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知识目标
通过学习物理学史的知识，使学生了解地心说（托勒密）和日心说（哥白尼）分别以不同的参照物观察天体运动的观点；通过学习开普勒对行星运动的描述，了解牛顿是通过总结前人的经验的基础上提出了万有引力定律．
能力目标
通过学生的阅读使学生知道开普勒对行星运动的描述；
情感目标
使学生在了解地心说和日心说两种不同的观点，也使学生懂得科学的道路并不是平坦的光明大道，也是要通过斗争，甚至会付出生命的代价；
说明：
1、日心、地心学说及两者之间的争论有许多内容可向学生介绍，教材为了简单明了地简述开普勒关于行星运动的规律，没有过多地叙述这些内容.教学中可根据学生的实际情况加以补充.
2、这一节的教学除向学生介绍日心、地心学说之争外，还要注意向学生说明古时候人们总是认为天体做匀速圆周运动是由于它遵循的运动规律与地面上物体运动的规律不同.
3.学习这一节的主要目的是为了下一节推导万有引力定律做铺垫，因此教材中没有过重地讲述开普勒的三大定律，而是将三大定律的内容综合在一起加以说明，节后也没有安排练习.希望老师能合理地安排这一节的教学.
教学建议
教材分析
本节教材首先让学生在上课前准备大量的资料并进行阅读，如：第谷在1572年时发现在仙后座中有一颗很亮的新星，从此连续十几个月观察这颗星从明亮到消失的过程，并用仪器定位确证是恒星（后称第谷星，是银河系一颗超新星），打破了历来“恒星不变”的学说．伽利略开创了以实验事实为基础并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学．为以亚里士多德为旗号的经院哲学对科学的禁锢、改变与加深人类对物质运动和宇宙的科学认识而奋斗了一生，因此被誉为“近代科学之父”．开普勒幼年时期的不幸，通过自身不懈的努力完成了第谷未完成的工作．这些物理学家的有关资料可以帮助学生在了解万有引力定律发现的过程中体会科学家们追求真理、实事求是、不畏强权的精神．
教法建议
具体授课中教师可以用故事的形式讲述．也可通过放资料片和图片的形式讲述．也可大胆的让学生进行发言．
在讲授“日心说”和“地心说”时，先不要否定“地心说”，让学生了解托勒密巧妙的解释，同时让学生明白哥白尼的理论了统治人类长达一千余年的地球是宇宙中心的“地心说”理论，为宣传和捍卫这一学说，意大利的思想家布鲁诺惨遭烧死，伽利略也为此受到残酷迫害．不必给结论，让学生自行得出结论．
典型例题
关于开普勒的三大定律
例1月球环绕地球运动的轨道半径约为地球半径的60倍，运行周期约为27天。应用开普勒定律计算：在赤道平面内离地面多少高度，人造地球卫星可以随地球一起转动，就像停留在无空中不动一样．
分析：月球和人造地球卫星都在环绕地球运动，根据开普勒第三定律，它们运行轨道的半径的三次方跟圆周运动周期的二次方的比值都是相等的．
解：设人造地球卫星运行半径为R，周期为T，根据开普勒第三定律有：
同理设月球轨道半径为，周期为，也有：
由以上两式可得：
在赤道平面内离地面高度：
km
点评：随地球一起转动，就好像停留在天空中的卫星，通常称之为定点卫星．它们离地面的高度是一个确定的值，不能随意变动。
利用月相求解月球公转周期
例2若近似认为月球绕地球公转与地球绕日公转的轨道在同一平面内，且都为正圆.又知这两种转动同向，如图所示，月相变化的周期为29.5天（图是相继两次满月，月、地、日相对位置示意图）．
解：月球公转（2π+）用了29.5天．
故转过2π只用天．
由地球公转知．
所以=27.3天．
例3如图所示，A、B、C是在地球大气层外的圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，下列说法中正确的是哪个？（）
A．B、C的线速度相等，且大于A的线速度
B．B、C的周期相等，且大于A的周期
C．B、C的向心加速度相等，且大于A的向心加速度
D．若C的速率增大可追上同一轨道上的B
分析：由卫星线速度公式可以判断出，因而选项A是错误的．
由卫星运行周期公式，可以判断出，故选项B是正确的．
卫星的向心加速度是万有引力作用于卫星上产生的，由，可知，因而选项C是错误的．
若使卫星C速率增大，则必然会导致卫星C偏离原轨道，它不可能追上卫星B，故D也是错误的．
解：本题正确选项为B。
点评：由于人造地球卫星在轨道上运行时，所需要的向心力是由万有引力提供的，若由于某种原因，使卫星的速度增大。则所需要的向心力也必然会增加，而万有引力在轨道不变的时候，是不可能增加的，这样卫星由于所需要的向心力大于外界所提供的向心力而会作离心运动。
探究活动
关键词：物理模型；物理建模；创造性思维；创新能力
一、物理模型的概述
1.物理模型的定义
物理模型，就是把教学中所要研究的物理对象或物理过程通过抽象、理想化、简化、类比等方法，进行去次取主、化繁为简的处理，把反映研究对象的本质特征抽象出来，构成一个概念或实物的体系。它有两个主要特征：抽象性和形象性的统一，科学性与假定性的统一。物理建模是一种重要的科学思维方法，它能够较好地培养学生的抽象思维能力和创新意识。在中学物理的学习中，通过物理建模能力的培养，提高学生的抽象逻辑思维能力，是必须也是必要的。纵观物理学的发展史，构建物理模型对物理学的发展起着重要的作用。
物理模型既源于实践，又高于实践，在生活、生产、科技领域中带有普遍的共性特征，具有一定的抽象概括性。物理模型的构建是一种重要的科学思维方法，通过对物理现象或过程的分析，寻找出物理现象或物理过程的内在本质及内在规律，以达到认识问题的目的。
2.物理建模的作用
物理模型是物理规律和理论得以建立的基础，利用物理模型可解释物理现象和实验规律，还可作出科学的预言。教学中构建物理模型实质上就是培养学生的创造性思维，学生通过建立物理模型，寻找解题规律，形成解题思路，有利于物理思维能力的培养。
二、物理建模能力的培养
