【教學(xué)設(shè)計(jì)】必修二 萬有引力與宇宙航行 單元概覽

11/11萬有引力與宇宙航行單元概覽一、單元目標(biāo)分析1單元教學(xué)設(shè)計(jì)思想2017版高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出，高中物理課程的目標(biāo)旨在進(jìn)一步提升學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)，為學(xué)生終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)人類科學(xué)事業(yè)的傳承與社會(huì)發(fā)展。由于核心素養(yǎng)具有綜合性、發(fā)展性和實(shí)踐性等特征，在當(dāng)前課程改革背景下，單元教學(xué)設(shè)計(jì)成為促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)而達(dá)成學(xué)科核心素養(yǎng)課程目標(biāo)的重要途徑。單元教學(xué)設(shè)計(jì)聚焦大概念、大思路、大情境、大問題是發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)的內(nèi)在要求，這四個(gè)方面是單元教學(xué)設(shè)計(jì)的靈魂。學(xué)習(xí)進(jìn)階是對(duì)學(xué)生的思維由簡單到復(fù)雜、由淺入深的層級(jí)刻畫，并且已經(jīng)應(yīng)用到課程、教學(xué)與評(píng)價(jià)的廣泛領(lǐng)域?；趯W(xué)習(xí)進(jìn)階設(shè)計(jì)的單元學(xué)習(xí)過程可以清晰地呈現(xiàn)單元學(xué)習(xí)層級(jí)、促進(jìn)學(xué)習(xí)層級(jí)躍遷的知識(shí)內(nèi)容、伴隨認(rèn)知發(fā)展的素養(yǎng)發(fā)展規(guī)劃、促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式安排與物理情境創(chuàng)設(shè)等內(nèi)容。2單元教學(xué)內(nèi)容分析本章內(nèi)容包括從人類認(rèn)識(shí)天體運(yùn)行的地心說、日心說，到開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)而追尋內(nèi)在規(guī)律，并通過理論探究推導(dǎo)出萬有引力定律，接著應(yīng)用萬有引力定律取得解決天體質(zhì)量測定、發(fā)現(xiàn)未知天體和預(yù)言彗星回歸等成就，以及用萬有引力來解釋宇宙航行。在此基礎(chǔ)上又拓展學(xué)生的認(rèn)知，認(rèn)識(shí)到牛頓力學(xué)的偉大成就與局限性，樹立科學(xué)的發(fā)展觀。整個(gè)單元教學(xué)內(nèi)容邏輯緊密，在整體上向?qū)W生展示了整個(gè)科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的歷程以及人類宇宙觀的一次次轉(zhuǎn)變，展現(xiàn)了科學(xué)家富有創(chuàng)造而又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維與科學(xué)態(tài)度。本單元的知識(shí)和思維關(guān)系如圖1所示：圖1萬有引力與宇宙航行知識(shí)和思維結(jié)構(gòu)圖從發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的角度看，本單元提供了豐富的素材。通過研究行星的運(yùn)動(dòng)可以強(qiáng)化學(xué)生的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀，通過學(xué)習(xí)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律及萬有引力定律等物理規(guī)律，豐富了學(xué)生對(duì)時(shí)空的理解，凸顯了科學(xué)思維的力量，認(rèn)識(shí)到科學(xué)研究中質(zhì)疑與創(chuàng)新的重要性，體會(huì)模型建構(gòu)的思維過程。通過對(duì)萬有引力定律的應(yīng)用展示經(jīng)典力學(xué)的巨大價(jià)值，通過對(duì)我國航天事業(yè)的介紹與展望，進(jìn)行愛國主義教育，幫助學(xué)生形成探索自然的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。