高中物理延展式教學(xué)設(shè)計(jì)探討①
——以“靜摩擦力”教學(xué)為例

(江蘇省通州高級(jí)中學(xué)，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(rèn)為從“實(shí)踐”出發(fā)，實(shí)施高中物理延展式教學(xué)，在發(fā)展學(xué)生實(shí)踐意識(shí)的同時(shí)，學(xué)生的核心素養(yǎng)也可以獲得有效提升，促進(jìn)教學(xué)重、難點(diǎn)的有效突破。對(duì)于高一學(xué)生而言，開(kāi)始學(xué)習(xí)時(shí)就會(huì)遇到若干個(gè)難點(diǎn)，“靜摩擦力”就是其中之一。作為幾種常見(jiàn)的力之一，學(xué)好靜摩擦力，將為學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力學(xué)和靜力學(xué)打好基礎(chǔ)，在教學(xué)中教師要善于從學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)基礎(chǔ)出發(fā)來(lái)組織教學(xué)。對(duì)于“靜摩擦力”，學(xué)生并不陌生，初中已接觸過(guò)這一概念，學(xué)生在生活中也遇到過(guò)，但學(xué)生的認(rèn)識(shí)通常是片面的，如何促進(jìn)學(xué)生更為全面地理解“靜摩擦力”這一概念？筆者立足于學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一節(jié)重實(shí)踐、重延展的物理概念課。

1 通過(guò)生活圖片延展到與知識(shí)相關(guān)的問(wèn)題

雖然我們無(wú)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(lái)，筆者在教學(xué)中通過(guò)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(xué)習(xí)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(wèn)題：通過(guò)圖片的觀察，你知道這些花紋和紋路有什么作用嗎？在問(wèn)題的引導(dǎo)下，學(xué)生積極思考，很多學(xué)生情不自禁地抬起腳，聯(lián)系自己的行走特點(diǎn)，尋找答案。

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

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

2 設(shè)置實(shí)踐情境，延展學(xué)生認(rèn)知

摩擦力的基本類(lèi)型對(duì)于學(xué)生并不陌生，但是高中教學(xué)不應(yīng)該生硬地讓學(xué)生進(jìn)行概念的復(fù)述，筆者認(rèn)為可以通過(guò)設(shè)置問(wèn)題的方式，完成一個(gè)有效的銜接。

問(wèn)題情境1：小明要將一個(gè)非常重的箱子從A點(diǎn)搬到B點(diǎn)，問(wèn)題是箱子太重了。你能為小明出謀劃策嗎？

學(xué)生紛紛說(shuō)：搬不動(dòng)，可以推著走啊。

問(wèn)題情境2：如果小明在推的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)很難推動(dòng)，怎么辦呢？

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

問(wèn)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(lái)是改變物體對(duì)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(xué)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(dòng)。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析三種情境中的摩擦現(xiàn)象，并安排學(xué)生對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)對(duì)比。

設(shè)計(jì)意圖:上述三個(gè)問(wèn)題情境引出三種不同的摩擦力，分別為靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力以及滾動(dòng)摩擦力。這些內(nèi)容學(xué)生在初中已有認(rèn)識(shí)，這一環(huán)節(jié)就是幫助學(xué)生回顧已學(xué)知識(shí)，為新知識(shí)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

3 借助親身體驗(yàn)，延展對(duì)概念的全面理解

實(shí)驗(yàn)是最具物理味的課堂實(shí)踐活動(dòng)，無(wú)論是演示實(shí)驗(yàn)還是分組實(shí)驗(yàn)都能夠給學(xué)生一種切身的體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察，實(shí)現(xiàn)從對(duì)知識(shí)的片面認(rèn)識(shí)向全面理解的延展。

3.1 由趣味實(shí)驗(yàn)引出靜摩擦力

教師利用實(shí)驗(yàn)來(lái)創(chuàng)設(shè)情境：讓每一個(gè)學(xué)生都拿出兩本書(shū)，讓學(xué)生將其一頁(yè)頁(yè)地交疊在一起，并緊壓一下，然后讓他們嘗試著抓住一本書(shū)，將書(shū)向上提起，看看會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？學(xué)生驚奇地發(fā)現(xiàn)另一本書(shū)也被提起來(lái)了。