教育部2001年颁布的《基础教育课程改革纲要（试行）》指出：“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与，乐于探究，勤于动手，培养学生收集和处理信息、获取新知识的能力，分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。”高中物理新课程标准也要求：“应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实践、勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，使其逐渐形成科学态度与科学精神。”由此说来，学习物理，关键是要提高物理建模能力。下面就对如何培养学生的物理建模能力提出一些看法。
1.“抽象、等效”建模
这种建模方法忽略了次要因素，突出了主要因素，简化了研究对象，将它等效成一个简单的几何模型。如：我们看不见、摸不着的电场、磁场都是客观存在的物质，但我们可设想电场线、磁场线的模型，并用头发屑、铁粉分别来显示不同带电粒子周围的电场线、不同磁体周围的磁场线的分布形状，从而形象地描述出电场、磁场的一些特性，这样就建立了场的概念。
2.“假设、类比”建模
在运动和力的关系问题中，为了了解物体的运动性质和运动过程，往往要采用假设、类比的方法，并结合各种图像（如：v—t图，s—t图），构建物体的运动和力的关系模型。其中最常见的一种运动和力的关系模型是物体自静止开始在变力作用下做速度不断增大、加速度不断减小的变加速运动（当加速度为零时，速度达到最大，合外力等于零）。运动和力的关系问题是高中物理教学的难点，难点就在于对研究对象进行正确的受力分析和运动过程分析。而利用图像搞清物体的运动性质，建立运动模型是比较有效的方法之一。
3.“简化、形象”建模
对于来源于现实生活中的有关运动的信息题，若物体的运动过程非常复杂，不是常见的几种形式的运动模型，则要注重对物体运动全过程的认识，注重对物体运动发展变化过程的分析理解，深刻理解题意，深挖隐含条件，利用图像，将抽象的物体问题形象化，简化物体的运动过程，更加真实、全面地再现和模拟现实，建立起物体的运动模型。如：质点、点电荷、单摆、弹簧振子等都是对研究对象的一种简化。
4.强化信息题训练
解信息题一般由四步组成：第一步，获取信息，排除跟问题无关的干扰信息，找到有用的信息，并使之跟所学的物理知识发生联系；第二步，整理信息，把题目中的日常生活、生产或现代科技背景抽去，去掉无用信息，纯化为物理过程；第三步，建立物理模型，即在有用信息的基础上根据所学物理原理建立简单的“物理模型”；第四步，列式求解。其中第二、三两步是解信息题特有的，也是解信息题成败的关键，完成了这两步即实现了由信息题转化为传统题，也就得心应手了。
如：开普勒发表了著名的开普勒行星运动三大定律。
第一定律：所有的行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳在这个椭圆的一个焦点上。
第二定律：太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
第三定律：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等。
实践证明，开普勒三大定律也适用于人造地球卫星的运动。如果人造地球卫星沿半径为r的圆形轨道绕地球运动，当制动发动机工作后，卫星速度降低并转移到与地球相切的椭圆轨道。如右图所示，问：在这之后，卫星经过多长时间着陆？（空气阻力不计，地球半径为R，地球表面重力加速度为g。圆形轨道作为椭圆轨道的一种特殊形式。）
对题目进行分析：
①此题的信息可分为四块：一是开普勒三定律的内容；二是开普勒三定律也适用于人造地球卫星；三是人造地球卫星由圆形轨道转移到椭圆轨道；四是圆形轨道作为椭圆轨道的一种特殊形式。
②最有效的信息为开普勒第三定律，这是本题的突破口，开普勒第二定律几乎是无效的，应予忽略，其他信息是辅助信息。
③设卫星质量为m，圆形轨道半径为r，运动周期为T，卫星在圆轨道上运动时，由圆周运动的动力学知识，可以得出卫星的半径和周期的关系。
由上述例子可知：提炼有效信息是解答联系实际的信息题的关键。在提炼好的有效信息的基础上，再结合平时所学的物理知识进行回忆，根据题目的具体条件，通过类比、等效替换等手段，合理建立物理模型，从而达到解答信息题的目的。
三、结语
培养学生的物理建模能力，是高中物理教学必须重视的问题。物理模型不仅是知识的结晶，还是思维的结晶，能有效考查学生对物理知识的理解深度和广度以及思维品质和创新能力。在物理教学中，要有的放矢，增强学生的建模意识，重视物理模型的教学，这既有利于学生掌握物理知识，提高应用知识的能力，又可以引导学生形成科学的学习习惯和方法，提高素质；建立和正确使用物理模型还可以提高学生理解和接受新知识的能力。
参考文献：
[1]左雄.论高中物理教学中学生建模能力的培养.湖南科技学院学报，2007（4）.
[2]廖伯琴，张大昌.全日制义务教育物理课程标准（实验稿）解读.湖北教育出版社，2004.
[3]盛焕华.高中物理研究性学习.龙门书局出版社，2003.
1例题命制与讲解
1.1注重基础,哪怕是冷知识
复习课上例题讲解是少不了的环节,笔者认为知识复习要联系最新的高考动态,各地的高考题命制都是命题专家精心之作,不可偏废,纵观2013年各地对天体问题的考查,考查点都较为基础,正好可以将考题拿来作为例题帮助学生完成对基础知识的复习,让学生自主检测概念的掌握情况.例如,开普勒三定律是万有引力的第一节内容.考生往往会忽视基础概念和定律的复习,很多考生甚至冷落了这三个定律的理解和记忆,非常容易出错.2013江苏高考第1题着重考查这个知识点.例1(2013年江苏)木星和火星绕太阳在各自的椭圆轨道上运动,由开普勒行星运动定律可得A.两行星绕太阳运行速度的大小始终相等B.太阳位于木星运行轨道的中心C.两行星的公转周期之比的平方等于它们椭圆轨道半长轴之比的立方D.在相等的时间内,两星与太阳连线扫过的面积相等目的从行星的实际运动出发,帮助学生运用开普勒行星运动规律,复习规律.“开普勒三大定律”是人们研究天体运动的发端,也是“万有引力”这一章节的第一节内容,在以往的复习中,考生容易忽视该节内容的复习,由于对这三个定律复习的缺失,导致在解题过程中容易走弯路,从该题的设置上引导学生在一轮复习时,要重视对基础知识,哪怕是高考冷点的理解和记忆.
