核心素养视域下高中物理探究性教学实践

１ 研究背景

“重力势能”是人教版高中物理必修二第八章“机械能守恒定律”第二节的内容，在本节中，通过研究重力做功对重力势能做了定量研究，得到了重力势能的表达式．在第七章“万有引力与宇宙航行”中重点讨论了万有引力的发现及其应用，而对与万有引力相关的引力势能及三个宇宙速度的研究则相对较少．

从后续的教材相关内容编排及教学实践来看，有必要引领学生对引力势能及三个宇宙速度作进一步讨论．之所以这样，是因为教材除了对第一宇宙速度作了相对详细的推导以外，对第二和第三宇宙速度只是作了定性的说明;而新教材在必修二第６４页“科学漫步”中对“黑洞”进行了定性研究，其中就涉及第二宇宙速度及其与环绕速度的关系．众所周知，在研究第二宇宙速度的过程中必定要用到引力势能的概念．可见，这个必要性是确实存在的．这样做，不仅有利于完善学生的知识体系，提升学生科学思维的深度和广度，还有利于激发学生探索宇宙、探索未知的热情和勇气．另外，从“课程思政”的角度来看，教师还可以基于我国航天事业的飞速发展，如“神舟十五号”载人飞船的发射、中国空间站的建设、“天问一号”的发射等，适时对学生进行爱国主义教育，激发学生的爱国热情和民族自豪感．

２ 研究方法

我们从定量研究万有引力的功出发，通过问题引领进行理论探究，在发现规律的过程中，得到引力势能的表达式，进而应用其解决实际问题．在定量研究万有引力的功的过程中，采用了“数形结合”“定性到定量”的研究方法，通过“类比”，得到了引力势能的表达式．这个过程符合学生由“已知探究未知”的认知规律，学生较易接受．需要说明的是，由于学生的数学知识水平不一，故在求“万有引力的功”时可灵活采取不同的方法，可以选用积分或者“微元求和法”，但数学方法并不是这里的重点，教师甚至可以直接给出结论．

３ 研究过程

３.１ 探究引力势能表达式

问题１ 从哪个角度入手探寻引力势能？

教师引导学生进行复习和回顾，得到以下规律．

合外力做功与动能变化的关系为