圖2萬有引力與宇宙航行學(xué)習(xí)層級(jí)圖在基于真實(shí)情境認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，通過物理學(xué)史的閱讀學(xué)習(xí)，了解認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)的不同階段和不同觀點(diǎn)，明確研究方法，學(xué)習(xí)如何構(gòu)建合理的運(yùn)動(dòng)模型，一方面從觀察實(shí)踐到對(duì)數(shù)據(jù)的嚴(yán)格運(yùn)算總結(jié)得到結(jié)論，另一個(gè)方面從邏輯分析理論推導(dǎo)總結(jié)得到結(jié)論。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程從運(yùn)動(dòng)到相互作用，再到應(yīng)用拓展，認(rèn)識(shí)提升，形成一個(gè)清晰的進(jìn)階路線（如圖2所示）。從幫助學(xué)生形成解決問題的大思路看，單元學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)不僅應(yīng)該重視概念、規(guī)律等顯性知識(shí)，還應(yīng)該注重挖掘隱藏在顯性知識(shí)背后的程序性知識(shí)和反省認(rèn)知策略知識(shí)。本單元知識(shí)背后隱含的學(xué)科核心素養(yǎng)、科學(xué)思想方法和思維方式的一些具體表述如表1和表2所示。表1《萬有引力與宇宙航行》單元隱含的核心素養(yǎng)與科學(xué)思想方法舉例知識(shí)點(diǎn)教學(xué)價(jià)值行星的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)觀、歸納法、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任、科學(xué)本質(zhì)萬有引力定律相互作用觀、模型建構(gòu)、科學(xué)探究、演繹推理、科學(xué)論證、統(tǒng)一觀念萬有引力定律的成就模型建構(gòu)、理論聯(lián)系實(shí)際、科學(xué)探究、科學(xué)本質(zhì)宇宙航行運(yùn)動(dòng)和相互作用觀、模型建構(gòu)、推理論證相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓運(yùn)動(dòng)定律的局限性科學(xué)推理、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任表2《萬有引力與宇宙航行》單元隱含的重要思維方式舉例思維方式教學(xué)內(nèi)容舉例思維訓(xùn)練問題參考?xì)w納法開普勒通過整理大量觀測數(shù)據(jù)分析歸納總結(jié)出了開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律。參考人教新課標(biāo)教參教學(xué)片斷：《托勒密的地心說和哥白尼的日心說》1.地心說和日心說的基本觀點(diǎn)分別是什么？2.關(guān)于運(yùn)動(dòng)的描述，地心說和日心說有哪些相似的地方？3.從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度看，地心說和日心說的區(qū)別是什么4.為什么最終日心說戰(zhàn)勝了地心說？理論推導(dǎo)和實(shí)際證據(jù)相結(jié)合首先通過理論推導(dǎo)得出萬有引力定律，然后通過“月-地檢驗(yàn)”驗(yàn)證萬有引力定律參考人教新課標(biāo)教參教學(xué)片斷：《引力方向和大小的探究》《月-地檢驗(yàn)》模型建構(gòu)在“稱量地球質(zhì)量”“計(jì)算太陽的質(zhì)量”“計(jì)算宇宙速度”等過程中，首先要建構(gòu)模型。參考人教新課標(biāo)教參教學(xué)片斷：《如何稱量地球的質(zhì)量？》《計(jì)算天體的質(zhì)量》《多大的速度才能成功發(fā)射人造地球衛(wèi)星》3學(xué)生學(xué)習(xí)情況分析3．1學(xué)習(xí)基礎(chǔ)分析從已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)看，學(xué)生具有初步的運(yùn)動(dòng)和相互作用觀。學(xué)生在學(xué)習(xí)本單元內(nèi)容前，對(duì)力、重力、速度、加速度、向心力、向心加速度等重要概念有較好的理解，掌握了平拋運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，能熟練應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決動(dòng)力學(xué)問題。從認(rèn)知基礎(chǔ)方面看，學(xué)生知道解決問題需要建立物理模型，知道建立模型需要抓住主要因素，忽略次要因素。學(xué)生具有一定的科學(xué)推理和科學(xué)論證的能力，了解科學(xué)探究的基本思路。3．