初、高中物理教學(xué)銜接案例研究——以“摩擦力”為例

徐 靜

（北京四中房山分校，北京 102442）

初中物理教材知識(shí)容量小，物理概念和規(guī)律多是從對(duì)生產(chǎn)、生活的實(shí)際現(xiàn)象或應(yīng)用中歸納總結(jié)出來(lái)的，教師更注重課堂教學(xué)的趣味性，高中物理的知識(shí)容量明顯增多，難度梯度明顯提升，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力要求更高，再之一部分高中教師不了解初中教材以及學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，教學(xué)中更注重時(shí)效性，教學(xué)節(jié)奏加快，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)困難，造成初高中物理教學(xué)中銜接脫節(jié)的情況，本文以北京師范大學(xué)出版社《物理》教科書(shū)八年級(jí)（全一冊(cè)）和人教版（2019年）高中物理教材必修第一冊(cè)為樣本，分析摩擦力教學(xué)中的銜接情況，提出切實(shí)可行、實(shí)用的設(shè)計(jì)思路，希望學(xué)生在初高中物理學(xué)習(xí)上實(shí)現(xiàn)自然過(guò)渡，建立學(xué)習(xí)物理的自信心.

1 初、高中物理教材中摩擦力的教學(xué)內(nèi)容的銜接分析

初中物理教材設(shè)置了“想一想”、大篇幅的“探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”、“相關(guān)鏈接”和“議一議”.通過(guò)”想一想“欄目，學(xué)生認(rèn)識(shí)到身邊存在摩擦力，了解滑動(dòng)摩擦力；通過(guò)實(shí)驗(yàn)談及知道滑動(dòng)摩擦力與壓力大小有關(guān)，與接觸面粗糙程度有關(guān)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)“議一議”進(jìn)一步明確增大、減小摩擦力的方法，通過(guò)“相關(guān)鏈接”對(duì)靜摩擦力和滾動(dòng)摩擦力做了簡(jiǎn)介，將重點(diǎn)放在滑動(dòng)摩擦力上，對(duì)靜摩擦力的認(rèn)識(shí)有限.而高中階段摩擦力是在初中摩擦力基礎(chǔ)上的拓展，初中已學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，高中對(duì)物體受力分析要求更高，對(duì)摩擦力的理解還要和受力分析相吻合；關(guān)于滑動(dòng)摩擦力大小，初中定性分析影響滑動(dòng)摩擦力的因素，高中將滑動(dòng)摩擦力跟接觸面性質(zhì)的關(guān)系上升為定量計(jì)算，要求知道動(dòng)摩擦因數(shù)的概念，并用公式計(jì)算大小，應(yīng)該理解N是接觸面的壓力，屬于彈力性質(zhì).

摩擦力在具體問(wèn)題中表現(xiàn)出靜中有動(dòng)，動(dòng)中有靜的復(fù)雜性，尤其靜摩擦力的方向的判斷更是難度大，也一直是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，基于學(xué)情，摩擦力可以分為2課時(shí)，因?yàn)閷W(xué)生初中對(duì)滑動(dòng)摩擦力的認(rèn)識(shí)較多，從學(xué)生容易接受的開(kāi)始入手，建議先認(rèn)識(shí)滑動(dòng)摩擦力，按照認(rèn)識(shí)的邏輯，摩擦力應(yīng)該是方向在前，大小在后.課堂教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)該是從知識(shí)的交代轉(zhuǎn)化為規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，通過(guò)學(xué)生自主體驗(yàn)，分組實(shí)驗(yàn)，得到滑動(dòng)摩擦力的方向的特點(diǎn)，接著通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，再利用傳感器在實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上得出滑動(dòng)摩擦力的公式，從而發(fā)展思維能力，學(xué)會(huì)方法，養(yǎng)成態(tài)度.

2 從物理學(xué)科核心素養(yǎng)角度分析初、高中物理教材中摩擦力的教學(xué)目標(biāo)

表1 初、高中物理教材摩擦力的教學(xué)目標(biāo)

續(xù)表

3 高中物理滑動(dòng)摩擦力的重點(diǎn)知識(shí)的教學(xué)實(shí)踐

3.1 教學(xué)過(guò)程

3.1.1 創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

教師：演示實(shí)驗(yàn)：推動(dòng)物塊在桌面上滑行，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，物塊會(huì)停止運(yùn)動(dòng).

