創(chuàng)設(shè)漸進(jìn)式問題情境 建構(gòu)物理概念——以《摩擦力》教學(xué)為例

王若玉

(江蘇省南京大學(xué)附屬中學(xué) 210000)

建構(gòu)主義教學(xué)觀主張“通過解決問題來學(xué)習(xí)”，《2017普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵的作用.因此在高中物理概念教學(xué)中，教師需要創(chuàng)設(shè)漸進(jìn)式問題情境，即根據(jù)學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知特點(diǎn)設(shè)置的逐層遞進(jìn)的問題情境，來引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，讓學(xué)生在解決問題的過程中抽象事物的本質(zhì)特征，建構(gòu)物理概念.“摩擦力”是高中物理力學(xué)中非常重要并難掌握的一種力，學(xué)生通過初中的學(xué)習(xí)對摩擦力力有了初步的認(rèn)識.由于摩擦力的方向判定和大小計算都比較復(fù)雜，不宜理解，學(xué)生常常形成一些錯誤的認(rèn)識，主要表現(xiàn)在：不能厘清靜摩擦力和最大靜摩擦力的關(guān)系；認(rèn)為靜摩擦大小與正壓力有關(guān)；受到靜摩擦力的物體一定靜止；受到滑動摩擦力的物體一定是運(yùn)動的；正壓力等于重力；摩擦力的方向與運(yùn)動方向總是相反等方面.因此筆者在一次“摩擦力”市級公開課中大膽嘗試，創(chuàng)設(shè)出幾個漸進(jìn)式問題情境，循序漸進(jìn)，讓學(xué)生在解決問題的過程中重新建構(gòu)摩擦力的概念，取得意想不到的效果.

一、教學(xué)過程

在導(dǎo)入新課主題，學(xué)生自主學(xué)習(xí)摩擦力的產(chǎn)生條件后，筆者逐步創(chuàng)設(shè)以下問題情境，師生共同探究摩擦力的大小和方向.

情境一大毛水平推箱子，但未推動

師： 大毛給箱子一個水平推力，它為何還處于靜止?fàn)顟B(tài)？

生： 根據(jù)二力平衡，箱子受到地面給它的向左的靜摩擦力，大小等于推力.

師： 假如箱子和地面上都抹上潤滑油，接觸面非常光滑，會發(fā)生什么現(xiàn)象？

生： 向右運(yùn)動.

師： 雖然現(xiàn)在箱子沒有向右運(yùn)動，但是它“蠢蠢欲動”，我們就說箱子有向右運(yùn)動的趨勢，那么是誰阻礙了箱子相對地面的運(yùn)動趨勢？它的方向向哪里呢？

生： 靜摩擦力，它的方向是與相對運(yùn)動趨勢方向相反.

師： 如果大毛增大推力，發(fā)現(xiàn)箱子仍然靜止在地面上，這時靜摩擦力變了嗎？

生： 變了.推力增加時，箱子更加“蠢蠢欲動”了但仍然靜止.根據(jù)二力平衡條件，靜摩擦力隨之增大.

師： 地面對箱子的靜摩擦力能無限增加嗎？

生：不能.

師： 箱子即將被推動瞬間的靜摩擦力是最大靜摩擦力，靜摩擦力在零和最大靜摩擦力之間.

設(shè)計意圖：通過創(chuàng)設(shè)問題情境一區(qū)分靜摩擦力和最大靜摩擦力，學(xué)生認(rèn)識到產(chǎn)生的靜摩擦力起到平衡推力的作用，靜摩擦力隨著推力的增大而增大，但靜摩擦力存在一個最大值，在箱子被推動之前，推力等于靜摩擦力而小于最大靜摩擦力.

情境二手指夾住文具盒懸在空中

師：請你判斷文具盒所受靜摩擦力的方向和大小.

生：根據(jù)二力平衡，文具盒所受靜摩擦力方向豎直向上，大小等于文具盒的重力.

師：兩手指間夾(壓)力增大，靜摩擦變化嗎？

生：由豎直方向上二力平衡可知，靜摩擦力大小方向都不變.

設(shè)計意圖在問題情境二中增大正壓力而靜摩擦力不變，與問題情境1中正壓力不變而靜摩擦力增大相對比.通過兩種情境對比，引發(fā)了內(nèi)心沖突，動搖了原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，學(xué)生輕松得知靜摩擦力的大小與正壓力無直接關(guān)系，正壓力并不一定等于重力.

情境三汽車停在斜坡上

師： 請大家判斷汽車所受靜摩擦力的方向.

生： 由于汽車相對于斜坡的運(yùn)動趨勢沿斜面向下，所以斜坡相對于汽車的靜摩擦力沿斜面向上.