1.2注重常规题的基本解法
万有引力的常规考题大多涉及到“环绕”和“静放”两个方面方法的应用,基本方法有两个:对于环绕天体,万有引力提供向心力;星球表面万有引力近似等于物体的重力.例2(2013年上海)有小行星绕恒星运动,由于恒星始终均匀地向四周辐射着能量导致其质量缓慢地减小,如果认为小行星在绕恒星运动一周的时间内的运动轨迹近似看成圆?则足够长时间后,小行星运动的半径、加速度、角速度、线速度大小如何变化?天体运动充满着神秘色彩,与我们的生活也距离遥远,不过此类问题的解决却有法可循,环绕天体做匀速圆周运动万有引力提供向心力,再加上由星球表面物体忽略自转时的万有引力等于重力得到的替代式,就可以解决一系列天体运动参数的问题,在解决问题的过程中帮助学生实现方法的迁移.
1.3抓住特殊运动模型
万有引力与航天存在几个重要的模型:近地卫星模型,同步卫星模型,双星模型.课堂一定重视每个模型的特殊的物理含义和解题的技巧的分析和突破.如:近地卫星推导第一宇宙速度,同步卫星的确定性(如周期一定)等.平时的教学注重典型模型建立,重点突破各个模型的易考点和易错点,可以有效的增强学生的解题效率.2013山东卷第20题考查了双星系统模型.本文来自于《中学物理》杂志。中学物理杂志简介详见
2相似易错规律的总结
关键词: 物理学史情感态度价值观
《普通高中物理课程标准(实验)》在课程目标中提出:教师要促进学生增强好奇心与求知欲,提高科学探索兴趣,有坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度与科学精神[1]。教师有效利用物理学史料中物理学家们屡败屡战的创造过程教育广大学生,可以培养学生积极向上的科学态度和正确的价值观,增强物理教学的趣味性、启发性和思想性。
1.培养学生学习物理的信心和兴趣
在课程中引入适当的物理学史料不仅可以使学生了解物理世界的奇妙,激发他们学习探究的兴趣,而且可以通过物理学家百折不挠,勇于创新的科研历程,坚定他们学习物理的决心。
例如:牛顿第一定律是牛顿力学体系的重要组成部分。在学习这一内容时,学生可能受到日常现象的影响,难以理解“运动不需要力来维持”。教师可以通过历史上人类对力和运动的认识过程来培养学生的学习兴趣并使其坚定学习物理的决心。古希腊著名的哲学家亚里士多德基于日常现象,认为“运动需要力来维持”,后来著名物理学家伽利略对亚里士多德的理论提出质疑并提出了自己的猜想,他认为,物体的“运动不需要力来维持”。但是,伽利略在他所处的时代要验证自己的猜想有很多困难,因为自由落体运动很快,没有现代的设备,例如快速照相机之类,就无法对它进行详细研究。因此,伽利略决定“冲淡重力”,使一个球在斜面上滚动。斜面越陡,球滚得就越快,而在极限的情况下,球就无法沿着斜面滚动而做自由落体运动,做这个实验的主要困难是测量球走过不同距离所需要的时间。伽利略解决的办法是用“水钟”,通过从一个容器底部附近打开的小口流出的水量来测量时间[2]。通过这一内容的教学,学生认识到即使伟大的科学家也会在进行科学研究的过程中遇到很多无法预料的困难,但是他们毫不畏惧,创新地提出解决办法,以证实自己的猜想,从而增强了学习物理的兴趣和面对困难时解决问题的决心。
2.培养学生脚踏实地的学习态度和严谨作风
物理学史记载着物理学发展历史上众多科学家研究过程中的点点滴滴,以及他们脚踏实地的态度和严谨的工作作风。正是因为有这样的科学态度和工作作风,他们才在科学领域取得了举世瞩目的成就。
例如:丹麦著名天文学家第谷为了研究天文,依靠自己设计的仪器,在长达二十年的时间里不畏辛苦地进行天文观测,得到了一张标有777颗星位置的星表,位置测量的精确度1-2弧分,更为重要的是,这些测量结果是在一个长时期内连续重复作出的,并评估了观测中的误差[3]。在1601年去世前,第谷把毕生观测到的资料都赠送给了他的助手,德国天文学家开普勒,并且告诫开普勒一定要尊重观测事实。对照第谷大量的观测结果,开普勒发现哥白尼的圆形轨道和第谷的观测数据不符合,这些差异迫使开普勒放弃了圆形轨道。这个差异是很小的:火星的路径在太阳的一边比另一边只长8弧分。但开普勒对第谷数据深信不疑,他宁愿放弃对托勒密圆周运动观点的信念而不是怀疑第谷的数据[4]。经900页的计算后他走出了大胆的一步:放弃圆形轨道,并经过努力发现了开普勒行星运动三大定律。他曾经说:“感谢上帝赐给我们第谷这样的天才观测者,这8弧分的误差是不应该忽略的,它是我走上改革天文学的道路。”可见,脚踏实地的工作作风和严谨的科学态度对科学研究的重要作用是不可或缺的,科学家的科学态度和工作作风对学生的态度养成的积极作用也是显而易见的。
3.应用物理学史加强对学生爱国主义教育
中国古代对物理知识的认识历史十分悠久,内容也非常丰富,与古代科学技术发展密切相关,形成中华民族的传统特色。教师介绍中国的物理学发展史,可以增强学生的民族自豪感和爱国主义情怀。
在西方自然科学诞生以前,中国的科学技术在各个领域都居于世界领先地位。例如:在理论方面,早在春秋时期我国就有了《周易》一书,它是我国集哲学、自然科学、社会科学、一书领域于一身的最重要的经典著作之一,在世界上具有重要影响。德国数学家莱布尼茨对中国三千年前的古老文化惊叹钦佩不已,据说他曾要求加入中国国籍,并在德国法兰克建立了一所中国学院。王夫之在《张子正蒙注》一书中列举了燃烧、汽化和升华三种状态变化的实例,生动论证了“生非创有,死非消灭”、“聚散变化,而本体不为之损益”的物质不灭思想。墨家传世著作《墨经》对时空观、运动观和光学都有很多论述。比如《墨经》指出:“久,有穷、无穷。”就是说具体一段时间是有穷的,整个时间的绵延则是无穷的。春秋末年齐国人著作《考工记》记载了许多使用的力学与声学知识,是我国古代一部技术知识的汇集。另外还有《天工开物》中有简单机械的记述,《梦溪笔谈》中有对磁角的论述,《论衡》中有关于简单电现象的记述,这些成就在当时都是遥遥领先的。