問(wèn)題1：物塊為什么會(huì)停止運(yùn)動(dòng)？

教師：生活中，摩擦力無(wú)處不在，用橡皮在紙上涂改錯(cuò)字，鞋子穿久了，鞋底的花紋會(huì)被磨平，自行車(chē)剎車(chē)，擦黑板等，都和摩擦力有關(guān)，沒(méi)有摩擦力，我們將寸步難行，摩擦力有什么特點(diǎn)呢？本節(jié)課將學(xué)習(xí)摩擦力相關(guān)的內(nèi)容.

設(shè)計(jì)意圖：初中階段已知滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦、靜摩擦現(xiàn)象的存在，再結(jié)合實(shí)際生活現(xiàn)象，將相關(guān)類型的事件聯(lián)系起來(lái)，將物理和生活聯(lián)系起來(lái)，引入摩擦力課題.

3.1.2 認(rèn)識(shí)滑動(dòng)摩擦力

（1）自主體驗(yàn)，感性認(rèn)識(shí).

教師：生活中摩擦力無(wú)處不在，那么摩擦力是如何產(chǎn)生的呢？

自主體驗(yàn)：手按壓桌子，繼續(xù)用更大的力，使手在桌面上滑動(dòng).

問(wèn)題2：你的手有什么感覺(jué)？為什么會(huì)有這樣的感受？

教師：手按壓桌子，同時(shí)手相對(duì)桌子要向前運(yùn)動(dòng)，手會(huì)感知到桌面對(duì)它相對(duì)桌子運(yùn)動(dòng)的阻礙，此時(shí)手和桌子之間會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力.

問(wèn)題3：圖1～4為生活中常見(jiàn)情境，分析物體A是否受到摩擦力？

圖1 箱子（A）在人的推動(dòng)下沿水平面向右運(yùn)動(dòng)

圖2 小朋友（A）從滑梯滑下

圖3 手握黑板擦（A）從上往下擦黑板

圖4 木板向右移動(dòng)，木塊（A）靜止

引導(dǎo)學(xué)生用規(guī)范的語(yǔ)言表述、歸納總結(jié).

教師：兩個(gè)相互接觸的物體A和物體B，當(dāng)物體A相對(duì)物體B滑動(dòng)時(shí)，會(huì)在接觸面上產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力阻礙物體A相對(duì)物體B運(yùn)動(dòng).

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)自主體驗(yàn)，獲得豐富的感性認(rèn)識(shí)，感知滑動(dòng)摩擦力的作用效果是“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”.學(xué)生在初中階段研究問(wèn)題時(shí)，通常研究在地面上或是相對(duì)地面靜止的的物體上滑動(dòng)時(shí)受到的摩擦力，因此在高中教學(xué)時(shí)，總是把“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”認(rèn)為成“阻礙運(yùn)動(dòng)”，高中教學(xué)中在建立滑動(dòng)摩擦力概念之初就應(yīng)該指出“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的特點(diǎn)，并建立模型，形象的運(yùn)用AB物體進(jìn)行解釋，這才符合概念反映事物本質(zhì)的特征.

（2）滑動(dòng)摩擦力的方向.

教師：滑動(dòng)摩擦力是矢量，有大小和方向，那么滑動(dòng)摩擦力的方向怎樣描述呢？

演示實(shí)驗(yàn)：手握長(zhǎng)毛刷在黑板上來(lái)回運(yùn)動(dòng).

問(wèn)題3：毛刷為什么會(huì)彎曲？

問(wèn)題4：毛刷彎曲的方向與其所受滑動(dòng)摩擦力方向的關(guān)系是什么？

引導(dǎo)總結(jié)：毛刷彎曲的方向就是毛刷所受滑動(dòng)摩擦力方向.

分組實(shí)驗(yàn)，探究毛刷在不同運(yùn)動(dòng)情境下所受滑動(dòng)摩擦力的方向.兩人一組，利用小牙刷與紙板適度壓緊，完成相應(yīng)操作，并填充表格（表2）.

表2 滑動(dòng)摩擦力的方向?qū)嶒?yàn)探究

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象，歸納總結(jié)滑動(dòng)摩擦力方向的特點(diǎn).

引導(dǎo)總結(jié)滑動(dòng)摩擦力的方向：物體A所受的滑動(dòng)摩擦力的方向總是沿著物體AB的接觸面，并且跟其相對(duì)物體B運(yùn)動(dòng)的方向相反.

設(shè)計(jì)意圖：初中階段，摩擦力的方向是難點(diǎn)，但不是重點(diǎn)，初中階段，多數(shù)教師只是結(jié)合毛刷的彎曲情況簡(jiǎn)要介紹，不做深入分析.

