“摩擦力”的教學(xué)邏輯重構(gòu)及教學(xué)實(shí)施

洪從兵 程春 清聲明

摘要：初中物理教學(xué)不僅要注重科學(xué)知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練，更應(yīng)該注重學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、探究能力、創(chuàng)新意識(shí)以及科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。這就要求初中物理教師厘清知識(shí)點(diǎn)的教材編排邏輯，針對(duì)學(xué)生的認(rèn)知邏輯，重構(gòu)教學(xué)邏輯。《摩擦力》一節(jié)，先分析教材的編排邏輯，再進(jìn)行教學(xué)的邏輯重構(gòu)，具體教學(xué)環(huán)節(jié)如下：以疑激思，引入摩擦力;直觀體驗(yàn)，認(rèn)識(shí)摩擦力;改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，探究摩擦力;創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，深化摩擦力。

關(guān)鍵詞：摩擦力教材邏輯教學(xué)邏輯

初中物理是以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程。因此，初中物理教學(xué)不僅要注重科學(xué)知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練，更應(yīng)該注重學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、探究能力、創(chuàng)新意識(shí)以及科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。也就是說，初中物理教學(xué)必須符合學(xué)生的認(rèn)知邏輯，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)有趣、有序地發(fā)生。這就要求教師厘清知識(shí)點(diǎn)的教材編排邏輯，針對(duì)學(xué)生的認(rèn)知邏輯，重構(gòu)教學(xué)邏輯。下面，以蘇科版初中物理八年級(jí)下冊(cè)“摩擦力”相關(guān)知識(shí)的教學(xué)為例，談一談筆者的思考與實(shí)踐。

一、“摩擦力”的教材編排邏輯

蘇科版初中物理教材將“摩擦力”編排在八年級(jí)下冊(cè)第八章第三節(jié)，在“彈力”和“重力”之后，在“二力平衡”之前。教材的編寫意圖可能是：將三種性質(zhì)的力編排在一起，便于學(xué)生運(yùn)用比較的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)。但是，這樣的編排容易導(dǎo)致學(xué)生無法理解“利用二力平衡測(cè)量摩擦力”的實(shí)驗(yàn)原理，更談不上主動(dòng)探究實(shí)驗(yàn)方法，只能機(jī)械記憶。這無形中增大了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，容易挫傷學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

另外，教材對(duì)于滑動(dòng)摩擦力的方向沒有做出明確的說明，只是利用在桌面上勻速拉動(dòng)木塊的方法（如圖1），讓學(xué)生感受摩擦力的存在和方向。這樣的編排設(shè)計(jì)，學(xué)生缺乏直觀的體驗(yàn)過程，對(duì)學(xué)生的想象推理能力要求較高。

二、“摩擦力”的教學(xué)邏輯重構(gòu)

基于此，筆者認(rèn)為，有必要對(duì)教材章節(jié)順序做出調(diào)整。“摩擦力”教學(xué)的重難點(diǎn)之一就是通過實(shí)驗(yàn)探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素，實(shí)驗(yàn)探究的過程涉及二力平衡，因此筆者將本節(jié)課的內(nèi)容調(diào)整到第九章“二力平衡”一節(jié)之后。這樣的編排符合學(xué)生的認(rèn)知邏輯順序，利于學(xué)生的理解和探究，也更利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和科學(xué)思維能力的提升。

同時(shí)，為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究的興趣，有必要將抽象的概念進(jìn)行形象化處理，讓學(xué)生通過充分的體驗(yàn)加深本節(jié)課知識(shí)的理解，同時(shí)培養(yǎng)科學(xué)思維能力。可按如下邏輯順序展開：

（1）親身感受摩擦力的存在;

（2）直觀體驗(yàn)?zāi)Σ亮Φ姆较?