2學(xué)習(xí)困難分析學(xué)生對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的研究缺乏觀察的條件，對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的實(shí)際圖景缺乏真實(shí)的感性認(rèn)識(shí)，對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)原因，未有過認(rèn)真的思考和研究。所以，本單元內(nèi)容對(duì)學(xué)生而言較為抽象，對(duì)學(xué)習(xí)者的科學(xué)思維能力提出了較高的要求。與萬有引力定律相關(guān)的問題對(duì)學(xué)生的空間想象能力、類比思維能力、邏輯推理能力要求極高，而這些能力又恰恰是學(xué)生思維的短板。再有，本單元涉及的物理知識(shí)比較多，在模型建構(gòu)的過程中學(xué)生容易弄混M、m、R、r、h、環(huán)繞速度、第一宇宙速度等物理量的含義。4單元教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)課標(biāo)素養(yǎng)名稱單元學(xué)習(xí)目標(biāo)物理觀念（1）運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念了解開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律；理解萬有引力定律及其意義，了解引力常量在科學(xué)史上的重大意義；知道地球上的重物下落與天體運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在統(tǒng)一性；會(huì)計(jì)算天體的質(zhì)量、人造衛(wèi)星的線速度、第一宇宙速度，知道三個(gè)宇宙速度的含義；初步了解相對(duì)論時(shí)空觀，知道牛頓力學(xué)的局限性?？茖W(xué)思維（1）模型建構(gòu)能夠?qū)⑻祗w運(yùn)動(dòng)抽象成勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型，培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力。（2）科學(xué)推理用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和開普勒第三定律推導(dǎo)萬有引力的表達(dá)式，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理能力；能根據(jù)萬有引力與重力的關(guān)系、萬有引力提供向心力等進(jìn)行推理論證，解決天體運(yùn)動(dòng)的問題；能用與萬有引力定律相關(guān)的證據(jù)解釋一些天文現(xiàn)象。（3）科學(xué)論證利用“月地檢驗(yàn)”培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任科學(xué)本質(zhì)認(rèn)識(shí)萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的重要意義，認(rèn)識(shí)科學(xué)定律在人類探索未知世界中的作用。科學(xué)態(tài)度通過開普勒等物理學(xué)家的科學(xué)活動(dòng)，體會(huì)科學(xué)家們實(shí)事求是、尊重客觀事實(shí)、敢于堅(jiān)持真理和勇于探索的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。（3）社會(huì)責(zé)任通過對(duì)人造衛(wèi)星的學(xué)習(xí)，感受航天成就（科學(xué)成就）正改變著人類的生活，同時(shí)也要體會(huì)到人類為此付出的代價(jià)和艱辛。二、單元活動(dòng)設(shè)計(jì)1單元課程整體設(shè)計(jì)大概念知識(shí)內(nèi)容規(guī)劃思維、能力發(fā)展規(guī)劃大情境創(chuàng)設(shè)情境描述情境問題萬有引力定律微專題1：從運(yùn)動(dòng)的角度認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)拓展對(duì)運(yùn)動(dòng)多樣性的認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)科學(xué)觀測能力和歸納概括能力在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的推動(dòng)作用。天問一號(hào)的發(fā)射與運(yùn)行問題1：天問一號(hào)在繞地軌道上做什么運(yùn)動(dòng)？問題2：天問一號(hào)繞地運(yùn)動(dòng)的周期與距離地球的遠(yuǎn)近有什么關(guān)系？