基于建構主義理論幫助學生巧妙學習“萬有引力與航天”

摘要：我國是世界航天大國，萬有引力與航天知識的學習對我國人才培養具有十分重要的意義。本文從學生存在的學習問題入手，在充分尊重學生原有學習經驗的基礎上，提出了教師怎樣才能幫助學生更好地學習萬有引力與航天。

關鍵詞：建構主義理論；萬有引力與航天；知識結構

全日制義務教育物理課程標準要求教師不再只是知識的傳播者，而且是學生學習的合作伙伴。而萬有引力與航天對高中生來說是物理學習中的難點，不僅物理模型多，而且公式難區分。如果教師在教學過程中不能起到很好的幫助作用，將導致學生進行無意義的機械式學習，不利于學生理解及應用所學的物理知識。解決這些問題，物理教師應以建構主義理論為基礎，巧妙地引導學生學習萬有引力與航天。

一、 建構主義理論學生觀

建構主義理論認為，學生不是被動接受知識，而是主動的知識結構的改造過程。它還提出應該注重學生已有的經驗，學生不是帶著空的大腦來到課堂，在接觸新的知識之前學生已經形成了與新知識有關的豐富的經驗。學生在學習《萬有引力與航天》這節課之前已經掌握了牛頓第二定律內容以及圓周運動的規律。學生的這些經驗正是教師引導學生學習萬有引力與航天這節新內容的基礎，充分利用好學生已有知識經驗才能使學生更好地理解新知識，從而幫助學生修改新建頭腦中原有的知識結構。

二、 學習萬有引力與航天的疑難所在

據學生反映本章給學生的第一印象是沒有難度的，前三節容易理解好掌握，但是從第四節開始需要建立物理模型，每種模型都有與其相對應的公式，才使得學生在原有的經驗基礎上建構新的知識結構時思維混亂。存在的問題主要有兩個：

1. 物理模型多

本章研究的問題可以看作是上一章圓周運動問題的延續，解決問題的方法依然沿用上一章的方法，所以需要建立圓周運動的物理模型。圓周運動的學習使學生充分了解了圓周運動特點。所以，本章涉及的物理模型在學生頭腦中很容易建立。但由于本章涉及的物理模型較多，當學生同時接觸這些物理模型時，區分這幾種物理模型就成了學習過程中的一大難點。

2. 公式難區分

前一章的學習使學生已經充分掌握圓周運動公式，總結起來我們常用的三個圓周運動公式有F向=mv2r，F向=mω2r，F向=m4π2T2。雖然本章研究的問題仍然是圓周運動問題，但是本章中每種物理模型都有其運動特點，也就意味著每種模型都有與其相對應的公式，所以本章公式數量繁多。不僅如此，在解決問題時還要求學生能夠通過判斷所研究問題屬于哪一種天體運動物理模型來選擇合適的公式，進而完成解題過程。而學生不能在頭腦中構建完整認知結構，形成邏輯通暢的知識體系，最終導致解題時在眾多公式中不清楚哪個是自己需要的。這是大多數學生認為本章內容有難度的又一大原因。

三、 引導學生巧妙學習“萬有引力與航天”

明確了學生學習本章內容的難點有兩個，引導學生巧妙學習本章內容就從此兩點入手：

1. 總結本章物理模型

本章根據相互作用的兩物體之間萬有引力作用效果的不同，建立了幾種物理模型。在星球表面上的物體受到星球給的萬有引力作用，其中一部分萬有引力是物體受到的重力，另一部分萬有引力為物體隨星球自轉做圓周運動提供向心力，這就是物體在星球表面隨星球一起做圓周運動的天體運動模型。當星球給物體的萬有引力全部用來提供物體做圓周運動的向心力時，此時物體可能在星球表面，但由于物體隨星球運動所需向心力極小，我們可以忽略此時的星球自轉，近似看做萬有引力都用來提供物體所受重力；物體還有可能繞星球做圓周運動，這時又可分為繞星球表面做圓周運動或遠離星球表面做圓周運動。

為了幫助學生更好地將這幾種物理模型知識整合到原有的知識結構中，教師可以從另一個角度將本章的物理模型進行分類。根據相互作用的物體與星球間的位置關系，分為物體在星球表面和物體不在星球表面兩類。物體在星球表面隨星球一起轉動的情況，可根據星球自轉能否忽略分為考慮自轉和不考慮自轉兩種；物體不在星球表面即物體繞星球做圓周運動的情況，根據物體距離星球的遠近又可分為靠近星球表面和遠離星球表面兩種。總結本章一共涉及四種物理模型。

2. 歸納每種物理模型對應的物理公式

根據這四中物理模型的運動特點，結合學生已經掌握的圓周運動公式，可幫助學生歸納出每種物理模型適用的物理公式。假設星球的質量為

M、物體質量為m、星球半徑為R、物體距圓周運動圓心的距離為r、星球表面重力加速度為g，則有：

（1）當物體在星球表面考慮自轉時。此時星球給物體的萬有引力產生兩個分力，一是使物體受到重力，二是為物體隨星球一起做圓周運動提供向心力，所以此模型的物理公式為GMmR2=F向+mg，其中F向=mv2r=mω2r=m4π2rT2。

（2）當物體在星球表面忽略自轉時。忽略自轉，向心力為零，所以此時星球作用在物體上的萬有引力可以看作等于物體受到的重力，公式為GMmR2=mg。

（3）當物體離開星球，靠近星球做圓周運動時。此時物體完全在重力的作用下做圓周運動，而物體受到的重力又是由物體與星球之間的萬有引力提供的，所以有GMmR2=F向=mg，其中F向=mv2R=mω2R=m4π2RT2。

（4）當物體離開星球，遠離星球做圓周運動。此時物體運動規律與物體繞星球表面做圓周運動規律相同，物體受到星球給的萬有引力等于物體受到的重力，并且為物體繞星球做圓周運動提供向心力。不過由于物體處在一定高度，此時的重力加速度g′不等于星球表面重力加速度g。此時公式應為GMmR2=F向=mg′，其中F向=mv2r=mω2r=m4π2rT2。

四、 結束語

總之，筆者認為在教學中教師不是單純的知識傳播者，應該是學生學習的合作伙伴。在萬有引力與航天的教學中，教師要基于學生認知發展的規律更好地起到引導的作用，幫助學生巧妙地建構新的知識結構。

參考文獻：

[1]閻金鐸，郭玉英.中學物理教學概論[M].高等教育出版社，2009.

[2]馬云霞.學生學習“萬有引力與航天”困難成因及教學策略[J].中學物理（高中版），2015（1）.

[3]薛金星.中學教材全解學案版，高中物理必修二[M].陜西人民教育出版社，2016.

作者簡介：劉波，遼寧省大連市，遼寧師范大學。endprint