“靜摩擦力”的教學(xué)設(shè)計(jì)與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

陳昕 李科敏 李子婧 李神靈 劉寶欣

摘 要 以人教版高中《物理1（必修）》中的“靜摩擦力”為教學(xué)內(nèi)容，基于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，緊密結(jié)合學(xué)生的生活實(shí)際和學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了一系列有趣的教學(xué)活動(dòng)，突出對(duì)學(xué)生進(jìn)行“美”的熏陶，注重培養(yǎng)學(xué)生的良好品格，促進(jìn)學(xué)生的良好品格和知識(shí)能力實(shí)現(xiàn)同步增長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞 靜摩擦力 教學(xué)設(shè)計(jì) 核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.05.054

Abstract Taking the "Static Friction" in the "High School Physics 1 （Compulsory）" as a teaching content， based on the cultivation of students' core literacy， a series of interesting Teaching activities highlight the cultivation of "beauty" for students， focus on cultivating students' good character， and promote the simultaneous growth of students' good character and knowledge ability.

Keywords static friction; teaching design; core literacy

1 教材分析

（1）課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。了解靜摩擦力的定義和產(chǎn)生靜摩擦力的條件，掌握判定靜摩擦力方向的方法，能運(yùn)用靜摩擦力的知識(shí)解決生活中常見(jiàn)的相關(guān)問(wèn)題，并能結(jié)合新知識(shí)的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的良好品格。（2）本節(jié)內(nèi)容的地位和作用。“摩擦力”是人教版高中《物理1（必修）》（2010年3月第3版）第三章第3節(jié)的內(nèi)容，它是本章的教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)，“靜摩擦力”是其中的一節(jié)?！办o摩擦力”既是與人們生活緊密相聯(lián)的一種常見(jiàn)力，也是學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”和“機(jī)械能守恒定律”等物理知識(shí)的重要基礎(chǔ)。

2 學(xué)情分析

認(rèn)知層面：學(xué)生對(duì)于“靜摩擦力”定義中的“物體具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”的理解普遍存在困難。知識(shí)層面：學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)力的三要素、受力分析和二力平衡知識(shí)，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。能力層面：學(xué)生有一定的動(dòng)手能力和抽象思維能力，并有強(qiáng)烈的好奇心和求知欲，教師可以通過(guò)構(gòu)建體驗(yàn)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象和總結(jié)規(guī)律，并從中培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

3 教學(xué)目標(biāo)

（1） 物理觀念。知道什么是靜摩擦力，了解產(chǎn)生靜摩擦力的條件。學(xué)會(huì)判定靜摩擦力的方向，理解靜摩擦力的基本特性。

（2）科學(xué)思維。通過(guò)對(duì)生活中與靜摩擦力有關(guān)的案例分析，培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)的思維能力。通過(guò)靜摩擦力在生活中的應(yīng)用分析，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何將理論和實(shí)際相結(jié)合。

（3） 科學(xué)探究。通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生善于觀察和手腦并用的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。通過(guò)探究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力、語(yǔ)言表達(dá)能力和合作交流能力。

（4） 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。通過(guò)對(duì)靜摩擦力現(xiàn)象的分析研究，培養(yǎng)學(xué)生勤于動(dòng)手動(dòng)腦、勇于探索的學(xué)習(xí)習(xí)慣，并引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)創(chuàng)造美、欣賞美。通過(guò)靜摩擦力在實(shí)際生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理的親近感和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)為社會(huì)服務(wù)的責(zé)任感。

4 教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：產(chǎn)生靜摩擦力的條件和靜摩擦力的性質(zhì)。教學(xué)難點(diǎn)：對(duì)物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的理解。

5 教法與學(xué)法

教法：講授法，實(shí)驗(yàn)法，自學(xué)指導(dǎo)法。學(xué)法：合作學(xué)習(xí)法，觀察法，討論法。

6 教學(xué)用具

透明塑料袋、透明玻璃杯、彈簧測(cè)力計(jì)、彈簧、表面粗糙的毛巾各一個(gè)，兩塊長(zhǎng)短不一的木塊，細(xì)線若干，物理書(shū)本2本，水（染成咖啡色）1瓶。

7 教學(xué)過(guò)程

7.1 利用實(shí)驗(yàn)，引入新課內(nèi)容

[教師提問(wèn)1]若用袋子提起杯子，你們通常是怎樣完成這一任務(wù)的？[答：把杯子裝在袋子里，然后提起袋子就可以提起杯子。]

[教師提問(wèn)2]若把袋子放在杯子里面，要想通過(guò)提起袋子來(lái)提起袋子外面的杯子，你們會(huì)能用哪些辦法呢？[讓學(xué)生獨(dú)立思考，相互交流，再說(shuō)出完成任務(wù)的方法，如用漿糊或膠水把袋子粘到杯子的內(nèi)壁上等。]

設(shè)計(jì)意圖：鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合自己的生活經(jīng)歷去大膽猜想和發(fā)散思維，以此培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力和熱愛(ài)生活的情感。

