創設漸進式問題情境 建構物理概念——以《摩擦力》教學為例

王若玉

(江蘇省南京大學附屬中學 210000)

建構主義教學觀主張“通過解決問題來學習”，《2017普通高中物理課程標準》指出，創設情境進行教學，對培養學生的物理學科核心素養具有關鍵的作用.因此在高中物理概念教學中，教師需要創設漸進式問題情境，即根據學生已有經驗和認知特點設置的逐層遞進的問題情境，來引發學生的認知沖突，讓學生在解決問題的過程中抽象事物的本質特征，建構物理概念.“摩擦力”是高中物理力學中非常重要并難掌握的一種力，學生通過初中的學習對摩擦力力有了初步的認識.由于摩擦力的方向判定和大小計算都比較復雜，不宜理解，學生常常形成一些錯誤的認識，主要表現在：不能厘清靜摩擦力和最大靜摩擦力的關系；認為靜摩擦大小與正壓力有關；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動的；正壓力等于重力；摩擦力的方向與運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，創設出幾個漸進式問題情境，循序漸進，讓學生在解決問題的過程中重新建構摩擦力的概念，取得意想不到的效果.

一、教學過程

在導入新課主題，學生自主學習摩擦力的產生條件后，筆者逐步創設以下問題情境，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，它為何還處于靜止狀態？

生： 根據二力平衡，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，會發生什么現象？

生： 向右運動.

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

生： 靜摩擦力，它的方向是與相對運動趨勢方向相反.

師： 如果大毛增大推力，發現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.

設計意圖：通過創設問題情境一區分靜摩擦力和最大靜摩擦力，學生認識到產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，引發了內心沖突，動搖了原有認知結構，學生輕松得知靜摩擦力的大小與正壓力無直接關系，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動趨勢沿斜面向下？

生： 采用“假設法”，假設斜面光滑，汽車相對于斜面沿斜面下滑.

設計意圖問題情境三在問題情境二的基礎上，設置斜面上的問題情境，強化判斷靜摩擦力方向的方法，為傾斜傳送帶運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：小軍是運動的，所以他受到滑動摩擦力.

生2：不對，我不同意，我認為由于手與繩子相對靜止，所以受到的是靜摩擦力.

(同學們各抒己見，開始爭論起來，老師點撥同學們，判斷是否為靜摩擦力關鍵看它們之間是否“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.

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

情境五傳送帶運送貨物

師：傳送帶運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：這里靜摩擦力充當的是動力還是阻力呢？

生：靜摩擦力方向與運動方向一致，因此充當是動力.

設計意圖通過問題情境五，進一步加深理解靜摩擦力方向，糾正學生認為靜摩擦力一定與運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生在兩個“相對”運動的物體間，受到滑動摩擦力的物體不一定運動.

設計意圖通過問題情境六讓學生了解“靜中有動”，受到滑動摩擦力的物體并不一定運動，對滑動摩擦力產生條件的認識有積極作用.

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

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

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

設計意圖問題情境七中兩種情況物塊都是向右運動，而甲中物塊受到的滑動摩擦力與運動方向相反，乙中物塊受到的滑動摩擦力與運動方向相同，強調滑動摩擦力方向中“相對”的重要性，強化滑動摩擦力的方向的理解，實現從經驗性認知到物理概念的轉變.

摩擦力問題比較復雜，在具體問題中常表現出“動中有靜，靜中有動，若有若無，方向不定”的特點，這對于初學的學生來說不易理解.創設漸進式問題情境的目的在于根據學生已具有認識水平和思維結構，逐層遞進地創設問題情境，引發學生的認知沖突，激發學生思維，讓學生全身心地進入探索者的角色.筆者設置問題情境從“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“傳送帶運送貨物”等，通過這幾個漸進式問題情境的設置循序漸進地解決重難點問題——摩擦力的大小和方向，支撐學生的建構活動，發展科學思維，培養解決問題的能力.