初、高中物理教學(xué)銜接案例研究——以“摩擦力”為例

徐 靜

（北京四中房山分校，北京 102442）

初中物理教材知識容量小，物理概念和規(guī)律多是從對生產(chǎn)、生活的實際現(xiàn)象或應(yīng)用中歸納總結(jié)出來的，教師更注重課堂教學(xué)的趣味性，高中物理的知識容量明顯增多，難度梯度明顯提升，對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力要求更高，再之一部分高中教師不了解初中教材以及學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，教學(xué)中更注重時效性，教學(xué)節(jié)奏加快，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)困難，造成初高中物理教學(xué)中銜接脫節(jié)的情況，本文以北京師范大學(xué)出版社《物理》教科書八年級（全一冊）和人教版（2019年）高中物理教材必修第一冊為樣本，分析摩擦力教學(xué)中的銜接情況，提出切實可行、實用的設(shè)計思路，希望學(xué)生在初高中物理學(xué)習(xí)上實現(xiàn)自然過渡，建立學(xué)習(xí)物理的自信心.

1 初、高中物理教材中摩擦力的教學(xué)內(nèi)容的銜接分析

初中物理教材設(shè)置了“想一想”、大篇幅的“探究影響滑動摩擦力大小的因素”、“相關(guān)鏈接”和“議一議”.通過”想一想“欄目，學(xué)生認(rèn)識到身邊存在摩擦力，了解滑動摩擦力；通過實驗談及知道滑動摩擦力與壓力大小有關(guān)，與接觸面粗糙程度有關(guān)，在此基礎(chǔ)上通過“議一議”進一步明確增大、減小摩擦力的方法，通過“相關(guān)鏈接”對靜摩擦力和滾動摩擦力做了簡介，將重點放在滑動摩擦力上，對靜摩擦力的認(rèn)識有限.而高中階段摩擦力是在初中摩擦力基礎(chǔ)上的拓展，初中已學(xué)基礎(chǔ)知識，高中對物體受力分析要求更高，對摩擦力的理解還要和受力分析相吻合；關(guān)于滑動摩擦力大小，初中定性分析影響滑動摩擦力的因素，高中將滑動摩擦力跟接觸面性質(zhì)的關(guān)系上升為定量計算，要求知道動摩擦因數(shù)的概念，并用公式計算大小，應(yīng)該理解N是接觸面的壓力，屬于彈力性質(zhì).

摩擦力在具體問題中表現(xiàn)出靜中有動，動中有靜的復(fù)雜性，尤其靜摩擦力的方向的判斷更是難度大，也一直是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點和重點，基于學(xué)情，摩擦力可以分為2課時，因為學(xué)生初中對滑動摩擦力的認(rèn)識較多，從學(xué)生容易接受的開始入手，建議先認(rèn)識滑動摩擦力，按照認(rèn)識的邏輯，摩擦力應(yīng)該是方向在前，大小在后.課堂教學(xué)重點應(yīng)該是從知識的交代轉(zhuǎn)化為規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，通過學(xué)生自主體驗，分組實驗，得到滑動摩擦力的方向的特點，接著通過分組實驗，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，再利用傳感器在實驗探究的基礎(chǔ)上得出滑動摩擦力的公式，從而發(fā)展思維能力，學(xué)會方法，養(yǎng)成態(tài)度.

2 從物理學(xué)科核心素養(yǎng)角度分析初、高中物理教材中摩擦力的教學(xué)目標(biāo)

表1 初、高中物理教材摩擦力的教學(xué)目標(biāo)

續(xù)表

3 高中物理滑動摩擦力的重點知識的教學(xué)實踐

3.1 教學(xué)過程

3.1.1 創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

教師：演示實驗：推動物塊在桌面上滑行，經(jīng)過一段時間后，物塊會停止運動.

