物理学史在中学物理教学中的运用——以《万有引力与航天》为例.doc

本 科 生 毕 业 论 文 论文题目：物理学史在中学物理教学中的运用以万有引力与航天为例 学生姓名： 李 永 昌 学 号： 2009012239 专业名称： 物 理 学 论文提交日期： 2013年3月31日 申请学位级别： 理 学 学 士 论文评审等级： 指导教师姓名： 周 菁 职 称： 工 作 单 位： 玉溪师范学院 学位授予单位： 玉溪师范学院 玉溪师范学院理学院物理系 2013年4月物理学史在中学物理教学中的运用以万有引力与航天为例李永昌(玉溪师范学院理学院物理系09级物理2班 云南 玉溪 653100 )指导老师：周菁摘要：本文介绍了物理学史在教学中的运用，并以万有引力与航天为例从教学内容分析、教学对象分析、教学过程三个方面来阐述物理学史在中学物理教学中运用的意义，从而体现物理学史在教学中运用的重要性。关键词：物理学史；万有引力与航天；教学；运用；1.引言 教学就是教师引导学生主动去学习的过程，运用正确有效的教学方法，对学生的学习可以起到事半功倍的作用，例如：在中学物理教学中适当渗透物理学史的知识，可以使学生较好地在头脑中形成物质结构及物质运动整体上的物理图景；可以加深对物理概念的理解，更好地掌握物理规律。物理学是研究物体的基本运动规律和物质的基本结构的一门科学，本来就是来自于自然现象之中，让学生知道物理家探索物理规律的背景及思维过程，可以让学生更加形象的理解 1。物理学史在教学中的运用十分广泛，圆周运动在中学物理中是一个考察的重点,同时也是进一步学习行星运动的基础。当学生学习一些生活中存在而难以触及的知识时，应该让他们体会到物理知识就在身边以及感受到学习物理的趣味，从而培养他们学习物理的兴趣。通过教育实习中对实习学校物理教师对人教版必修2第六章万有引力与航天这一章节的教学调查发现，在教师教学的整个教学过程中都没有介绍物理学史的知识，没有一点背景从而学生只能抽象的想象，使得学生难以理解，从而影响了教学效果。本文将从教学内容分析、教学对象分析、教学过程三个方面来阐述物理学史在中学物理教学中运用的意义。2.在中学教学中运用物理学史的意义在中学物理教学中引入物理学史的意义主要有以下几点：（1）导入新课，激发学生学习物理的兴趣和激情；物理学史有助于激发学生学习物理的兴趣，培养良好的学习习惯。只有当学生有了学习的兴趣，才能表现出学习的自觉性、主动性，这就要求我们把历史引入教学中，把科学理论的建立，科学发现的过程，科技发明对人类社会的发展的贡献用生动事例展示给学生。（2）帮助学生正确理解原理和物理概念；每一个物理概念、每一条物理定律的形成都离不开当时的历史条件，都少不了物理学家的科学思想的逻辑发展和历史进程，回顾这些历史进程，可以帮助学生正确的理解概念的内涵，正确运用定律来解决问题，有助于学生了解各概念、定律的来龙去脉和科学知识的运用过程。（3）使学生端正学习态度和掌握学习方法；每个物理规律的形成，物理规律的发现，都是以观察和实验为基础加之合理的方法，经过一个较为漫长的过程而最终形成的。物理学史的运用可以使学生了解这一过程，使学生加深对知识的理解，并学会一种探索问题的方法，提高学生分析和解决问题的能力2。3.教学内容分析万有引力与航天是人教版必修2第六章的内容，是学生在学习了圆周运动的基础上进行学习的，这节内容的特点是：知识容量较少，但包含的科学史料十分丰富。因此，本节教学设计应立足于对学生进行科学精神、科学思想方法的教育。在教学中引入有关天体运动问题的物理学史知识，可让学生感悟科学家求真、求简的科学思想方法和科学精神3。万有引力与航天这一章的内容是从运动学的角度描述天体的运动，因此，可以用物理学史知识引入新课，按照人类认识天体运动的发展历史学习本节内容，这一顺序也符合学生认知发展的规律。4.教学对象分析 当学生一心向学时，教学是一项艰辛的挑战，但是当学生无心学习时，教会他们就成了不可完成的任务4。高一的学生由于知识缺乏、学习方法不当和消极心理等因素的影响，在物理学习过程中，常常会出现不同形式的思维障碍，许多学生反映学习物理：一看就会，一听就懂，一做就错，一放就忘。学生在获取物理知识方面感觉并不太难，但运用起来，出错率较高。