教師提出問(wèn)題：下面的書(shū)受到重力，為什么沒(méi)有掉下去？

教師繼續(xù)讓學(xué)生實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)學(xué)生相互配合，各自抓住書(shū)的一端，相互對(duì)拉，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象。學(xué)生發(fā)現(xiàn)：無(wú)法將書(shū)本分開(kāi)。

教師提出問(wèn)題：為什么在拉力的作用下，沒(méi)有將書(shū)本拉開(kāi)？

學(xué)生開(kāi)始進(jìn)行討論，因?yàn)樗麄冊(cè)趯?shí)驗(yàn)中都很有感觸，所以討論時(shí)也就會(huì)產(chǎn)生很多深刻的認(rèn)識(shí)：外加作用力都是沿著接觸表面的，而書(shū)本沒(méi)有發(fā)生運(yùn)動(dòng)，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(gè)實(shí)驗(yàn)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(jì)意圖:靜摩擦力是學(xué)生在初中已經(jīng)接觸的概念，但是很多學(xué)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(dǎo)致基礎(chǔ)較好學(xué)生的心生厭倦，降低他們的學(xué)習(xí)熱情；若一筆帶過(guò)，則不少學(xué)生又無(wú)法及時(shí)喚醒記憶，會(huì)在學(xué)習(xí)中跟不上節(jié)奏。教師通過(guò)讓學(xué)生親身體驗(yàn)，同時(shí)通過(guò)合作、討論，讓他們相互啟發(fā)，最終突破學(xué)習(xí)的疑點(diǎn)。

3.2 動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，探究靜摩擦力的產(chǎn)生條件

實(shí)驗(yàn)1：教師將書(shū)本用力按在墻壁上，并且讓學(xué)生一起模仿，操作這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

教師提出問(wèn)題：大家看到了什么現(xiàn)象？為什么?

實(shí)驗(yàn)2：教師讓學(xué)生一起撤掉擠壓在書(shū)本上的外力。

教師提出問(wèn)題：大家看到了什么？這又是為什么？

進(jìn)一步提問(wèn)：如果接觸面光滑，則會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？

分析1：“按住”書(shū)本表明書(shū)本既有接觸又有擠壓，“放手”則意味著物體之間沒(méi)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(shí)由于有靜摩擦力的作用，物體保持靜止?fàn)顟B(tài)，這說(shuō)明靜摩擦力的作用能夠阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：要產(chǎn)生靜摩擦力就必須要存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

分析3：接觸面如果光滑，則物體將會(huì)滑動(dòng)，即無(wú)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(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出靜摩擦力的產(chǎn)生條件，同時(shí)也對(duì)靜摩擦力的定義進(jìn)行了進(jìn)一步的完善。

設(shè)計(jì)意圖:將書(shū)本按在墻上的實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單而易行，有關(guān)現(xiàn)象也比較直觀，方便學(xué)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(yùn)用毛刷實(shí)驗(yàn)，探究靜摩擦力的方向

教師演示毛刷實(shí)驗(yàn)，當(dāng)毛刷靜止時(shí)，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(gè)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(guò)刷毛的彎曲方向來(lái)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(méi)有發(fā)生滑動(dòng))，學(xué)生能夠清晰地發(fā)現(xiàn)此時(shí)刷毛向左。教師提問(wèn)：毛刷所受到的靜摩擦力朝什么方向？學(xué)生答：刷毛向左，則摩擦力向左。教師提問(wèn)：毛刷的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)朝什么方向？學(xué)生答：在外力作用下毛刷產(chǎn)生向右的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。教師繼續(xù)問(wèn)：運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向與靜摩擦力的方向存在什么關(guān)系？學(xué)生答：靜摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反。

為了驗(yàn)證這一想法，教師繼續(xù)問(wèn)：如果外力向左側(cè)拉，但是沒(méi)有拉動(dòng)，你認(rèn)為運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)朝什么方向？靜摩擦力朝什么方向？學(xué)生猜想：運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向左，靜摩擦力的方向應(yīng)該向右。教師提示：請(qǐng)自己驗(yàn)證，并總結(jié)結(jié)論。學(xué)生拿起手邊的毛刷，自主搜集證據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)合實(shí)驗(yàn)，他們進(jìn)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(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反。

