試論學生認識萬有引力定律心理變化過程

石江華

廣西壯族自治區(qū)百色市田林縣田林高中

試論學生認識萬有引力定律心理變化過程

石江華

廣西壯族自治區(qū)百色市田林縣田林高中

通過揭示學生認識萬有引力定律心理過程及特點，改變學生以往心理定向思維與傳統(tǒng)觀念，將萬有引力定律引伸到其它星系來開闊學生遼闊的視野，說明這樣的教育教學符合學生認知的規(guī)律，并且適合新課程改革三維度的要求。

萬有引力；重力；場；心理變化

一、初中學習的引子

普通高中生認識萬有引力定律是在初中的水平和模型上開始的。地球對于地球表面物體都有吸收力，這種作用力叫做重力，初中二年的時光里，學生們對于重力的認識情景：在地球表面，嚴格說來不是球面而一個水平面，仿佛是無限大的水平面上物體所受到的重力大小公式是質量與比例常量g的乘積，其大小不會變化，方向總是垂直水平面豎直向下。無論如何在初中學習，學生在時間與空間上已經深深地根植于這樣的思維，形成了一種定勢心理，深深地影響著高中重力與萬有引力的學習進程。

難道重力大小真的不會變化，方向也不變化？

二、地球表面的重力

進入高中階段，在探討物體自由下落快慢過程中，得到落體運動加速度這個概念，學生接受這樣的事實，在同一地點，不考慮空氣阻力的影響，輕重物質運動快慢一樣，這樣所有運動物體的加速度都是一樣的，并且說明這個加速度為重力加速度，在地球的同一地點輕重物體下落快慢一樣，但是在地球不同的緯度上下落的快慢不同，赤道重力加速度最小，隨著緯度變大，重力加速度不斷增加，在北極與南極重力加速度最大。

在這個階段，學生可以接受重力大小可以變化的事實，而且針對不同的地方，重力加速度不同，初中水平說重力大小等于質量與比例常量g的乘積，現在可以理解為質量與重力加速度的乘積。重力方向也不在像初中階段的那樣，重力方向是可以變化的，把地球近似看作一個圓形球體，那么地球不同的地方，重力方向都是指向地心。

當學生學習知識深化到這樣的程度，原來心理的定向思維就發(fā)生變化，發(fā)生遷移，定向思維的改變帶來思維的深刻變化。原來認為永遠不變化的東西現在已經變化，重力的大小變化，主要是隨著緯度的變化而變化，方向也是變化的，但是變化有這樣的規(guī)律，無論物體在哪里，重力的方向都是指向地心。更重要的還有，就是隨著這個心理過程的變化，學生的空間感知能力和想象能力也在提高，原來是地球表面看成平面，是無限的，但是現在看來，地球表面應該是個球面，而且是有限的，以往所學習的重力就是物體局限于地球表面的空間。

三、萬有引力定律

學生學習開普勒關于行星運動的三大定律以后，接受了太陽對行星有萬有引力作用，八大行星之所以圍繞太陽運行，沒有飛到其它星系，正是萬有引力的作用，從而形成太陽系。從開普勒定律可以推出萬有引力定律，太陽對于行星有引力作用，同時行星對于太陽也有引力的作用，只是由于行星質量相對太陽極小，行星運動，太陽幾乎不運動，通常認為是靜止。

不僅僅是天體之間廣泛地存在著萬有引力，任何兩個物體之間都存在著相互的吸引力，引力的大小與它們質量的乘積成正比，與它們之間的距離成反比，由于通常人們看到的物體質量是有限的不可能像天體那樣具有極其巨大的質量，它們之間的引力是非常微弱的，以致于無法感覺，但是引力是客觀存在的。

至此，學生們對于重力概念的認識得到升華，重力就是地球與其表面物體之間的萬有引力，由于地球的質量極其巨大，即使物體的質量有限，它們之間的引力是不可忽略的，物體位于地面附近受到的引力主要表現就是重力，離開地面延伸到太空，這個重力就叫做萬有引力，大小隨著距離增大而減小，重力加速度也減小，物體向地球中心運動，隨著它與地球中心距離越來越近，其引力也是不斷地減小，總之重力的概念起源于萬有引力定律，學生們對于重力認識得到質量上的飛躍。

借助于場的概念，引力還可以這樣理解，正如電場與磁場的理論那樣，引力的作用也可以用場觀念來理解，只要有物體存在，其周圍一定存在著引力場，在引力場的所有物體都會受到場的作用，這個作用就是萬有引力，太陽系里主要是太陽的引力場，八大行星受到這個場的作用，進一步認識這樣的，除了太陽的引力場之外，其余行星也形成自己的場，所有太陽的天體都會受到引力場的作用，這里太陽系里不是一個太陽的引力場，而是所有的引力場的疊加，這是多么復雜的物理情景！

四、認識的心理過程與反思

通常情況下，學生的心理容易變化，但不一定是向著正確的方面變化，學生的心理難以改變，主要難以向著正確方向轉化。從初中階段學習重力大小與方向都不變化形成了心理定勢，有的學生甚至形成了傳統(tǒng)觀念，這是非常可怕的。從物體固定在某個地點受到的重力伸延到地球的不同地方受力情況來分析，就改變了學生們原來的思維模型，此刻重力大小方向都可以發(fā)生變化，這樣學生思維的空間得到極大的拓展。

至于到了萬有引力定律，學生才將視野真正地從地球表面附近擴展到太陽系及其它星系，甚至整個宇宙，這樣空間的概念就極大的發(fā)展，思維也會發(fā)生根本性的變化，他們知道重力變化的根本原因及規(guī)律。能夠用場的觀點來看，對于什么是相互作用這個概念也得到升華上的認識。這里不光是原來經驗的結晶，知識的建構和總結，知識的遷移，還包括數學知識的廣泛應用等。

正確思維的形成及發(fā)展，是以學生的心理發(fā)展為基礎的，正確的心理過程就是思維能力形成的過程，豐富學生的心理變化，也是豐富個性與能力甚至綜合能力發(fā)展的基礎。從新課標來看，知識與技能這個方面就是要求學生們學會理解萬有引力和重力的概念及基本的計算，說到過程及方法，就是探討整個萬有引力定律的形成過程，學生們整個認識心理過程及改變。這里包括眾多的因素，有豐富的感性認識和理性認識，有許多科學思維應用，這使學生們得到新的嘗試與體驗。從情感態(tài)度及價值觀來看，探討認識萬有引力定律的方法，也可以應用于認識自然界當中其他三類基本相互作用力：電磁相互作用，原子核的弱相互作用力及強相互作用。學習萬有引力定律可以激發(fā)學生學習科學家們的刻苦探索的品德，認識到物理科學在社會文明和發(fā)展中的重大作用與意義，激勵他們立志成為一名優(yōu)秀的學生，未來成為一個對社會有所作為與貢獻的人。