[教師演示]先將袋子放在杯子里，然后慢慢往袋子里面倒入適量的染色水，再提起袋子，會(huì)出現(xiàn)十分奇怪的現(xiàn)象：杯子竟然被袋子從里面提起來(lái)了！教師講解：這種奇特的現(xiàn)象來(lái)源于今天要學(xué)習(xí)的“靜摩擦力”。（由此引入新課）

7.2 構(gòu)建活動(dòng)，感知靜摩擦力的存在

[合作體驗(yàn)1] 相鄰的兩位同學(xué)拿出自己的物理課本，把兩課本交疊在一起，并將其壓平，然后試著抓住其中一本被膠裝的邊緣，將課本向上提起，觀察會(huì)發(fā)生怎樣的現(xiàn)象？[奇怪的現(xiàn)象：另一本書(shū)也被提了起來(lái)！]教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)課本進(jìn)行受力分析：在豎直方向上，該課本受到一個(gè)向下的重力，而書(shū)本保持靜止?fàn)顟B(tài)，由二力平衡的知識(shí)可知，該課本此時(shí)一定受到一個(gè)豎直向上的力，這個(gè)力就是“靜摩擦力”。

[合作體驗(yàn)2]接著，由另一同學(xué)抓住課本被膠裝的邊緣，并逐步加大拉力，試圖將兩課本拉開(kāi)，體驗(yàn)兩課本之間靜摩擦力的大小。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：兩位同學(xué)竟然很難拉開(kāi)這兩本書(shū)！[引導(dǎo)學(xué)生得出：（1）這個(gè)靜摩擦力很大;（2）這個(gè)靜摩擦力的大小會(huì)隨著拉力的增大而增大。]

[體驗(yàn)和思考] 學(xué)生體驗(yàn)：用一個(gè)較小的水平推力推自己的課桌，但沒(méi)有推動(dòng)課桌;適當(dāng)增大水平推力，還是沒(méi)推動(dòng)桌子。學(xué)生思考：（1）自己的課桌受到了水平推力，為什么還保持靜止呢？[答：因?yàn)檎n桌受到一個(gè)與推力方向相反的靜摩擦力的作用！]（2）課桌受到的靜摩擦力有何特點(diǎn)？[答：課桌受到的靜摩擦力，其大小隨著推力的增大而增大，其方向與推力方向相反。]

設(shè)計(jì)意圖：利用學(xué)生周?chē)纳钍吕?，讓學(xué)生感知靜摩擦力的存在、大小和方向，落實(shí)“從生活走向物理”的教育理念。

7.3 創(chuàng)設(shè)情境，尋找靜摩擦力產(chǎn)生的條件

[學(xué)生研討]桌上靜止的課本，它在水平方向是否受到靜摩擦力？為什么？[答：它沒(méi)有受到靜摩擦力的作用。用反證法證明：如果受到靜摩擦力的作用，課本將沿著靜摩擦力的方向“運(yùn)動(dòng)”，這和已知課本保持“靜止?fàn)顟B(tài)”相矛盾。]

[師生互動(dòng)]教師引導(dǎo)學(xué)生得出：該課本與桌面沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)（即：如果沒(méi)有靜摩擦力作用，課本受到的合力依然為0），因而課本和桌面之間沒(méi)有靜摩擦力。

[學(xué)生探究]給放在水平桌面上的課本施加一個(gè)較小的水平推力，若課本仍然處于靜止，此時(shí)課本在水平方向是否受到靜摩擦力？為什么？[答：它受到一個(gè)與水平推力方向相反的靜摩擦力。用反證法證明：如果不受靜摩擦力，課本在水平方向受到的合外力就不為零，課本將在推力的作用下“由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)”，這和已知課本保持“靜止?fàn)顟B(tài)”相矛盾。]

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生在探究有無(wú)靜摩擦力的生活案例中，學(xué)會(huì)科學(xué)使用反證法和發(fā)現(xiàn)“靜摩擦力的條件”。

[師生互動(dòng)]教師結(jié)合上述實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生討論得出：

（1）產(chǎn)生靜摩擦力的條件：若兩個(gè)相互接觸的物體具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，就會(huì)在它們的接觸面上產(chǎn)生阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力，這個(gè)力叫做靜摩擦力。（板書(shū)）

（2）判別靜止的物體是否因?yàn)槭艿届o摩擦力而具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方法是：先假設(shè)靜止的物體不受靜摩擦力，分析物體受到的合外力是否為零，從而確定物體是否具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。即如果這個(gè)合外力不為零，該物體就具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì);如果這個(gè)合外力為零，該靜止的物體就沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。

7.4 操作實(shí)驗(yàn)，探究靜摩擦力的性質(zhì)

