在探究實(shí)驗(yàn)中設(shè)置“探究問題鏈”

朱斌

摘要：“以學(xué)生為主體，以問題為驅(qū)動(dòng)，以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為目標(biāo)”的立學(xué)課堂理念，強(qiáng)化學(xué)生問題意識(shí)、發(fā)展學(xué)生思維的獨(dú)立性和創(chuàng)造性。以摩擦力一節(jié)課為例，通過設(shè)置探究問題鏈，讓學(xué)生動(dòng)起來，使學(xué)生獲得了“活的知識(shí)，帶的走的素養(yǎng)”，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)他們的質(zhì)疑能力和創(chuàng)新意識(shí)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}鏈;設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

英國(guó)哲學(xué)家波普爾說：“科學(xué)和知識(shí)的增長(zhǎng)永遠(yuǎn)始于問題，終于問題——越來越深化的問題，越來越啟發(fā)新問題的問題.”陶行知先生也認(rèn)為“創(chuàng)新始于問題”，為提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，在平時(shí)的物理課堂教學(xué)中，盡量開設(shè)更多的實(shí)驗(yàn)課，通過設(shè)置探究問題鏈，強(qiáng)化學(xué)生問題意識(shí)、發(fā)展學(xué)生思維的獨(dú)立性和創(chuàng)造性，使學(xué)生感到物理學(xué)習(xí)就是在玩中學(xué)，在學(xué)中玩，而思維能力、設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力、觀察能力、分析能力等素養(yǎng)在不斷提升，學(xué)習(xí)興趣在不斷提高。下面是我在摩擦力教學(xué)中的一些做法。

一、初探摩擦力

請(qǐng)同學(xué)們將兩本物理書的書頁相互交叉，輕壓一下，然后用力使它們分開。

想一想：拉開課本為什么這么費(fèi)力？需要克服的力來自哪里？使學(xué)生對(duì)摩擦力有初步的認(rèn)識(shí)。

二、認(rèn)識(shí)摩擦力

你知道有哪些摩擦力呢？如何利用橡皮筋、書、鉛筆體驗(yàn)這些摩擦力？動(dòng)手試一試。

交流展示三種摩擦力。用橡皮筋水平拉書，要求慢慢拉動(dòng)，保持書靜止，觀察橡皮筋的伸長(zhǎng)。分析橡皮筋對(duì)物體施加了力，物體有了運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，但沒有運(yùn)動(dòng)，這種有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)但尚保持靜止時(shí)阻礙相對(duì)滑動(dòng)的力就是靜摩擦力.繼續(xù)用橡皮筋拉著書在桌子上滑動(dòng)，這時(shí)橡皮筋也伸長(zhǎng)了，說明也有力。這種相對(duì)滑動(dòng)時(shí)阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力就是滑動(dòng)摩擦力.再將書下面放幾支圓鉛筆，用橡皮筋拉著書在桌子上運(yùn)動(dòng)，書受到的摩擦力是滾動(dòng)摩擦力。在體驗(yàn)中引入靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力和滾動(dòng)摩擦力的概念。

提問：如果只用一支圓珠筆如何體驗(yàn)到三種摩擦？做一做，加深理解。

學(xué)生展示：手豎直拿筆不動(dòng)，圓珠筆受到靜摩擦力，讓圓珠筆在桌面上滾動(dòng)和寫字，圓珠筆受到滾動(dòng)摩擦力，用手推圓珠筆向前，圓珠筆受到滑動(dòng)摩擦力。

提問：摩擦力產(chǎn)生的條件是什么？

（1）兩物體一定要相互接觸并擠壓;（2）接觸面必須粗糙;（3）兩物體必須要發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。三個(gè)條件，缺一不可！那么摩擦力到底有多大呢？如何測(cè)量摩擦力的大小呢？

三、測(cè)量摩擦力

先思考方法：用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)水平桌面上的木塊，使其做勻速直線運(yùn)動(dòng)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)等于物體滑動(dòng)時(shí)受到摩擦力的大小。木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，摩擦力的大小等于拉力的大小。

再開始實(shí)驗(yàn)：用彈簧測(cè)力計(jì)拉木塊，要求慢慢拉動(dòng)，保持木塊靜止，分兩次讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，當(dāng)木塊剛要滑動(dòng)時(shí)測(cè)出最大靜摩擦力。然后勻速拉動(dòng)木塊，測(cè)出滑動(dòng)摩擦力的大小。

