董友軍+蔡冬陽

摘 要：針對(duì)教材中“靜摩擦力”的內(nèi)容存在著邏輯不足的問題，教師應(yīng)該從高端備課的角度，優(yōu)化教學(xué)流程，突顯科學(xué)方法，重視實(shí)驗(yàn)探究，關(guān)注知識(shí)應(yīng)用，提倡動(dòng)手制作，對(duì)“靜摩擦力”的內(nèi)容進(jìn)行符合物理教學(xué)規(guī)律、適合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律、適應(yīng)高考試題特點(diǎn)、強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手能力的構(gòu)建.

關(guān)鍵詞：靜摩擦力；高端備課；實(shí)驗(yàn)探究

靜摩擦力，是現(xiàn)實(shí)生活中最常見的力，也是高考試題中最常考的力. 用實(shí)驗(yàn)探究靜摩擦力的規(guī)律，是物理教學(xué)的基本思路，也是物理研究的常用方法. 筆者對(duì)人教版物理教材中有關(guān)靜摩擦力的內(nèi)容，應(yīng)用高端備課的視點(diǎn)進(jìn)行重構(gòu)，以期優(yōu)化教學(xué)過程，提高教學(xué)效率.

一、教材分析

人民教育出版社2010年4月第3版物理必修1第三章第3節(jié)為摩擦力，是本章教學(xué)重點(diǎn)，也是本章教學(xué)難點(diǎn). 人教版教師用書把本節(jié)內(nèi)容課時(shí)設(shè)置為3節(jié)，靜摩擦力應(yīng)該為其中1節(jié)課時(shí). 教材首先給出摩擦力的定義：兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)它們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢時(shí)，就會(huì)在接觸面上產(chǎn)生阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢的力，這種力叫做摩擦力.再用圖1小孩推箱子的圖片，引導(dǎo)學(xué)生去體驗(yàn)：箱子沒有推動(dòng)，箱子與地面仍然保持相對(duì)靜止，但箱子有相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)的趨勢，從而得出靜摩擦力的概念：由于這時(shí)兩個(gè)物體之間只有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢，而沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以這時(shí)的摩擦力叫做靜摩擦力. 隨后直接給出靜摩擦力的方向：靜摩擦力的方向總是沿著接觸面，并且跟物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢的方向相反. 接著用二力平衡的知識(shí)，分析相對(duì)于地面靜止的物體受到的靜摩擦力隨推力的增大而增大，并與推力的大小保持相等. 接著觀察演示實(shí)驗(yàn)，如圖2所示，用彈簧測力計(jì)拉木塊，拉力逐漸增大，木塊一直保持靜止，當(dāng)拉力大于某個(gè)值時(shí)，木塊開始運(yùn)動(dòng)，認(rèn)真觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)拉力突然變小，從而得到最大靜摩擦力Fmax的概念，進(jìn)而得到靜摩擦力的范圍0﹤F≤Fmax. 最后在“說一說”中，介紹了日常生活和生產(chǎn)中利用靜摩擦力的實(shí)例.

通過以上分析，發(fā)現(xiàn)如下四個(gè)問題：（1）筆者查閱初中人教版教材，其中沒有介紹“摩擦”“相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢”“靜摩擦力”這三個(gè)概念，而高中必修1中直接給出這三個(gè)概念，造成學(xué)生認(rèn)知困難. （2）研究一個(gè)力，應(yīng)該知道這個(gè)力的三要素，但教材只分析了靜摩擦力的方向和大小，而沒有指出靜摩擦力的作用點(diǎn). （3）分析靜摩擦力的大小時(shí)，沒有指出使用的方法——平衡法，不利于培養(yǎng)學(xué)生的遷移能力. （4）“說一說”中，只列舉了有用的一面，沒有列舉有害的一面，缺乏辯證思維.