高中階段滑動(dòng)摩擦力的方向仍是難點(diǎn)，并且也是重點(diǎn)，是對(duì)初中知識(shí)的延伸和拓展.教學(xué)時(shí)可以借助毛刷觀察現(xiàn)象，直觀的現(xiàn)象使學(xué)生容易理解摩擦力的作用效果，形成表述和現(xiàn)象的一致.并設(shè)計(jì)分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生有參與感，調(diào)動(dòng)興趣，通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，歸納總結(jié)滑動(dòng)摩擦力的方向，幫助學(xué)生理解抽象的概念規(guī)律，能深刻認(rèn)識(shí)到滑動(dòng)摩擦力的方向有可能與運(yùn)動(dòng)方向相反，也有可能與物體運(yùn)動(dòng)方向相同，從而幫助理解到“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的內(nèi)涵，是兩個(gè)物體分別以對(duì)方為參考系表現(xiàn)出來(lái)的運(yùn)動(dòng)，而不是相對(duì)地面或其它物體的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理概念理解的升華.

（3）滑動(dòng)摩擦力的大小.

教師：回顧初中知識(shí)，滑動(dòng)摩擦力的大小主要與接觸面的粗糙程度和物體間的壓力有關(guān)，如果有某種定量關(guān)系的話，它們可能是怎樣的關(guān)系呢？

演示實(shí)驗(yàn)：如圖5所示，利用力學(xué)傳感器和摩擦力實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論.

圖5 力學(xué)傳感器和定量測(cè)量摩擦力的實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)前分析裝置，彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出木塊的重力的大小，即為木塊對(duì)平板的壓力，用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)平板向左緩慢勻速運(yùn)動(dòng)，力學(xué)傳感器記錄數(shù)據(jù)，其大小即為木塊所受滑動(dòng)摩擦力的大小.

實(shí)驗(yàn)流程：

（1）木塊與平板小車(chē)間接觸面的粗糙程度不變，在木塊上方增加砝碼.

（2）保持壓力不變，改變接觸面粗糙程度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn).

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)，繪制圖像（圖6）.

圖6 朗威DISLab處理數(shù)據(jù)和圖像

對(duì)同一接觸面，圖線呈一條傾斜的直線，說(shuō)明滑動(dòng)摩擦力與壓力大小成正比，當(dāng)用毛粘面做實(shí)驗(yàn)時(shí)，N不變，摩擦力變大，意味著f/N變大，說(shuō)明f/N與接觸面的性質(zhì)有關(guān)，對(duì)同一接觸面來(lái)說(shuō)，f/N是定值，接觸面材料不同，粗糙程度不同，f/N就會(huì)不同，我們把f/N的值定義為動(dòng)摩擦因數(shù)，用μ表示，從表達(dá)式看出來(lái)動(dòng)摩擦因數(shù)沒(méi)有單位.此表達(dá)式也提供了測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)的方法.

大量實(shí)驗(yàn)都表明滑動(dòng)摩擦力大小與壓力成正比，還跟接觸面的性質(zhì)有關(guān).即

設(shè)計(jì)意圖：初中階段，影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素是重點(diǎn)，關(guān)于影響滑動(dòng)摩擦力的因素，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究得到“接觸面越粗糙，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力也就越大”的定性結(jié)論.高中教材則是一筆帶過(guò)，直接給出了滑動(dòng)摩擦力的公式，對(duì)學(xué)生而言，跳躍性太大，應(yīng)該從學(xué)生已有的知識(shí)出發(fā)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷規(guī)律表示從定性描述到定量計(jì)算的過(guò)程，達(dá)成思維方式的有效銜接.經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程也是建立物理模型，分析滑動(dòng)摩擦力大小和方向的過(guò)程，讓學(xué)生經(jīng)歷基于證據(jù)得出結(jié)論的科學(xué)探究過(guò)程，并能理解隨著新證據(jù)的增加，會(huì)對(duì)初中已知的物理規(guī)律進(jìn)行不斷完善和深入學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的同化和順應(yīng).［1］

本文通過(guò)對(duì)初、高中物理教材中摩擦力的銜接研究，意識(shí)到作為高中物理教師，除了用心研讀高中教材和課程標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)該研讀初中教材，準(zhǔn)確定位教學(xué)起點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生已有知識(shí)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，處理好初、高中物理教學(xué)的銜接問(wèn)題，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)建構(gòu)、思維方式和課堂模式的有效銜接，建立學(xué)生學(xué)習(xí)物理的自信心.