学生通过学习中国古代的物理学重大成就,会增强民族自豪感和爱国主义情怀,并在以后的学习过程中,自觉地树立为中华民族崛起而读书的决心。
4.引导学生科学、辩证地看问题
物理学的每一个概念、定律和理论的建立过程都有一个萌芽、形成和发展演化的曲折历程。但是在大量的教科书中,人们对物理学认识的历史痕迹被擦拭殆尽[5]。教师通过物理学史内容的渗透,能使学生自然地掌握辩证唯物主义理论,摒弃错误的世界观。
例如:通过对力和运动关系的学习,学生会认识到在科学理论建立的过程中经历了许许多多难以预料的困难,但是,科学依然在快速地不断向前发展。通过学习天体运动认识的演变过程,学生会认识到世界是客观存在的,创造世界的“神”是不存在的,天上和地上的物理规律遵从同样的物理定律,它们是统一的。通过对爱因斯坦狭义相对论对经典力学理论的颠覆的学习,学生会明白任何真理都具有相对性。通过对参考系的学习,学生会明白运动是绝对的,静止是相对的,世界上没有绝对一成不变的事物,它们都是不断发展的。通过介绍历史上300年来光的波动说与光的粒子说之争,学生会体会到用辩证法观点看待事物,处理问题的重要性,并加深对辩证唯物主义三大定律之一――否定之否定规律的理解。
物理学史把大量的史料从起源到现在的发展过程概貌整理出来,揭示出物理学进展的历史足迹和科学家探究真理的过程,对学生自信心和兴趣、学习态度和作风、爱国主义精神和民族自豪感与辩证看问题态度的培养具有重要作用。
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(实验)[S].北京:人民教育出版社,2003:8.
[2]乔治・伽莫夫著.物理学发展史[M].北京:商务印书馆,1981:38.
[3]P.M.功德哈勒卡尔.抓住引力――探索运动定律和引力的艰难历程[M].北京:中国青年出版社,2007:38.
关键词 归纳；研究；演绎；交流
一直以来，研究型学习都是备受推崇的学习方法，它在强调学生主动性的同时也对学生提出了更高的要求，但是在平常学习中却很难被真正被贯彻运用，学生的研究往往被局限于一题多解或者课堂中在老师引导下对某一问题的思考，真正学生的自主研究很少。究其原因，一方面，学生觉得没有时间研究，平时的学习已经占满了整个的时间，没有时间去进行研究；另一方面，学生认为平时的学习离研究太远，觉得无处下手，不知道从何研究起，怎么研究。因此，明晓研究的方向，掌握一定的方法是能顺利进行研究型学习的前提，本文浅谈研究型学习的一般方法。
一、归纳总结，在分类中发现规律
归纳的过程就是从众多现象中发现规律的过程。平时学到的内容看到的现象是纷繁复杂的，对相通的内容进行分类，很多时候能在分类过程中归纳出内在的规律。
比如我们在生活中观察到很多的现象：水总是往低处流，竖着的木条很容易倒下，倒下的木条倒是不容易竖起来，前进中的车辆如果没有力的持续作用总会停下……这些事情有共通点吗？高出的水比低处的水势能高，竖着木条比倒下的木条能量多，运动的车辆比停着的车辆多动能，他们可以归为一类现象，通过这类现象，可以得出一个结论：物体总是努力从高能量状态向低能量状态转变，或者可以表述为物体的低能量状态比高能量状态更稳定。通过这样的简单分类总结，于是我们便能归纳出了一条规律。
通过分类归纳出的规律正确与否并不重要，它会在后续的发现归类总结学习中不断完善、修改甚至，而通过不停断分类总结归纳的好处是使得众多的知识现象在头脑中更有条理，这就是平时所说的，将一本书给读薄了，更重要的是，这种归纳一旦成为一种习惯，将使学习者在今后的学习生活中更容易看到深层次的规律。
二、追根溯源，探求现象背后的本质
开普勒研究第谷的观察资料发现了开普勒行星运行三大定律，牛顿的万有引力定律解释了开普勒三大运动定律形成的原因，而爱因斯坦更是指出牛顿的万有引力定律只是广义相对论在弱场极限下的近似，科学总是在对已经总结出的规律的研究中上升，永无止境。因此仅仅有总结还是不够的，还需要对总结出的现象和共通规律作出进一步的思考和分析，研究形成这些现象或者规律背后更深层次的原因。这种思考研究，不仅可以对自己总结归纳的结论进行，对书上列举出的现象定理规律也可以进行。
对定理规律的研究，可以从两个方面进行：一是正面探求本质，寻找深层原因；二是从反面寻求不遵守定理规律的现象，力图。无论是哪一种，都能大大加深对于定理规律本身的理解。
如在上面的示例中我们找到了一条规律，那么为什么会形成这样的规律呢？驱动这种规律形成的本质原因是什么呢？有没有不符合这条规律的现象呢？于是，就有了继续研究的方向，对于这条规律的理解也会越发的深入。
这种研究在学习可以无处不在，无论什么时候都可以找到值得研究的地方。为什么物质会存在着火点？不同的物质着火点不一样，决定物质着火点的因素什么呢？NO3- 为什么在酸性条件下氧化性更强？为什么其他酸根离子不是这样？……
对本质的探索有很大的难度，可能得不出最终答案，也有可能得出的解释是错误的，同样的，这并不重要，它会让学生在平时的学习中带着这些疑问去学习思考，会注意到很多可能跟这个答案有关的但是平时不注意的地方，使得思考更深入，知识间的联系更深刻，这种联系会让归纳变得越来越多，分类越来越接近现象的本质。
