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        克服思維定勢(shì) 透析摩擦力

        2013-10-18 07:41:06沈文娣
        關(guān)鍵詞:米袋定勢(shì)木塊

        沈文娣

        摩擦力是初中物理力學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn),學(xué)生普遍反映摩擦力學(xué)習(xí)有難度,個(gè)別學(xué)生甚至是“談摩色變”,患上了“恐摩癥”。究其原因,除學(xué)科本身的特點(diǎn)外,還跟學(xué)生的思維定勢(shì)有關(guān)。思維定勢(shì)(Thinking Set) 是指由先前的活動(dòng)而造成的一種對(duì)活動(dòng)的特殊的心理準(zhǔn)備狀態(tài),或活動(dòng)的傾向性。在環(huán)境不變的條件下,定勢(shì)使人能夠應(yīng)用已掌握的方法迅速解決問(wèn)題,而在情境發(fā)生變化時(shí),它則會(huì)妨礙人采用新的方法。隨著教改的深入,很多教師也認(rèn)識(shí)到研究學(xué)生思維規(guī)律的重要性。針對(duì)學(xué)生產(chǎn)生的困惑,筆者在分析他們思維特點(diǎn)的基礎(chǔ)上做了一些梳理和思考,并在教學(xué)實(shí)踐中做了有益的嘗試和探索。

        一、摩擦力方向和物體運(yùn)動(dòng)方向一定相反嗎

        “物理來(lái)源于生活,應(yīng)用于生活?!背跻粚W(xué)生在學(xué)習(xí)摩擦力之前,已經(jīng)對(duì)摩擦力有了初步的概念。這種先入為主的片面甚至是錯(cuò)誤的“前概念”阻礙了物理概念的正確形成。他們認(rèn)為,摩擦力就是阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力,那么想當(dāng)然地:摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反。學(xué)生對(duì)這種所謂的“前概念”有強(qiáng)烈的心理傾向,甚至心理固執(zhí)。教材對(duì)摩擦力方向作了簡(jiǎn)潔、科學(xué)地描述:“摩擦力方向與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反”。但初一學(xué)生往往理解有誤:其一,把“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”等同于了“運(yùn)動(dòng)”。相對(duì)運(yùn)動(dòng)是指研究對(duì)象相對(duì)于接觸的另一物體(即參照物)而言的,與周?chē)渌矬w無(wú)關(guān)。例如,一木塊受到水平向右的拉力,在水平桌面上運(yùn)動(dòng),實(shí)際上是指研究對(duì)象“木塊”相對(duì)于接觸面“桌面”在向右運(yùn)動(dòng),木塊就受到桌面施加的向左的摩擦力。這個(gè)結(jié)論跟學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)相吻合,學(xué)生覺(jué)得易于理解和接受。在實(shí)際練習(xí)中,我們經(jīng)常會(huì)碰到摩擦力方向和物體運(yùn)動(dòng)方向一致的情況,學(xué)生覺(jué)得難以理解。其二,對(duì)“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”理解透徹?!跋鄬?duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”是物體“想動(dòng)而未動(dòng)”的狀態(tài),確實(shí)不如“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”直觀(guān),具有很強(qiáng)的隱蔽性,學(xué)生分析起來(lái)較困難。

        例1:如下圖所示,物體A疊放在物體B上,水平地面光滑,外力F作用于物體B上使它們一起運(yùn)動(dòng),試分析兩物體受到的摩擦力的方向。

        錯(cuò)解:物體A、B都受到向左的摩擦力。

        分析:本題中假設(shè)A、B間接觸面是光滑的,當(dāng)F使物體B向右運(yùn)動(dòng)時(shí),物體A由于慣性, A相對(duì)于B有向左的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),所以A受到B施加的水平向右的靜摩擦力。因?yàn)榱Φ淖饔檬窍嗷サ?,B也受到A施加的水平向左的靜摩擦力,根據(jù)題設(shè)條件,水平地面光滑,B物體沒(méi)有受到地面施加的摩擦力。(具體受力分析如圖1-2所示)

