一道拓展題引出的實驗探究及其思考

丁志強

摘要：針對學生提交的一道拓展題及其錯解，筆者通過重構教材實驗，開展深層次的實驗探究加以解決，并就重構教材實驗的時機談兩點思考：①在教材實驗的漏洞處重構；②在學生思維與探究能力的薄弱處重構。

關鍵詞：滑動摩擦力；相對運動；實驗探究；教材實驗；重構；時機

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）20-067-2

一、問題的提出

學生曾問筆者一個課外輔導書上的拓展題，題目是“如圖所示，將木塊放在白紙中間，當水平向右用力將白紙快速抽出，木塊會移動到桌面的最右端，問木塊受滑動摩擦力的方向？（正確答案：水平向右）”隨后，該生給出了他的分析：因為木塊在向右運動時，白紙會阻礙它運動，所以木塊受滑動摩擦力的方向是水平向左。

針對該生的錯誤思維，筆者并沒有僅僅通過理論分析幫其糾正，而是考慮能否設計具有針對性的探究性實驗，從而幫助該生更好的掌握知識的來龍去脈。

通過分析教材中關于滑動摩擦力的實驗設計，筆者嘗試重構教材實驗，即對教材實驗進行適度增加、刪減、置換及加工，整合各種課程資源，使之更好地適應具體的教育教學情境和學生的學習需求。[1]通過經歷創新的探究性實驗，學生的知識與能力均得到了提高。教學過程如下：

1.初步探究——讓滑動摩擦力從“隱身”到“現身”

《義務教育物理課程標準（2011年版）》指出：“應讓學生通過觀察、操作、體驗等方式，經歷科學探究過程，認識物理概念和規律。”因此，為了完善學生的認知過程，筆者在教材實驗中“手拉木塊”（如圖所示）的基礎上，引導學生通過直接觀察的方式認識滑動摩擦力。

師：手拉著木塊在長木塊表面上向右滑動時，你有怎樣的體會？

生：木塊會受到水平向左的滑動摩擦力。

師：對。那么，在我們的生活中有沒有類似的情景？

生：黑板擦擦黑板、抹布擦玻璃、掃帚掃地……

師：很好。那么，在用掃帚掃地時，掃帚頭的彎曲方向是怎樣的？為什么？

生：與掃帚的運動方向相反，因為掃帚受滑動摩擦力的方向與其運動方向是相反的。

師：分析的很好。因此，除用手體驗之外，運用轉換法通過觀察也能判斷滑動摩擦力的方向。

在教材實驗的基礎上，以學生的認知水平為起點，筆者首先通過列舉生活事例拓寬學生的知識面，讓物理教學更“接地氣”；然后對“掃帚掃地”做重點分析，鼓勵學生從不同角度思考問題，同時也為下一階段的探究活動做好鋪墊。

2.深入探究——從特殊問題情景到一般物理規律

師：請仔細觀察演示實驗的現象，嘗試分析木塊受滑動摩擦力的方向并做出解釋。（如圖所示，快速水平向右抽出白紙，木塊同時向右運動一小段距離）

生：水平向左。因為滑動摩擦力方向是與物體運動方向相反的。

師：如果想要通過觀察來判斷滑動摩擦力的方向，該怎樣設計實驗？

生：（思考片刻）在木塊下表面裝一些軟的東西，觀察它的運動方向。

師：好方法。那有沒有現成的器材可以代替這個裝置？

生：可以用掃帚頭來代替。

師：非常好。請按照此方法完成實驗，并根據實驗現象再次做出判斷。

（如圖所示，用毛巾代替白紙可以讓實驗現象更明顯）

生：水平向右。

師：真是出乎意料！滑動摩擦力方向竟然與物體的運動方向是相同的。那么，在實驗過程中，拿著掃帚頭的手感受到的滑動摩擦力方向又是怎樣的？

生：水平向右。

師：看來掃帚頭確實受到了水平向右的滑動摩擦力，這是為什么呢？（學生陷入沉思，教師等待片刻）那么，我們不妨換個角度來思考這個問題，請你先找出掃帚頭受滑動摩擦力的施力物體？