師： 為什么汽車相對于斜坡的運(yùn)動趨勢沿斜面向下？

生： 采用“假設(shè)法”，假設(shè)斜面光滑，汽車相對于斜面沿斜面下滑.

設(shè)計意圖問題情境三在問題情境二的基礎(chǔ)上，設(shè)置斜面上的問題情境，強(qiáng)化判斷靜摩擦力方向的方法，為傾斜傳送帶運(yùn)送貨物的情境做好鋪墊.

情境四體育課小軍爬桿、繩

師： 體育課上，小軍沿著繩子往上爬，手受到什么摩擦力呢？

生1：小軍是運(yùn)動的，所以他受到滑動摩擦力.

生2：不對，我不同意，我認(rèn)為由于手與繩子相對靜止，所以受到的是靜摩擦力.

(同學(xué)們各抒己見，開始爭論起來，老師點(diǎn)撥同學(xué)們，判斷是否為靜摩擦力關(guān)鍵看它們之間是否“相對”靜止)

師：小軍的手相對于繩子是靜止的，因此手受到的是靜摩擦力.

設(shè)計意圖通過問題情境四的設(shè)置讓學(xué)生了解“動、靜”的相對性，加深對靜摩擦力條件(兩物體相對靜止)的認(rèn)識，受到靜摩擦力的物體不一定是靜止的.

情境五傳送帶運(yùn)送貨物

師：傳送帶運(yùn)送貨物一起沿斜面向上，貨物受到的靜摩擦力方向向哪里？

生：貨物相對于傳送帶的相對運(yùn)動趨勢沿斜面向下，所以貨物受到的靜摩擦力沿斜面向上.

師：這里靜摩擦力充當(dāng)?shù)氖莿恿€是阻力呢？

生：靜摩擦力方向與運(yùn)動方向一致，因此充當(dāng)是動力.

設(shè)計意圖通過問題情境五，進(jìn)一步加深理解靜摩擦力方向，糾正學(xué)生認(rèn)為靜摩擦力一定與運(yùn)動方向相反的錯誤觀念.

情境六黑板擦擦黑板

師：黑板受到摩擦力嗎？是哪一種摩擦力呢？

生：黑板擦受到滑動摩擦力.原來滑動摩擦力是發(fā)生在兩個“相對”運(yùn)動的物體間，受到滑動摩擦力的物體不一定運(yùn)動.

設(shè)計意圖通過問題情境六讓學(xué)生了解“靜中有動”，受到滑動摩擦力的物體并不一定運(yùn)動，對滑動摩擦力產(chǎn)生條件的認(rèn)識有積極作用.

情境七AB兩個粗糙的物塊，分析A物塊的運(yùn)動方向、A物塊與B的相對運(yùn)動方向及A物塊所受滑動摩擦力的方向.

生：甲中A的運(yùn)動方向向右，A相對于B的運(yùn)動方向向右，B對A的摩擦力的方向向左；

生：乙中A的運(yùn)動方向向右，A相對于B的運(yùn)動方向向左，B對A的摩擦力的方向向右.

設(shè)計意圖問題情境七中兩種情況物塊都是向右運(yùn)動，而甲中物塊受到的滑動摩擦力與運(yùn)動方向相反，乙中物塊受到的滑動摩擦力與運(yùn)動方向相同，強(qiáng)調(diào)滑動摩擦力方向中“相對”的重要性，強(qiáng)化滑動摩擦力的方向的理解，實(shí)現(xiàn)從經(jīng)驗(yàn)性認(rèn)知到物理概念的轉(zhuǎn)變.

摩擦力問題比較復(fù)雜，在具體問題中常表現(xiàn)出“動中有靜，靜中有動，若有若無，方向不定”的特點(diǎn)，這對于初學(xué)的學(xué)生來說不易理解.創(chuàng)設(shè)漸進(jìn)式問題情境的目的在于根據(jù)學(xué)生已具有認(rèn)識水平和思維結(jié)構(gòu)，逐層遞進(jìn)地創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生思維，讓學(xué)生全身心地進(jìn)入探索者的角色.筆者設(shè)置問題情境從“大毛水平推箱子未推動”到“手指夾住文具盒懸在空中”到“汽車停在斜坡上”到“體育課爬桿、繩”再到“傳送帶運(yùn)送貨物”等，通過這幾個漸進(jìn)式問題情境的設(shè)置循序漸進(jìn)地解決重難點(diǎn)問題——摩擦力的大小和方向，支撐學(xué)生的建構(gòu)活動，發(fā)展科學(xué)思維，培養(yǎng)解決問題的能力.