但是如果在物理教学中适当引进物理学发展的历史线索，不同程度、不同时机的向学生介绍展示物理学发展过程中不同的物理观念、思想方法以及相应的实验基础，让学生了解物理发展中的偶然与必然，科学家们的坚韧与顽强以及道路的曲折与艰辛，会使学生在思想道德情操方面受到感染和熏陶的同时，也会加深学生对物理学习的热爱和信心，并激发它们极大的兴趣和好奇心。他们在熟悉了物理学发展过程中的前因后果之后，会对所学知识理解得更加深透，从而让学生对物理世界有较全面的清晰认识，达到学习知识、掌握知识、运用知识的目的5。所以通过引入物理学史的知识可以加深学生的理解，掌握正确的教学方法，无疑是提高教学效率十分有效的途径之一。下面将以万有引力与航天这一章节的内容为例，设计教学过程，进而分析在教学中引入物理学史的作用及意义。5.教学过程新课之前首先是介绍一些相关的物理学史知识，在介绍的过程中提出一些与教学内容相关的问题，用来引入新课。下面将用两个环节来设计教学过程：（1）新课的引入环节：宇宙的探索之路经历了一个非常曲折的发展历程：“地心说”和“日心说”之争是宇宙发展史上的一个里程碑，“地心说”认为地球是静止不动的，太阳、月亮绕着地球转动运行；“日心说”的观点是地球是动的，地球除自身旋转外，还有某些运动，还在遨游，它是一颗行星，在所有的行星中太阳是中心6。真理是不可抹杀的，历史是公正的，随着科技进步，哥白尼的“日心说”被证明是颠扑不破的真理。图1 地心说模型天球土星木星火星月球、地球金星水星太阳图2 日心说模型这才是太阳的真正身份一颗非常普通的恒星，可观测宇宙中发光星体的一百万亿亿分之一7。 那个苹果落地发现万有引力定律的故事已经家喻户晓了，实际上从苹果落地到万有引力定律的被发现，前后经历了近20年的时间，这其中不知凝聚了牛顿的多少心血8。1684年牛顿公布了万有引力定律：所有的物体都是相互吸引的，吸引力的大小与两个物体的质量的乘积成正比， 与它们之间的距离的平方成反比。也就是说，两个物体的质量越大，距离越近，引力就越大9。牛顿通过自己超人的智慧及顽强的毅力，在总结前人工作的基础上，终于形成了在天体力学中占有一席之地的万有引力定律，但是他还非常谦虚地说：“我之所以取得了如此成就，是因为我站在前人的肩膀上的10! 问题一：通过上面呈现的“日心说”与“地心说”的图解和有关“牛顿发现万有引力”的物理学史的知识，同学们能总结出哪些规律或得到哪些结论？通过物理学史知识的介绍和教师的引导，同学们推导出一些公式和理论知识： 推导出的公式：得出的结论： 是比例系数，与行星和太阳均有关； 太阳与行星间的引力规律，也适用于地球与卫星间的引力；该引力规律普遍适用于任何有质量的物体。进过上面的教学环节，教学内容已经完成了一半了，很多重要的公式和知识都是通过教师的引导和物理学史知识介绍，学生自己总结归纳出来的，这让学生对知识的记忆更加深刻。（2）新课推进环节：1960年是验证历史的一年，开普勒公布了太阳系行星运动的两条基本定律：.行星运动第一定律行星的轨道是椭圆的，太阳位于椭圆的一个焦点上；行星运动第二定律行星与太阳所连直线，即行星的向径在相等时间内扫过的面积相等11。10年后他又提出来行星运动的第三定律：行星绕太阳一周的时间的平方与行星同太阳的平均距离的立方成正比。用公式表示就是：(为比例常数)。开普勒证明了哥白尼的“日心说”，并且纠正了关于行星圆形运行轨道和做匀速运动的错误结论12。”问题二：通过上面介绍的有关“开普勒三大定律”物理学史知识，同学们又有什么发现呢？同学们根据开普勒第三定律 推导出 得出的结论：太阳对不同行星的引力与行星的质量成正比，与太阳与行星间的距离的二次方成反比13。这就是在介绍有关“开普勒三大运动定律”的物理学史知识后，学生受到的启发推导出的一些公式，总结出的一些结论，这样不仅能培养学生学习物理的兴趣，让学生感受到成功的喜悦，而且这样比老师直接推导出的更能理解，记忆也将更加深刻，从而提高教学效率。进过上面的两个环节，万有引力与航天这一章节的教学内容也完成了，在教学过程中通过引入物理学史知识来提出问题，学生通过教师的引导和介绍的物理学史知识推导出相关的公式和总结出一些重要的理论知识，然后通过教师的总结加深让学生对知识的理解进一步提高，最后告诉学生科学上没有平坦的大道，科学经历是一条曲折、非常艰难的道路，引导学生要有坚持不懈、勇于探索的精神。物理学史知识引入教学过程的教学方式往往比较费时费力，同时也要求对应的物理学史内容与教学内容有很大了联系。