng)有挑戰(zhàn)性，問題應(yīng)具有開放性和探索性，給學(xué)生以利用原有知識對問題進(jìn)行分析、猜想的機(jī)會。從教學(xué)手段上，創(chuàng)設(shè)問題情景的方式有三種：（1）語言描述；（2）多媒體動畫；（3）演示實驗。
例1. （語言描述），牛頓第一定律的引入設(shè)計：教師提出問題：靜止的車，用力推它就運動起來，不用力又會停下來，這現(xiàn)象是否說明力是物體運動的原因。學(xué)生討論后請四個同學(xué)分別代表亞里士多德、伽利略、笛卡兒、牛頓介紹各自的觀點，使學(xué)生全面理解牛頓第一定律建立的歷史過程。
例2. （演示實引入）閉合電路歐姆定律教學(xué)的引入設(shè)計：
學(xué)生觀察實驗：在如下圖所示的實驗電路中，P向左或向右移動時，電流表和電壓表示數(shù)的變化，P左移：示數(shù)變小，示數(shù)變大；P右移： 示數(shù)變大， 示數(shù)變小。
教師提出問題：為什么在閉合電路中，電流和路端電壓變化有如此規(guī)律，原因如何？從而引入定律的探索過程。
例3. （多媒體動畫引入）萬有引力定律的教學(xué)引入設(shè)計：
電腦演示：在光滑水平面上，線一端栓一小球，另一端系在固定于平面上的釘子上，球繞釘子作勻速圓周運動，線突然斷了，球作離心運動，再演示太陽系九大行星繞太陽作近似圓周的橢圓運動，然后提問；太陽和行星之間并沒有線相連，而行星并非離太陽而去，為什么？從而引入新定律的教學(xué)探索。
2. 探索研究。探索研究物理定律的基本方法是實驗探索，現(xiàn)階段中學(xué)物理實驗形式是演示實驗和學(xué)生的分組實驗，無論是演示實驗還是學(xué)生的分組實驗，多數(shù)為驗證性或測定性實驗。從培養(yǎng)學(xué)生研究能力和創(chuàng)新能力角度上看盡可能把驗證性實驗設(shè)計為探索性實驗，把演示實驗設(shè)計為學(xué)生自行探索的分組實驗。探索性實驗具有更廣闊的活動空間和思維空間，可以激發(fā)和滿足不同層次學(xué)生的探索與創(chuàng)新欲望，學(xué)生在自己探索物理規(guī)律的實驗過程中可以把動手和動腦結(jié)合起來，鍛煉和培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力。下面是實驗探索定律教學(xué)設(shè)計實例。
例1. 楞次定律的教學(xué)設(shè)計
（1）讓學(xué)生運用右手定則判斷下面四種情況下回路感應(yīng)電流方向。然后提出如下的問題：①上面四種情況中Ф增加是哪個？Ф減少的是哪個？②在Ф增加的甲丙中B原與感應(yīng)電流的磁場B感方向關(guān)系如何？③在Ф減少的乙丁中B原與B感的方向關(guān)系又如何？學(xué)生討論后得出結(jié)論：Ф增加，B原與B感方向相反，Ф減少，B原與B感方向相同。上述結(jié)論是否普遍性呢？（提出實驗探索問題）
（2）學(xué)生分組實驗，探索其他電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電流磁場是否有相同的規(guī)律。
實驗1：磁體在下面兩種情況下向上和向下運動，觀察電流表的指針偏轉(zhuǎn)并記錄觀察結(jié)果，
實驗結(jié)果填在下表：
實驗2：在如下圖所示的實驗裝置中P左移或右移，觀察實驗結(jié)果并填寫下表：
最后，歸納小結(jié)具有普遍意義楞次定律。上述教學(xué)設(shè)計體現(xiàn)由個別現(xiàn)象猜想到普遍規(guī)律，然后用實驗再探索驗證猜想的正確性，這是物理研究，發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律最基本方法，方法所包含的思維過程本身就是一種創(chuàng)新性思維，讓學(xué)生體驗這種研究方法，這是對學(xué)生很好的創(chuàng)新思維實踐。
受學(xué)校實驗條件的限制。某些定律不能展開實驗探索，可通過設(shè)置情景回顧物理學(xué)家探索該定律的過程，使學(xué)生感受到物理學(xué)家創(chuàng)新精神和創(chuàng)新思維的熏陶。例如，萬有引力定律的教學(xué)，可作如下設(shè)計：
①介紹萬有引力定律創(chuàng)立前的歷史背景：天文學(xué)上研究成就，即開普勒三大定律和月亮繞地球運動中加速度a月與地面物體下落的加速度g的關(guān)系及軌道半徑r與地球半徑R地的關(guān)系：
a月= g，r=60R地
②引導(dǎo)學(xué)生沿著牛頓探索過程展開如下的探索：由天文學(xué)成就知：
a月= g （1）
r=60R地 （2）
假設(shè)地球?qū)υ铝链嬖谝环N吸引力，由牛頓定律得：
F引=m月a月= m月g （3）
地球表面上的重力是地球?qū)ξ矬w的吸引力。設(shè)月球在地球表面時，則：
F1引=m月g （4）
由（3）（4）得： = （5）