三、规律演绎，用学到的知识解释现实生活
总结规律的目的是为了使用规律，在学习中，对规律的使用是学习的重点。因此要学会观察生活，用学到的知识去解释生活中的现象，这同样是一种研究。
比如现在比较热门的美元债务问题，很多人有疑问，为什么我们要外汇储备？为什么要把美元作为主要的外汇储备呢？看似很复杂的问题，事实上，只要认真想想，不难用学过的政治经济学的知识去回答。政治经济学里详细讲述了货币的产生过程，本质上就是一般等价物，以前是白银黄金，现在呢？全球范围内的一般等价物就是美元了，没有外汇储备，那什么去进口我们需要的物品呢？出口的物品，不收美元又能收什么货币呢？而美元的价值稳定性远远不如黄金白银，大量的外汇储备会因为美元贬值而缩水，这时就能理解为什么国家会推进与周边国家贸易以人民币结算了。
用学到的知识去解释生活中的现象，会使得学生更加认识到知识的作用，增强学生学习的兴趣。
四、见解交流，擦出思想的火花
一千个读者就有一千个哈姆雷特，同一个问题不同的人可能会有不同的见解，互相交流会让彼此不同想法擦出思想的火花，无论看法相同相近还是根本相反，在交流与辩论中都会加深双方对问题本身的理解。
五、终极问题，学会问问题
归根到底，要想研究，首先要有问题，没有问题疑问研究也就无从谈起。如果在进行研究型学习时总是觉得没有问题可以研究，那么在平时的学习中应当注意一下几点：
（1）多阅读，汲取更多的知识。学到的知识就好像是个圆，外面都是未知的知识，学到的越多，未知的知识也就越多。
（2）尽信书不如无书，要敢于质疑书本知识。
一、在新课引入中，通过问题引起学生注意，从而启动学生动脑思考，活跃思维。
教学中充分利用这些问题，可以生动的引入新课，使学生明确本节课要解决什么问题；也可以利用这些问题，使学生联系生活实际，带着问题去学习，寻求解决问题的方法，积极渴望从课堂知识中去找答案，紧紧地抓住了学生的求知心理和学生的思维动向，他们在积极的思考中设想了各种可能答案，有的来自生活经验，有的来自想象，有的来自猜想等等．当在课堂上看到实验事实或接受了老师的知识信息后，再反思自己对与错的原因，这样可使学生按照自己认识问题、接受知识的规律，顺利掌握新知识，为学生科学探究能力的发展打好基础。
例如：高中必修1教材的前言《走进物理课堂之前》，作者通过一个问题“苹果在下落的时候是不是越落越快？怎么个越来越快法？”，引起学生的兴趣，让学生进行猜想、假设，自己设计实验，从而得出结论。不仅仅是学到知识，而且让学生体会学习的过程和乐趣，让学生有思考的空间，为将来学习和掌握高科技打好基础。非常符合现在课程改革的理念。
二、多做实验，激发学生学习物理的兴趣。
课堂教学活动围绕着实验来进行，并尽可能保持研究的性质，把教学过程变成“模拟的科研过程”，在教师有目的的启发引导下，让学生多动手、多观察、多思考、多讨论、多分析、多质疑，引发他们的认识兴趣和求知欲望，从而积极生动地探究科学结论，成为知识的探求者和“发现者”。
例如：“神奇的抹布”实验。在讲带电粒子在磁场中运动这节课时，可以先用电子枪打出直线运动的粒子流，再用抹布包裹住的磁铁放到电子枪的附近，可以明显的发现电子运动的方向发生偏转。“神奇的抹布”是怎么回事？把问题抛给孩子们后，孩子们紧锁双眉地思考，而后是热烈的讨论。
三、提高教师授课时的教学艺术，激发和提高学生的学习兴趣。
事实表明，教师风趣的语言艺术，能赢得学生的喜爱、信赖和敬佩，从而对学习产生浓厚的兴趣。
四、讲述物理学史和物理学家的故事，激发学生学习物理的兴趣。
在讲万有引力时，我给孩子们讲述牛顿发现万有引力的故事。在讲电磁感应时，我给孩子们讲述法拉第十年磨一剑，靠自己的勤奋和毅力终于发现了磁生电，成功来自于勤奋和坚韧不拔的毅力。在讲太阳系的行星运行规律时，讲述第谷、开普勒在生活困难的情况下坚持30年的观测和计算，完成了开普勒三大定律。在牛顿运动学的部分，讲述伽利略在监狱中还在坚持学习和研究。这部分内容不仅使学生知道物理学史，而且让他们知道现在学习的物理学规律来之不易，珍惜前人的研究成果，好好学习。
五、在课堂教学中，有效利用教材引导学生认真思考、讨论。
能使学生在理解课堂知识的基础上，扩展知识的应用，加深知识的理解．这样的“思考与讨论”“想想议议”产生的效应是多方面的．一是对学生进行学习方法的指导，对难度大的问题采取分割突破；二是提高了学生的分析能力，通过现象分析找到本质。
六、精心设计练习题。
讲述完基础内容后，根据课程的难度和学生掌握的情况来设计习题。例如：单摆这节课：
1、给出条件可以先根据公式算出结果。
2、给个光滑圆弧来等效单摆，告诉学生思考的方法。
3、双摆、圆锥摆等等。习题从易到难，让学生有个适应和反应的过程。一开始就上难题，容易让学生困惑和畏惧，从而失去学习物理的兴趣。
关键词：简约课堂；高效课堂；教学目标；教学程序；教学内容；时间安排
中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2015）12-0364-02
1.问题提出背景
目前全国各地正掀起一股"高效课堂"改革之风，推动新课程改革向纵深方向发展，高效课堂一直是教师永恒不懈的追求和夙愿。但在高效课堂改革的过程中，诸如"表演性""热闹性"的课十分流行，原本简单的课变成复杂的课，将学生本可一目了然的结论性知识，硬是插入"讨论""合作交流学习"这一时尚原素，这正应了某学者的一句话："什么是教师，就是把简单的东西往复杂里讲的就是教师。"为此我们得重温自然美的第一原则，那就是"简约才是美丽的"。一节好课、高效的课，一节给人以美的课，一定是简约的课，尤其是高三的复习课，重点复习什么，针对不同层次的学生掌握到哪个程度显得特别重要。