微專題2：從相互作用的角度研究行星運(yùn)動(dòng)結(jié)合萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程，進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)理論推導(dǎo)和實(shí)際證據(jù)相結(jié)合的科學(xué)思維方法在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的意義。問題3：是什么力使天問一號(hào)能夠繞地運(yùn)動(dòng)？問題4：天問一號(hào)與地球之間的引力大小和方向是怎樣的？微專題3：應(yīng)用規(guī)律探究天體運(yùn)動(dòng)了解和關(guān)注物理學(xué)定律與航天技術(shù)等現(xiàn)代科技的聯(lián)系，認(rèn)識(shí)科學(xué)定律對(duì)人類探索未知世界的作用，從萬有引力定律的普適性認(rèn)識(shí)自然界的統(tǒng)一性。了解牛頓力學(xué)對(duì)航天技術(shù)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)（“…我想現(xiàn)在是牛頓在駕駛”），理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律的普適性，進(jìn)一步拓展對(duì)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的認(rèn)識(shí)。問題5：怎樣計(jì)算地球和太陽的質(zhì)量以及密度？問題6：如何將天問一號(hào)發(fā)射進(jìn)入繞地軌道？問題7：如果將天問一號(hào)直接發(fā)射到火星需要滿足什么條件？問題8：如果要使天問一號(hào)飛出太陽系又需要滿足什么條件？微專題4：關(guān)于時(shí)空觀的認(rèn)知升級(jí)通過對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律、牛頓力學(xué)的局限性與相對(duì)論初步的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到科學(xué)研究包含大膽的想象和創(chuàng)新，體會(huì)人類對(duì)自然界的探索是不斷深入的。問題9：萬有引力定律的適用范圍是什么？問題10：對(duì)于高速、微觀領(lǐng)域有哪些適用理論？2單元學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)本單元的學(xué)習(xí)分為從運(yùn)動(dòng)的角度認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)、從相互作用的角度研究行星運(yùn)動(dòng)、應(yīng)用規(guī)律探究天體運(yùn)動(dòng)和關(guān)于時(shí)空觀的認(rèn)知升級(jí)4個(gè)層級(jí)，具體學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)如下表所示。層級(jí)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)具體內(nèi)容層級(jí)1：從運(yùn)動(dòng)的角度認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)問題情景創(chuàng)設(shè)創(chuàng)設(shè)兩種情境：(1)太陽系內(nèi)行星的運(yùn)動(dòng)；(2)天問一號(hào)的運(yùn)行。針對(duì)以上情境提出以下參考問題：問題1：地心說和日心說的相似點(diǎn)和區(qū)別是什么？問題2：為什么最終日心說戰(zhàn)勝了地心說？問題3：天問一號(hào)在繞地軌道上做什么運(yùn)動(dòng)？問題4：天問一號(hào)繞地運(yùn)動(dòng)的周期與距離地球的遠(yuǎn)近有什么關(guān)系？知識(shí)內(nèi)容安排地心說與日心說、開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展規(guī)劃了解人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)的發(fā)展過程和相關(guān)科學(xué)家們的觀點(diǎn)，體會(huì)科學(xué)研究的態(tài)度和精神；認(rèn)識(shí)到科學(xué)研究一般是在現(xiàn)象觀測的基礎(chǔ)上，建構(gòu)模型并不斷修正模型，使其逐步接近真實(shí)，形成規(guī)律。主要學(xué)習(xí)方式設(shè)計(jì)課前以自主學(xué)習(xí)為主，了解相關(guān)物理學(xué)史；課上小組匯報(bào)交流，了解并比較描述行星運(yùn)動(dòng)的不同觀點(diǎn)；通過探究，了解開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律。