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以培养学生创新能力的探究式课堂教学——以“摩擦力”为例

发表时间：2021/4/27 来源：《中小学教育》2021年6月2期作者：涂云峰

[导读]

涂云峰德阳市第五中学四川 618000
中图分类号：G652.2 文献标识码：A 文章编号：ISSN1001-2982（2021）06-192-02

        一、课题的提出
        《普通高中物理课程标准（2017版）》（以下简称《标准2017》）中把高中物理学科核心素养定义为“学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力”。较之以往，《标准2017》把以前的“知识为本”提高到“以人为本”，把“物理教学”上升到“物理教育”，强化了物理课程的育人功能。时代在变，要求在变，我们的课堂也应该发生改变。问题探究式课堂教学模式将是课堂改革和发展的大方向。“通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的规律，能用动摩擦因数计算摩擦力”。其中，对静摩擦力规律的认识应该包括最大静摩擦力。摩擦力大小的计算和方向的判断对学生来说是个难点，而摩擦力又是高中力学三类常见的力之一，是受力分析的基础。本节课学习的成败对以后学习牛顿运动定律的应用、动能定理的应用以及摩擦力做功与产生热能的关系等问题都将带来影响，所以本节课在物理教学中的地位和作用是非常重要的。
        就学生状况来说，本校学生大部分程度比较好，基础比较扎实，善于思考，喜欢老师用点拨式的教学方式，喜欢思考和讨论；此外学生在初中定性地学习过摩擦，包括滑动摩擦和静摩擦等内容，并掌握了增大和减小摩擦的方法，还通过实验的方法定性地研究了滑动摩擦力与表面状况有关；所以对于本节课中的难点理解突破应该不是大问题。但是由实验现象总结归纳物理规律的能力不强，所以教师要注意引导。用所学知识解决实际问题对学生来说也有一定的难度，要调动学生相互交流。
        二、课堂教学片段
        [片段一]
        同学们，在桌子上给文具盒一个初速度，文具盒最终会停下来，这说明什么问题？
        引入：那这个力是谁给的，在什么情况下产生这个力呢？它的大小和方向如何确定呢？本节课学习关于摩擦力的知识。
        一、滑动摩擦
        滑动摩擦力：相互接触的两物体，一个物体在另一物体表面相对滑动时受到的阻碍它相对滑动的力。
        [片段二]
        演示实验：用弹簧秤拉着木块在桌面上缓慢运动，保证弹簧秤的示数不变。就可以维持木块匀速前进，这时物块和桌面间的滑动摩擦力是多大？方向如何？
        再在木块上加一铁块，同样维持物块匀速前进。这时滑动摩擦力变了吗？说明什么道理？
        滑动摩擦力变大，说明滑动摩擦力的大小跟两物体之间的正压力有关，（为什么不讲与重力有关？——木块重力的施力物体是地球，受力物体是木块，而正压力的施力物是木块，受力物体是桌面）且正压力越大，滑动摩擦力越大。
        更换实验条件，把木块放在毛巾上拉动，同样维持其匀速运动，观察弹簧秤的示数，发现比在桌面上的要大，说明什么问题？
        说明接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。
        老师归纳：经实验证明，滑动摩擦力的大小与相互之间的压力FN成正比，
        关系式表达为
        注意：μ是F与FN的比值，μ是动摩擦因数，由接触面的材料和粗糙程度决定，（与接触面积大小无关）是没有单位的。
        老师归纳：滑动摩擦力的方向总是与接触面相切，且与相对运动方向相反。

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        [片段三]
        【例】分析物体A所受摩擦力方向。（V表示物体A的运动方向）
        引导学生分析得出：“相对”是指相对接触的物体，而不能相对别的物体。
        [片段四]
        一、滚动摩擦：一个物体在另一个物体表面滚动时产生的摩擦。
        提问：车轮、滚动轴承为什么都做成圆的？
        因为滚动摩擦要比滑动摩擦小得多。
        二、静摩擦：
        提问：滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面上有相对滑动的时候发生的。互相接触的两个物体处于相对静止的时候，是不是也可以发生摩擦呢？
        （1）教师演示：用力推讲桌。
        ①开始用很小的推力，推不动，分析讲桌受力情况。
        ②再用稍大的力推，还静止不动，分析受力情况
        ③继续增大推力，讲桌开始运动，分析受力情况。
        分析：我们用不大的水平力在水平地板上推箱子，虽然箱子有相对地板运动的趋势，但箱子并没有动，就是因为箱子跟地板之间发生了摩擦。这个摩擦力和推力都作用在箱子上，它们的大小相等，方向相反，彼此平衡，因此箱子保持不动。这时发生的摩擦叫做静摩擦。
        老师归纳：静摩擦力的方向总跟接触面相切，并且跟物体相对运动趋势的方向相反。
        继续分析：逐渐增大推力，如果推力还不够大，箱子仍旧保持静止不动，所受静摩擦力跟推力仍旧平衡。可见静摩擦力随推力的增大而增大。但是静摩擦力的增大有一个限度，静摩擦力的最大值Fmax叫最大静摩擦力（最大静摩擦力就是物体刚开始运动时所需的最小推力）
        老师归纳：两物体间实际发生的静摩擦力F在零和最大静摩擦力Fmax之间
        0≤F≤Fmax
        说明：最大静摩擦力的大小与接触面的性质和正压力有关，在实际中最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。
        （2）静摩擦力的作用（学生举例）
        拿在手中的东西不会滑落
        把线织成布，用布缝衣服，也是靠纱线之间的静摩擦力的作用。
        三、总结与反思
        基于高中物理学科核心素养的问题探究式课堂教学，是以核心素养为指导思想开展“思维型教学”，探究不仅仅局限在实验探究。问题探究式课堂教学的情景创设是以“问题”的形式出现的，“问题”的设计需要思考以下几点：
        “问题”是否来源于生活，是自然生成的、还是老师强加的；
        “问题”是否新颖、能否激发学生兴趣，“问题”能否引发学生深度考；
        “问题”是否遵循循序渐进的原则、是否符合学生的认知结构和认知规律；“问题”是否符合《标准（2017版）》所提出的学科核心素养与课程目标；
        物理学习过程可以是学生从生活中或者理论中找到一个切入点，用科学探究的方法，不断的“提出问题”“解决问题”“再提出问题”“再解决问题”，在这个过程中人的素养得到提升。