“靜摩擦力”的教學設計與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

陳昕 李科敏 李子婧 李神靈 劉寶欣

摘 要 以人教版高中《物理1（必修）》中的“靜摩擦力”為教學內容，基于學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，緊密結合學生的生活實際和學生原有的認知結構，構建了一系列有趣的教學活動，突出對學生進行“美”的熏陶，注重培養(yǎng)學生的良好品格，促進學生的良好品格和知識能力實現同步增長。

關鍵詞 靜摩擦力 教學設計 核心素養(yǎng)

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.05.054

Abstract Taking the "Static Friction" in the "High School Physics 1 （Compulsory）" as a teaching content， based on the cultivation of students' core literacy， a series of interesting Teaching activities highlight the cultivation of "beauty" for students， focus on cultivating students' good character， and promote the simultaneous growth of students' good character and knowledge ability.

Keywords static friction; teaching design; core literacy

1 教材分析

（1）課程標準的要求。了解靜摩擦力的定義和產生靜摩擦力的條件，掌握判定靜摩擦力方向的方法，能運用靜摩擦力的知識解決生活中常見的相關問題，并能結合新知識的學習培養(yǎng)學生的良好品格。（2）本節(jié)內容的地位和作用。“摩擦力”是人教版高中《物理1（必修）》（2010年3月第3版）第三章第3節(jié)的內容，它是本章的教學重點和教學難點，“靜摩擦力”是其中的一節(jié)。“靜摩擦力”既是與人們生活緊密相聯的一種常見力，也是學生繼續(xù)學習“牛頓運動定律”和“機械能守恒定律”等物理知識的重要基礎。

2 學情分析

認知層面：學生對于“靜摩擦力”定義中的“物體具有相對運動趨勢”的理解普遍存在困難。知識層面：學生已經學習過力的三要素、受力分析和二力平衡知識，為本節(jié)課的學習奠定了良好的基礎。能力層面：學生有一定的動手能力和抽象思維能力，并有強烈的好奇心和求知欲，教師可以通過構建體驗活動，引導學生觀察現象和總結規(guī)律，并從中培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

3 教學目標

（1） 物理觀念。知道什么是靜摩擦力，了解產生靜摩擦力的條件。學會判定靜摩擦力的方向，理解靜摩擦力的基本特性。

（2）科學思維。通過對生活中與靜摩擦力有關的案例分析，培養(yǎng)學生歸納總結的思維能力。通過靜摩擦力在生活中的應用分析，指導學生學習如何將理論和實際相結合。

（3） 科學探究。通過探究實驗，培養(yǎng)學生善于觀察和手腦并用的實驗能力。通過探究活動，培養(yǎng)學生的猜想能力、語言表達能力和合作交流能力。

（4） 科學態(tài)度與責任。通過對靜摩擦力現象的分析研究，培養(yǎng)學生勤于動手動腦、勇于探索的學習習慣，并引導學生體驗創(chuàng)造美、欣賞美。通過靜摩擦力在實際生活中的應用，培養(yǎng)學生對物理的親近感和運用所學知識為社會服務的責任感。

4 教學重難點

教學重點：產生靜摩擦力的條件和靜摩擦力的性質。教學難點：對物體相對運動趨勢的理解。

5 教法與學法

教法：講授法，實驗法，自學指導法。學法：合作學習法，觀察法，討論法。

6 教學用具

透明塑料袋、透明玻璃杯、彈簧測力計、彈簧、表面粗糙的毛巾各一個，兩塊長短不一的木塊，細線若干，物理書本2本，水（染成咖啡色）1瓶。

7 教學過程

7.1 利用實驗，引入新課內容

[教師提問1]若用袋子提起杯子，你們通常是怎樣完成這一任務的？[答：把杯子裝在袋子里，然后提起袋子就可以提起杯子。]

[教師提問2]若把袋子放在杯子里面，要想通過提起袋子來提起袋子外面的杯子，你們會能用哪些辦法呢？[讓學生獨立思考，相互交流，再說出完成任務的方法，如用漿糊或膠水把袋子粘到杯子的內壁上等。]

