學科核心素養視角下高中物理教學實例分析

向邦兵

普通高中《物理課程標準》（2017年版）明確指出，高中物理課程是一門基礎課程，旨在落實立德樹人任務，提升學生的物理學科核心素養，為學生的終身發展奠定基礎，促進人類科學事業的傳承與社會的發展。高中物理天體運動知識內容復雜、抽象，問題研究視角從地面轉移到太空，視野變廣，思維要求高，加之緊密地和當今科技發展前沿結合，導致學生學習天體運動時感覺知識繁亂，思緒不清，學習困難。基于此，我在教學實踐中落實課程標準的要求，滲透學科核心素養，采取模型化教學，抓住重點，培養科學思維。

一、物理學科核心素養

物理學科核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面。“物理觀念”主要包括物質觀念、運動與相互作用觀念，能量觀念等要素;“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素;“科學探究”主要包括問題、證據、交流等要素;“科學態度與責任”主要包括科學本質、科學態度、社會責任等。高中物理教學過程中，就是要通過教與學的過程，學生達到形成物理觀念，具有建構模型的意識和能力，能進行科學探究，正確認識科學本質的目標。在具體的教學案例中，要依據內容，教學設計時滲透學科素養，要側重學科素養具體體現的某一個或幾個方面。

二、教材內容分析

人教版必修2第六章-《萬有引力與航天》章節，在高中物理知識體系中地位舉足輕重。 人類從古至今對太空的認識歷程，能夠強烈地激起人們對科學知識的探知欲;從學習者認知觀的發展和思維能力來講，該內容是對力與運動關系升華，是學習牛頓經典力學的進一步要求，能極大拓展人的認知觀和思維能力;該部分內容為現今高考物理試題命題的熱點，極易與當今航天科技前沿知識結合，充分展示我國在此領域的輝煌成就，增強民族自豪感，提高學生學科素養和落實國家立德樹人的目標。因此，學生應高度重視該內容的學習。教師應著力指導學生認識到位，強化培養學生的物質觀念和培養科學態度與責任的學科素養。

該部分內容在學習完《曲線運動》后，天體的運動和地面上的圓周運動結合起來，學生對牛頓經典力學的認識得以提高。學習者認知角度從地面轉移到太空，符合人認知觀。萬有引力定律是人類認識太空的基礎，是牛頓經典力學的重要內容。教學中，幫助學生減小思維難度，克服學生畏難心理，用建模方式進行教學，滲透科學思維和科學探究等學科素養。

三、模型歸類分析，體現科學思維

天體運動知識，突出體現相互作用的物理觀念和模型建構的科學思維學科核心素養，教學中指導學生將萬有引力定律和圓周運動知識結合起來，建立兩大類模型，來研究和理解天體的運動規律，達到掌握天體運動的知識，加深理解認識。

1.隨地模型

隨地模型的特征，天體表面上的物體隨天體一起運動。以地球為例，建立模型，分清重力與萬有引力的關系。地球表面上的物體隨地球自轉時需要的向心力由萬有引力的一個分力提供，另外一個分力就是物體的重力。

如圖所示，由于緯度的變化，物體做圓周運動需要的向心力不斷變化，故地球表面物體的重力隨緯度變化而變化，即重力加速度高g隨緯度增加而變大。

該模型建構中，教學中要突出研究對象的物質性及向心力的來源，強化物理觀念形成。同時，把研究的問題，提煉歸類為模型化的問題，培養學生的科學思維方式。

2.環繞模型

環繞模型是萬有引力與圓周運動知識的結合，是科學思考、科學探究天體運動知識時最重要的方法，常見兩類情形，一類是“一心一意”和“兩心一意”（雙星模型）。

（1）“一心一意”型

該模型特征是一顆衛星圍繞中心天體做勻速圓周運動。所需要的向心力由中心天體對衛星的萬有引力提供，即：

運用該模型建立方程時，向學生強調上面等式左邊公式中的r指的是兩個物體間的距離，對于相距很遠，可視為質點的物體，指的是之間間的距離;對于均勻球體，r表示的是兩球心的距離。而等式右邊公式中的r指的是圓軌道的半徑。當衛星環繞中心天體，軌道半徑變化時，就涉及了衛星的變軌問題。在不同軌道上運行時，可利用上述方程比較相應運行參量。已知其中幾個參量，可以進行相應問題分析，如估算中心天體質量和密度，求解運行參量、求解第一宇宙速度等。

（2）“兩心一意”型（雙星模型）

雙星模型是指由2顆相距較近的恒星組成，個恒星的限度遠小于2個星體之間的距離，而且雙星系統一般遠離其他天體。兩顆星球組成的雙星，在相互之間的萬有引力作用下，繞連線上的一點做周期相同的勻速圓周運動。如圖所示，質量為m1，m2的兩個星體1、2繞它們連線上的某一固定點做勻速圓周運動，其軌道半徑分別是r1，r2，它們之間的距離為L。

該類模型建構時，教師仍然突出強調其物理觀念、科學思維，并讓學生領悟至透。進行模型化分析時，對不同模型進行區別，能培養學生科學探究能力，滲透科學態度的學科素養。

四、結束語

高中物理天體運動的知識復雜難懂，由相關模型推導得到的二級結論多，許多概念抽象，學生往往難以快速的掌握和理解知識。因此，筆者在新課程理念指導下，以物理學科素養視角進行以上天體運動教學實踐，突出知識體現的學科素養，關注過程，降低學生學習難度，促近學生掌握相關內容，提高物理分析能力。上述案例表明，物理新課改，教師教學理念首當其沖要進行更新，然后教師引領下，根據具體知識來進行的教與學，在這一實踐中既完成課程目標，又滲透學科素養，提升學生學科能力。