2.实现简约高效课堂有以下几个途径
2.1 教学目标简约。研究考纲，分析学情，制定合理明确具体教学目标，突出重点，突破难点，集中力量解决一至两个重点问题，忌面面俱到、平均用力。如《万有引力定律及天体运动》这一节学生没有任何生活经验，模型不清，面对繁多公式，不甚了解公式的来源，字母意义，造成思路混乱，滥用公式、符号等现象，所以更应明确目标，突出重点。面对基础较为薄弱的学生，本人将本节目标确定为：（1）万有引力定律理解（2）应用万有引力定律求中心天体的质量和密度（3）人造卫星运行分析（4）卫星变轨问题。
前三个目标相对好理解，学生易接受，但第四个目标是个难点，学生不易掌握，课堂上不应过于强调，习题课时可进一步深化。如开普勒三大定律可简单了解，双星等问题可以忽略，这样这节内容就相当明确了，师生都可做到突出重点，有的放矢。
2.2 教学程序简约。教学程序简单明了，没有人为的复杂化，各教程之间衔接顺滑，过度自然流畅。如在复习"人造卫星运行分析"这一问题时，本人将教学程序设置为：
2.2.1 一个模型：卫星绕中心天体做匀速圆周运动
2.2.2 两条思路：
（1）万有引力提供向心力：
（2）在地球表面万有引力等于重力：
2.2.3 三个物体：赤道上物体、近地卫星、同步卫星
2.3.4 四个关系：线速度、角速度、周期、加速度与轨道半径r的关系
又如在复习"卫星变轨问题"时，本人根据学生的实际情况将这个问题简化为两个问题：
（1）卫星环绕中心天体做椭圆形运动时，比较近地点P与远地点Q的速度
（2）卫星变轨时从内轨道（圆形轨道）跃迁至外轨道（椭圆形轨道）时切点瞬间速度变化
程序设置层层递进，思路清晰，重点突出，过程口诀化，易于学生接受与掌握。
2.3 教学内容善于归纳浓缩。教师要善于引导学生进行归纳总结，一节课留给学生的是程序化、问题化、公式化、口诀化、技巧化的知识，是科学的学习方法，帮助学生把书读"薄"。如在复习"线速度、角速度、周期、加速度与轨道半径r的关系"这一内容时，我们通过
可以推导出
总结：
（1）卫星轨道半径r越大，周期T越长，其它（速度、角速度和向心加速度）就越小
（2）当r=R时，v=GMR=7.9km/s，第一宇宙速度，最大环绕速度，最小发射速度
v=11.2km/s，第二宇宙速度，也叫脱离速度，指物体挣脱地球引力束缚最小速度
v=16.7km/s，第三宇宙速度，也叫逃逸速度，指物体挣脱太阳引力束缚最小速度
2.4 时间安排结构合理。教师的讲授时间、学生独学时间、学习同伴互助时间、师生交流时间、课堂练习时间等能够与教材内容和学生实际情况相符合。在课堂上时间结构上尽量用好专家研究的，经过一线教师检验的"师生最佳课堂时间比4：5"这一成果，但要灵活应用，不可呆板迷信，一刀切，教条化。所以完成每一节教学任务时，本人都会尽量留有一定的时间进行课堂检测进行巩固和检测。如《万有引力定律及天体运动》第二课时的10分钟课堂检测。
惠州市东江高级中学2015届高三物理课堂训练
万有引力定律及天体运动（二）
一、单项项选择
11.（2011广州一模）某一时刻，所有的地球同步卫星
A、向心力相同B、线速度相同
C、向心加速度相同D、离地心的距离相同
22、（2010佛山一模）"嫦娥一号"飞船在飞往月球的过程中，经过多次变轨，先后在低空A轨道和高空B轨道绕地球做圆周运动，如图所示.不考虑月球对它的作用力，则"嫦娥一号"在A轨道运行时：
A、线速度大于7.9km/s
B、线速度比在B轨道的大
C、周期比在B轨道的长
D、所需向心力比在B轨道的小
关键词：创新能力；物理定律教学；教学设计
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2017）01-0082
物理课堂教学包括物理概念、物理定律、物理理论、物理实验等基本课型。在人类历史上，物理定律的建立一般都有一个艰辛曲折而漫长的探索过程，在这过程中包含着无数优秀物理学家创新性的思想、创新的研究和创新的思维方式方法。因此，如何在物理定律教学中使学生受到物理学家创新思维方法和创新精神的熏陶，培养学生的创新精神和创新能力是很重要的研究课题。下面，笔者对物理定律课堂教学中为培养学生的创新能力的课堂教学设计做初步探索。
一、培养创新能力教学设计思想及原则
笔者认为，培养创新能力的定律课教学设计应遵循以下思想和原则：以中学物理定律为知识载体，既注重学生知识的增长，又注重创新精神和创新能力的培养；以科学研究方法和科学思维方法的培养为导向，以新问题、新规律的探索和研究为实践，达到激发学生创新意识，训练创新思维素质，培养学生创新思维方法，创新精神和热情为目的。教学设计的全过程必须体现如下三个原则：1. 主体性原则；以学生为主体，教师为主导，营造民主、和谐、合作的教学氛围，实行教学民主，教师以参与者的身份与学生进行平等的对话，允许学生提出不同的见解和观点，甚至对教师的观点提出挑战；把学生从传统的班级授课中单纯的旁听者转变为学习生活的积极参与者，同时给学生以主动探索，自由学习和解决问题的空间，教师应留给学生谈、思、议、练等主动活动所必备的时间和空间，而不是教师“独占”。2. 探索性原则：学生应站在研究者的位置上提出问题、探索性地分析问题和解决问题，而不应是知识的容器，要让学生在探索物理定律过程中感受疑惑和困难，需要创新性地思考和操作消除和克服，让学生在自己探索的过程中获得探索创新的情感体验和直接的思维体验。3. 创新性原则：物理定律的课堂教学的流程是：创设问题的情景，学生提出问题（情景问题化），学生探索问题，师生归纳小结得出定律（思维展示过程化），定律运用于各种问题。显然，这个过程就是培养学生创新思维的过程。
