“探究摩擦力”

李婭

基于項目的學習（project-based learning，PBL）是一種圍繞項目組織學習的一種模式。學生以小組為單位圍繞某主題，利用各種認知工具進行調查、資料搜集、分析研究，最終展示自己的研究成果。在動手實踐、思考內化和探索創新之中掌握知識、培養技能并獲得全面發展。旨在把學生融入有意義的任務完成的過程中，讓學生積極地學習、自主地進行知識的建構。

一、項目設計

1.項目背景

在日常生活中，摩擦力扮演了一個很重要的角色，當太陽點亮一個新的黎明，我們睜開雙眼時，眼球和眼皮已經完成了一天的第一次摩擦，接下來，穿衣、洗漱、吃飯、學習、運動等都離不開摩擦力，沒有摩擦力我們將無法合上雙眼酣然入夢。摩擦力滲透在我們的衣、食、住、行中，因此，我們必須觀察它，研究它。

通過初中的學習我們已經定性的知道摩擦力與物體的正壓力、接觸面的材料有關，但思維中仍然有困惑，例如：物體的速度越大，摩擦力越大;接觸面積越大，摩擦力越大等。并且普通高中物理課程標準“要求通過實驗認識滑動摩擦、靜摩擦的規律，能用動摩擦因數計算摩擦力，建議調查日常生活和生產中利用靜摩擦的事例。”因此確定“探究摩擦力”為項目進行學習。

2.學生分組

學生以“志同道合”為原則自行分組，找到自己感興趣的“子項目”作為任務，并定下計劃。

二、項目實施

1.教師創設情境，介紹項目

教師演示：一細線穿過彎曲的吸管和紙杯，其中吸管在紙杯內部（如右圖），細線兩端分別拴一輕木球和一重鐵球。當用手提起鐵球讓木球自然下垂時，紙杯可沿細線自由地下滑，如果手換成提木球而讓鐵球自然下垂，此時，可以看到紙杯將停止沿細線自由下滑。

（注意：實驗演示時將紙杯換成一個密閉的紙筒，以魔術的形式出現，趁學生不注意將兩球倒置，產生不同的效果，增強實驗的興趣使學生產生強烈的求知欲。）

要弄清楚其中的道理，我們以“探究摩擦力”為項目進行學習。

2.學生活動

學生根據自己負責的子任務開始具體的設計。這一環節學生之間需要合作、溝通。這一環節工作量最大，吸引力也最強，學生遇到問題時可以向其他小組請教，或者直接向教師尋求幫助。這個階段，學生利用研究性學習的方法進行探究，教師適及時與各組交流，分析實驗方案，指導實驗操作。

3.成果展示

各小組把自己成果以小論文、實驗報告、課題報告等形式共享到班級論壇。教師根據教學選取三個小組分享。其他小組的成果以研究性學習報告的形式展示。

（1）展示一：滑動摩擦力與物體接觸面積的關系

步驟：質量為m滑塊底面的1/3與課本接觸，用一個彈簧秤拉著滑塊以速度v在課本表面上勻速移動，記錄彈簧秤的示數F1.

滑塊底面的1/2與課本接觸，用一個彈簧秤拉著滑塊以速度v在課本表面上勻速移動，記錄彈簧秤的示數F2.

滑塊底面全部與課本接觸，用彈簧秤拉著滑塊以速度v在課本表面上勻速移動，記錄彈簧秤的示數F3.

④比較F1 、F2 、F3.

⑤結論：滑動摩擦力與物體接觸面積無關。

（2）展示二：滑動摩擦力與物體運動的速度的關系

步驟：如圖4-47所示，在長木板上用一個彈簧秤拉著一個質量為m的滑塊以速度v1勻速移動，記錄彈簧秤的示數F1=1.0N.

在長木板上用一個彈簧秤拉著一個質量為m的木塊以速度v2（v2>v1）勻速移動，記錄彈簧秤的示數F2=0.9N.

在長木板上用一個彈簧秤拉著一個質量為m的木塊以速度v3 （v3>v2）勻速移動，記錄彈簧秤的示數F3=0.9N.

④比較F1 、F2 、F3.

⑤結論：滑動摩擦力與物體運動的速度無關。

（3）展示三：最大靜摩擦與滑動摩擦力的關系

方案一：在彈簧測力計的指針下輕塞一個小紙團，紙團可以隨指針移動，并作為指針到達最大位置的標記，當拉力到達某一數值時木塊開始運動，此時拉力會突然變小。

方案二：用力的傳感器代替彈簧測力計。

結論：最大靜摩擦比滑動摩擦力略大

④反思：方案一中實驗儀器簡單，但紙團容易卡在彈簧測力計的槽中，示數也不精確。方案二，測量雖然精確，但對儀器的要求較高，在普通高中，特別是農村中學，根本就沒有傳感器，無法進行方案二的實驗。因此我對方案一進行了小小的改進：用紙條代替紙團，但紙條不是隨意的紙條，紙條要求稍硬、較窄（2mm寬）、稍光滑（可以從廢棄的名片、電話卡、會員卡等剪取），這樣紙條不易卡在彈簧測力計的槽中，紙條光滑與測力計本身的摩擦較小，紙條窄有利于精確記錄數據。（如圖所示）

這樣的改進，實驗器材方便易取，有利于在條件較差的學校，有效的開展實驗。

三、項目評估與反思

在本次項目學習中，學生根據自己的興趣選擇課題，研究過程非常認真，研究成果顯著。

第一，研究“摩擦力理論分析”課題的小組，獲取了摩擦力理論的發展歷程，找到了摩擦力產生的學說――凹凸嚙合說和粘附說，并介紹了摩擦力的電磁相互作用，分析了固體摩擦、液體摩擦、混合摩擦等情況。

第二，研究“生活中摩擦力的利弊”課題的小組，探究了車重與剎車距離的定量關系，總結了剎車距離的影響因素，對司機提出了建議，總結了生活中的摩擦力的利與弊，并對生第三，研究“最大靜摩擦與滑動摩擦力的關系”的小組，對課本的實驗方案進行實踐、反思和重新設計。

第四，研究“滑動摩擦力與物體接觸面積關系和滑動摩擦力與物體運動速度”的小組，解決了我們的困惑（滑動摩擦力與物體接觸面積和物體運動速度均無關），對摩擦力知識進行了總結，形成了知識系統。

在學習過程中，學生借助研究性學習的方法，通過自主探索，在實踐中建構對新知識的認知，并且在實踐的操作過程中鍛煉了動手操作、創新能力，同時培養了自主學習，合作學習與發現問題、解決問題的能力。組內和組間的合作與交流培養了學生之間的合作與表達能力。教師在教學過程中及時關注學生的活動進程，并對學生的學習做相應的指導，發揮教師在教學中助學者的作用。