由（2）和（5）可得： =（ ）2 （I）
（I）表明地球?qū)υ虑虻奈εc距離平方成反比。
設(shè)太陽對行星存在一種吸引力F引，F(xiàn)引是行星繞太陽運動的原因。由開普勒第一、第三定律可知：
=k（常數(shù)） （6）
橢圓簡化為圓軌道后，由運動學(xué)原理知和（6）式得：
a向心= R= （7）
由牛頓定律得：
F引=M行a向心=M行 = ? （II）
（II）表明與距離平方成反比，綜合（I）（II）可得，引力與距離平方成反比定律。
以上的探索對中學(xué)生有一定的難度，也花費了一定的時間，但卻能讓學(xué)生領(lǐng)略探索定律的思維體驗，其中也發(fā)展和訓(xùn)練了學(xué)生的創(chuàng)新思維和科學(xué)研究問題的能力。
創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應(yīng)貫穿于物理教學(xué)的全過程，貫穿于定律教W的各個環(huán)節(jié)。在定律的應(yīng)用過程中培養(yǎng)創(chuàng)新能力仍有廣闊的空間，這里限于篇幅，不作探討。學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)依賴于探索實踐和創(chuàng)新實踐。這需要給學(xué)生足夠的課堂時間和空間，且這種探索實踐具有不可預(yù)見性，教學(xué)過程可能出現(xiàn)各種偶然問題。這在一定程度上影響教學(xué)內(nèi)容的完成。從應(yīng)試的角度上看，花較長的時間進(jìn)行物理定律探索，不如用較短時間把定律傳授給學(xué)生，然后用較足夠的時間讓學(xué)生完成與定律相關(guān)的習(xí)題劃算，這樣容易在考試上拿高分。但從培養(yǎng)人才的角度上看，從學(xué)生發(fā)展角度上看，熟練的解題能力和探索創(chuàng)新能力是不能相提并論的。教師應(yīng)轉(zhuǎn)變應(yīng)試教育觀念，樹立素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育的觀念，從提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和培養(yǎng)創(chuàng)新能力上考慮教學(xué)過程的設(shè)計。高中物理教學(xué)內(nèi)容多、難度大，而教學(xué)時間相對不足，探索實踐過程長，耗時多。解決這些矛盾在于培養(yǎng)創(chuàng)新能力的探索實踐的內(nèi)容立足于教學(xué)大綱的物理知識或作適當(dāng)?shù)耐卣?，定律的探索設(shè)計應(yīng)進(jìn)行充分的準(zhǔn)備。應(yīng)在學(xué)生能力發(fā)展的前沿區(qū)設(shè)置探索問題，避免啟而不發(fā)的尷尬局面。創(chuàng)新能力培養(yǎng)應(yīng)滲透在定律、理論、實驗、習(xí)題教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，一個引入新課的小實驗，一道習(xí)題的創(chuàng)新性的解決都能給學(xué)生一種創(chuàng)新的示范，使學(xué)生掌握物理定律，同時提高物理素質(zhì)和提高創(chuàng)新能力。
一、 運用物理學(xué)史進(jìn)行探究性教學(xué)存在的問題
第一，探究的機(jī)械化。探究式教學(xué)是在教師的啟發(fā)誘導(dǎo)下，以學(xué)生獨立自主學(xué)習(xí)和合作討論為前提，以現(xiàn)行教材為基本探究內(nèi)容，以學(xué)生周圍世界和生活實際為參照對象，為學(xué)生提供自由表達(dá)、質(zhì)疑、探究、討論問題的機(jī)會，讓學(xué)生通過個人、小組、集體等多種解難釋疑活動，將自己所學(xué)知識應(yīng)用于解決實際問題的一種教學(xué)形式?？茖W(xué)探究包含的要素有：提出問題，猜想與假設(shè)，設(shè)計實驗和進(jìn)行實驗（收集證據(jù)），分析論證，評估，交流與合作。不少教師以為這就是探究性教學(xué)的環(huán)節(jié)，可以不考慮教學(xué)內(nèi)容的特殊性，不考慮學(xué)生的認(rèn)知水平、知識基礎(chǔ)、性格特征等因素，按照上述順序進(jìn)行就可以了。但這不符合探究性教學(xué)的旨意，因為“要素”不等于“環(huán)節(jié)”。很多教師認(rèn)為，實驗是物理學(xué)的基礎(chǔ)，課堂上沒有實驗的設(shè)計和驗證，就不是真正意義上的探究性教學(xué)，而物理學(xué)家們所做的很多實驗沒法在課堂上實現(xiàn)，所以物理學(xué)史的探究式教學(xué)是無法進(jìn)行的。筆者認(rèn)為，探究的魂是獨立思考，探究實踐，只要能體現(xiàn)探究精神，哪怕只有一個要素，也屬于探究性教學(xué)，因為它提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。例如氫原子模型的教學(xué)，課堂上不可能讓學(xué)生設(shè)計實驗和進(jìn)行實驗，但可以讓學(xué)生回到波爾時代，了解時代背景材料，即湯姆生的“棗糕式”模型和盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型，以及當(dāng)時的困惑，即氫原子的光譜問題和原子內(nèi)電子繞核運動經(jīng)典解析遇到的矛盾，提出科學(xué)猜想，然后分析論證，提出合理模型，進(jìn)行科學(xué)解析，這一過程其實就是很好的探究過程。
