《摩擦力》中“靜摩擦力”的教材分析

李曉紅　葛文榮

摘 要：教材是課程標(biāo)準(zhǔn)的具體化，包含了經(jīng)典的教學(xué)案例，為教師教學(xué)提供了非常重要的啟示和智力支持。本文通過(guò)對(duì)《摩擦力》一節(jié)中靜摩擦力部分的教材解讀，梳理教材呈現(xiàn)內(nèi)容的基本思路，體會(huì)教材對(duì)知識(shí)的處理方式，從而根據(jù)學(xué)情、資源等條件對(duì)教材進(jìn)行個(gè)性化的處理，提高教學(xué)的有效性。

關(guān)鍵詞：靜摩擦力；教材分析；內(nèi)容思路

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）8-0028-2

《摩擦力》一節(jié)的知識(shí)既是力學(xué)的基礎(chǔ)，也是組成整個(gè)高中物理知識(shí)的一塊“基石”。其問(wèn)題的復(fù)雜性體現(xiàn)在“動(dòng)中有靜，靜中有動(dòng)”的特點(diǎn)，尤其是靜摩擦力在許多問(wèn)題中“若有若無(wú)，方向不定”，給剛剛進(jìn)入高中學(xué)習(xí)的學(xué)生們帶來(lái)很大困難。所以，改變學(xué)生潛意識(shí)中對(duì)摩擦力的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，形成正確的理解，是本節(jié)課必須完成的教學(xué)任務(wù)?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》（簡(jiǎn)稱(chēng)《課標(biāo)》）對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的要求是“通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)滑動(dòng)摩擦、靜摩擦的規(guī)律，能用動(dòng)摩擦因數(shù)計(jì)算摩擦力”。因此，在實(shí)際教學(xué)中要通過(guò)探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)?zāi)Σ亮Φ漠a(chǎn)生過(guò)程，并思考摩擦力的產(chǎn)生條件、影響因素及特點(diǎn)。

從學(xué)生角度來(lái)看，通過(guò)之前的物理學(xué)習(xí)，學(xué)生在知識(shí)與技能上已經(jīng)具備了二力平衡和重力、彈力的相關(guān)知識(shí)，掌握了一些基本的物理分析方法，為靜摩擦力的學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。在思維與心理方面，只要教師適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和啟發(fā)，他們便能?chē)L試從所觀察的現(xiàn)象中總結(jié)知識(shí)。該階段的學(xué)生心理已趨于成熟，對(duì)物理的學(xué)習(xí)開(kāi)始從好奇發(fā)展到嘗試探究的層次。由于靜摩擦現(xiàn)象與日常生活聯(lián)系密切，因而學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)較強(qiáng)。但在學(xué)習(xí)過(guò)程中也存在一些困難，由于生活經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致的一些前概念，學(xué)生容易被感性認(rèn)識(shí)所支配，缺乏知識(shí)的遷移能力，造成認(rèn)知錯(cuò)誤。

本節(jié)內(nèi)容從教材呈現(xiàn)來(lái)看，教材并非長(zhǎng)篇累牘、單調(diào)枯燥，而是內(nèi)容活潑生動(dòng)、豐富多彩。從開(kāi)篇小孩子推箱到演示中的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，再到自行車(chē)中的滾動(dòng)軸承和流體的阻力，與生活緊密相關(guān)的內(nèi)容已經(jīng)抓住了學(xué)生的眼球。但教材的每部分安排到底寓意如何，之間有什么聯(lián)系，希望能通過(guò)以下的教材分析，得以明晰。

片段一：（教材第一段）摩擦力

學(xué)生曾在初中學(xué)習(xí)摩擦力的基本知識(shí)，對(duì)摩擦力的產(chǎn)生條件有一定的認(rèn)識(shí)。從知識(shí)的連貫性考慮，第一段援引了初中教材上的內(nèi)容，將高中內(nèi)容與初中內(nèi)容平緩銜接。

片段二：（教材第二段）思考與討論

接下來(lái)的思考與討論，教材用非常形象的三幅圖表現(xiàn)出了摩擦力從無(wú)到有，從靜（摩擦力）到動(dòng)（摩擦力）的過(guò)程。這個(gè)場(chǎng)景反映在小孩子推箱的過(guò)程，以此抽象出的物理模型也是受力分析中最簡(jiǎn)單的類(lèi)型之一。由于學(xué)生對(duì)此熟悉并便于分析木箱的受力情況，在三幅圖的引導(dǎo)下，學(xué)生可以逐一對(duì)三幅圖進(jìn)行受力分析：

①開(kāi)始用很小的推力，推不動(dòng)，分析受力情況；

②再用稍大的力去推，還是靜止不動(dòng)，分析受力情況；

③繼續(xù)增大推力，箱子開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，分析受力情況。

通過(guò)學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題抽象出的物理模型進(jìn)行分析后，能夠得出：箱子在推力作用下相對(duì)地面靜止，但在沿這個(gè)力的方向上有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，箱子跟地面之間發(fā)生了摩擦。這個(gè)摩擦力和推力都作用在箱子上，他們的大小相等，方向相反，彼此平衡，因此箱子保持不動(dòng)，這時(shí)發(fā)生的摩擦力叫靜摩擦力。