問題1：物塊為什么會停止運動？

教師：生活中，摩擦力無處不在，用橡皮在紙上涂改錯字，鞋子穿久了，鞋底的花紋會被磨平，自行車剎車，擦黑板等，都和摩擦力有關(guān)，沒有摩擦力，我們將寸步難行，摩擦力有什么特點呢？本節(jié)課將學(xué)習(xí)摩擦力相關(guān)的內(nèi)容.

設(shè)計意圖：初中階段已知滑動摩擦、滾動摩擦、靜摩擦現(xiàn)象的存在，再結(jié)合實際生活現(xiàn)象，將相關(guān)類型的事件聯(lián)系起來，將物理和生活聯(lián)系起來，引入摩擦力課題.

3.1.2 認(rèn)識滑動摩擦力

（1）自主體驗，感性認(rèn)識.

教師：生活中摩擦力無處不在，那么摩擦力是如何產(chǎn)生的呢？

自主體驗：手按壓桌子，繼續(xù)用更大的力，使手在桌面上滑動.

問題2：你的手有什么感覺？為什么會有這樣的感受？

教師：手按壓桌子，同時手相對桌子要向前運動，手會感知到桌面對它相對桌子運動的阻礙，此時手和桌子之間會產(chǎn)生滑動摩擦力.

問題3：圖1～4為生活中常見情境，分析物體A是否受到摩擦力？

圖1 箱子（A）在人的推動下沿水平面向右運動

圖2 小朋友（A）從滑梯滑下

圖3 手握黑板擦（A）從上往下擦黑板

圖4 木板向右移動，木塊（A）靜止

引導(dǎo)學(xué)生用規(guī)范的語言表述、歸納總結(jié).

教師：兩個相互接觸的物體A和物體B，當(dāng)物體A相對物體B滑動時，會在接觸面上產(chǎn)生滑動摩擦力阻礙物體A相對物體B運動.

設(shè)計意圖：通過自主體驗，獲得豐富的感性認(rèn)識，感知滑動摩擦力的作用效果是“阻礙相對運動”.學(xué)生在初中階段研究問題時，通常研究在地面上或是相對地面靜止的的物體上滑動時受到的摩擦力，因此在高中教學(xué)時，總是把“阻礙相對運動”認(rèn)為成“阻礙運動”，高中教學(xué)中在建立滑動摩擦力概念之初就應(yīng)該指出“阻礙相對運動”的特點，并建立模型，形象的運用AB物體進行解釋，這才符合概念反映事物本質(zhì)的特征.

（2）滑動摩擦力的方向.

教師：滑動摩擦力是矢量，有大小和方向，那么滑動摩擦力的方向怎樣描述呢？

演示實驗：手握長毛刷在黑板上來回運動.

問題3：毛刷為什么會彎曲？

問題4：毛刷彎曲的方向與其所受滑動摩擦力方向的關(guān)系是什么？

引導(dǎo)總結(jié)：毛刷彎曲的方向就是毛刷所受滑動摩擦力方向.

分組實驗，探究毛刷在不同運動情境下所受滑動摩擦力的方向.兩人一組，利用小牙刷與紙板適度壓緊，完成相應(yīng)操作，并填充表格（表2）.

表2 滑動摩擦力的方向?qū)嶒炋骄?/p>

學(xué)生分組實驗，觀察現(xiàn)象，歸納總結(jié)滑動摩擦力方向的特點.

引導(dǎo)總結(jié)滑動摩擦力的方向：物體A所受的滑動摩擦力的方向總是沿著物體AB的接觸面，并且跟其相對物體B運動的方向相反.

設(shè)計意圖：初中階段，摩擦力的方向是難點，但不是重點，初中階段，多數(shù)教師只是結(jié)合毛刷的彎曲情況簡要介紹，不做深入分析.

