“摩擦力”的教學邏輯重構及教學實施

洪從兵 程春 清聲明

摘要：初中物理教學不僅要注重科學知識的傳授和技能的訓練，更應該注重學生學習興趣、探究能力、創新意識以及科學素養的培養。這就要求初中物理教師厘清知識點的教材編排邏輯，針對學生的認知邏輯，重構教學邏輯。《摩擦力》一節，先分析教材的編排邏輯，再進行教學的邏輯重構，具體教學環節如下：以疑激思，引入摩擦力;直觀體驗，認識摩擦力;改進實驗，探究摩擦力;創新實驗，深化摩擦力。

關鍵詞：摩擦力教材邏輯教學邏輯

初中物理是以提高學生科學素養為目標的自然科學基礎課程。因此，初中物理教學不僅要注重科學知識的傳授和技能的訓練，更應該注重學生學習興趣、探究能力、創新意識以及科學素養的培養。也就是說，初中物理教學必須符合學生的認知邏輯，讓學生的學習有趣、有序地發生。這就要求教師厘清知識點的教材編排邏輯，針對學生的認知邏輯，重構教學邏輯。下面，以蘇科版初中物理八年級下冊“摩擦力”相關知識的教學為例，談一談筆者的思考與實踐。

一、“摩擦力”的教材編排邏輯

蘇科版初中物理教材將“摩擦力”編排在八年級下冊第八章第三節，在“彈力”和“重力”之后，在“二力平衡”之前。教材的編寫意圖可能是：將三種性質的力編排在一起，便于學生運用比較的方法進行學習。但是，這樣的編排容易導致學生無法理解“利用二力平衡測量摩擦力”的實驗原理，更談不上主動探究實驗方法，只能機械記憶。這無形中增大了學生學習的難度，容易挫傷學生學習物理的興趣。

另外，教材對于滑動摩擦力的方向沒有做出明確的說明，只是利用在桌面上勻速拉動木塊的方法（如圖1），讓學生感受摩擦力的存在和方向。這樣的編排設計，學生缺乏直觀的體驗過程，對學生的想象推理能力要求較高。

二、“摩擦力”的教學邏輯重構

基于此，筆者認為，有必要對教材章節順序做出調整。“摩擦力”教學的重難點之一就是通過實驗探究影響滑動摩擦力大小的因素，實驗探究的過程涉及二力平衡，因此筆者將本節課的內容調整到第九章“二力平衡”一節之后。這樣的編排符合學生的認知邏輯順序，利于學生的理解和探究，也更利于學生學習興趣和科學思維能力的提升。

同時，為了激發學生學習和探究的興趣，有必要將抽象的概念進行形象化處理，讓學生通過充分的體驗加深本節課知識的理解，同時培養科學思維能力。可按如下邏輯順序展開：

（1）親身感受摩擦力的存在;

（2）直觀體驗摩擦力的方向;

（3）利用二力平衡知識，設計探究影響滑動摩擦力大小的因素的實驗;

（4）通過創新設計，突破對影響滑動摩擦力大小的因素的困惑。

三、“摩擦力”的教學實施

（一）以疑激思，引入摩擦力

“學起于思，思源于疑。”創設能讓學生感到“意料之外、情理之中”的情境，以引發學生的認知沖突，能夠促使學生積極主動地去探究，深化對知識的理解。

例如，新課導入環節，教師設置夾球小游戲：在規定時間內，用筷子將杯中事先涂過洗滌劑的玻璃球夾起（如圖2），并運到另一個杯中。

學生本以為小小的玻璃球應該不難夾取，誰知嘗試了才發現非常困難。在艱難的夾球過程中，學生不由自主地就會思考“這是什么原因造成的呢”，生發出強烈的探究欲望。

（二）直觀體驗，認識摩擦力

身邊處處皆物理，物理與生活本來就是密不可分的。一些生活用品、學習用品等都可以改裝為實驗器材，當學生發現常見的物品出現在課堂時，也會好奇這些物品能帶來怎樣的結果;同時，還會促進學生留心觀察和尋找日常生活中的物理現象，培養將物理知識應用于生活并以此分析、解決實際問題的能力。

例如本課，教師設置了3個體驗活動：（1）將手掌用力按在課桌上向前推動（如圖3），體會手心的感覺;（2）將牙刷刷毛直立在木板表面，然后向右拉動牙刷（如圖4），觀察刷毛的變化;（3）將牙刷刷毛直立在木板表面，保持牙刷不動，如何拉動木板，使刷毛向左彎曲？

