35卷第年期月物理教学物理学史与物理学家誇历安“迹行星的运动教学设计”陈锋（南京师范大学附属中学江苏摘要在行星运动的教学中适，当加强，科学发展过程和科学方法史料的介绍有助于加强学生对科学家探求真理的科，学精神的认识了解科学知识的来龙去脉以加强情感、态度和价值观目标的落实。关键词文章编号行星的运动科学史地心说和日心说中图分类号文献标识码一、对教学内容的思考故事。一）学生学习情况的分析古人对行星的运动存在哪些看法，？学生交流得，由于学生对天体运动的研究缺乏观察的条件，到地心说，：地球是宇宙的中心，是静止不动的太；：对天体运动的认识不会超过古人的水平已有知识特点来讲一。从学生阳、月。亮以及其他行星都绕地球运动代表人物托日，学生对有关科学家的事例略知日勒密心说认为太阳是静止不动的：；：，地球和其他二，而对从地心说到，心说的发展历程中遇到了，行星都绕太阳运动代表人物哥从地心说到难？白尼。哪些困难科学家们在面对这些困难的时候是怎么想的这些困难最终是如何得以解决的这些方面关，日心说的发展历程中遇到了哪些困，，在面对这些困难的时候？当时的科学家是怎么？注得比较少二）。想的并且这些困难最终是如何得以解决的一下面教材分析，从这些角度来阐述展历程。下从地心说到日心说的整个发本节知识内容相对较少但蕴含着丰富的科学思想和科学方法的教育资源教学中适当补充有关，意图角度去研究二）。明确这节课要研究的内容以及从什么科学探索的背景科学发现过程以及方法论方面的、史学材料让学生在科学家关于天体运动问题的研，科学发展螺旋上升，究历史中感悟科学家求真求简的研究思想和献身，、托勒密之前人类对行星运动的认识于科学的精神；在教学中融人物理学史教学使物理，，托勒密之前可以分为两个时期第，，：一个时期柏：学发展史和科学方法得到适当的体现增加学科的“拉图之前的时期人们对宇宙的看法生生不息永、立体感”，使学生了解科学结论的来龙去脉“，”，能更恒常在至善至美的、，。这时候人们更多的是从哲学一深刻地理解其物理意义从而达到增强教学效果的目的角度去思考宇宙是种思辨性的宇宙观柏拉图；的。之后由于数学上几何学的发展非常迅猛几何学用，二一、教学过程设计，到天文学中逐渐形成了以地球为宇宙中心的地心，）创设情景导入新课一体系也有学者提出以太阳为中心的，日心体系，当时在浩瀚的宇宙中有无数大小不，、形态各异的……还只是一种猜想还没有办法证明哪，一一种猜想是正天体如月亮地球太阳夜空中的星星、、、人们对确的，。到公元二世纪之前的，段时间三角学发展，行星运动的认识过程是漫长复杂的今天我们就要，了三角学用于天体观测，使天体观测的数据更加准。穿越时空隧道一，起去聆听在这段过程中的一些确托勒密继承了前人的成就并加以发展了地心说35卷第期物理教学点评：让学生知道人类对行星运动的研究，柏拉地描述行星的运动，特别是到后期以地心说为基础图是个转折点，柏拉图之前：人类更多的是从哲学的拼出来的《天体运行表》，拿到实践中去用，到航海中角度思考，是思辨性宇宙观；柏拉图之后从事实出用发现会给航海带来一，些麻烦，与航海中观测到的发，比较客观描绘行星的运动。行星位置总有一些偏差。托勒密“地心说”的进步之处与困惑点评托勒密第一：次提出行星“运行轨道”的概地心说有什么进步之处？它提出了跟前人有哪念设计出了一个本轮均轮模型一，通过些数学计算些不一样的看法？把行星从恒星中区别出来，着眼把一些行星的位置预测出来这在当时是一大进步。于探索和揭示行星的运动规律这是宇宙观的一，大是地心说取得的一个了不起的成就，是思维方式的进步。运用几何学来描绘行星的运行一一，第次提出种变化：用数学模型描述行星的运动轨道。这种“运行轨道”的概念设计了一，个本轮均轮模型。与变化对人们认识行星的运动具有启发性，对学生来当时观测的数据基本吻合，甚至可以解释行星的逆说也是有意义的，我们要把它的优点、取得的进步，行现象一（如图行星并非总向个方向移动，大多展示给学生引导学生辩证地看待这一，发展过程，更数时间它由东向西相对恒星移动，但有时却要停下不应抹杀它的历史功绩。