通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)靜摩擦力的大小等于拉力的大小，而最大靜摩擦力大于滑動(dòng)摩擦力的大小。讓學(xué)生在體驗(yàn)中理解靜摩擦力、最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力。

四、探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素

猜測(cè)：滑動(dòng)摩擦力的大小可能跟那些因素有關(guān)系？

學(xué)生討論后猜想可能與壓力、接觸面的粗糙程度、接觸面積的大小和速度等因素有關(guān)。

如何探究呢？當(dāng)影響因素較多時(shí)一般采用控制變量法，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三部曲，知道控制什么，改變什么，看什么，先探究滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力是什么關(guān)系？

學(xué)生通過小組交流，運(yùn)用控制變量法，一次彈簧測(cè)力計(jì)拉著木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，讀出F1的大小，再只在木塊上放兩個(gè)鉤碼，用彈簧測(cè)力計(jì)拉著木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，讀出F2的大小，比較F1和F2的大小得出結(jié)論：在其它條件不變時(shí)，壓力越大，摩擦力越大。

如何探究滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度是什么關(guān)系？

小組討論后，通過控制壓力不變，在木板上放上毛巾、棉布，來改變接觸面的粗糙程度，分別測(cè)出木塊勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)。分析得出結(jié)論：在其它條件不變時(shí)，接觸面越粗糙，摩擦力越大。

如何探究滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積的關(guān)系？

學(xué)生設(shè)計(jì)出通過控制壓力大小和接觸面的粗糙程度不變，將木塊平放、側(cè)放、豎放，分別測(cè)出勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)。分析得出滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積的大小無關(guān)。

如何探究滑動(dòng)摩擦力的大小與木塊運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系？

小組討論后，通過控制壓力大小和接觸面的粗糙程度不變，改變木塊運(yùn)動(dòng)的速度，分別測(cè)出以不同速度勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)。分析得出結(jié)論：滑動(dòng)摩擦力的大小與速度的大小無關(guān)。

引導(dǎo)反思實(shí)驗(yàn)過程中最大的困難是什么？實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是什么？學(xué)生發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)探究中，實(shí)際上很難做到讓彈簧測(cè)力計(jì)拉著木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，為了準(zhǔn)確測(cè)出滑動(dòng)摩擦力，思考如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置？

小組討論后一組學(xué)生展示，一個(gè)同學(xué)固定彈簧測(cè)力計(jì)，另一個(gè)同學(xué)先勻速拉動(dòng)木板，再加速拉動(dòng)木板，觀察彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化，分析彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不變，體驗(yàn)這種測(cè)量摩擦力的實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：一是彈簧測(cè)力計(jì)在靜止?fàn)顟B(tài)下讀數(shù)，讀數(shù)比較精確，二是木板可以不做勻速直線運(yùn)動(dòng)，操作簡(jiǎn)單。而且通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體會(huì)“物體的運(yùn)動(dòng)”和“物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的不同，分析木塊此時(shí)相對(duì)地面是靜止的，但相對(duì)于木板是運(yùn)動(dòng)的，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，木塊受到了與彈簧測(cè)力計(jì)的拉力方向相反的摩擦力的作用，幫助學(xué)生理解摩擦力的方向是阻礙物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向。

五、增大和減小摩擦力的方法

如何增大有益摩擦減小有害摩擦呢？學(xué)生分析剛做的實(shí)驗(yàn)得出：一是增大壓力，二是增大接觸面之間的粗糙程度。減小摩擦力的方法：一是減小壓力，二是減小接觸面之間的粗糙程度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)學(xué)生還可得出方法三：加潤(rùn)滑油可以減小摩擦，它是通過使接觸面之間分離來減小摩擦。如氣墊船、磁懸浮列車等。方法四：變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦。

紙上得來總覺淺，絕知此事要躬行。讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中學(xué)會(huì)摩擦力的分析方法——平衡法，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)用控制變量法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的三部曲：控制什么、改變什么和看什么。通過探究問題鏈的設(shè)計(jì)，強(qiáng)化學(xué)生問題意識(shí)、發(fā)展學(xué)生思維的獨(dú)立性和創(chuàng)造性，體現(xiàn)了“以學(xué)生為主體，以問題為驅(qū)動(dòng)，以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為目標(biāo)”的立學(xué)課堂理念。學(xué)生獲得了“活的知識(shí)，帶的走的素養(yǎng)”，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)他們的質(zhì)疑能力和創(chuàng)新意識(shí)。