高中物理延展式教學設(shè)計探討①
——以“靜摩擦力”教學為例

(江蘇省通州高級中學，江蘇 南通 226300)

隨著新課程改革的深化，“核心素養(yǎng)”成了教育熱詞，如何培養(yǎng)？筆者認為從“實踐”出發(fā)，實施高中物理延展式教學，在發(fā)展學生實踐意識的同時，學生的核心素養(yǎng)也可以獲得有效提升，促進教學重、難點的有效突破。對于高一學生而言，開始學習時就會遇到若干個難點，“靜摩擦力”就是其中之一。作為幾種常見的力之一，學好靜摩擦力，將為學生學習動力學和靜力學打好基礎(chǔ)，在教學中教師要善于從學生的已有經(jīng)驗和知識基礎(chǔ)出發(fā)來組織教學。對于“靜摩擦力”，學生并不陌生，初中已接觸過這一概念，學生在生活中也遇到過，但學生的認識通常是片面的，如何促進學生更為全面地理解“靜摩擦力”這一概念？筆者立足于學生的生活經(jīng)驗和認知基礎(chǔ)，設(shè)計了一節(jié)重實踐、重延展的物理概念課。

1 通過生活圖片延展到與知識相關(guān)的問題

雖然我們無法把課堂搬到課外去尋找靜摩擦力，但是我們可以將生活中的情景精選到課堂中來，筆者在教學中通過多媒體課件呈現(xiàn)兩組生活圖片，引出摩擦力的課題，完成從生活到物理學習的有效延展。

圖片1：輪胎上的花紋和鞋子底部的紋路。教師提出問題：通過圖片的觀察，你知道這些花紋和紋路有什么作用嗎？在問題的引導下，學生積極思考，很多學生情不自禁地抬起腳，聯(lián)系自己的行走特點，尋找答案。

圖片2：身體表面光滑的魚。教師提出問題：你抓過魚嗎？要一把穩(wěn)穩(wěn)地將魚抓住可不是一件容易的事情，這是什么原因呢？

設(shè)計意圖:物理課堂不應(yīng)拘泥于黑板、粉筆、物塊與小車等等，教師通過多媒體為學生展示生動形象的圖片以及視頻資料，能喚醒學生有關(guān)生活經(jīng)驗的回憶。

2 設(shè)置實踐情境，延展學生認知

摩擦力的基本類型對于學生并不陌生，但是高中教學不應(yīng)該生硬地讓學生進行概念的復述，筆者認為可以通過設(shè)置問題的方式，完成一個有效的銜接。

問題情境1：小明要將一個非常重的箱子從A點搬到B點，問題是箱子太重了。你能為小明出謀劃策嗎？

學生紛紛說：搬不動，可以推著走啊。

問題情境2：如果小明在推的時候，發(fā)現(xiàn)很難推動，怎么辦呢？

學生討論后給出以下方案：可以在移動的路徑上澆一些油，增加地面的光滑程度；可以將箱子打開，取出一些重物，這樣推可以輕松一些……

問題情境3：你們的建議都很合理，澆油是改變接觸面之間的粗糙程度，取出一些重物出來是改變物體對地面間的壓力，這種做法都可以有效地減小阻力。但是老師就是要給大家出出難題，如果不采用這兩種方法，還有其他辦法嗎？

學生再一次討論后，給出建議：在箱子上裝上輪子，就可以更加輕松地推動。

教師引導學生分析三種情境中的摩擦現(xiàn)象，并安排學生對其進行適當對比。

設(shè)計意圖:上述三個問題情境引出三種不同的摩擦力，分別為靜摩擦力、滑動摩擦力以及滾動摩擦力。這些內(nèi)容學生在初中已有認識，這一環(huán)節(jié)就是幫助學生回顧已學知識，為新知識的學習打下基礎(chǔ)。

3 借助親身體驗，延展對概念的全面理解

實驗是最具物理味的課堂實踐活動，無論是演示實驗還是分組實驗都能夠給學生一種切身的體驗，引導學生觀察，實現(xiàn)從對知識的片面認識向全面理解的延展。

3.1 由趣味實驗引出靜摩擦力

教師利用實驗來創(chuàng)設(shè)情境：讓每一個學生都拿出兩本書，讓學生將其一頁頁地交疊在一起，并緊壓一下，然后讓他們嘗試著抓住一本書，將書向上提起，看看會發(fā)生什么現(xiàn)象？學生驚奇地發(fā)現(xiàn)另一本書也被提起來了。