        二、摩擦力一定是阻力嗎

        思維定勢(shì)是一種按常規(guī)處理問(wèn)題的思維方式。思維定勢(shì)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的思維傾向,進(jìn)而對(duì)物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生障礙。例如,對(duì)摩擦力到底是阻力還是動(dòng)力問(wèn)題,同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)了“摩擦力概念”后,以概念中的“阻礙物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”為證據(jù),并結(jié)合已有的生活經(jīng)驗(yàn),在頭腦中牢固地形成了摩擦力是阻力的錯(cuò)誤認(rèn)知。筆者適時(shí)的配合習(xí)題訓(xùn)練及時(shí)更正學(xué)生正在產(chǎn)生或已經(jīng)產(chǎn)生的負(fù)面思維定勢(shì),而用積極的思維定勢(shì)取而代之。如,下面的小猴子爬樹(shù),筆者引導(dǎo)學(xué)生分析其受力情況:小猴子豎直方向受到重力和摩擦力。摩擦力方向——豎直向上,和小猴子的向上運(yùn)動(dòng)方向一致,在這里摩擦力是一種推動(dòng)物體前進(jìn)的動(dòng)力。又如,例1中,A物體受到的摩擦力方向水平向右,也和物體運(yùn)動(dòng)方向相同,也是動(dòng)力。可見(jiàn),摩擦力是動(dòng)力還是阻力,要具體問(wèn)題具體分析。如果“囫圇吞棗”,只看表面而不細(xì)究本質(zhì),既無(wú)法達(dá)到提高物理學(xué)習(xí)能力的目的,又不能體會(huì)到物理內(nèi)在的美,這是和新課程倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)方式背道而馳的。

        三、運(yùn)動(dòng)的物體一定受到摩擦力,而靜止的物體一定沒(méi)有受到嗎

        思維定勢(shì)對(duì)問(wèn)題解決既有積極的一面,也有消極的一面。當(dāng)新舊問(wèn)題“形似質(zhì)異”時(shí),思維的定勢(shì)往往會(huì)使人步入誤區(qū),難以涌出新思維,作出新決策,造成知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的負(fù)遷移。在學(xué)生的潛意識(shí)中認(rèn)為,運(yùn)動(dòng)的物體受到摩擦力,靜止的物體不受摩擦力。為克服這種思維定勢(shì)的負(fù)面影響,筆者在教學(xué)中特別注重摩擦力概念的建立環(huán)節(jié)。在概念形成時(shí),筆者通過(guò)大量實(shí)例和演示實(shí)驗(yàn)將摩擦現(xiàn)象展示在學(xué)生面前,啟迪學(xué)生挖掘其本質(zhì)特征,剔除次要因素,抽象出摩擦力概念——“相互接觸的兩個(gè)物體,當(dāng)它們做相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí),在接觸面上會(huì)產(chǎn)生一種阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力,這種力叫摩擦力?!痹诟拍畛尸F(xiàn)后,筆者又啟發(fā)學(xué)生辨析概念,認(rèn)清概念的內(nèi)涵和外延,并特意暴露了概念中的諸多干擾因素。例如,我出示了圖3的四種運(yùn)動(dòng)狀況,請(qǐng)同學(xué)們以小組討論的形式議一議物體是否受到摩擦力的作用。

        教師和學(xué)生在排除干擾因素的過(guò)程中,總結(jié)出了摩擦力產(chǎn)生的三個(gè)必要條件:(1)兩物體相互接觸并擠壓;(2)接觸面粗糙;(3)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。這樣學(xué)生對(duì)摩擦力概念有了較清晰的認(rèn)識(shí),同時(shí)也明確了:運(yùn)動(dòng)的物體不一定受到摩擦力,而靜止的物體也可能受到摩擦力。在概念的深化階段,教師還要注意揭示相近知識(shí)間的共性和個(gè)性,有意設(shè)置“誤區(qū)”,讓學(xué)生“上當(dāng)”。筆者精心選擇了例2,所選題目的答案既非唾手可得,又非可望而不可及,而是跳一跳才能得到。

        例2:(2011杭州中考)將一袋大米放在勻速向右運(yùn)動(dòng)的輸送帶上,開(kāi)始米袋與輸送帶間有一段距離的相對(duì)滑動(dòng),然后米袋隨輸送帶一起勻速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)輸送帶突然制動(dòng)時(shí),米袋會(huì)繼續(xù)向前滑動(dòng)一段距離后停下。(請(qǐng)選填合適的字母標(biāo)號(hào))

        A. 受到方向向右的摩擦力。

        B. 受到方向向左的摩擦力。

        C. 不受力。

        (1)米袋剛放上輸送帶的瞬間,米袋在水平方向上受力情況為_(kāi)_______。

        (2)當(dāng)米袋隨輸送帶一起勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),米袋在水平方向上受力情況為_(kāi)_______。