（3）利用二力平衡知識(shí)，設(shè)計(jì)探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素的實(shí)驗(yàn);

（4）通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)，突破對(duì)影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素的困惑。

三、“摩擦力”的教學(xué)實(shí)施

（一）以疑激思，引入摩擦力

“學(xué)起于思，思源于疑。”創(chuàng)設(shè)能讓學(xué)生感到“意料之外、情理之中”的情境，以引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，能夠促使學(xué)生積極主動(dòng)地去探究，深化對(duì)知識(shí)的理解。

例如，新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師設(shè)置夾球小游戲：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，用筷子將杯中事先涂過洗滌劑的玻璃球夾起（如圖2），并運(yùn)到另一個(gè)杯中。

學(xué)生本以為小小的玻璃球應(yīng)該不難夾取，誰知嘗試了才發(fā)現(xiàn)非常困難。在艱難的夾球過程中，學(xué)生不由自主地就會(huì)思考“這是什么原因造成的呢”，生發(fā)出強(qiáng)烈的探究欲望。

（二）直觀體驗(yàn)，認(rèn)識(shí)摩擦力

身邊處處皆物理，物理與生活本來就是密不可分的。一些生活用品、學(xué)習(xí)用品等都可以改裝為實(shí)驗(yàn)器材，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)常見的物品出現(xiàn)在課堂時(shí)，也會(huì)好奇這些物品能帶來怎樣的結(jié)果;同時(shí)，還會(huì)促進(jìn)學(xué)生留心觀察和尋找日常生活中的物理現(xiàn)象，培養(yǎng)將物理知識(shí)應(yīng)用于生活并以此分析、解決實(shí)際問題的能力。

例如本課，教師設(shè)置了3個(gè)體驗(yàn)活動(dòng)：（1）將手掌用力按在課桌上向前推動(dòng)（如圖3），體會(huì)手心的感覺;（2）將牙刷刷毛直立在木板表面，然后向右拉動(dòng)牙刷（如圖4），觀察刷毛的變化;（3）將牙刷刷毛直立在木板表面，保持牙刷不動(dòng)，如何拉動(dòng)木板，使刷毛向左彎曲？

設(shè)計(jì)這3個(gè)體驗(yàn)活動(dòng)，是為了讓學(xué)生科學(xué)地認(rèn)識(shí)摩擦力。體驗(yàn)（1），旨在讓學(xué)生感受滑動(dòng)摩擦力的存在。體驗(yàn)（2），選用生活中常見的牙刷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過刷毛彎曲的方向來“看見”摩擦力的存在和方向，意在把看不見的摩擦力變得“看得見”。切身的體會(huì)，直觀的現(xiàn)象，揭開了摩擦力神秘的面紗。體驗(yàn)（3），針對(duì)學(xué)生的思維定式“摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反”，通過與體驗(yàn)（2）對(duì)比，學(xué)生從刷毛向左彎曲得出牙刷受到向左的摩擦力，就會(huì)產(chǎn)生“為什么牙刷不動(dòng)也受到摩擦力”的困惑。教師適時(shí)追問：牙刷真的不動(dòng)嗎？學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，牙刷相對(duì)于接觸面是向右運(yùn)動(dòng)的，從而得出對(duì)滑動(dòng)摩擦力的方向更為準(zhǔn)確的表述：滑動(dòng)摩擦力的方向與物體相對(duì)于接觸面運(yùn)動(dòng)的方向相反，進(jìn)而深刻地體會(huì)到科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

選用生活中的物品來直觀呈現(xiàn)抽象的物理現(xiàn)象，符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。熟悉的牙刷帶來了不一樣的體驗(yàn)過程，幫助學(xué)生有效突破了教學(xué)障礙，同時(shí)還為后續(xù)“影響滑動(dòng)摩擦力的大小因素”探究實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)做鋪墊。

（三）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，探究摩擦力

對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)方案的不完善之處，教學(xué)時(shí)可以不事先提醒學(xué)生，而是放手讓學(xué)生自主探究，經(jīng)歷一個(gè)“失敗”的探究過程，在“失敗”中發(fā)現(xiàn)問題，引發(fā)如何解決問題的思考，使學(xué)生體會(huì)到成功的來之不易和真正獲得時(shí)的喜悅，培養(yǎng)科學(xué)思維能力和堅(jiān)持不懈的態(tài)度。

1.進(jìn)行常規(guī)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題。

經(jīng)過系列問題的引導(dǎo)后，學(xué)生提出：可以利用二力平衡的知識(shí)，通過測(cè)量拉力的大小來間接測(cè)量滑動(dòng)摩擦力的大小。教師讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并反饋實(shí)驗(yàn)中的發(fā)現(xiàn)和困惑。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)后提出的問題和困惑有：讓木塊保持勻速直線運(yùn)動(dòng)很困難，彈簧測(cè)力計(jì)在運(yùn)動(dòng)過程中讀數(shù)不準(zhǔn)確，示數(shù)忽大忽小，等等。讓學(xué)生在做中思，有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的能力。