設計這3個體驗活動，是為了讓學生科學地認識摩擦力。體驗（1），旨在讓學生感受滑動摩擦力的存在。體驗（2），選用生活中常見的牙刷進行實驗，通過刷毛彎曲的方向來“看見”摩擦力的存在和方向，意在把看不見的摩擦力變得“看得見”。切身的體會，直觀的現象，揭開了摩擦力神秘的面紗。體驗（3），針對學生的思維定式“摩擦力的方向與物體的運動方向相反”，通過與體驗（2）對比，學生從刷毛向左彎曲得出牙刷受到向左的摩擦力，就會產生“為什么牙刷不動也受到摩擦力”的困惑。教師適時追問：牙刷真的不動嗎？學生會發現，牙刷相對于接觸面是向右運動的，從而得出對滑動摩擦力的方向更為準確的表述：滑動摩擦力的方向與物體相對于接觸面運動的方向相反，進而深刻地體會到科學的嚴謹性。

選用生活中的物品來直觀呈現抽象的物理現象，符合學生的認知特點。熟悉的牙刷帶來了不一樣的體驗過程，幫助學生有效突破了教學障礙，同時還為后續“影響滑動摩擦力的大小因素”探究實驗的改進做鋪墊。

（三）改進實驗，探究摩擦力

對于一些實驗方案的不完善之處，教學時可以不事先提醒學生，而是放手讓學生自主探究，經歷一個“失敗”的探究過程，在“失敗”中發現問題，引發如何解決問題的思考，使學生體會到成功的來之不易和真正獲得時的喜悅，培養科學思維能力和堅持不懈的態度。

1.進行常規實驗，發現問題。

經過系列問題的引導后，學生提出：可以利用二力平衡的知識，通過測量拉力的大小來間接測量滑動摩擦力的大小。教師讓學生自己設計實驗方案進行實驗，并反饋實驗中的發現和困惑。學生在實驗后提出的問題和困惑有：讓木塊保持勻速直線運動很困難，彈簧測力計在運動過程中讀數不準確，示數忽大忽小，等等。讓學生在做中思，有助于培養學生發現問題、提出問題的能力。

2.改進實驗方法，優化實驗效果。

發現問題后，教師引導學生對測量滑動摩擦力的實驗方法進行改進：回顧之前的體驗（2）和體驗（3），如何解決剛剛提出的問題和困惑？學生通過回顧之前的體驗活動發現，“不動”的牙刷也能受到滑動摩擦力，從而將方法正向遷移，對之前的實驗方法加以改進：將木塊固定，拉動木板產生滑動摩擦力（如圖5），此時木塊保持靜止狀態，因此不必勻速拉動木板（但盡可能保持速度穩定）。這樣的操作簡單而且效果明顯。為了增加演示實驗的可視度，還可以進一步做出改進——安裝定滑輪來改變拉力的方向，并將彈簧測力計豎直懸掛（如圖6），便于觀看和讀數。通過改進實驗方法，學生經歷了解決問題的過程，培養了創新和解決問題的能力。

由于之前的體驗活動中已經滲透了這樣的思路：木板不動時向右拉動牙刷和牙刷不動時向左拉動木板，效果是相同的。有了這樣的鋪墊，學生很容易聯想到將牙刷換成木塊，達到學以致用并遷移深化的目的。對實驗方法的改進是本節課的難點，通過上述教學設計，難點的突破水到渠成。

（四）創新實驗，深化摩擦力

掌握了測量摩擦力的方法，就可以繼續探究影響滑動摩擦力大小的因素了。在猜想與假設環節，教師鼓勵學生根據生活經驗提出各種猜想。學生可能會提出：滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度、壓力大小、重力大小、速度大小、接觸面積等因素有關。其中，壓力和重力對滑動摩擦力的影響，學生常常分不清楚。為此，筆者創新設計了如圖7所示的實驗裝置：測出一塊長條形磁鐵在木板上滑動時受到的滑動摩擦力大小;然后，在木板的下表面粘上鋼尺，在增大磁鐵對木板壓力的同時又保持了磁鐵的重力不變，再測出磁鐵此時受到滑動摩擦力的大小，比較兩次示數發現：壓力增大，滑動摩擦力明顯增大。為了讓結論更具有說服力，可以引導學生課后思考、完善實驗方案：如何在保持壓力不變時增大重力，比較滑動摩擦力的大小。如此，進一步培養學生的科學思維能力，保持學生的認知活力。

*本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃課題“體驗式教學促進初中生物理科學素養提升的實踐研究”（編號：D/2016/02/99）和鹽城市教育科學“十三五”規劃課題“初中物理體驗式教學的實施策略研究”（編號：2017—L—144）的階段性研究成果。

參考文獻：

[1] 洪從兵.強化學習體驗，培養科學思維——以《照相機與眼球視力的矯正》教學設計為例[J].教育研究與評論（中學教育教學），2017（7）.

[2] 洪從兵.科學探究中猜想與假設的引導策略[J].中學物理教學參考，2014（9）.

[3] 陳棟，季衛新.研究性備課：初中物理核心素養之學生思維能力的培養——以“凸透鏡成像的規律”重難點突破為例[J].物理教師，2019（4）.5，7，14，15，16，19，32，47，62，72，74，77-79，86，91