研究性學習視域下的初中物理教學

摘 要：研究性學習是學生基于學習資源所開展的和科學家進行科學研究類似的探究式學習活動。在初中物理課堂中，教師可發現基于研究性學習實施教學。教師創設情境、提出問題，引導學生自主研究相關問題，建構抽象概念，發現規律。研究性學習真正確立了學生的主體地位，有利于提升學生的綜合素養。本文以

蘇科版初中物理八年級下冊中“摩擦力”一節的教學為例，探討了研究性學習視域下的初中物理教學。

關鍵詞：初中物理；研究性學習；摩擦力

建構主義的認知學習理論認為，學習是學習者對知識意義的自主建構過程，學習者以自己原有的知識和經驗為基礎，對新信息重新認知和編碼，從而獲得對知識意義的理解。［1］研究性學習是指在教師的指導下，學生利用各種學習資源，實施合作探究，尋求事物內在規律的活動形式。［2］研究性學習真正確立了學生在學習中的主體地位，滿足學生對自主建構的需求，并能將教師的主導作用發揮出來。在研究性學習過程中，學生經歷了知識的形成過程，更容易對物理思想方法形成深刻的認識；研究性學習有利于學生將探究獲得的物理知識用來解決實際問題，起到學以致用的效果。因此，研究性學習十分有利于發展學生的物理核心素養。“摩擦力”是初中物理中非常重要的一節，在傳統講授式教學模式下，學生在學習摩擦力時會出現許多困惑。在教學過程中，教師若應用研究性學習方式，則可有效地解決這些問題，促進教學效率的提升。

1 感受摩擦力

研究性學習并非空中樓閣，而是在肯定學生具有前認知基礎上所實施的探究學習活動。正確的前認知對學習有促進作用，錯誤的前認知對學習有阻礙作用。在教學時，教師借助學生所熟悉的各種生活實例，引導學生討論，將學生正確的和錯誤的前認知都提煉展示出來。教師利用學生正確的前認知引導學生開展研究性學習，利用矛盾沖突幫助學生糾正錯誤的前認知，實現學生思維上的飛躍。

【教學實例】

學生活動：①將籃球放在地面上向前推出，籃球滾動一段距離后停止運動；②將木塊放在地面上向前推出，木塊滑行一段距離后停止運動；③將手掌壓在桌面上用力向前推動；④用書本將紙片壓在桌面上，用力拉出紙片。

教師提問：在這些活動中，你們感受到了什么？

學生回答：我們感受到了摩擦力。

教師提問：你們對摩擦力有哪些認識？

學生討論后說出的對摩擦力的認識（學生的前認知），主要集中在這幾個方面：①摩擦力發生在相互接觸的兩個物體之間；②摩擦力只發生在相互運動的兩個物體之間；③摩擦力阻礙物體的運動；④摩擦力廣泛存在于生活中；⑤摩擦力對我們的生活沒有好處；⑥兩個物體間壓得緊一些，它們之間的摩擦力則大一些。

教師將學生對摩擦力的認識展示在課件中，作為后續討論的基礎。

教學意圖：摩擦力在日常生活中無所不在，但是，學生并沒有刻意地去研究過它，對摩擦力的認識是模糊的。在本教學環節中，教師指導學生通過幾個活動親身體驗摩擦力，并讓學生說出對摩擦力的認識。教師不必糾結學生這些認知的正誤，只管有條理地展示出來，讓學生厘清自己已有的關于摩擦力的認識。這是研究性學習的開端，也是研究性學習的基礎。

2 建構摩擦力的概念

概念是物理學的基石。在初中物理教學中，教師引導學生感受物理現象，可以讓學生產生建構概念的想法，但是學生無法自主建構出概念，教師必須正確引導。研究性學習的核心在于學生的自主探究，概念的建構同樣需要學生去努力探究。教師可以引導學生做一些簡單的實驗，深化學生對概念的認識。

【教學實例】

教師提問：什么是摩擦力？

這個問題涉及摩擦力的定義，具有高度的抽象性，學生無法清晰地說出概念。教師拿出兩只毛刷，讓學生做實驗。學生將一只毛刷壓在桌面上，用力拉動毛刷，如圖1所示。學生觀察到：刷毛彎曲的方向和毛刷的運動方向相反。學生得出結論：摩擦力阻礙物體的運動。教師讓學生將兩只毛刷壓在一起向相反的方向拉動。學生觀察到現象：兩只毛刷上刷毛彎曲的方向都和它們運動的方向相反。學生得出結論：摩擦力是阻礙物體間相對運動的一種力。這一結論并不全面。