問(wèn)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(xué)生回答：物體在斜面上會(huì)產(chǎn)生相對(duì)下滑的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，因此靜摩擦力的方向沿斜面向上。

問(wèn)題情境2：除了通過(guò)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)來(lái)判斷，我們還有其他方法嗎？比如剛才按在墻壁上的書(shū)，怎樣研究靜摩擦力的方向？

學(xué)生回答：畫(huà)受力分析圖，從受力平衡角度來(lái)處理。

教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)方向判斷的兩種方法：(1) 假設(shè)法，假設(shè)沒(méi)有摩擦力，由此來(lái)判斷物體運(yùn)動(dòng)的方向，這就是物體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)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(yùn)用二力平衡來(lái)判斷靜摩擦力方向。

設(shè)計(jì)意圖:靜摩擦力方向判斷的難點(diǎn)在于其抽象性，教學(xué)中教師采用毛刷來(lái)形象化顯示靜摩擦力方向，同時(shí)教師將探索和總結(jié)的權(quán)力都交給學(xué)生，讓學(xué)生自主進(jìn)行知識(shí)的建構(gòu)。

3.4 探究靜摩擦力的大小特點(diǎn)

演示實(shí)驗(yàn)：如圖1所示，教師緩緩拉動(dòng)木板，由學(xué)生觀察彈簧秤的讀數(shù)以及小木塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，提出問(wèn)題：是不是拉力越大，靜摩擦力越大？

圖1

學(xué)生結(jié)合觀察，得出以下結(jié)論：物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，所受拉力越大，則其所受靜摩擦力越大，當(dāng)拉力達(dá)到一定程度后，物體發(fā)生滑動(dòng)，則此后就不再是靜摩擦力。

學(xué)生還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拉力達(dá)到一定數(shù)值之后，兩個(gè)小三角形發(fā)生錯(cuò)位，木塊由靜止過(guò)渡為滑動(dòng)狀態(tài)，此后拉力反而減小，而在小三角形發(fā)生錯(cuò)位的瞬間，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)達(dá)到其最大值。

學(xué)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(shí)，靜摩擦力也會(huì)隨之增大，二者間保持平衡的關(guān)系；當(dāng)外力達(dá)到一定程度之后，靜摩擦力也將達(dá)到其最大值——最大靜摩擦力；當(dāng)物體發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，它將會(huì)受滑動(dòng)摩擦力作用，而滑動(dòng)摩擦力要小于最大靜摩擦力。

設(shè)計(jì)意圖:教師通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生直觀地對(duì)木塊的運(yùn)動(dòng)和受力展開(kāi)分析，并將學(xué)生的視線導(dǎo)向靜摩擦力的有關(guān)特點(diǎn)，這屬于一個(gè)定量的研究過(guò)程。

4 借助于“總結(jié)和反思”，促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化

教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本課所學(xué)進(jìn)行總結(jié)，總結(jié)包括兩個(gè)層面：(1) 對(duì)靜摩擦力的知識(shí)脈絡(luò)進(jìn)行梳理；(2) 對(duì)探究過(guò)程的體會(huì)和方法進(jìn)行交流。

設(shè)計(jì)意圖:課堂進(jìn)入最后環(huán)節(jié)，學(xué)生已經(jīng)出現(xiàn)人心浮動(dòng)的情形，這時(shí)教師完全將主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生自主進(jìn)行總結(jié)，可以讓他們不由自主地靜下心來(lái)對(duì)知識(shí)和方法進(jìn)行總結(jié)。

以上是筆者對(duì)靜摩擦力的教學(xué)設(shè)計(jì)和有關(guān)思考，在高中物理教學(xué)中，面對(duì)學(xué)生一個(gè)個(gè)學(xué)習(xí)難點(diǎn)，教師要分析學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)，立足于學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)來(lái)展開(kāi)教學(xué)，同時(shí)教學(xué)中要真正體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，這樣才能提升我們的課堂效率。