二、培养创新能力定律课教学设计
1. 创设问题情景。教师通过各种手段、生动语言描述，多媒体动画、演示实验，在学生面前展现一幅幅生动形象的物理情景，然后由学生或教师提出与展现的物理情景相联系的探索性问题，这就是创设问题情景的过程。这是物理定律教学的开端。俗话说：“好的开头是成功的一半”，因此问题情景的设计应达到如下要求：情景新颖能极大地激发学生的兴趣，唤起学生的好奇心；情景问题的设置要有适当的难度，智力上应有挑战性，问题应具有开放性和探索性，给学生以利用原有知识对问题进行分析、猜想的机会。从教学手段上，创设问题情景的方式有三种：（1）语言描述；（2）多媒体动画；（3）演示实验。
例1. （语言描述），牛顿第一定律的引入设计：教师提出问题：静止的车，用力推它就运动起来，不用力又会停下来，这现象是否说明力是物体运动的原因。学生讨论后请四个同学分别代表亚里士多德、伽利略、笛卡儿、牛顿介绍各自的观点，使学生全面理解牛顿第一定律建立的历史过程。
例2. （演示实引入）闭合电路欧姆定律教学的引入设计：
学生观察实验：在如下图所示的实验电路中，P向左或向右移动时，电流表和电压表示数的变化，P左移：示数变小，示数变大；P右移： 示数变大， 示数变小。
教师提出问题：为什么在闭合电路中，电流和路端电压变化有如此规律，原因如何？从而引入定律的探索过程。
例3. （多媒体动画引入）万有引力定律的教学引入设计：
电脑演示：在光滑水平面上，线一端栓一小球，另一端系在固定于平面上的钉子上，球绕钉子作匀速圆周运动，线突然断了，球作离心运动，再演示太阳系九大行星绕太阳作近似圆周的椭圆运动，然后提问；太阳和行星之间并没有线相连，而行星并非离太阳而去，为什么？从而引入新定律的教学探索。
2. 探索研究。探索研究物理定律的基本方法是实验探索，现阶段中学物理实验形式是演示实验和学生的分组实验，无论是演示实验还是学生的分组实验，多数为验证性或测定性实验。从培养学生研究能力和创新能力角度上看尽可能把验证性实验设计为探索性实验，把演示实验设计为学生自行探索的分组实验。探索性实验具有更广阔的活动空间和思维空间，可以激发和满足不同层次学生的探索与创新欲望，学生在自己探索物理规律的实验过程中可以把动手和动脑结合起来，锻炼和培养自己的创新能力。下面是实验探索定律教学设计实例。
例1. 楞次定律的教学设计
（1）让学生运用右手定则判断下面四种情况下回路感应电流方向。然后提出如下的问题：①上面四种情况中Ф增加是哪个？Ф减少的是哪个？②在Ф增加的甲丙中B原与感应电流的磁场B感方向关系如何？③在Ф减少的乙丁中B原与B感的方向关系又如何？学生讨论后得出结论：Ф增加，B原与B感方向相反，Ф减少，B原与B感方向相同。上述结论是否普遍性呢？（提出实验探索问题）
（2）学生分组实验，探索其他电磁感应现象中感应电流磁场是否有相同的规律。
实验1：磁体在下面两种情况下向上和向下运动，观察电流表的指针偏转并记录观察结果，
实验结果填在下表：
实验2：在如下图所示的实验装置中P左移或右移，观察实验结果并填写下表：
最后，归纳小结具有普遍意义楞次定律。上述教学设计体现由个别现象猜想到普遍规律，然后用实验再探索验证猜想的正确性，这是物理研究，发现物理规律最基本方法，方法所包含的思维过程本身就是一种创新性思维，让学生体验这种研究方法，这是对学生很好的创新思维实践。
受学校实验条件的限制。某些定律不能展开实验探索，可通过设置情景回顾物理学家探索该定律的过程，使学生感受到物理学家创新精神和创新思维的熏陶。例如，万有引力定律的教学，可作如下设计：
①介绍万有引力定律创立前的历史背景：天文学上研究成就，即开普勒三大定律和月亮绕地球运动中加速度a月与地面物体下落的加速度g的关系及轨道半径r与地球半径R地的关系：
a月= g，r=60R地
②引导学生沿着牛顿探索过程展开如下的探索：由天文学成就知：
a月= g （1）
r=60R地 （2）
假设地球对月亮存在一种吸引力，由牛顿定律得：
F引=m月a月= m月g （3）
地球表面上的重力是地球对物体的吸引力。设月球在地球表面时，则：
F1引=m月g （4）
由（3）（4）得： = （5）
由（2）和（5）可得： =（ ）2 （I）
（I）表明地球对月球的吸引力与距离平方成反比。
设太阳对行星存在一种吸引力F引，F引是行星绕太阳运动的原因。由开普勒第一、第三定律可知：
=k（常数） （6）
椭圆简化为圆轨道后，由运动学原理知和（6）式得：
a向心= R= （7）
由牛顿定律得：
F引=M行a向心=M行 = ・ （II）
（II）表明与距离平方成反比，综合（I）（II）可得，引力与距离平方成反比定律。
以上的探索对中学生有一定的难度，也花费了一定的时间，但却能让学生领略探索定律的思维体验，其中也发展和训练了学生的创新思维和科学研究问题的能力。