        (3)當(dāng)將輸送帶突然制動(dòng)時(shí),米袋在水平方向上受力情況為_(kāi)_______。

        分析:(1)米袋是我們的研究對(duì)象。輸送帶是保持勻速向右運(yùn)動(dòng)的,當(dāng)米袋剛放上時(shí),其速度明顯比輸送帶慢,即米袋相對(duì)于輸送帶是向左運(yùn)動(dòng)的,所以米袋受到水平向右的摩擦力。(2)物體勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到平衡力。米袋水平方向上如果受摩擦力,一定有另一個(gè)力與它平衡,因?yàn)闆](méi)有其他力,所以摩擦力也就不存在。(3)輸送帶制動(dòng)時(shí),米袋由于慣性,還要繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng),此時(shí)受到水平向左的摩擦力。

        四、滑動(dòng)摩擦力大小,一定等于物體受到的拉力嗎

        辯證法觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為,不同事物間既有相似性,又有差異性。思維定勢(shì)所強(qiáng)調(diào)的是事物間的相似性和不變性。在問(wèn)題解決中,它是一種“以不變應(yīng)萬(wàn)變”的思維策略。而具體的物理問(wèn)題形式復(fù)雜多變,當(dāng)提問(wèn)角度稍有變化時(shí),受思維定勢(shì)的影響,許多學(xué)生不能適應(yīng)和理解這種變化,造成思路不暢,缺乏思維的靈活性。由于初一學(xué)生認(rèn)知水平的局限,教材對(duì)摩擦力的大小沒(méi)有具體的計(jì)算要求,只是對(duì)滑動(dòng)摩擦力大小做了定性的研究。教材設(shè)計(jì)了“探究摩擦力的相關(guān)因素”實(shí)驗(yàn),如圖5所示。

        運(yùn)用控制變量法,得出結(jié)論:滑動(dòng)摩擦力的大小跟壓力大小和接觸面的粗糙程度有關(guān)。筆者在實(shí)驗(yàn)中就強(qiáng)調(diào):此實(shí)驗(yàn)的原理是二力平衡,只有物體做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí),摩擦力大小才等于拉力大小。當(dāng)碰到具體題目時(shí),不管物體是否做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),部分學(xué)生均以摩擦力大小等于拉力大小作答。學(xué)生的思維上有一個(gè)“死扣”,阻止了學(xué)習(xí)的進(jìn)一步前進(jìn)。教學(xué)中教師可設(shè)計(jì)一定的梯度,給學(xué)生思維提升的平臺(tái)。例如,在實(shí)驗(yàn)中當(dāng)木塊放在水平桌面上做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí),彈簧秤的讀數(shù)為3N時(shí),說(shuō)明木塊受到的摩擦力也是3N;那么,當(dāng)老師把拉力提高到5N時(shí),你認(rèn)為木塊受到的摩擦力是多少呢?使學(xué)生明確:當(dāng)拉力變大時(shí),由于地面受到的壓力大小不變,接觸面的粗糙程度也不變,故木塊受到的摩擦力大小也不變。同時(shí)提醒學(xué)生“此時(shí)的木塊仍做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)嗎?”經(jīng)過(guò)觀(guān)察,學(xué)生發(fā)現(xiàn)木塊在做加速運(yùn)動(dòng),不屬于平衡狀態(tài),也就不滿(mǎn)足二力平衡的條件。在學(xué)生對(duì)摩擦力知識(shí)有較全面的理解時(shí),筆者用例3(圖6)作為學(xué)生對(duì)摩擦力知識(shí)運(yùn)用的綜合檢驗(yàn)題。

        例3:如圖甲所示,放在水平地面上的物體,受到方向不變的水平推力F的作用,F(xiàn)的大小與時(shí)間t的關(guān)系和物體運(yùn)動(dòng)速度v與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示。由圖象可知,當(dāng)t=1s時(shí),物體處于________狀態(tài),物體受到的摩擦力為_(kāi)______N;當(dāng)t=5s時(shí),物體受到的摩擦力為_(kāi)___ N;t=3s時(shí),物體受到的摩擦力為_(kāi)____N。

        分析:由圖可知,當(dāng)t=1s時(shí),物體速度為0,有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),受到靜摩擦力為1 N;t=5s時(shí),物體做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),滑動(dòng)摩擦力大小等于推力大小,為2N;當(dāng)t=3s時(shí),由于物體作加速運(yùn)動(dòng),和第5秒鐘時(shí)相比,壓力大小和接觸面的粗糙程度都不變,所以摩擦力仍為2N。

        總之,在科學(xué)教學(xué)過(guò)程中,教師既要專(zhuān)研教材,也要注重剖析學(xué)生學(xué)習(xí)物理的思維規(guī)律特點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生多角度、多途徑思考問(wèn)題,盡可能地降低思維定勢(shì)的消極作用,逐步構(gòu)建學(xué)生學(xué)習(xí)物理的良好思維習(xí)慣。

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