教師提問：摩擦力是不是只存在于相對運動的物體間？

教師要求學生用實驗來回答問題。學生重新做了毛刷實驗。學生控制好力度，使毛刷不運動。此時，學生同樣觀察到了刷毛的彎曲現象。實驗說明：摩擦力可以出現在相對靜止的兩個物體間。學生總結：摩擦力是發生在兩個物體的接觸面間，阻礙物體相對運動或者相對運動趨勢的一種力。這個定義已經能夠準確地描述摩擦力了。

教師提問：根據你們的研究，摩擦可以分為哪幾種類型？

學生回答：滑動摩擦和靜摩擦。

教師播放視頻，視頻介紹了車軸中的鋼珠作用。觀看過視頻后，教師讓學生補充。學生認為還需要加入滾動摩擦。

教師提問：如果在壓力大小等條件相同的情況下，滾動摩擦和滑動摩擦哪個大？

教師讓學生利用身邊的器材做實驗。學生將鉛筆盒放置在桌面上，使用彈簧測力計緩慢拉動。根據二力平衡原理，彈簧測力計對鉛筆盒的拉力等于鉛筆盒受到桌面對其的滑動摩擦力。然后，學生在鉛筆盒下面放置兩根截面為圓形的鉛筆，重復實驗。學生發現此時只需要很小的拉力就可以拉動鉛筆盒。學生得出結論：在壓力大小等條件相同的情況下，滾動摩擦要比滑動摩擦小得多。

教師讓學生說一說日常生活中應用這一規律的情形。學生舉出了許多實例，如滾動門、滑板、車輪等。

教師提問：我們之前對摩擦力的認識哪些是錯誤的？

學生回答：第②條是錯誤的（對照學生前面的認識）。

教學意圖：在本教學環節中，教師引導學生探究了摩擦力的概念。教師指導學生通過毛刷實驗來進行研究性學習。通過實驗，學生歸納出了摩擦力的定義。在學生歸納出摩擦力的定義后，教師再讓學生研究摩擦的分類。學生知道了摩擦可以分為三種，而且對它們的關系有了一定認識。雖然此時學生的前認知還存在著許多錯誤，但是學生已經可以排除掉一些錯誤的認知，離真理更近一步。研究性學習的過程是由淺入深的，不可能一下子完全認識并揭示物理規律。這符合學生的認知特點，也有助于學生形成對摩擦力的科學認知。

3 研究摩擦力的大小

研究性學習要求學生自主收集材料、自主開展實驗、自主得出結論。在做好充分準備后，教師可以指導學生開展研究性學習。教師將學生分為若干個研究小組，通過合作探究的方式揭示物理規律。沒有目標的研究是盲目無效的，教師要為學生制定具體的研究目標。在學生開展研究的過程中，教師要指導學生使用各種研究工具和技術。

【教學實例】

教師提問：如何知道靜摩擦力的大小？

教師讓學生做實驗研究這個問題。學生將鉛筆盒放置在桌面上，使用彈簧測力計來拉鉛筆盒。學生發現：在拉力較小的情況下，鉛筆盒不會運動。根據二力平衡原理，學生可以求出靜摩擦力的大小。通過這一研究，學生知道了靜摩擦力的大小可以在一定范圍內變化，其大小可以使用二力平衡的原理測出。

教師提問：滑動摩擦力的大小和哪些因素有關？

教師同樣讓學生做實驗進行研究。

學生使用實驗裝置（如圖2所示）來研究滑動摩擦力大小的因素。第一步，改變木塊上的鉤碼質量，學生發現鉤碼質量越大，勻速拉動木塊需要更大的力，即滑動摩擦力越大；第二步，改變接觸面的粗糙程度，學生在木板上鋪不同的材料，如毛巾、玻璃板等。學生發現材料越粗糙，勻速拉動木塊需要的拉力越大，即滑動摩擦力越大。通過實驗研究，學生得出結論：滑動摩擦力的大小和壓力的大小、接觸面的粗糙程度有關。

教師提問：滑動摩擦力的大小和木塊的運動速度有關系嗎？

許多學生認為兩者有關系，教師讓學生做實驗證明。學生嘗試使用更快的速度勻速拉動木塊。通過實驗，學生發現即使速度再大，滑動摩擦力的大小也沒有變化。此實驗說明了滑動摩擦力的大小和物體間相對運動速度的大小沒有關系。

教師提問：滑動摩擦力的大小和接觸面積的大小有關系嗎？

許多學生認為有關系。學生做實驗嘗試將木塊從木板邊緣拉出，發現在木塊被拉出木板的過程中，滑動摩擦力的大小并沒有發生變化。此研究說明了滑動摩擦力的大小和接觸面積的大小沒有關系。