二、教材重構(gòu)

由于教材存在上述問題，筆者從高端備課的視角進(jìn)行重構(gòu).所謂“高端備課”，是以物理課程與教學(xué)論為指導(dǎo)，采用備課形式，研究既符合物理學(xué)內(nèi)在邏輯，又符合物理教學(xué)規(guī)律，同時(shí)符合學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律的教學(xué)設(shè)計(jì)，體現(xiàn)從物理知識(shí)傳授到物理方法教育，再到物理思想形成的核心理念.

（一）重構(gòu)思路

1.查閱初中教材 關(guān)注知識(shí)銜接

筆者查閱了人教版初中“摩擦力”一節(jié)，初中教材并沒有給出 “相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢”的概念，而高中教材直接出現(xiàn)“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢”，因此造成了學(xué)生認(rèn)知困難，學(xué)生普遍反映靜摩擦力方向難以判斷. 很多高中教師沒有去查閱初中教材，被高中教材的“同學(xué)們?cè)诔踔幸呀?jīng)知道”這句話所誤導(dǎo)，從而在高中教學(xué)中沒有向?qū)W生分析相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢，因此，判斷靜摩擦力的方向就變成了教學(xué)難點(diǎn).

2.給出摩擦概念 消除矛盾認(rèn)識(shí)

在高一學(xué)生頭腦中，普遍認(rèn)為“摩擦”就是有“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”.現(xiàn)在高中突然出現(xiàn)“靜摩擦力”，其中“摩擦”是指有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而其中的“靜”是指沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，顯然出現(xiàn)邏輯矛盾！因此，高端備課先通過對(duì)比得出“摩擦”的概念，使學(xué)生更容易理解靜摩擦力產(chǎn)生的條件以及靜摩擦力的方向. 這樣處理，符合物理教學(xué)邏輯，適應(yīng)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，降低了教學(xué)難度，突破了教學(xué)難點(diǎn).

3.實(shí)驗(yàn)探究規(guī)律 培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)

創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)，探究靜摩擦力的大小，發(fā)現(xiàn)靜摩擦力存在最大值，稱為最大靜摩擦力.既然發(fā)現(xiàn)了最大靜摩擦力，就要更進(jìn)一步探究靜摩擦力的大小與什么因素有關(guān). 采用“控制變量法”，探究出最大靜摩擦力隨壓力的增大而增大.通過實(shí)驗(yàn)探究，消除科學(xué)研究的神秘感，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)的核心素養(yǎng).

4.賞析高考試題 關(guān)注知識(shí)應(yīng)用

高中階段，用物理知識(shí)解決高考試題，是知識(shí)應(yīng)用主要的形式.分析高考試題特點(diǎn)，讓學(xué)生靈活應(yīng)用物理知識(shí)，是高中教學(xué)的現(xiàn)實(shí)需要，也是學(xué)生發(fā)展的實(shí)際需要. 高一學(xué)生不能一下提升到高考的難度，但可以引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注高考物理試題的動(dòng)向，例如后文所舉的例子中，出現(xiàn)了有關(guān)向心力的知識(shí)，因?yàn)楦咭坏谝粚W(xué)期還沒有學(xué)習(xí)到相關(guān)的知識(shí)，但讓學(xué)生了解高考題包含的知識(shí)點(diǎn)，更有利于激發(fā)學(xué)生努力學(xué)習(xí)的興趣.只有關(guān)注知識(shí)應(yīng)用的物理高端備課，才會(huì)在一線教學(xué)中具有強(qiáng)大的生命力，才會(huì)受到一線教師的歡迎.

5.顯化物理方法 培養(yǎng)物理思維

高端備課用比較法，讓學(xué)生分辨相對(duì)運(yùn)動(dòng)與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢的含義，并總結(jié)出摩擦的概念，用體驗(yàn)法，讓每一個(gè)學(xué)生去感知靜摩擦力的存在，用觀察法找到靜摩擦力的作用點(diǎn)，用平衡法研究靜摩擦力的方向和大小，用控制變量法得出最大靜摩擦力與壓力的關(guān)系.只有指出使用的方法，才有利于模仿和遷移，從而使教學(xué)效果產(chǎn)生質(zhì)的飛躍.