在课前教师需要充分准备，深入了解历史事件，并在遵从历史事实的基础上，能作出合理取舍，设计出符合中学生思维和认识水平的教学方案，让学生融入到整个教学过程中，对学生的能力和素质的提高具有积极的意义，能够获得良好的教学效果14。6.教学评价本文在教学过程中运用物理学史知识引入新课，符合课程标准的要求，在新课引入方面切合教材和学生的实际，是经过巧妙设计的，并紧紧地围绕主题展开的，让学生知道这节课学什么，引起了学生的高度注意，营造了一个和谐的课堂氛围。在培养学生学习的兴趣和求知欲方面起到了意想不到的作用，让学生在课堂中体验到了学习的乐趣和提高了自信心。万有引力与航天这一章节的内容学生学习起来是非常抽象的，如果就用教材上的知识讲解，这样将很难激发学生的兴趣，而达不到预想的教学效果。但是在上面的教学过程中，通过引入物理学史的知识，让整个教学思路变得非常清晰。7.总结在教学中引入物理学史知识的例子还很多，本文我就以万有引力与航天这一章节为例进行了浅析。在教学中引入物理学史的内容难点在于如何把握好度，什么地方适合插入物理学史的内容以什么方式讲授等，了解学生什么不懂、什么懂、什么讲、什么不讲，物理学史知识插入后如何再回到物理知识的讲解上来，这些要求教师在上课前必须有充分准备。物理学史知识运用到教学中，对教师的自身素质提出了更高的要求，要求教师对物理学史全面的把握，这样才能在教学中对物理学史的融入处理的恰到好处15。一切教育活动都应以人的发展为出发点和归宿，学习的过程决不仅仅是要求学生记忆知识结论，更要让学生体验获取知识的过程、理解科学发展和对规律的探索过程，进而认识科学探究的意义，掌握认识问题的方法。不仅要授之以鱼，还要授之以渔，让学生认识“渔”的过程、获得“渔”的能力。以物理学史为载体，踏着科学巨人的足迹来感受物理学研究的过程，获取研究方法，显然是最好的过程教育方法之一16。本次毕业设计，我学会了综合运用大学所学知识，学会了怎么完善的去解决问题，学会了坚持不懈的精神！从开始的无从下手，到最后能顺利完成毕业设计，是在老师悉心的指导和同学的帮助的基础上，通过自己的努力完成的。这个毕业设计让我在教学思想上有了很大的进步，为我以后走向教师岗位打下了一定的基础。致 谢在这个毕业设计的过程中，我得到了周菁老师的悉心指导和严格的监督，在写作过程中我遇到了很多困难，是周菁老师给以了我信心和帮助，在此由衷的感谢周菁老师的指导。参考文献1 皱茂全.浅谈物理学史在中学物理教学中的运用M.四川教育学院学报，2011年2王建雷.物理学史对初中物理教学的重大意义J.学周刊，2012年3 杜敏.物理2必修M.人民教育出版社，2009年4 威廉.格拉瑟.了解你的学生M.首都师范大学出版社，2011年5 杨如意.物理学史在高中物理教学中的融合J.华中师范大学硕士论文，2006年6 王元凯 段金龙 .宇宙探索路M.科学技术文献出版社，2006年7 卢昌海.地心说vs日心说J.知识就是力量，2004年 8 李宏志.牛顿发现万有引力的故事J.湖南科技学院学报，2002年9 伊萨克.牛顿.自然哲学之数学原理J.武汉人民教育出版社，1989年10木沙江.阿布都维力.开普勒的科学贡献及其评价J.内蒙古师大学报，2005年11 盛辉 成良斌.开普勒科学发现认识论意义及评价J.华中农业大学学报，2004年12 周玉来.万有引力的发现过程J.苏州教育学院学报，2012年13 任志鸿.高中优秀教案M.南方出版社，2010年14 韩荷玲.新课标教学中渗透物理学史的探讨J.教育科研，2012年15 李成民.高考领航M.青海出版社，2011年16 蒲正权.物理学史在高中物理教学中的教育功能J.兰州大学学报，2009年History of physics in high school physics teaching - Gravity and SpaceLi Yong-chang Li(Yuxi Normal University, Department of Physics 09 Physics 2 classes)Instructor: Jing ZhouAbstract:This article describes the history of physics teaching, and Gravity and Space , for example from the teaching content analysis, the teaching obj