教師布置任務：請對上面的研究進行總結。

學生總結：滑動摩擦力的大小和壓力的大小、接觸面的粗糙程度有關系，和相對運動速度大小、接觸面積大小沒有關系。

教師提問：通過觀察，我發現上述實驗在操作過程中，很難讓木塊做勻速直線運動。如何改進實驗方案？

教師讓學生討論，然后說出他們的改進方案。改進后的實驗方案（如圖3所示）更為合理，學生拉動木板時不需要保持勻速直線運動。此實驗裝置可以很方便地研究滑動摩擦力大小和相對運動速度大小、接觸面積大小之間的關系。

教學意圖：在本教學環節中，教師讓學生使用實驗研究了靜摩擦力和滑動摩擦力的大小。學生通過實驗研究發現靜摩擦力的大小可以使用二力平衡的原理來求解，而且靜摩擦力的大小和外力有關系。對滑動摩擦力的研究是本次研究性學習的重點。學生對影響滑動摩擦力大小的各種因素進行了探究，最終得出了正確的結論。在得出實驗結論后，教師還要求學生改進實驗方案，以進一步提升學生的研究能力。通過上述一系列研究性學習，有助于學生真正全面地認識摩擦力。

4 應用摩擦力

初中物理研究性學習的最后一個環節是應用。通過研究性學習，學生已經對相關的物理規律有了深入認識，但是還需要提升他們應用物理規律的能力。教師可以針對相關物理知識提出聯系實際情境的應用問題，要求學生利用剛剛獲取的物理知識去解決問題。教師還可以提出新的研究問題，要求學生在課外開展研究，拓展教學時空。

【教學實例】

教師提問：摩擦力是不是只能作為阻力？

學生討論后舉例回答：爬桿時，桿對人手的靜摩擦力向上，人向上運動。在這個過程中，靜摩擦力提供了動力，這是靜摩擦力提供動力的實例。將物體輕輕地放到傳送帶上，物體和傳送帶之間會打滑，傳送帶對物體的滑動摩擦力提供了物體加速運動的動力，這是滑動摩擦力提供動力的實例。通過對這一問題的分析，學生認識到他們前認知中的③是錯誤的。

教師提問：在日常生活中，我們能不能利用摩擦力？

學生討論后舉例：人手能夠拿住東西是依靠摩擦力，人走路是依靠摩擦力。顯然，摩擦力在日常生活中無處不在，人們的生活根本就沒有辦法離開摩擦力。顯然，學生前認知中的⑤是錯誤的。

教師展示課件，播放與自行車有關的視頻。

教師提問：自行車在行駛過程中，有些地方的摩擦是有益的，有些地方的摩擦是有害的。請找出自行車中一個有益的摩擦和一個有害的摩擦實例，并提出增大有益摩擦和減小有害摩擦的方法。

有益的摩擦：車輪與地面之間的摩擦。如果車輪和地面之間的摩擦過小，自行車在行駛的過程中會出現滑動而摔倒。增加車輪和地面之間摩擦的方法是在輪胎上刻上花紋。這種方法是通過增加接觸面的粗糙程度來增加摩擦力。有害的摩擦：車軸之間的摩擦。如果車軸之間的摩擦過大，人將難以騎動自行車。減小車軸間摩擦的方法是在車軸間添加潤滑油。

教學意圖：在本教學環節中，教師引導學生應用所學到的摩擦力知識。首先，教師讓學生通過舉例的方式來說明摩擦力不僅可以作為阻力，也可以提供動力。在分析這個問題的過程中，學生需要分析摩擦力的方向、大小等。其次，教師要求學生分析自行車中的有益摩擦和有害摩擦。在分析此問題的過程中，學生認識到摩擦是一把雙刃劍。學生還探討了增加有益摩擦和減少有害摩擦的方法。這個教學環節可以看成研究性學習的延伸，讓學生將在研究性學習中獲取的知識應用起來，提升學生的應用能力。

5 結束語

教學方法、模式的創新也應與實踐活動的形式、內容契合，以保證能在實踐活動中促進學生核心素養的發展。［3］研究性學習將課堂學習和實踐教學融合了起來。初中物理教學應該確立學生的主體地位，研究性學習則是確立學生主體地位的一種有效方法。由于課堂教學時間有限制，課堂教學中的研究性學習應該是在教師引導下的一種教學方式。教師展示物理情境，提出相關問題，提供實驗器材。學生思考、討論、實驗，做各種相關的研究活動，經歷研究的過程，實現學習目標。

參考文獻

［1］ 徐稀琳.初中物理“支架式教學”助力高階思維培養的實踐探究［J］.物理教學，2023，45（7）：3135.

［2］王祥東，劉安巍，朱興強等.研究性學習視域下的物理規律課教學——以“勻變速直線運動位移與時間的關系”一課教學為例［J］.中學物理，2023，41（7）：4144.

［3］ 晁正，何小雨，黃文登等.基于“讀思達”的初中物理綜合實踐活動開展方法研究——以“制作蝴蝶杯”為例［J］.物理教師，2023，44（6）：2833.