教材分析《万有引力理论的成就》

摘 要：对于一名物理教师来说，讲好课的关键是备课，而教材分析是备课环节的关键，只有分析清楚教材才能更好地开展教学活动。本文以人教版物理教科书必修二第六章第四节《万有引力理论的成就》为例，进行教材分析。

关键词：教材分析；万有引力；教学建议

《万有引力定律与航天》这一章位于人教版物理教科书必修二第六章，一共分为六节。前三节以物理学史为线索，学习开普勒行星运动定律，在牛顿运动定律和向心力的基础上，经历理论推导过程，最终发现万有引力定律；第四、五节是万有引力定律的应用；第六节是了解经典力学的局限性，也为后面建立力学体系打下了基础。

这一章在高中物理教学中既是重点，同时也是难点，非常重要。

1 本节地位分析

本节位于第四节，是万有引力定律后面的内容。在掌握了万有引力定律的基础上，简要介绍了万有引力理论在天文学上的重要应用，即“计算天体的质量”，“发现未知天体”。教材首先通过理论推导，给出了一种应用万有引力定律解决问题的思路与方法——“称量地球的质量”；又以计算太阳质量为例，给出了第二种运用万有引力定律计算天体质量的思路和方法，体现出科学定律的普适性；最后从科学史的角度，简要介绍了发现海王星和成功预测哈雷彗星的过程，显示了万有引力理论的巨大成就。

让学生经历理论推导的过程，掌握综合运用万有引力定律和与圆周运动相关知识计算天体质量的两种基本思路和方法，在此过程中培养建模能力、推理能力、和归纳能力，体会到研究天体问题的科学方法，培养学生的创新意识。通过测量天体质量、预测未知天体，使学生了解万有引力的重要价值，认识到科学定律的重要性，体会科研方法对人类认识自然的重要性，激发学生求知欲和探索科学真理的激情。

2 课标考纲分析

2.1 课标要求

圖1 课标内容

以上是《普通高中物理课程标准（2017版）》对这一节内容的要求。课标对这一部分内容的要求重点不在于应用万有引力定律解决多么高难的问题，重点在于体会科学定律的价值，让学生认识到科学定律对人类认识世界、探索世界的重要性，培养学生正确的对待科学的态度与责任。

2.2 考纲分析

图2 考纲内容

《2018年高考大纲：物理》中对这一节内容的考查要求是“万有引力及其应用”，考查程度是理解层次，考查应用万有引力定律解决问题，可见考试考查内容与教材内容基本符合一致。

3 学情分析

高一学生对于世界的观察已经不仅仅停留在表面了，他们对于事物的内部开始有了更深层次的探究欲望，思维方式也开始由形象思维向抽象思维过渡。

学生在学习本节之前，已经学习了匀速圆周运动的相关知识，也掌握了利用牛顿第二定律和向心力表达式处理匀速圆周运动的方法。在前一节又学习了万有引力定律，但不熟悉运用万有引力定津解决实际问题的思路和方法。

学生对天文学的研究方法相对比较陌生，也不了解万有引力理论所取得的成就。在前几节课的学习中，学生经历了“发现”万有引力定律的过程，对解决这类问题充满了好奇和期待感。

4 教材内容分析

图3 教材设计流程

“科学真是迷人”模块。教材在上节课内容的基础上提出新的问题，地球质量如何称？进而思考应用万有引力定律来“称量”地球质量。在理解万有引力定律的基础下，不考虑地球自转情况，物体所受重力mg等于地球对物体的引力，通过理论推导得出计算地球质量的公式，这个公式可以推广到别的天体，也就是总结出了第一种计算天体质量的思路和方法。只要知道天体表面的重力加速度和天体半径，就可以计算天体质量。

“计算天体的质量”模块。有些时候无法知道天体的重力加速度，教材提出利用万有引力定律计算天体质量的第二种思路和方法。以太阳为例，行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力是由他们之间的万有引力提供的，又结合圆周运动的公式，推导得出第二种计算天体质量的方法和思路。

“发现未知天体”模块。通过回顾发现海王星和成功预测哈雷彗星回归的这些历史，让学生体会到科学定律对人类认识世界、发现世界、探索世界的意义和价值，认识到科学定律的发展性、可预测性，产生对科学的热爱。

5 学科核心素养在教材中的体现。

通过理论推理，得到两种应用万有引力定律计算天体质量的一般思路和方法。通过科学史料的展示，提供给学生丰富的感性认识，认识到科学家所做的巨大贡献和已经取得的成就，也让他们感觉到科学定律的意义和价值，知道科学定律对于探索世界的重要性和可预测性，形成正确的科学本质认识。

6 教学建议

教师在教学过程中重点要引导学生把之前学过的圆周运动知识与万有引力定律联系起来，掌握两种计算天体质量的思路和方法，注重对方法的总结。

教师还应重视学史的渗透，在教学过程中培养学生对于科学家的正确认识、对科学定律的价值的正确认识，激发学习兴趣和对科学的热爱之情。

参考文献

[1]教育部考试中心.2018年普通高等学校招生全国统一考试大纲的说明（理科）[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2]普通高中物理课程标准：2017年版/中华人民共和国教育部制定.北京：人民教育出版社，2018.