第七章万有引力与宇宙航行 单元概览-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

万有引力与宇宙航行 单元概览 一、单元目标分析 1 单元教学设计思想 2017版高中物理课程标准指出，高中物理课程的目标旨在进一步提升学生的物理学科素养，为学生终身发展奠定基础，促进人类科学事业的传承与社会发展。由于核心素养具有综合性、发展性和实践性等特征，在当前课程改革背景下，单元教学设计成为促进学生深度学习而达成学科核心素养课程目标的重要途径。单元教学设计聚焦大概念、大思路、大情境、大问题是发展学生物理核心素养的内在要求，这四个方面是单元教学设计的灵魂。学习进阶是对学生的思维由简单到复杂、由浅入深的层级刻画，并且已经应用到课程、教学与评价的广泛领域。基于学习进阶设计的单元学习过程可以清晰地呈现单元学习层级、促进学习层级跃迁的知识内容、伴随认知发展的素养发展规划、促进深度学习的学习方式安排与物理情境创设等内容。 2单元教学内容分析 本章内容包括从人类认识天体运行的地心说、日心说，到开普勒行星运动定律进而追寻内在规律，并通过理论探究推导出万有引力定律，接着应用万有引力定律取得解决天体质量测定、发现未知天体和预言彗星回归等成就，以及用万有引力来解释宇宙航行。在此基础上又拓展学生的认知，认识到牛顿力学的伟大成就与局限性，树立科学的发展观。整个单元教学内容逻辑紧密，在整体上向学生展示了整个科学规律的发现和应用的历程以及人类宇宙观的一次次转变，展现了科学家富有创造而又严谨的科学思维与科学态度。 本单元的知识和思维关系如图1所示： 图1 万有引力与宇宙航行知识和思维结构图 从发展学生学科核心素养的角度看，本单元提供了丰富的素材。通过研究行星的运动可以强化学生的运动与相互作用观，通过学习开普勒行星运动定律及万有引力定律等物理规律，丰富了学生对时空的理解，凸显了科学思维的力量，认识到科学研究中质疑与创新的重要性，体会模型建构的思维过程。通过对万有引力定律的应用展示经典力学的巨大价值，通过对我国航天事业的介绍与展望，进行爱国主义教育，帮助学生形成探索自然的内在驱动力。 图2万有引力与宇宙航行 学习层级图 在基于真实情境认识行星运动的基础上，通过物理学史的阅读学习，了解认识行星运动的不同阶段和不同观点，明确研究方法，学习如何构建合理的运动模型，一方面从观察实践到对数据的严格运算总结得到结论，另一个方面从逻辑分析理论推导总结得到结论。学生的学习过程从运动到相互作用，再到应用拓展，认识提升，形成一个清晰的进阶路线（如图2所示）。 从帮助学生形成解决问题的大思路看，单元学习过程设计不仅应该重视概念、规律等显性知识，还应该注重挖掘隐藏在显性知识背后的程序性知识和反省认知策略知识。本单元知识背后隐含的学科核心素养、科学思想方法和思维方式的一些具体表述如表1和表2所示。 表1 《万有引力与宇宙航行》单元隐含的核心素养与科学思想方法举例 知识点 教学价值 行星的运动 运动观、归纳法、科学态度与责任、科学本质 万有引力定律 相互作用观、模型建构、科学探究、演绎推理、科学论证、统一观念 万有引力定律的成就 模型建构、理论联系实际、科学探究、科学本质 宇宙航行 运动和相互作用观、模型建构、推理论证 相对论时空观与牛顿运动定律的局限性 科学推理、科学态度与责任 表2 《万有引力与宇宙航行》单元隐含的重要思维方式举例 思维方式 教学内容举例 思维训练问题参考 归纳法 开普勒通过整理大量观测数据分析归纳总结出了开普勒行星运动定律。 参考人教新课标教参教学片断：《托勒密的地心说和哥白尼的日心说》 1.地心说和日心说的基本观点分别是什么？ 2.关于运动的描述，地心说和日心说有哪些相似的地方？ 3.从运动学的角度看，地心说和日心说的区别是什么 4.为什么最终日心说战胜了地心说？ 理论推导和实际证据相结合 首先通过理论推导得出万有引力定律，然后通过“月-地检验”验证万有引力定律 参考人教新课标教参教学片断：《引力方向和大小的探究》《月-地检验》 模型建构 在“称量地球质量”“计算太阳的质量”“计算宇宙速度”等过程中，首先要建构模型。 参考人教新课标教参教学片断：《如何称量地球的质量？》《计算天体的质量》《多大的速度才能成功发射人造地球卫星》 3 学生学习情况分析 3．1学习基础分析 从已有的知识结构看，学生具有初步的运动和相互作用观。学生在学习本单元内容前，对力、重力、速度、加速度、向心力、向心加速度等重要概念有较好的理解，掌握了平抛运动和匀速圆周运动的规律，能熟练应用牛顿运动定律解决动力学问题。 从认知基础方面看，学生知道解决问题需要建立物理模型，知道建立模型需要抓住主要因素，忽略次要因素。学生具有一定的科学推理和科学论证的能力，了解科学探究的基本思路。 3．2学习困难分析 学生对天体运动的研究缺乏观察的条件，对天