高中物理延展式教学设计探讨①
——以“静摩擦力”教学为例

(江苏省通州高级中学，江苏 南通 226300)

随着新课程改革的深化，“核心素养”成了教育热词，如何培养？笔者认为从“实践”出发，实施高中物理延展式教学，在发展学生实践意识的同时，学生的核心素养也可以获得有效提升，促进教学重、难点的有效突破。对于高一学生而言，开始学习时就会遇到若干个难点，“静摩擦力”就是其中之一。作为几种常见的力之一，学好静摩擦力，将为学生学习动力学和静力学打好基础，在教学中教师要善于从学生的已有经验和知识基础出发来组织教学。对于“静摩擦力”，学生并不陌生，初中已接触过这一概念，学生在生活中也遇到过，但学生的认识通常是片面的，如何促进学生更为全面地理解“静摩擦力”这一概念？笔者立足于学生的生活经验和认知基础，设计了一节重实践、重延展的物理概念课。

1 通过生活图片延展到与知识相关的问题

虽然我们无法把课堂搬到课外去寻找静摩擦力，但是我们可以将生活中的情景精选到课堂中来，笔者在教学中通过多媒体课件呈现两组生活图片，引出摩擦力的课题，完成从生活到物理学习的有效延展。

图片1：轮胎上的花纹和鞋子底部的纹路。教师提出问题：通过图片的观察，你知道这些花纹和纹路有什么作用吗？在问题的引导下，学生积极思考，很多学生情不自禁地抬起脚，联系自己的行走特点，寻找答案。

图片2：身体表面光滑的鱼。教师提出问题：你抓过鱼吗？要一把稳稳地将鱼抓住可不是一件容易的事情，这是什么原因呢？

设计意图:物理课堂不应拘泥于黑板、粉笔、物块与小车等等，教师通过多媒体为学生展示生动形象的图片以及视频资料，能唤醒学生有关生活经验的回忆。

2 设置实践情境，延展学生认知

摩擦力的基本类型对于学生并不陌生，但是高中教学不应该生硬地让学生进行概念的复述，笔者认为可以通过设置问题的方式，完成一个有效的衔接。

问题情境1：小明要将一个非常重的箱子从A点搬到B点，问题是箱子太重了。你能为小明出谋划策吗？

学生纷纷说：搬不动，可以推着走啊。

问题情境2：如果小明在推的时候，发现很难推动，怎么办呢？

学生讨论后给出以下方案：可以在移动的路径上浇一些油，增加地面的光滑程度；可以将箱子打开，取出一些重物，这样推可以轻松一些……

问题情境3：你们的建议都很合理，浇油是改变接触面之间的粗糙程度，取出一些重物出来是改变物体对地面间的压力，这种做法都可以有效地减小阻力。但是老师就是要给大家出出难题，如果不采用这两种方法，还有其他办法吗？

学生再一次讨论后，给出建议：在箱子上装上轮子，就可以更加轻松地推动。

教师引导学生分析三种情境中的摩擦现象，并安排学生对其进行适当对比。

设计意图:上述三个问题情境引出三种不同的摩擦力，分别为静摩擦力、滑动摩擦力以及滚动摩擦力。这些内容学生在初中已有认识，这一环节就是帮助学生回顾已学知识，为新知识的学习打下基础。

3 借助亲身体验，延展对概念的全面理解

实验是最具物理味的课堂实践活动，无论是演示实验还是分组实验都能够给学生一种切身的体验，引导学生观察，实现从对知识的片面认识向全面理解的延展。

3.1 由趣味实验引出静摩擦力

教师利用实验来创设情境：让每一个学生都拿出两本书，让学生将其一页页地交叠在一起，并紧压一下，然后让他们尝试着抓住一本书，将书向上提起，看看会发生什么现象？学生惊奇地发现另一本书也被提起来了。

教师提出问题：下面的书受到重力，为什么没有掉下去？

教师继续让学生实验，两个学生相互配合，各自抓住书的一端，相互对拉，让学生观察现象。学生发现：无法将书本分开。

教师提出问题：为什么在拉力的作用下，没有将书本拉开？

学生开始进行讨论，因为他们在实验中都很有感触，所以讨论时也就会产生很多深刻的认识：外加作用力都是沿着接触表面的，而书本没有发生运动，阻碍肯定也是沿着接触面，因此不能是弹力，只能是其他性质的力，这个实验和初中老师演示的筷子提米很相似，可能是静摩擦力。

设计意图:静摩擦力是学生在初中已经接触的概念，但是很多学生已经淡忘。教师在这一阶段的处理必须慎重：重新引入和讲解，必然导致基础较好学生的心生厌倦，降低他们的学习热情；若一笔带过，则不少学生又无法及时唤醒记忆，会在学习中跟不上节奏。教师通过让学生亲身体验，同时通过合作、讨论，让他们相互启发，最终突破学习的疑点。

3.2 动手实验，探究静摩擦力的产生条件

实验1：教师将书本用力按在墙壁上，并且让学生一起模仿，操作这个实验。

教师提出问题：大家看到了什么现象？为什么?