學(xué)習(xí)重難點(diǎn)突破資源（1）利用視頻、影像、文字資料呈現(xiàn)人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)過程：例如微課《開普勒定律》《開普勒第三定律的應(yīng)用》（2）查找并分析太陽系行星運(yùn)動(dòng)軌道的相關(guān)數(shù)據(jù)，試著發(fā)現(xiàn)規(guī)律。學(xué)習(xí)反饋檢測要點(diǎn)及方式要點(diǎn)：開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律。方式：利用課前導(dǎo)學(xué)案了解課前學(xué)習(xí)情況；課堂通過觀察、提問反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果；課后練習(xí)側(cè)重對(duì)開普勒定律的理解。學(xué)習(xí)時(shí)間計(jì)劃1課時(shí)層級(jí)2：從相互作用的角度研究行星運(yùn)動(dòng)問題情景創(chuàng)設(shè)創(chuàng)設(shè)情境：太陽系各大行星繞太陽運(yùn)動(dòng)。針對(duì)以上情境提出以下參考問題：問題1：行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)能否視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)？問題2：什么原因使行星繞太陽運(yùn)動(dòng)？問題3：行星繞太陽運(yùn)動(dòng)、月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)、地面上蘋果下落，它們之間的力是不是同一種力？如何驗(yàn)證？問題4：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測量常數(shù)G？知識(shí)內(nèi)容安排萬有引力定律、萬有引力常量G的測定及其意義。物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展規(guī)劃經(jīng)歷探究萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的思維過程，發(fā)展相互作用觀和科學(xué)思維能力；了解卡文迪許實(shí)驗(yàn)的巧妙和意義，認(rèn)識(shí)到測定物理常量在科學(xué)研究中的重要性。主要學(xué)習(xí)方式設(shè)計(jì)通過科學(xué)探究，建立萬有引力定律；通過自主學(xué)習(xí)與交流，了解萬有引力常量G的測定方法及其在科學(xué)史上的意義。學(xué)習(xí)重難點(diǎn)突破資源（1）由于發(fā)現(xiàn)萬有引力定律屬于理論探究過程，所以關(guān)鍵資源是把大任務(wù)分解成一個(gè)個(gè)相互連接的具體的小問題，引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)的知識(shí)逐步深入解決問題；（2）卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)：例如微課《引力常量的測量》。學(xué)習(xí)反饋檢測要點(diǎn)及方式要點(diǎn)：（1）發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的探究過程；（2）對(duì)萬有引力定律的理解。方式：通過課堂探究報(bào)告呈現(xiàn)學(xué)生思維發(fā)展的路徑，評(píng)價(jià)目標(biāo)的達(dá)成度；通過課堂練習(xí)和課后檢測幫助學(xué)生理解和鞏固規(guī)律。學(xué)習(xí)時(shí)間計(jì)劃2課時(shí)層級(jí)3：應(yīng)用規(guī)律探究天體運(yùn)動(dòng)問題情景創(chuàng)設(shè)創(chuàng)設(shè)兩種情境：（1）地球上隨地球一起自轉(zhuǎn)的物體。（2）天問一號(hào)的發(fā)射與運(yùn)行。針對(duì)以上情境提出以下參考問題：問題1：以地心為參考系，地面上物體的運(yùn)動(dòng)和受力情況是怎樣的？問題2：赤道上物體的向心加速度和重力加速度的大小是多少？問題3：請(qǐng)通過推導(dǎo)說明卡文迪許是如何“稱量地球質(zhì)量”的？問題4：這種方法能否測量太陽的質(zhì)量？問題5：將物體沿水平方向拋出，隨著拋出速度的不斷增大，物體的運(yùn)動(dòng)情況是怎樣的？問題6：如何將天問一號(hào)發(fā)射進(jìn)入繞地軌道？問題7：如果將天問一號(hào)直接發(fā)射到火星需要滿足什么條件？問題8：如果要使天問一號(hào)飛出太陽系又需要滿足什么條件？知識(shí)內(nèi)容安排重力和萬有引力的關(guān)系、天體質(zhì)量的計(jì)算、人造衛(wèi)星、宇宙速度、發(fā)現(xiàn)未知天體、航天事業(yè)的發(fā)展。