教師提出問題：下面的書受到重力，為什么沒有掉下去？

教師繼續(xù)讓學生實驗，兩個學生相互配合，各自抓住書的一端，相互對拉，讓學生觀察現(xiàn)象。學生發(fā)現(xiàn)：無法將書本分開。

教師提出問題：為什么在拉力的作用下，沒有將書本拉開？

學生開始進行討論，因為他們在實驗中都很有感觸，所以討論時也就會產(chǎn)生很多深刻的認識：外加作用力都是沿著接觸表面的，而書本沒有發(fā)生運動，阻礙肯定也是沿著接觸面，因此不能是彈力，只能是其他性質(zhì)的力，這個實驗和初中老師演示的筷子提米很相似，可能是靜摩擦力。

設(shè)計意圖:靜摩擦力是學生在初中已經(jīng)接觸的概念，但是很多學生已經(jīng)淡忘。教師在這一階段的處理必須慎重：重新引入和講解，必然導致基礎(chǔ)較好學生的心生厭倦，降低他們的學習熱情；若一筆帶過，則不少學生又無法及時喚醒記憶，會在學習中跟不上節(jié)奏。教師通過讓學生親身體驗，同時通過合作、討論，讓他們相互啟發(fā)，最終突破學習的疑點。

3.2 動手實驗，探究靜摩擦力的產(chǎn)生條件

實驗1：教師將書本用力按在墻壁上，并且讓學生一起模仿，操作這個實驗。

教師提出問題：大家看到了什么現(xiàn)象？為什么?

實驗2：教師讓學生一起撤掉擠壓在書本上的外力。

教師提出問題：大家看到了什么？這又是為什么？

進一步提問：如果接觸面光滑，則會發(fā)生什么現(xiàn)象？

分析1：“按住”書本表明書本既有接觸又有擠壓，“放手”則意味著物體之間沒有任何擠壓。由此得到推論：產(chǎn)生靜摩擦力必須要存在彼此的擠壓。

分析2：一旦放手則物體下落，而按住時由于有靜摩擦力的作用，物體保持靜止狀態(tài)，這說明靜摩擦力的作用能夠阻礙相對運動的發(fā)生。通過對比可以發(fā)現(xiàn)：要產(chǎn)生靜摩擦力就必須要存在相對運動趨勢。

分析3：接觸面如果光滑，則物體將會滑動，即無法產(chǎn)生靜摩擦力，接觸面粗糙則物體可以產(chǎn)生靜摩擦力，可以總結(jié)：產(chǎn)生靜摩擦力的接觸面要比較粗糙。

通過對實驗現(xiàn)象的分析，教師引導學生總結(jié)出靜摩擦力的產(chǎn)生條件，同時也對靜摩擦力的定義進行了進一步的完善。

設(shè)計意圖:將書本按在墻上的實驗操作簡單而易行，有關(guān)現(xiàn)象也比較直觀，方便學生得出相應(yīng)的結(jié)論，總結(jié)出靜摩擦力的產(chǎn)生條件。

3.3 運用毛刷實驗，探究靜摩擦力的方向

教師演示毛刷實驗，當毛刷靜止時，刷毛處于自然下垂的狀態(tài)；毛刷如果受到摩擦力，則其刷毛的彎曲情況將發(fā)生變化。教師預(yù)先演示：給刷毛一個向右的作用力，刷毛將向右彎曲。如果給刷毛向左的作用力，則刷毛將發(fā)生向左的彎曲，這一演示的效果能夠通過刷毛的彎曲方向來表示其所受力的方向。

教師將刷子放在桌面上，向右側(cè)拉它(毛刷沒有發(fā)生滑動)，學生能夠清晰地發(fā)現(xiàn)此時刷毛向左。教師提問：毛刷所受到的靜摩擦力朝什么方向？學生答：刷毛向左，則摩擦力向左。教師提問：毛刷的運動趨勢朝什么方向？學生答：在外力作用下毛刷產(chǎn)生向右的運動趨勢。教師繼續(xù)問：運動趨勢的方向與靜摩擦力的方向存在什么關(guān)系？學生答：靜摩擦力的方向與運動趨勢方向相反。

