试论学生认识万有引力定律心理变化过程

石江华

广西壮族自治区百色市田林县田林高中

试论学生认识万有引力定律心理变化过程

石江华

广西壮族自治区百色市田林县田林高中

通过揭示学生认识万有引力定律心理过程及特点，改变学生以往心理定向思维与传统观念，将万有引力定律引伸到其它星系来开阔学生辽阔的视野，说明这样的教育教学符合学生认知的规律，并且适合新课程改革三维度的要求。

万有引力；重力；场；心理变化

一、初中学习的引子

普通高中生认识万有引力定律是在初中的水平和模型上开始的。地球对于地球表面物体都有吸收力，这种作用力叫做重力，初中二年的时光里，学生们对于重力的认识情景：在地球表面，严格说来不是球面而一个水平面，仿佛是无限大的水平面上物体所受到的重力大小公式是质量与比例常量g的乘积，其大小不会变化，方向总是垂直水平面竖直向下。无论如何在初中学习，学生在时间与空间上已经深深地根植于这样的思维，形成了一种定势心理，深深地影响着高中重力与万有引力的学习进程。

难道重力大小真的不会变化，方向也不变化？

二、地球表面的重力

进入高中阶段，在探讨物体自由下落快慢过程中，得到落体运动加速度这个概念，学生接受这样的事实，在同一地点，不考虑空气阻力的影响，轻重物质运动快慢一样，这样所有运动物体的加速度都是一样的，并且说明这个加速度为重力加速度，在地球的同一地点轻重物体下落快慢一样，但是在地球不同的纬度上下落的快慢不同，赤道重力加速度最小，随着纬度变大，重力加速度不断增加，在北极与南极重力加速度最大。

在这个阶段，学生可以接受重力大小可以变化的事实，而且针对不同的地方，重力加速度不同，初中水平说重力大小等于质量与比例常量g的乘积，现在可以理解为质量与重力加速度的乘积。重力方向也不在像初中阶段的那样，重力方向是可以变化的，把地球近似看作一个圆形球体，那么地球不同的地方，重力方向都是指向地心。

当学生学习知识深化到这样的程度，原来心理的定向思维就发生变化，发生迁移，定向思维的改变带来思维的深刻变化。原来认为永远不变化的东西现在已经变化，重力的大小变化，主要是随着纬度的变化而变化，方向也是变化的，但是变化有这样的规律，无论物体在哪里，重力的方向都是指向地心。更重要的还有，就是随着这个心理过程的变化，学生的空间感知能力和想象能力也在提高，原来是地球表面看成平面，是无限的，但是现在看来，地球表面应该是个球面，而且是有限的，以往所学习的重力就是物体局限于地球表面的空间。

三、万有引力定律

学生学习开普勒关于行星运动的三大定律以后，接受了太阳对行星有万有引力作用，八大行星之所以围绕太阳运行，没有飞到其它星系，正是万有引力的作用，从而形成太阳系。从开普勒定律可以推出万有引力定律，太阳对于行星有引力作用，同时行星对于太阳也有引力的作用，只是由于行星质量相对太阳极小，行星运动，太阳几乎不运动，通常认为是静止。

不仅仅是天体之间广泛地存在着万有引力，任何两个物体之间都存在着相互的吸引力，引力的大小与它们质量的乘积成正比，与它们之间的距离成反比，由于通常人们看到的物体质量是有限的不可能像天体那样具有极其巨大的质量，它们之间的引力是非常微弱的，以致于无法感觉，但是引力是客观存在的。

至此，学生们对于重力概念的认识得到升华，重力就是地球与其表面物体之间的万有引力，由于地球的质量极其巨大，即使物体的质量有限，它们之间的引力是不可忽略的，物体位于地面附近受到的引力主要表现就是重力，离开地面延伸到太空，这个重力就叫做万有引力，大小随着距离增大而减小，重力加速度也减小，物体向地球中心运动，随着它与地球中心距离越来越近，其引力也是不断地减小，总之重力的概念起源于万有引力定律，学生们对于重力认识得到质量上的飞跃。

借助于场的概念，引力还可以这样理解，正如电场与磁场的理论那样，引力的作用也可以用场观念来理解，只要有物体存在，其周围一定存在着引力场，在引力场的所有物体都会受到场的作用，这个作用就是万有引力，太阳系里主要是太阳的引力场，八大行星受到这个场的作用，进一步认识这样的，除了太阳的引力场之外，其余行星也形成自己的场，所有太阳的天体都会受到引力场的作用，这里太阳系里不是一个太阳的引力场，而是所有的引力场的叠加，这是多么复杂的物理情景！

四、认识的心理过程与反思

通常情况下，学生的心理容易变化，但不一定是向着正确的方面变化，学生的心理难以改变，主要难以向着正确方向转化。从初中阶段学习重力大小与方向都不变化形成了心理定势，有的学生甚至形成了传统观念，这是非常可怕的。从物体固定在某个地点受到的重力伸延到地球的不同地方受力情况来分析，就改变了学生们原来的思维模型，此刻重力大小方向都可以发生变化，这样学生思维的空间得到极大的拓展。

至于到了万有引力定律，学生才将视野真正地从地球表面附近扩展到太阳系及其它星系，甚至整个宇宙，这样空间的概念就极大的发展，思维也会发生根本性的变化，他们知道重力变化的根本原因及规律。能够用场的观点来看，对于什么是相互作用这个概念也得到升华上的认识。这里不光是原来经验的结晶，知识的建构和总结，知识的迁移，还包括数学知识的广泛应用等。

正确思维的形成及发展，是以学生的心理发展为基础的，正确的心理过程就是思维能力形成的过程，丰富学生的心理变化，也是丰富个性与能力甚至综合能力发展的基础。从新课标来看，知识与技能这个方面就是要求学生们学会理解万有引力和重力的概念及基本的计算，说到过程及方法，就是探讨整个万有引力定律的形成过程，学生们整个认识心理过程及改变。这里包括众多的因素，有丰富的感性认识和理性认识，有许多科学思维应用，这使学生们得到新的尝试与体验。从情感态度及价值观来看，探讨认识万有引力定律的方法，也可以应用于认识自然界当中其他三类基本相互作用力：电磁相互作用，原子核的弱相互作用力及强相互作用。学习万有引力定律可以激发学生学习科学家们的刻苦探索的品德，认识到物理科学在社会文明和发展中的重大作用与意义，激励他们立志成为一名优秀的学生，未来成为一个对社会有所作为与贡献的人。