物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展規(guī)劃通過交流討論建立物理模型、計(jì)算天體質(zhì)量、歸納解決天體運(yùn)動(dòng)的大思路；了解人造衛(wèi)星的構(gòu)想，進(jìn)一步發(fā)展運(yùn)動(dòng)和相互作用觀；認(rèn)識(shí)萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的重要意義，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的能力和態(tài)度。主要學(xué)習(xí)方式設(shè)計(jì)通過師生雙方的討論交流，梳理解決天體運(yùn)動(dòng)的思路；通過自主學(xué)習(xí)與交流，推導(dǎo)第一宇宙速度，理解三個(gè)宇宙速度的意義；通過撰寫研究報(bào)告了解萬有引力定律的科學(xué)成就。學(xué)習(xí)重難點(diǎn)突破資源（1）設(shè)計(jì)學(xué)案，將大任務(wù)拆解成小問題：例如參考教學(xué)方案、教學(xué)課件。（2）視頻、動(dòng)畫呈現(xiàn)天體運(yùn)動(dòng)和人造衛(wèi)星的發(fā)射，要求學(xué)生設(shè)計(jì)并畫圖表示衛(wèi)星發(fā)射、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星等軌道示意圖：例如知識(shí)解析《同步衛(wèi)星》、情境素材《天問一號(hào)著落火星過程動(dòng)畫演示》《嫦娥五號(hào)》。學(xué)習(xí)反饋檢測要點(diǎn)及方式要點(diǎn)：（1）天體運(yùn)動(dòng)空間模型的建構(gòu)；（2）應(yīng)用萬有引力定律解決天體運(yùn)動(dòng)的大思路。方式：設(shè)計(jì)課前導(dǎo)學(xué)案，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)并反饋問題，為課堂教學(xué)提供依據(jù)；設(shè)計(jì)代表性強(qiáng)的課堂和課后檢測題，針對(duì)學(xué)生問題進(jìn)行針對(duì)性輔導(dǎo)。學(xué)習(xí)時(shí)間計(jì)劃2~3課時(shí)層級(jí)4：關(guān)于時(shí)空觀的認(rèn)知升級(jí)問題情景創(chuàng)設(shè)創(chuàng)設(shè)情境：設(shè)想人類可以利用飛船以0.2c的速度進(jìn)行星際航行。若飛船向正前方的某一星球發(fā)射一束激光。針對(duì)以上情境提出以下參考問題：問題1：根據(jù)速度的合成，該星球上的觀察者測量到的激光的速度是多少？問題2：邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)的直接結(jié)論是什么？為什么實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果和運(yùn)動(dòng)的合成結(jié)果不一致？問題3：愛因斯坦是如何解決這個(gè)矛盾的？知識(shí)內(nèi)容安排相對(duì)論時(shí)空觀、牛頓力學(xué)的局限性物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展規(guī)劃通過科學(xué)推理了解狹義相對(duì)論的基本假設(shè)和相對(duì)論時(shí)空觀，正確認(rèn)識(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的發(fā)展和適用范圍，認(rèn)識(shí)科學(xué)真理的相對(duì)性。主要學(xué)習(xí)方式設(shè)計(jì)學(xué)生課前自主查閱資料，了解牛頓力學(xué)的成就與局限性，課堂匯報(bào)交流；以問題引導(dǎo)、自主閱讀和師生討論的方式了解相對(duì)論時(shí)空觀、宇宙的演化。學(xué)習(xí)重難點(diǎn)突破資源相對(duì)論時(shí)空觀是難點(diǎn)，沒有生活經(jīng)驗(yàn)的支撐，使學(xué)生接受相對(duì)論基本觀點(diǎn)的主要路徑是運(yùn)用推理的力量，因此重在情境和問題的設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)反饋檢測要點(diǎn)及方式本層級(jí)內(nèi)容要求不高，學(xué)生通過學(xué)習(xí)了解即可。學(xué)習(xí)時(shí)間計(jì)劃1課時(shí)3單元教學(xué)過程設(shè)計(jì)本部分內(nèi)容以層級(jí)2為例，說明教學(xué)設(shè)計(jì)過程與教學(xué)策略選擇。層級(jí)2的核心任務(wù)是讓學(xué)生經(jīng)歷理論探究萬有引力定律的過程。