為了驗證這一想法，教師繼續(xù)問：如果外力向左側(cè)拉，但是沒有拉動，你認為運動趨勢朝什么方向？靜摩擦力朝什么方向？學生猜想：運動趨勢向左，靜摩擦力的方向應(yīng)該向右。教師提示：請自己驗證，并總結(jié)結(jié)論。學生拿起手邊的毛刷，自主搜集證據(jù)進行驗證。結(jié)合實驗，他們進行總結(jié)：物體所受靜摩擦力的方向總是沿接觸表面，且與其運動趨勢的方向相反。

問題情境1：將物體放在斜面上，你能判斷靜摩擦力的方向嗎？

學生回答：物體在斜面上會產(chǎn)生相對下滑的運動趨勢，因此靜摩擦力的方向沿斜面向上。

問題情境2：除了通過運動趨勢來判斷，我們還有其他方法嗎？比如剛才按在墻壁上的書，怎樣研究靜摩擦力的方向？

學生回答：畫受力分析圖，從受力平衡角度來處理。

教師引導學生總結(jié)方向判斷的兩種方法：(1) 假設(shè)法，假設(shè)沒有摩擦力，由此來判斷物體運動的方向，這就是物體運動趨勢的方向，靜摩擦力的方向與該方向相反；(2) 二力平衡法，根據(jù)受力分析，運用二力平衡來判斷靜摩擦力方向。

設(shè)計意圖:靜摩擦力方向判斷的難點在于其抽象性，教學中教師采用毛刷來形象化顯示靜摩擦力方向，同時教師將探索和總結(jié)的權(quán)力都交給學生，讓學生自主進行知識的建構(gòu)。

3.4 探究靜摩擦力的大小特點

演示實驗：如圖1所示，教師緩緩拉動木板，由學生觀察彈簧秤的讀數(shù)以及小木塊的運動狀態(tài)，提出問題：是不是拉力越大，靜摩擦力越大？

圖1

學生結(jié)合觀察，得出以下結(jié)論：物體處于靜止狀態(tài)時，所受拉力越大，則其所受靜摩擦力越大，當拉力達到一定程度后，物體發(fā)生滑動，則此后就不再是靜摩擦力。

學生還發(fā)現(xiàn)，當拉力達到一定數(shù)值之后，兩個小三角形發(fā)生錯位，木塊由靜止過渡為滑動狀態(tài)，此后拉力反而減小，而在小三角形發(fā)生錯位的瞬間，彈簧測力計的讀數(shù)達到其最大值。

學生結(jié)合現(xiàn)象總結(jié)出以下結(jié)論：外加拉力逐漸增大時，靜摩擦力也會隨之增大，二者間保持平衡的關(guān)系；當外力達到一定程度之后，靜摩擦力也將達到其最大值——最大靜摩擦力；當物體發(fā)生滑動時，它將會受滑動摩擦力作用，而滑動摩擦力要小于最大靜摩擦力。

設(shè)計意圖:教師通過演示實驗引導學生直觀地對木塊的運動和受力展開分析，并將學生的視線導向靜摩擦力的有關(guān)特點，這屬于一個定量的研究過程。

4 借助于“總結(jié)和反思”，促進知識內(nèi)化

教師引導學生對本課所學進行總結(jié)，總結(jié)包括兩個層面：(1) 對靜摩擦力的知識脈絡(luò)進行梳理；(2) 對探究過程的體會和方法進行交流。

設(shè)計意圖:課堂進入最后環(huán)節(jié)，學生已經(jīng)出現(xiàn)人心浮動的情形，這時教師完全將主動權(quán)交給學生，讓學生自主進行總結(jié)，可以讓他們不由自主地靜下心來對知識和方法進行總結(jié)。

以上是筆者對靜摩擦力的教學設(shè)計和有關(guān)思考，在高中物理教學中，面對學生一個個學習難點，教師要分析學生的認知基礎(chǔ)，立足于學生已有經(jīng)驗來展開教學，同時教學中要真正體現(xiàn)學生的主體地位，這樣才能提升我們的課堂效率。