实验2：教师让学生一起撤掉挤压在书本上的外力。

教师提出问题：大家看到了什么？这又是为什么？

进一步提问：如果接触面光滑，则会发生什么现象？

分析1：“按住”书本表明书本既有接触又有挤压，“放手”则意味着物体之间没有任何挤压。由此得到推论：产生静摩擦力必须要存在彼此的挤压。

分析2：一旦放手则物体下落，而按住时由于有静摩擦力的作用，物体保持静止状态，这说明静摩擦力的作用能够阻碍相对运动的发生。通过对比可以发现：要产生静摩擦力就必须要存在相对运动趋势。

分析3：接触面如果光滑，则物体将会滑动，即无法产生静摩擦力，接触面粗糙则物体可以产生静摩擦力，可以总结：产生静摩擦力的接触面要比较粗糙。

通过对实验现象的分析，教师引导学生总结出静摩擦力的产生条件，同时也对静摩擦力的定义进行了进一步的完善。

设计意图:将书本按在墙上的实验操作简单而易行，有关现象也比较直观，方便学生得出相应的结论，总结出静摩擦力的产生条件。

3.3 运用毛刷实验，探究静摩擦力的方向

教师演示毛刷实验，当毛刷静止时，刷毛处于自然下垂的状态；毛刷如果受到摩擦力，则其刷毛的弯曲情况将发生变化。教师预先演示：给刷毛一个向右的作用力，刷毛将向右弯曲。如果给刷毛向左的作用力，则刷毛将发生向左的弯曲，这一演示的效果能够通过刷毛的弯曲方向来表示其所受力的方向。

教师将刷子放在桌面上，向右侧拉它(毛刷没有发生滑动)，学生能够清晰地发现此时刷毛向左。教师提问：毛刷所受到的静摩擦力朝什么方向？学生答：刷毛向左，则摩擦力向左。教师提问：毛刷的运动趋势朝什么方向？学生答：在外力作用下毛刷产生向右的运动趋势。教师继续问：运动趋势的方向与静摩擦力的方向存在什么关系？学生答：静摩擦力的方向与运动趋势方向相反。

为了验证这一想法，教师继续问：如果外力向左侧拉，但是没有拉动，你认为运动趋势朝什么方向？静摩擦力朝什么方向？学生猜想：运动趋势向左，静摩擦力的方向应该向右。教师提示：请自己验证，并总结结论。学生拿起手边的毛刷，自主搜集证据进行验证。结合实验，他们进行总结：物体所受静摩擦力的方向总是沿接触表面，且与其运动趋势的方向相反。

问题情境1：将物体放在斜面上，你能判断静摩擦力的方向吗？

学生回答：物体在斜面上会产生相对下滑的运动趋势，因此静摩擦力的方向沿斜面向上。

问题情境2：除了通过运动趋势来判断，我们还有其他方法吗？比如刚才按在墙壁上的书，怎样研究静摩擦力的方向？

学生回答：画受力分析图，从受力平衡角度来处理。

教师引导学生总结方向判断的两种方法：(1) 假设法，假设没有摩擦力，由此来判断物体运动的方向，这就是物体运动趋势的方向，静摩擦力的方向与该方向相反；(2) 二力平衡法，根据受力分析，运用二力平衡来判断静摩擦力方向。

设计意图:静摩擦力方向判断的难点在于其抽象性，教学中教师采用毛刷来形象化显示静摩擦力方向，同时教师将探索和总结的权力都交给学生，让学生自主进行知识的建构。

3.4 探究静摩擦力的大小特点

演示实验：如图1所示，教师缓缓拉动木板，由学生观察弹簧秤的读数以及小木块的运动状态，提出问题：是不是拉力越大，静摩擦力越大？

图1

学生结合观察，得出以下结论：物体处于静止状态时，所受拉力越大，则其所受静摩擦力越大，当拉力达到一定程度后，物体发生滑动，则此后就不再是静摩擦力。

学生还发现，当拉力达到一定数值之后，两个小三角形发生错位，木块由静止过渡为滑动状态，此后拉力反而减小，而在小三角形发生错位的瞬间，弹簧测力计的读数达到其最大值。

学生结合现象总结出以下结论：外加拉力逐渐增大时，静摩擦力也会随之增大，二者间保持平衡的关系；当外力达到一定程度之后，静摩擦力也将达到其最大值——最大静摩擦力；当物体发生滑动时，它将会受滑动摩擦力作用，而滑动摩擦力要小于最大静摩擦力。

设计意图:教师通过演示实验引导学生直观地对木块的运动和受力展开分析，并将学生的视线导向静摩擦力的有关特点，这属于一个定量的研究过程。

4 借助于“总结和反思”，促进知识内化

教师引导学生对本课所学进行总结，总结包括两个层面：(1) 对静摩擦力的知识脉络进行梳理；(2) 对探究过程的体会和方法进行交流。

设计意图:课堂进入最后环节，学生已经出现人心浮动的情形，这时教师完全将主动权交给学生，让学生自主进行总结，可以让他们不由自主地静下心来对知识和方法进行总结。

以上是笔者对静摩擦力的教学设计和有关思考，在高中物理教学中，面对学生一个个学习难点，教师要分析学生的认知基础，立足于学生已有经验来展开教学，同时教学中要真正体现学生的主体地位，这样才能提升我们的课堂效率。