第二，重證實輕證偽。從科學(xué)發(fā)展歷程來看，證實和證偽是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的兩種方法。教材呈現(xiàn)給學(xué)生的是嚴(yán)謹(jǐn)無誤的定理定律，因此在教學(xué)過程中，教師往往以其學(xué)業(yè)在先、學(xué)術(shù)專攻的優(yōu)勢，很快踢除那些他們認(rèn)為是完全錯誤的假設(shè)，讓猜想得到證實。但是科學(xué)的歷程本身就充滿著失敗和曲折，科學(xué)家們也會犯很幼稚的錯誤，因而在探究教學(xué)過程中，應(yīng)該適當(dāng)選取學(xué)生錯誤的猜想，逐步推理排除錯誤，這樣既能起到糾正錯誤的目的，又能讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)探究并不是一帆風(fēng)順的。
二、 運用物理學(xué)史進(jìn)行探究性教學(xué)的實踐
根據(jù)高中物理學(xué)史特點、學(xué)生心理特點以及科學(xué)發(fā)現(xiàn)方法論，可以把物理學(xué)史探究式課堂分為：實驗探究模式，即提出問題――猜想――實驗――論證；理論探究模式，即提出問題――理論探究（建立假說）――實驗驗證。實驗探究模式主要是把物理學(xué)家曾經(jīng)做過的實驗引入課堂，如落體速度的變化、電磁感應(yīng)定律等。實際教學(xué)中，這種模式應(yīng)用得較多。有不少的定理定律沒辦法用實驗進(jìn)行探究，如萬有引力定律、波爾理論等，對于這些內(nèi)容，如何進(jìn)行探究性教學(xué)呢？筆者嘗試應(yīng)用理論探究模式進(jìn)行教學(xué)，收到了意想不到的效果。
以下是萬有引力定律探究式教學(xué)的設(shè)計和分析（本課例參加全區(qū)錄像課比賽獲一等獎）。
對于萬有引力定律教學(xué)，由于學(xué)生不易猜想到物體之間的引力與距離成平方反比關(guān)系，更無法用實驗驗證猜想，如果根據(jù)常用的實驗探究模式進(jìn)行，教學(xué)將無法進(jìn)行。我們不妨帶領(lǐng)學(xué)生回到牛頓時代，了解時代背景知識，進(jìn)行理論探究，讓學(xué)生自己推導(dǎo)出萬有引力定律。
問題一：時光倒流到公元1670年，最近牛頓很煩，蘋果受地球引力作用而下落，月球也應(yīng)該受地球的引力作用，但為什么不會掉下呢？為了研究這些問題，牛頓查找了相關(guān)的資料。
資料一：德國天文學(xué)家開普勒對弟谷的天文觀察資料進(jìn)行研究，在1609年和1619年分別總結(jié)出行星運動的三大定律――軌道定律、面積定律和周期定律，即：所有行星分別是在大小不同的橢圓軌道上運行；在同樣的時間里行星向徑在軌道平面上所掃過的面積相等；行星公轉(zhuǎn)周期的平方與它同太陽距離的立方成正比。
資料二：意大利科學(xué)家伽利略在1638年出版的《關(guān)于兩門新科學(xué)的對話》中，根據(jù)斜面實驗得出結(jié)論：“一個運動的物體，假如有了某種速度以后，只要沒有增加或減小速度的外部原因，便會始終保持這種速度?！?/p>
資料三：荷蘭科學(xué)家惠更斯在1658年出版的《擺鐘論》提出，一個做圓周運動的物體具有飛離中心的傾向，它向中心施加的向心力與速度的平方成正比，與運動半徑成反比。
資料四：牛頓自己已經(jīng)利用數(shù)學(xué)知識證明天體中橢圓運動周期與其半長軸為半徑的圓的周期相同，并提出了牛頓第三定律。
設(shè)計意圖：通過前期對運動知識的介紹，讓學(xué)生如親臨奇境一樣，感受人類對運動研究有多么的困難，深刻體驗牛頓的至理名言――如果說我看得比別人更遠(yuǎn)些，那是因為我站在巨人的肩膀上。這一教學(xué)過程實現(xiàn)了“情感態(tài)度和價值觀”的目標(biāo)，也為后階段的科學(xué)探究作好知識儲備，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。讓學(xué)生體驗科學(xué)研究過程中查找資料的重要性，實現(xiàn)“過程與方法”的教學(xué)目標(biāo)。
在誤差范圍內(nèi)這兩種方法求得的向心加速度相同。