教材從學(xué)生的最簡(jiǎn)單的生活實(shí)踐出發(fā)，通過(guò)層層深入的方式，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物體進(jìn)行受力分析，自己去感受，靜摩擦力的產(chǎn)生條件、大小、方向。雖然我們知道靜摩擦力的大小、方向都是教學(xué)難點(diǎn)，但這些內(nèi)容不可能在我們這一節(jié)課就能完全解釋清楚，讓學(xué)生全部了解，而是應(yīng)該讓學(xué)生先熟悉解決問(wèn)題的基本方法，然后在以后的學(xué)習(xí)中逐步解決這些問(wèn)題。

通過(guò)以上內(nèi)容，學(xué)生初步了解了靜摩擦力的規(guī)律，知道靜摩擦力有變化范圍，同時(shí)對(duì)靜摩擦力規(guī)律的認(rèn)識(shí)應(yīng)該包括最大靜摩擦力。因此，教材接下來(lái)通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生感知靜摩擦力有最大值，即最大靜摩擦力。

片段三：（演示實(shí)驗(yàn)）

對(duì)最大靜摩擦力的處理，教材采用探究的方法，既可讓學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，也可將探究最大靜摩擦力的實(shí)驗(yàn)處理為演示實(shí)驗(yàn)。探究由教師和學(xué)生共同完成，并且提示學(xué)生可以通過(guò)在指針下輕塞一個(gè)小紙團(tuán)，定位指針達(dá)到的最大位置，將瞬間出現(xiàn)并立刻轉(zhuǎn)化為滑動(dòng)摩擦力的最大靜摩擦“記錄下來(lái)”，以此讓學(xué)生感受兩個(gè)接觸面從相對(duì)靜止變?yōu)橄鄬?duì)滑動(dòng)時(shí)靜摩擦力的變化范圍及最大值。

教材的意圖是通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生進(jìn)一步理解兩物體處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)木塊受到的靜摩擦力隨拉力的增大而增大，并且能明顯地發(fā)現(xiàn)靜摩擦力有一個(gè)最大值。對(duì)“相對(duì)靜止”有一個(gè)較深的感性認(rèn)識(shí)，通過(guò)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察和積極思考，在對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察思考、分析歸納中獲得科學(xué)規(guī)律。

同時(shí)，教材在探究最大靜摩擦力大小的這一演示實(shí)驗(yàn)中是留有伏筆的。所拉重物并非是一簡(jiǎn)單物塊，而是有裝砝碼的凹槽。學(xué)生可以在教師的引導(dǎo)下，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)一步探究最大靜摩擦力與壓力的關(guān)系。同時(shí)，藍(lán)色的桌面上可鋪不同摩擦系數(shù)的毛巾、玻璃板等物體，探究最大靜摩擦力的大小與表面粗糙程度的關(guān)系。

最后，教材介紹可以把力學(xué)傳感器用于該實(shí)驗(yàn)中，在計(jì)算機(jī)屏幕上直接得到物體受到的拉力隨時(shí)間的變化情況，從而得出靜摩擦力的規(guī)律。雖然很多學(xué)校不具備這樣的實(shí)驗(yàn)條件，但是可以在互聯(lián)網(wǎng)上找到該圖像呈現(xiàn)給學(xué)生，同樣有助于學(xué)生建立感性的認(rèn)識(shí)。

相比于舊教材，新教材打破舊的模式，從靜摩擦力入手。雖然筆者剛開(kāi)始并不理解，甚至認(rèn)為這樣做加深了教學(xué)的難度，在實(shí)際操作時(shí)應(yīng)先講滑動(dòng)摩擦力更好切入。但再次認(rèn)真研讀教材和教師用書(shū)，逐漸理解教材從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)生的先后順序考慮，先介紹靜摩擦力，但并非要求一次性的就把能力要求提到較高的層面，反而是通過(guò)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生首先建立感性認(rèn)識(shí)，進(jìn)行最基本的認(rèn)識(shí)、了解和判斷，然后通過(guò)大量的實(shí)例，讓學(xué)生感受靜摩擦力的方向與大小的特點(diǎn)。

因此，本節(jié)教材的設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)了兩個(gè)特點(diǎn)：

一是探究性，雖然靜摩擦現(xiàn)象我們并不陌生，但靜摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)我們卻并不熟悉，這留給我們一定的探究空間。

二是實(shí)用性，增大摩擦和減小摩擦在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的具體運(yùn)用，與我們的生活密切相關(guān)。

雖然，教材不是教學(xué)的文本材料，但教材還是為教師和學(xué)生提供了研究探索物理規(guī)律的基本方法和途徑。所以，教學(xué)必須要從研究教材開(kāi)始。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王洪玲.高中新課程教學(xué)策略與備課指南 物理必修一[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

（欄目編輯 李富強(qiáng)）