高中階段滑動摩擦力的方向仍是難點，并且也是重點，是對初中知識的延伸和拓展.教學(xué)時可以借助毛刷觀察現(xiàn)象，直觀的現(xiàn)象使學(xué)生容易理解摩擦力的作用效果，形成表述和現(xiàn)象的一致.并設(shè)計分組實驗，讓學(xué)生有參與感，調(diào)動興趣，通過觀察實驗現(xiàn)象，歸納總結(jié)滑動摩擦力的方向，幫助學(xué)生理解抽象的概念規(guī)律，能深刻認(rèn)識到滑動摩擦力的方向有可能與運動方向相反，也有可能與物體運動方向相同，從而幫助理解到“相對運動”的內(nèi)涵，是兩個物體分別以對方為參考系表現(xiàn)出來的運動，而不是相對地面或其它物體的運動，實現(xiàn)對物理概念理解的升華.

（3）滑動摩擦力的大小.

教師：回顧初中知識，滑動摩擦力的大小主要與接觸面的粗糙程度和物體間的壓力有關(guān)，如果有某種定量關(guān)系的話，它們可能是怎樣的關(guān)系呢？

演示實驗：如圖5所示，利用力學(xué)傳感器和摩擦力實驗裝置，通過定量實驗得出結(jié)論.

圖5 力學(xué)傳感器和定量測量摩擦力的實驗裝置

實驗前分析裝置，彈簧測力計測出木塊的重力的大小，即為木塊對平板的壓力，用電動機帶動平板向左緩慢勻速運動，力學(xué)傳感器記錄數(shù)據(jù)，其大小即為木塊所受滑動摩擦力的大小.

實驗流程：

（1）木塊與平板小車間接觸面的粗糙程度不變，在木塊上方增加砝碼.

（2）保持壓力不變，改變接觸面粗糙程度，重復(fù)上述實驗.

通過實驗，分析數(shù)據(jù)，繪制圖像（圖6）.

圖6 朗威DISLab處理數(shù)據(jù)和圖像

對同一接觸面，圖線呈一條傾斜的直線，說明滑動摩擦力與壓力大小成正比，當(dāng)用毛粘面做實驗時，N不變，摩擦力變大，意味著f/N變大，說明f/N與接觸面的性質(zhì)有關(guān)，對同一接觸面來說，f/N是定值，接觸面材料不同，粗糙程度不同，f/N就會不同，我們把f/N的值定義為動摩擦因數(shù)，用μ表示，從表達(dá)式看出來動摩擦因數(shù)沒有單位.此表達(dá)式也提供了測量動摩擦因數(shù)的方法.

大量實驗都表明滑動摩擦力大小與壓力成正比，還跟接觸面的性質(zhì)有關(guān).即

設(shè)計意圖：初中階段，影響滑動摩擦力大小的因素是重點，關(guān)于影響滑動摩擦力的因素，學(xué)生通過實驗探究得到“接觸面越粗糙，壓力越大，滑動摩擦力也就越大”的定性結(jié)論.高中教材則是一筆帶過，直接給出了滑動摩擦力的公式，對學(xué)生而言，跳躍性太大，應(yīng)該從學(xué)生已有的知識出發(fā)，設(shè)計實驗，經(jīng)歷規(guī)律表示從定性描述到定量計算的過程，達(dá)成思維方式的有效銜接.經(jīng)歷實驗探究的過程也是建立物理模型，分析滑動摩擦力大小和方向的過程，讓學(xué)生經(jīng)歷基于證據(jù)得出結(jié)論的科學(xué)探究過程，并能理解隨著新證據(jù)的增加，會對初中已知的物理規(guī)律進行不斷完善和深入學(xué)習(xí)，實現(xiàn)知識的同化和順應(yīng).［1］

本文通過對初、高中物理教材中摩擦力的銜接研究，意識到作為高中物理教師，除了用心研讀高中教材和課程標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)該研讀初中教材，準(zhǔn)確定位教學(xué)起點，結(jié)合學(xué)生已有知識設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，處理好初、高中物理教學(xué)的銜接問題，幫助學(xué)生實現(xiàn)知識建構(gòu)、思維方式和課堂模式的有效銜接，建立學(xué)生學(xué)習(xí)物理的自信心.