6.強(qiáng)化課堂制作 培養(yǎng)動(dòng)手能力

很多教師的課堂是物理公式的天下，缺乏課堂制作設(shè)計(jì)，使學(xué)生的動(dòng)手能力不斷弱化.教師在教完物理知識(shí)后，應(yīng)該創(chuàng)設(shè)一些小制作，引導(dǎo)學(xué)生用剛學(xué)的物理知識(shí)進(jìn)行解釋，不要讓高中物理成為“無臂物理”，這與物理學(xué)的本質(zhì)背道而馳. 優(yōu)秀的物理教師，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中，“學(xué)中有玩，玩中促學(xué)”，玩使學(xué)習(xí)更輕松，玩使學(xué)習(xí)更深刻.

（二）教學(xué)環(huán)節(jié)

優(yōu)化教學(xué)流程，突顯科學(xué)方法，重視實(shí)驗(yàn)探究，關(guān)注知識(shí)應(yīng)用，提倡動(dòng)手制作，對(duì)“靜摩擦力”進(jìn)行符合物理教學(xué)規(guī)律、適合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律、適應(yīng)高考試題特點(diǎn)、強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手能力的構(gòu)建.其教學(xué)流程如圖3所示.

高端備課的教學(xué)流程更加注重教學(xué)邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性、認(rèn)知規(guī)律的梯度性，有助于學(xué)生理解靜摩擦力的規(guī)律，提升學(xué)生應(yīng)用靜摩擦力的能力.根據(jù)教學(xué)流程圖，實(shí)施以下教學(xué)環(huán)節(jié).

1.用比較法理解摩擦的概念

教師首先用圖片展示三種現(xiàn)象，如圖4所示. 圖4a，物體B對(duì)物體A有壓力，物體B相對(duì)于物體A有相對(duì)運(yùn)動(dòng).圖4b，物體B對(duì)物體A有壓力，B相對(duì)于A無相對(duì)運(yùn)動(dòng).圖4c，物體B對(duì)物體A有壓力，物體B相對(duì)于物體A無相對(duì)運(yùn)動(dòng). 圖4b與圖4c的物體B都處于靜止?fàn)顟B(tài)，但是，若物體A的上表面光滑，則圖4b的物體B還是靜止，而圖4c的物體B就會(huì)沿物體A斜向下滑動(dòng). 在物理學(xué)中，把圖4c中的物體B的狀態(tài)稱為有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢的狀態(tài)；假設(shè)物體A的上表面光滑， 物體B沿物體A斜向下滑動(dòng)的方向稱為相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢的方向；把有相對(duì)運(yùn)動(dòng)和有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢的狀態(tài)統(tǒng)稱為摩擦.通過這樣的對(duì)比觀察，學(xué)生弄清楚了相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢的方向，消除了頭腦中對(duì)摩擦的狹義理解，為理解靜摩擦力的概念、判斷靜摩擦力的方向理順了思維通道，起到了分解教學(xué)難點(diǎn)、降低教學(xué)難度的作用.

2.體驗(yàn)法感知靜摩擦力的存在

教師要求全班學(xué)生輕推自己的課桌，雖然手對(duì)課桌有推力，但課桌保持靜止，讓學(xué)生感受靜摩擦力的存在. 設(shè)置課堂“隨手實(shí)驗(yàn)”，學(xué)生容易參與，體驗(yàn)真切，使課堂充滿活力，讓物理知識(shí)從書本走向生活.學(xué)生有了自身的體驗(yàn)，再去分析靜摩擦力，感受就會(huì)更深刻，理解就會(huì)更容易，符合了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.