探究萬有引力定律是一個(gè)綜合性的大問題，在模型建構(gòu)、科學(xué)推理和論證方面對(duì)學(xué)生的要求很高，因此首先要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，把這個(gè)大問題拆解成一個(gè)個(gè)小問題，引導(dǎo)學(xué)生思維逐步深入，才能夠讓學(xué)生以現(xiàn)有的知識(shí)基礎(chǔ)置身于歷史背景下，真正經(jīng)歷一次“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律的思維過程。學(xué)生思維發(fā)展過程如圖3所示。圖3《從相互作用的角度研究行星運(yùn)動(dòng)》思維導(dǎo)圖具體教學(xué)環(huán)節(jié)和問題設(shè)計(jì)如下：環(huán)節(jié)1建構(gòu)行星圍繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型情景創(chuàng)設(shè)：太陽系八大行星軌道示意圖。問題：（1）行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)軌道能否視為圓軌道？（2）什么原因使行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)？環(huán)節(jié)2推導(dǎo)太陽對(duì)行星引力的表達(dá)式情景創(chuàng)設(shè)：質(zhì)量為m的行星圍繞質(zhì)量為M的太陽做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。問題：（1）你認(rèn)為太陽對(duì)行星的引力可能跟哪些因素有關(guān)？依據(jù)是什么？（2）利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和開普勒第三定律，推導(dǎo)太陽對(duì)行星的引力的表達(dá)式？（3）推導(dǎo)出的這個(gè)規(guī)律的適用范圍是什么？環(huán)節(jié)3月地檢驗(yàn)情景創(chuàng)設(shè)：天上月球圍繞地球公轉(zhuǎn)；地面上蘋果下落。資料：在牛頓時(shí)代，地球表面的重力加速度g、月地的距離r、月球的公轉(zhuǎn)周期T都能精確的測定，已知r=3.8×108m，T=27.3天=2.36×106s，g=9.8m/s2，月地的距離r為地球半徑R的60倍。問題：（1）月球?yàn)槭裁磭@地球公轉(zhuǎn)？地面上蘋果為什么下落？（2）分析說明地球?qū)υ虑虻囊Α⒌厍驅(qū)μO果的引力和太陽對(duì)行星的引力是否可能是同一種力？①假設(shè)蘋果與地球、月球與地球之間的引力都符合行星與太陽間的引力規(guī)律，月球圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的加速度a1和地面上蘋果下落的加速g的比值是多少？②依據(jù)天文測量結(jié)果，月球?qū)嶋H運(yùn)行的向心加速度a2和重力加速g的比值是多少？③由以上兩個(gè)比值結(jié)果可以得出什么結(jié)論？環(huán)節(jié)4萬有引力常量G的測定情景創(chuàng)設(shè)：動(dòng)畫展示并介紹卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)的構(gòu)造、實(shí)驗(yàn)過程。問題：（1）說明卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)巧妙在哪里？（2）引力常量G的測定有何實(shí)際意義？三、單元學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)本部分從診斷性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)兩方面說明單元學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。1診斷性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)教學(xué)中應(yīng)在精準(zhǔn)診斷的基礎(chǔ)上確定合適的教學(xué)方式。診斷性評(píng)價(jià)應(yīng)基于“階”之間的連接設(shè)計(jì)問題，目的是鞏固前一層級(jí)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并診斷后一層級(jí)的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備情況。題目的設(shè)計(jì)要針對(duì)層級(jí)間學(xué)習(xí)進(jìn)階的關(guān)鍵點(diǎn)。例如，在學(xué)習(xí)層級(jí)2萬有引力定律之后，可以設(shè)計(jì)如下問題：自然界中任何兩個(gè)物體間都有萬有引力，請(qǐng)你應(yīng)用合理的數(shù)據(jù)對(duì)下列問題進(jìn)行計(jì)算說明。