来然后向西移动一，段时间，随后又向东移动。行星哥白尼：栏住了太阳，推动了地球沿着小圆圆周运动这个小圆叫“”，本轮。同时本轮哥白尼的天文学和几何学学得非常好，他先对的圆心又绕着地球沿一个大圆运动一，这个大圆叫均本轮和均轮中的些大圆和小圆，用他的几何学知轮行星的运动是沿均轮和本轮两个运识再修改一（如图，即下，结果改得不理想。他设想让太阳和动的合成行星运动的轨迹如图中虚线。利用本轮月亮还是绕地球转，还是地心说但是其他行星绕着和均轮很好地解释了行星逆行现象并且通过一，些太阳转，均轮的中心移到太阳上，结果简单多了，但数学计算还能把一些行星位置预测出来。这在当时是他发现这样一改，行星轨道会有交叉，这是不可能是一大进步，随着观测水平越来越高，观测的一些仪的。能不能把所有的中心都移到太阳上去呢？并且器的改进之后，对行星的描述更加准确了这个时候让地球也绕着太阳转一，，他发现如果这样，切就简单用地心说模型算出来的结果跟行星实际运行的轨道多了。但是刚才的过程都是一个什么过程？修正或有比较大的偏差。为了与观察结果更好地吻合，每推理的过程，看起来非常好了，但是无论是地心说还个行星需要不止“一个本轮结果轮上轮”，的总数达是日心说都有偏差。这也是地心说和心说一日直在到多个，即使达到多个了，还是不能非常满意争斗的原因。点评：通过哥白尼确立日心说模型的过程：对地心说模型修改部分行星绕太阳转全部行星绕太阳转。让学生体会科学发展是个渐进的过程，是螺旋式上升。三）情境模拟，问题引领年的时候，伽利略用他改进的望远镜观测时，对天空有了全新的认识这里有一，个重要的依据图就是：木星周围有四颗卫星（如图。你能不能判断它是支持地心说的还是支持日心说的？原来木星火星运行路径有卫星绕着它转，地球有月亮绕着转，木卫体系的发现直接说明了地球不是宇宙的中心，最起码不是宇宙的唯一中心。正是这个有力的证据使日心说占了上风，但是占了上风还是和第谷的观测数据不吻合哥白尼之后非常伟大的观测家，他的观察在当时是公认的很准确）。点评：在教学中不是直接去陈述当时人们对这图个现象的认识，而是用这些材料去引导学生对这个问题的思考，学生在思考这些问题的时候，他的思维35卷第期物理教学能力才得到发展同，时还可以把自己的思维与伽利略的思维进行比较从中吸，取思维营养而不是，简单地罗列史实抛出结论图。开普勒从相信行星绕太阳做匀速圆周运动的观点开始思考问题到对火星轨道，“”“余次尝试所的角度偏得的结果都与第谷的观测数据有至少差”，但当时公认的误差不超过，如果你是开普勒你怎么分析这个偏差？可能是什么原因导致这么大的偏差？你准备采取什么样的行动？学精神领悟科学家的思想和方法受到科学思维方、，开普勤第谷，，法的熏陶有利于学生从机械学习被动思考获得，“、、的学生他继承了第谷，年的观测结果通过，年知识向灵活学习积极思考勇于探索转化获得、”“”、，的计算，先后否定了种模型最后找到了行星运。真正的智慧五）“”。动规律称为开普勒行星运动定律与第谷的观测规律探究一，拓展延伸：数据非常吻合。在开普勒以椭圆轨道取代圆形轨道，开普勒第，定律所有行星绕太阳运动的轨一修正了日心说之后日心说在与地心说的斗争中才道都是椭圆太阳处在椭圆的做一个焦点上。取得了真正的胜利：。做两人合作用（一点评启发学生独立地对新问题产生，自己的思，条细绳和两枚图钉画椭圆图。如考引导学生顺着科学家对这个问题思考的脉络去并介绍椭圆焦点半、体验当时的人们是怎么思考这个问题的突，出了在长轴等相关知识想一。人类探索宇宙的这个里程中间究竟遇到了困难这些困难又是怎么解决的，一些什么想椭圆上某点到。两个焦点的距离之和与椭圆上另日一四）知识构建，系统把握一点到两个焦点的距离？