2.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果。

發(fā)現(xiàn)問題后，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)測(cè)量滑動(dòng)摩擦力的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行改進(jìn)：回顧之前的體驗(yàn)（2）和體驗(yàn)（3），如何解決剛剛提出的問題和困惑？學(xué)生通過回顧之前的體驗(yàn)活動(dòng)發(fā)現(xiàn)，“不動(dòng)”的牙刷也能受到滑動(dòng)摩擦力，從而將方法正向遷移，對(duì)之前的實(shí)驗(yàn)方法加以改進(jìn)：將木塊固定，拉動(dòng)木板產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力（如圖5），此時(shí)木塊保持靜止?fàn)顟B(tài)，因此不必勻速拉動(dòng)木板（但盡可能保持速度穩(wěn)定）。這樣的操作簡(jiǎn)單而且效果明顯。為了增加演示實(shí)驗(yàn)的可視度，還可以進(jìn)一步做出改進(jìn)——安裝定滑輪來改變拉力的方向，并將彈簧測(cè)力計(jì)豎直懸掛（如圖6），便于觀看和讀數(shù)。通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)生經(jīng)歷了解決問題的過程，培養(yǎng)了創(chuàng)新和解決問題的能力。

由于之前的體驗(yàn)活動(dòng)中已經(jīng)滲透了這樣的思路：木板不動(dòng)時(shí)向右拉動(dòng)牙刷和牙刷不動(dòng)時(shí)向左拉動(dòng)木板，效果是相同的。有了這樣的鋪墊，學(xué)生很容易聯(lián)想到將牙刷換成木塊，達(dá)到學(xué)以致用并遷移深化的目的。對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)是本節(jié)課的難點(diǎn)，通過上述教學(xué)設(shè)計(jì)，難點(diǎn)的突破水到渠成。

（四）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，深化摩擦力

掌握了測(cè)量摩擦力的方法，就可以繼續(xù)探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素了。在猜想與假設(shè)環(huán)節(jié)，教師鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)提出各種猜想。學(xué)生可能會(huì)提出：滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度、壓力大小、重力大小、速度大小、接觸面積等因素有關(guān)。其中，壓力和重力對(duì)滑動(dòng)摩擦力的影響，學(xué)生常常分不清楚。為此，筆者創(chuàng)新設(shè)計(jì)了如圖7所示的實(shí)驗(yàn)裝置：測(cè)出一塊長(zhǎng)條形磁鐵在木板上滑動(dòng)時(shí)受到的滑動(dòng)摩擦力大小;然后，在木板的下表面粘上鋼尺，在增大磁鐵對(duì)木板壓力的同時(shí)又保持了磁鐵的重力不變，再測(cè)出磁鐵此時(shí)受到滑動(dòng)摩擦力的大小，比較兩次示數(shù)發(fā)現(xiàn)：壓力增大，滑動(dòng)摩擦力明顯增大。為了讓結(jié)論更具有說服力，可以引導(dǎo)學(xué)生課后思考、完善實(shí)驗(yàn)方案：如何在保持壓力不變時(shí)增大重力，比較滑動(dòng)摩擦力的大小。如此，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，保持學(xué)生的認(rèn)知活力。

*本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“體驗(yàn)式教學(xué)促進(jìn)初中生物理科學(xué)素養(yǎng)提升的實(shí)踐研究”（編號(hào)：D/2016/02/99）和鹽城市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“初中物理體驗(yàn)式教學(xué)的實(shí)施策略研究”（編號(hào)：2017—L—144）的階段性研究成果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 洪從兵.強(qiáng)化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，培養(yǎng)科學(xué)思維——以《照相機(jī)與眼球視力的矯正》教學(xué)設(shè)計(jì)為例[J].教育研究與評(píng)論（中學(xué)教育教學(xué)），2017（7）.

[2] 洪從兵.科學(xué)探究中猜想與假設(shè)的引導(dǎo)策略[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2014（9）.

[3] 陳棟，季衛(wèi)新.研究性備課：初中物理核心素養(yǎng)之學(xué)生思維能力的培養(yǎng)——以“凸透鏡成像的規(guī)律”重難點(diǎn)突破為例[J].物理教師，2019（4）.5，7，14，15，16，19，32，47，62，72，74，77-79，86，91