設計意圖：鼓勵學生結合自己的生活經歷去大膽猜想和發(fā)散思維，以此培養(yǎng)學生的發(fā)散思維能力和熱愛生活的情感。

[教師演示]先將袋子放在杯子里，然后慢慢往袋子里面倒入適量的染色水，再提起袋子，會出現十分奇怪的現象：杯子竟然被袋子從里面提起來了！教師講解：這種奇特的現象來源于今天要學習的“靜摩擦力”。（由此引入新課）

7.2 構建活動，感知靜摩擦力的存在

[合作體驗1] 相鄰的兩位同學拿出自己的物理課本，把兩課本交疊在一起，并將其壓平，然后試著抓住其中一本被膠裝的邊緣，將課本向上提起，觀察會發(fā)生怎樣的現象？[奇怪的現象：另一本書也被提了起來！]教師引導學生對課本進行受力分析：在豎直方向上，該課本受到一個向下的重力，而書本保持靜止狀態(tài)，由二力平衡的知識可知，該課本此時一定受到一個豎直向上的力，這個力就是“靜摩擦力”。

[合作體驗2]接著，由另一同學抓住課本被膠裝的邊緣，并逐步加大拉力，試圖將兩課本拉開，體驗兩課本之間靜摩擦力的大小。結果發(fā)現：兩位同學竟然很難拉開這兩本書！[引導學生得出：（1）這個靜摩擦力很大;（2）這個靜摩擦力的大小會隨著拉力的增大而增大。]

[體驗和思考] 學生體驗：用一個較小的水平推力推自己的課桌，但沒有推動課桌;適當增大水平推力，還是沒推動桌子。學生思考：（1）自己的課桌受到了水平推力，為什么還保持靜止呢？[答：因為課桌受到一個與推力方向相反的靜摩擦力的作用！]（2）課桌受到的靜摩擦力有何特點？[答：課桌受到的靜摩擦力，其大小隨著推力的增大而增大，其方向與推力方向相反。]

設計意圖：利用學生周圍的生活事例，讓學生感知靜摩擦力的存在、大小和方向，落實“從生活走向物理”的教育理念。

7.3 創(chuàng)設情境，尋找靜摩擦力產生的條件

[學生研討]桌上靜止的課本，它在水平方向是否受到靜摩擦力？為什么？[答：它沒有受到靜摩擦力的作用。用反證法證明：如果受到靜摩擦力的作用，課本將沿著靜摩擦力的方向“運動”，這和已知課本保持“靜止狀態(tài)”相矛盾。]

[師生互動]教師引導學生得出：該課本與桌面沒有相對運動的趨勢（即：如果沒有靜摩擦力作用，課本受到的合力依然為0），因而課本和桌面之間沒有靜摩擦力。

[學生探究]給放在水平桌面上的課本施加一個較小的水平推力，若課本仍然處于靜止，此時課本在水平方向是否受到靜摩擦力？為什么？[答：它受到一個與水平推力方向相反的靜摩擦力。用反證法證明：如果不受靜摩擦力，課本在水平方向受到的合外力就不為零，課本將在推力的作用下“由靜止變?yōu)檫\動”，這和已知課本保持“靜止狀態(tài)”相矛盾。]

設計意圖：引導學生在探究有無靜摩擦力的生活案例中，學會科學使用反證法和發(fā)現“靜摩擦力的條件”。

[師生互動]教師結合上述實例，引導學生討論得出：

（1）產生靜摩擦力的條件：若兩個相互接觸的物體具有相對運動的趨勢，就會在它們的接觸面上產生阻礙相對運動趨勢的力，這個力叫做靜摩擦力。（板書）

（2）判別靜止的物體是否因為受到靜摩擦力而具有相對運動趨勢的方法是：先假設靜止的物體不受靜摩擦力，分析物體受到的合外力是否為零，從而確定物體是否具有相對運動的趨勢。即如果這個合外力不為零，該物體就具有相對運動的趨勢;如果這個合外力為零，該靜止的物體就沒有相對運動的趨勢。