[實(shí)驗(yàn)探究1]將4-6名學(xué)生分成一個(gè)學(xué)習(xí)小組，要求學(xué)生分組裝配好實(shí)驗(yàn)裝置：物體B位于物體A上，它與彈簧秤水平相連，且彈簧秤的示數(shù)為零;在彈簧秤的指針下放置一個(gè)小紙團(tuán)，它可以隨著指針移動(dòng)，并作為指針到達(dá)最大位置的標(biāo)記;物體A放在水平桌面上;標(biāo)記物體B的兩端在物體A上的位置。學(xué)生分組利用實(shí)驗(yàn)合作探究以下問(wèn)題：

（1）給物體A施加一個(gè)水平拉力F，使物體A向右移動(dòng)一段距離，且物體B在物體A上的位置不變（在彈簧秤上隨之會(huì)顯示一個(gè)讀數(shù)），即物體B和物體A保持相對(duì)靜止。教師提問(wèn)：此時(shí)彈簧秤測(cè)得哪一個(gè)力的大??？[答：（教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物體B進(jìn)行受力分析后得出）物體B此時(shí)受到靜摩擦力，彈簧秤測(cè)得物體B和物體A之間靜摩擦力的大小。]

（2）拉動(dòng)物體A繼續(xù)緩慢向右移動(dòng)一段距離，且使物體B和物體A仍然保持相對(duì)靜止。學(xué)生研討：物體B和物體A之間的靜摩擦力的大小和方向各有何特性？[答：“靜摩擦力的大小可以改變”;靜摩擦力的方向可以通過(guò)以下規(guī)律來(lái)確定，“靜摩擦力總是阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”。]

（3）繼續(xù)拉著物體A緩慢向右移動(dòng)，直到物體B在物體A上開(kāi)始運(yùn)動(dòng)為止，記下彈簧秤此時(shí)的讀數(shù);在物體B上施加一個(gè)豎直向下的壓力（即：增大物體B對(duì)物體A的壓力），緩慢移動(dòng)物體A的位置，直到物體B在物體A上開(kāi)始運(yùn)動(dòng)為止，記下彈簧秤此時(shí)的讀數(shù)。比較兩個(gè)讀數(shù)的相對(duì)大小，這說(shuō)明靜摩擦力的大小有何特點(diǎn)？[答：物體B和物體A之間的靜摩擦力有一個(gè)最大值，它被稱為“最大靜摩擦力”，這個(gè)最大靜摩擦力的大小與“壓力”有關(guān)，靜摩擦力的大小可以根據(jù)物體的受力情況取0到最大值之間的任何一個(gè)值。]

（4）在物體A的上表面固定一塊表面粗糙的毛巾，使物體B靜止于物體A的初始位置上，拉著物體A緩慢向右移動(dòng)，直到物體B在物體A上開(kāi)始運(yùn)動(dòng)為止，記下彈簧秤此時(shí)的讀數(shù)，再比較和的相對(duì)大小，這說(shuō)明靜摩擦力的大小有何特點(diǎn)？[答：物體B和物體A之間的最大靜摩擦力與“接觸面的粗糙程度”有關(guān);接觸面越粗糙，相應(yīng)的最大靜摩擦力越大。]

設(shè)計(jì)意圖：訓(xùn)練學(xué)生學(xué)會(huì)規(guī)范組裝實(shí)驗(yàn)裝置和操作實(shí)驗(yàn)，并注重從“美”的角度培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，如實(shí)驗(yàn)器材擺放整齊，實(shí)驗(yàn)裝置裝配得美觀，實(shí)驗(yàn)過(guò)程恰到好處等，把“美”的教育貫穿到物理教學(xué)的始終。

8 板書(shū)設(shè)計(jì)（略）

9 課堂小結(jié)（略）

10 布置作業(yè)（略）

11 教學(xué)反思

學(xué)生的核心素養(yǎng)是指學(xué)生應(yīng)具備能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的關(guān)鍵能力和必備品格。在此教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們給學(xué)生構(gòu)建了一系列有趣的實(shí)踐體驗(yàn)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)例 “感知摩擦力的存在”“尋求靜摩擦力產(chǎn)生的條件”和“探究靜摩擦力的性質(zhì)”， 并注重在教學(xué)過(guò)程中，突出對(duì)學(xué)生進(jìn)行“美”的熏陶和教育，注重培養(yǎng)學(xué)生的良好品格，促使學(xué)生的良好品格和知識(shí)能力實(shí)現(xiàn)同步增長(zhǎng)。這個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)，我們已經(jīng)在岳陽(yáng)縣第一中學(xué)高中一年級(jí)進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，并得到了學(xué)生的普遍喜愛(ài)。

*通訊作者：李科敏

基金項(xiàng)目：湖南理工學(xué)院教改項(xiàng)目：基于現(xiàn)代教學(xué)設(shè)計(jì)提高師范生教研能力的研究（2018-2020）;湖南理工學(xué)院碩士研究生課程建設(shè)項(xiàng)目：物理教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施（2018-2019）;湖南理工學(xué)院研究生課程案例庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目：中學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì)案例庫(kù)（2018-2020）

參考文獻(xiàn)

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