生：毛巾。

師：對。那么，在水平向右拉動毛巾時，作為受力物體的掃帚頭相對于毛巾向哪個方向運動？（教師邊演示邊提問）

生：（思考片刻）水平向左運動。

師：很好。掃帚頭相對于毛巾做水平向左運動時，受到了毛巾對它產生的水平向右的滑動摩擦力，這兩者的關系對你有什么啟示？（教師邊演示邊提問）

生：掃帚頭受滑動摩擦力的方向與它相對毛巾運動的方向相反。

師：分析的對。原來，滑動摩擦力是阻礙物體相對運動的力。那么，是否還有其他方法可以判斷掃帚頭受滑動摩擦力的方向？

生：（思考片刻）如果把掃帚頭從毛巾上拿起來，它就不會運動，因此是滑動摩擦力讓它向右運動的，所以滑動摩擦力方向與它的運動方向是相同的。（學生邊演示邊回答）

師：很有創意的方法！因為該方法涉及到力與運動的關系，所以等學了相關內容之后我們再做進一步分析。

在上述探究活動中，筆者給學生呈現了與拓展題題設相同的問題情境，此情境既是整個探究過程的一條主線，又是打破學生思維局限的敲門磚。而在教學過程中增加設計實驗方案的環節，既能降低探究的難度，還能培養學生的知識遷移能力。因為已經預料到實驗結果會與學生設想存在較大的差異，所以筆者通過具有層次性的問題鏈，引導學生從相對運動的角度思考問題，幫助學生更全面、更透徹的理解滑動摩擦力，最終學生也就順利解決了這道拓展題。實踐證明，當思維處于被激活狀態時，學生的潛能真的不可估量，而此時往往能收到意想不到的教學效果。

這次關于一道拓展題的教學給了筆者不小的觸動：實驗教學不能只局限于教材實驗，通過對某些教材實驗做恰當的重構，將會更有利于提升學生的思維與探究能力。而選擇怎樣的時機對教材實驗進行重構，將會直接影響實驗教學的效果。以下是筆者對該問題的相關思考。

二、重構教材實驗的時機

1.在教材實驗的漏洞之處重構

教材實驗是供師生在教學中使用的一種資料，作為教學資料，就有可能存在一定的片面性或局限性，如果不對其加以甄別而全盤照搬，就容易造成教學內容或教學順序出現問題。

以探究浮力定義為例，教材首先讓學生通過觀察圖片和實驗了解浮力現象，由此得到浮力的定義：“浸在液體或氣體里的物體受到液體或氣體向上的托力，這個力稱為浮力。”然后，教材設置了一個探究性實驗，此實驗要求學生研究下沉物體是否受到浮力。筆者認為，編者在教材實驗的編排順序上存在一定的失誤，因為在浮力定義中已經明確只要是浸在液體或氣體里的物體都會受到浮力，所以就沒有必要后續再研究下沉物體是否受浮力的問題。換言之，如果將此探究性實驗編排在歸納浮力定義之前，就顯得更順理成章。

2.在學生思維與探究能力的薄弱之處重構

科學思維與實驗探究是物理學科培養學生核心素養的重要內容，讓學生經歷知識的形成過程比記憶知識更為重要。這就需要教師轉變教學觀念，通過對教材實驗的有效重構，創設真實的問題情境幫助學生經歷知識的形成過程，拓寬思路、發展能力。

以探究杠桿的平衡條件為例，教材實驗只需研究拉力在豎直方向時杠桿受動力、阻力及其力臂的關系。在學生完成教材實驗之后，借助簡易的自制教具（如圖所示，先將白色硬紙片固定在杠桿后方的豎直平面內，再用細繩顯示彈簧測力計的軸線方向），筆者引導學生進一步探究當斜拉時兩個力及其力臂的關系。通過作圖、測量和分析，學生在歸納出杠桿平衡條件的基礎上，還理解了斜拉時拉力大小與其力臂之間的關系。此舉不僅豐富了實驗探究的方法，而且對培養學生的探究能力大有裨益。

三、結語

作為傳授學生知識、提升學生能力的主要載體，教材實驗的重要性不言而喻。脫離教材的實驗教學可能會根基不牢，而死守教材實驗則容易導致思維僵化。作為一線教師，應該在恰當的時機挖掘教材實驗的潛在價值，才能真正實踐“用教材教，而非教教材”的理念，這對培養學生物理學科核心素養有著極其重要的意義。

[參考文獻]

[1]成效.重構物理教材實驗，提升實驗教學質量[J].實驗教學與儀器，2017，34（1）.

[2]劉炳昇等.義務教育課程標準實驗教科書[M].江蘇：江蘇科學技術出版社，2007.endprint