7.4 操作實驗，探究靜摩擦力的性質

[實驗探究1]將4-6名學生分成一個學習小組，要求學生分組裝配好實驗裝置：物體B位于物體A上，它與彈簧秤水平相連，且彈簧秤的示數為零;在彈簧秤的指針下放置一個小紙團，它可以隨著指針移動，并作為指針到達最大位置的標記;物體A放在水平桌面上;標記物體B的兩端在物體A上的位置。學生分組利用實驗合作探究以下問題：

（1）給物體A施加一個水平拉力F，使物體A向右移動一段距離，且物體B在物體A上的位置不變（在彈簧秤上隨之會顯示一個讀數），即物體B和物體A保持相對靜止。教師提問：此時彈簧秤測得哪一個力的大小？[答：（教師引導學生對物體B進行受力分析后得出）物體B此時受到靜摩擦力，彈簧秤測得物體B和物體A之間靜摩擦力的大小。]

（2）拉動物體A繼續(xù)緩慢向右移動一段距離，且使物體B和物體A仍然保持相對靜止。學生研討：物體B和物體A之間的靜摩擦力的大小和方向各有何特性？[答：“靜摩擦力的大小可以改變”;靜摩擦力的方向可以通過以下規(guī)律來確定，“靜摩擦力總是阻礙物體的相對運動趨勢”。]

（3）繼續(xù)拉著物體A緩慢向右移動，直到物體B在物體A上開始運動為止，記下彈簧秤此時的讀數;在物體B上施加一個豎直向下的壓力（即：增大物體B對物體A的壓力），緩慢移動物體A的位置，直到物體B在物體A上開始運動為止，記下彈簧秤此時的讀數。比較兩個讀數的相對大小，這說明靜摩擦力的大小有何特點？[答：物體B和物體A之間的靜摩擦力有一個最大值，它被稱為“最大靜摩擦力”，這個最大靜摩擦力的大小與“壓力”有關，靜摩擦力的大小可以根據物體的受力情況取0到最大值之間的任何一個值。]

（4）在物體A的上表面固定一塊表面粗糙的毛巾，使物體B靜止于物體A的初始位置上，拉著物體A緩慢向右移動，直到物體B在物體A上開始運動為止，記下彈簧秤此時的讀數，再比較和的相對大小，這說明靜摩擦力的大小有何特點？[答：物體B和物體A之間的最大靜摩擦力與“接觸面的粗糙程度”有關;接觸面越粗糙，相應的最大靜摩擦力越大。]

設計意圖：訓練學生學會規(guī)范組裝實驗裝置和操作實驗，并注重從“美”的角度培養(yǎng)學生良好的實驗習慣，如實驗器材擺放整齊，實驗裝置裝配得美觀，實驗過程恰到好處等，把“美”的教育貫穿到物理教學的始終。

8 板書設計（略）

9 課堂小結（略）

10 布置作業(yè)（略）

11 教學反思

學生的核心素養(yǎng)是指學生應具備能夠適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的關鍵能力和必備品格。在此教學設計中，我們給學生構建了一系列有趣的實踐體驗活動，引導學生結合實例 “感知摩擦力的存在”“尋求靜摩擦力產生的條件”和“探究靜摩擦力的性質”， 并注重在教學過程中，突出對學生進行“美”的熏陶和教育，注重培養(yǎng)學生的良好品格，促使學生的良好品格和知識能力實現同步增長。這個教學設計，我們已經在岳陽縣第一中學高中一年級進行了教學實踐，并得到了學生的普遍喜愛。

*通訊作者：李科敏

基金項目：湖南理工學院教改項目：基于現代教學設計提高師范生教研能力的研究（2018-2020）;湖南理工學院碩士研究生課程建設項目：物理教學設計與實施（2018-2019）;湖南理工學院研究生課程案例庫建設項目：中學物理教學設計案例庫（2018-2020）

參考文獻

[1] 包慧軍.基于物理核心素養(yǎng)導向的教學設計——以摩擦力教學為例[J].物理教學探討，2018.36（02）：31-33.

[2] 李進.對比同課異構探討高效課堂——以“摩擦力”為例[J].物理教學探討，2016.34（10）：75-77.