创新能力的培养应贯穿于物理教学的全过程，贯穿于定律教W的各个环节。在定律的应用过程中培养创新能力仍有广阔的空间，这里限于篇幅，不作探讨。学生创新能力的培养依赖于探索实践和创新实践。这需要给学生足够的课堂时间和空间，且这种探索实践具有不可预见性，教学过程可能出现各种偶然问题。这在一定程度上影响教学内容的完成。从应试的角度上看，花较长的时间进行物理定律探索，不如用较短时间把定律传授给学生，然后用较足够的时间让学生完成与定律相关的习题划算，这样容易在考试上拿高分。但从培养人才的角度上看，从学生发展角度上看，熟练的解题能力和探索创新能力是不能相提并论的。教师应转变应试教育观念，树立素质教育和创新教育的观念，从提高学生科学素质和培养创新能力上考虑教学过程的设计。高中物理教学内容多、难度大，而教学时间相对不足，探索实践过程长，耗时多。解决这些矛盾在于培养创新能力的探索实践的内容立足于教学大纲的物理知识或作适当的拓展，定律的探索设计应进行充分的准备。应在学生能力发展的前沿区设置探索问题，避免启而不发的尴尬局面。创新能力培养应渗透在定律、理论、实验、习题教学的各个环节，一个引入新课的小实验，一道习题的创新性的解决都能给学生一种创新的示范，使学生掌握物理定律，同时提高物理素质和提高创新能力。
一、 运用物理学史进行探究性教学存在的问题
第一，探究的机械化。探究式教学是在教师的启发诱导下，以学生独立自主学习和合作讨论为前提，以现行教材为基本探究内容，以学生周围世界和生活实际为参照对象，为学生提供自由表达、质疑、探究、讨论问题的机会，让学生通过个人、小组、集体等多种解难释疑活动，将自己所学知识应用于解决实际问题的一种教学形式。科学探究包含的要素有：提出问题，猜想与假设，设计实验和进行实验（收集证据），分析论证，评估，交流与合作。不少教师以为这就是探究性教学的环节，可以不考虑教学内容的特殊性，不考虑学生的认知水平、知识基础、性格特征等因素，按照上述顺序进行就可以了。但这不符合探究性教学的旨意，因为“要素”不等于“环节”。很多教师认为，实验是物理学的基础，课堂上没有实验的设计和验证，就不是真正意义上的探究性教学，而物理学家们所做的很多实验没法在课堂上实现，所以物理学史的探究式教学是无法进行的。笔者认为，探究的魂是独立思考，探究实践，只要能体现探究精神，哪怕只有一个要素，也属于探究性教学，因为它提高了学生的科学素养。例如氢原子模型的教学，课堂上不可能让学生设计实验和进行实验，但可以让学生回到波尔时代，了解时代背景材料，即汤姆生的“枣糕式”模型和卢瑟福的核式结构模型，以及当时的困惑，即氢原子的光谱问题和原子内电子绕核运动经典解析遇到的矛盾，提出科学猜想，然后分析论证，提出合理模型，进行科学解析，这一过程其实就是很好的探究过程。
第二，重证实轻证伪。从科学发展历程来看，证实和证伪是科学发现的两种方法。教材呈现给学生的是严谨无误的定理定律，因此在教学过程中，教师往往以其学业在先、学术专攻的优势，很快踢除那些他们认为是完全错误的假设，让猜想得到证实。但是科学的历程本身就充满着失败和曲折，科学家们也会犯很幼稚的错误，因而在探究教学过程中，应该适当选取学生错误的猜想，逐步推理排除错误，这样既能起到纠正错误的目的，又能让学生认识到科学探究并不是一帆风顺的。
二、 运用物理学史进行探究性教学的实践
根据高中物理学史特点、学生心理特点以及科学发现方法论，可以把物理学史探究式课堂分为：实验探究模式，即提出问题――猜想――实验――论证；理论探究模式，即提出问题――理论探究（建立假说）――实验验证。实验探究模式主要是把物理学家曾经做过的实验引入课堂，如落体速度的变化、电磁感应定律等。实际教学中，这种模式应用得较多。有不少的定理定律没办法用实验进行探究，如万有引力定律、波尔理论等，对于这些内容，如何进行探究性教学呢？笔者尝试应用理论探究模式进行教学，收到了意想不到的效果。
以下是万有引力定律探究式教学的设计和分析（本课例参加全区录像课比赛获一等奖）。
对于万有引力定律教学，由于学生不易猜想到物体之间的引力与距离成平方反比关系，更无法用实验验证猜想，如果根据常用的实验探究模式进行，教学将无法进行。我们不妨带领学生回到牛顿时代，了解时代背景知识，进行理论探究，让学生自己推导出万有引力定律。
问题一：时光倒流到公元1670年，最近牛顿很烦，苹果受地球引力作用而下落，月球也应该受地球的引力作用，但为什么不会掉下呢？为了研究这些问题，牛顿查找了相关的资料。
资料一：德国天文学家开普勒对弟谷的天文观察资料进行研究，在1609年和1619年分别总结出行星运动的三大定律――轨道定律、面积定律和周期定律，即：所有行星分别是在大小不同的椭圆轨道上运行；在同样的时间里行星向径在轨道平面上所扫过的面积相等；行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。
资料二：意大利科学家伽利略在1638年出版的《关于两门新科学的对话》中，根据斜面实验得出结论：“一个运动的物体，假如有了某种速度以后，只要没有增加或减小速度的外部原因，便会始终保持这种速度。”
资料三：荷兰科学家惠更斯在1658年出版的《摆钟论》提出，一个做圆周运动的物体具有飞离中心的倾向，它向中心施加的向心力与速度的平方成正比，与运动半径成反比。
资料四：牛顿自己已经利用数学知识证明天体中椭圆运动周期与其半长轴为半径的圆的周期相同，并提出了牛顿第三定律。
设计意图：通过前期对运动知识的介绍，让学生如亲临奇境一样，感受人类对运动研究有多么的困难，深刻体验牛顿的至理名言――如果说我看得比别人更远些，那是因为我站在巨人的肩膀上。这一教学过程实现了“情感态度和价值观”的目标，也为后阶段的科学探究作好知识储备，激发学生的探究欲望。让学生体验科学研究过程中查找资料的重要性，实现“过程与方法”的教学目标。
在误差范围内这两种方法求得的向心加速度相同。