3.觀察法找到靜摩擦力的作用點(diǎn)

靜摩擦力為接觸力，沒有接觸就沒有靜摩擦力. 通過觀察手推課桌，靜摩擦力的作用點(diǎn)產(chǎn)生在課桌和地面的接觸部分. 作用點(diǎn)雖然容易理解，但教材沒有指出作用點(diǎn)的位置，這使靜摩擦力知識(shí)體系缺乏完整性. 任何一個(gè)力都有三要素，包括力的作用點(diǎn)、方向、大小，三個(gè)要素缺一不可，沒有主次之分，研究力時(shí)都應(yīng)該說清楚，切不可因?yàn)楹唵味惶峒?

4.平衡法得到靜摩擦力的方向和大小

課桌在水平面上受到手的推力和地面對(duì)課桌的靜摩擦力而保持靜止，在水平面上處于平衡狀態(tài)，根據(jù)二力平衡的規(guī)律，這兩個(gè)力必須大小相等、方向相反，故可知靜摩擦力的方向與推力的方向相反，即與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢的方向相反，靜摩擦力的大小等于推力的大小. 平衡法，是解決物理問題的常用方法，教師指出使用的方法，便于學(xué)生模仿和運(yùn)用.

5.實(shí)驗(yàn)探究

通過實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn)存在最大靜摩擦力，只有拉力大于最大靜摩擦力，物體才會(huì)開始滑動(dòng)，開始運(yùn)動(dòng)瞬間，拉力會(huì)突然減小，即有滑動(dòng)摩擦力略小于最大靜摩擦力. 運(yùn)用控制變量法，在圖2的木塊上加砝碼，即只增大壓力，而保持接觸面的粗糙程度不變，會(huì)發(fā)現(xiàn)最大靜摩擦力隨壓力的增大而增大. 實(shí)驗(yàn)探究是研究物理的重要手段，也是學(xué)習(xí)物理過程中必須養(yǎng)成的核心素養(yǎng).

6.辯證思維

靜摩擦力，本身沒有好壞之分，但在生產(chǎn)和生活中，靜摩擦力有時(shí)對(duì)人們有幫助，有時(shí)對(duì)人們有危害.教師在列舉實(shí)例時(shí)，既要有利用靜摩擦力的實(shí)例，也要有防止靜摩擦力的實(shí)例. 讓學(xué)生明白，任何事物都是一體兩面，只有優(yōu)點(diǎn)而沒有缺點(diǎn)的事物是不存在的.

7.知識(shí)應(yīng)用

（2014年新課標(biāo)Ⅰ卷第20題）如圖5，兩個(gè)質(zhì)量均為m的小木塊a和b（可視為質(zhì)點(diǎn)）放在水平圓盤上，a與轉(zhuǎn)軸OO′的距離為l，b與轉(zhuǎn)軸的距離為2l.木塊與圓盤的最大靜摩擦力為木塊所受重力的k倍，重力加速度大小為g，若圓盤從靜止開始繞轉(zhuǎn)軸緩慢地加速轉(zhuǎn)動(dòng)，用ω表示圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度. 下列說法正確的是（ ）

A. b一定比a先開始滑動(dòng)

B. a、b所受的摩擦力始終相等

8.動(dòng)手制作

教師提供一根筷子，一個(gè)紙杯，一杯大米，要求學(xué)生用筷子把紙杯提起來.完成后如圖6所示，引導(dǎo)學(xué)生用學(xué)過的靜摩擦力知識(shí)加以解釋：筷子對(duì)與其接觸的米粒有向上的靜摩擦力，所以接觸筷子的米粒沒有滑下去；沒有與筷子接觸的米粒與米粒之間也有靜摩擦力，所以整杯大米沒有滑下去；與紙杯接觸的大米對(duì)紙杯有向上的靜摩擦力，所以紙杯沒有滑下去，這樣就實(shí)現(xiàn)了筷子提杯. 通過動(dòng)手制作，讓課堂方式更豐富，使課堂氣氛更輕松，對(duì)靜摩擦力的理解更深刻.