我们现在来回顾下从地心说到心说的整，之和有什么关系线长度一图个发展历程如图（，首先从哲学思考的角度提定时两焦点之间的距离越远楠圆形状怎样？，出思辨性的宇宙观；由于数学中几何学与三角学，的发展，人们对行星的运动建立数学模型得日出了开普勒第二定律：对任意一个行星来说它，地心说且，心说开始萌芽，，接下来由于人们的观一与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积想。测水平的进一步提高对地心说模型进。步修正、想行星沿椭圆的运动是匀速的吗如图（，并创立了日心说模型由于观测技术的进步伽利，如果不匀速行星运动到什么位置时速度大运动到什么位置时速度小？？略望远镜出现和新的天文现象的发现使真正走向主导地位。日心说为什么？由于日，心说模型中日一些不可：开普勒第三定忽略的理论与数据的偏差人们对心说模型进一律所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟行修正得到开普勒三定律，。物理学研究的般实过程哲学思考：数学模型。修正创立公转周期的平方的比值践检验，模型修正这是一个漫长而惊心动魄，都相等算。的历程科学家在此过程中不仅付出了艰辛的劳动一算半长轴的有的甚至为此付出了生命：。三次方跟公转周期的平，点评通过总结展示整个历史发展的脉络揭示方的比值你有什么发现，？科学探究的一般过程哲学思考：数学模型。你能猜出可能跟什么有关吗？下转第页）修正创立实践检验，模型修正使学生更深，刻地理解科学的本质了解科学探究的过程体会科35卷第期物理教学比因此粒子的运动轨迹为圆的渐开线则瞬时半径，，转动的角速度等于切点所对应圆的半径转动的角速度所以基圆的半径为，向加速度大小为°，初速度为，末速度为—由公式。，可得运动时间为工，代人轨迹方程得。已知，则。罾，因此一。所以粒子停在轴上距原点、处°，。—。或者由动能定理有为可得粒子运动这表明坐标原点的圆心轴与基圆的切点基圆，路径长度为冗脚在轴上如图，所示。设：时刻该粒子的位置坐标为（二…，由几何知识可得粒子在任意时刻的位置坐标为—运动时间为参考文献沈晨专题—微元法简说中学物理教学参考，式中尺每，⑴。范小辉线全部缠在柱子上的时间怎么求曲显林物理教学，，这就是带电粒子在匀强磁场中运动轨迹的参数半径变的圆周运动分析中学物理方程黄晶小组合作下的探究与提高。物理教学，粒子沿着曲线运动轨迹做匀减速运动切，陆天明用等效法处理一个竞赛问题数理天地，，沈晨专题说磁中学物理教学参考上接第行星卫星水星金星地球火星月球页）半长轴周期握物理学知识”。要思考在教学过程中为什么要进：行物理学史教学在哪些具体教学环节上引入物理；；学史的教育价值如何体现、。高中物理教学要让学生、经历科学探究的过程了解物理学的研究方法理解物理学的发展历史教学中要把物理知识的逻辑展，开与物理学发展有机地结合起来把知识学习转化，成为历史上的创造者与今天的学习者之间的对话让学生以物理学家认识世界的本来面由目，地球同步卫星去认识世推一推于行星的椭圆轨道都跟圆近似，界使学生在获得物理知识的同时全面提髙学生的，在中学阶段研究行星的运动时可以把楠圆轨道近似看成圆轨道处理，科学素养。这时开普勒三定律应怎样参考文献赵坚李力关于重力与万有引力关系的再探讨，表述物理教？点评、通过学生的独立探究锻炼学生的动，，学弗卡约里物理学史中国人民大学出版社中国科学技术大学出版社手动脑动笔的良好探究习惯培养学生分析实验、胡化凯物理学史二十讲能力逻辑思维能力和团队合作精神让学生知道科、，吴宗汉物理学史与物理学思想方法论版社淸华大学出学来源于实验与探究“。三、教学反思，伽利略关于托勒密和哥大学出版社白尼两大世界体系的对话北京在物理教学过程中引入物理学史必须要有明目李艳平，申先甲物理学史教程科学出版社确的教学的教学的主要任务是使学生系统地掌，
追寻历史足迹培养科学素养_行星的运动_教学设计_陈锋
