劉艷梅 徐曉梅

摘 ?要：“5E”教學模式是一種基于建構主義提出的教學模式，強調(diào)在教學過程中充分發(fā)揮學生的主體作用，讓學生自主建構知識。文章基于“5E”教學模式，對高中物理“摩擦力”課題進行了教學設計。教學設計通過小組合作的方式讓學生自主探究摩擦力的方向和大小，交流解釋實驗結果，并引導學生進行遷移，培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)。

關鍵詞：“5E”教學模式;摩擦力;自主探究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）2-0032-5

“5E”教學模式包括：參與（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）、評價（Evaluation）5個環(huán)節(jié)?！?E”教學模式與傳統(tǒng)的教學模式不同，它提倡教師引導學生自主探究并建構知識體系，將以知識傳輸為導向的傳統(tǒng)課堂轉變?yōu)橐耘囵B(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)為導向的課堂[1]?！澳Σ亮Α闭n題的重點內(nèi)容是探究摩擦力的方向和大小。嘗試通過在教學過程中實施“5E”教學模式，以小組合作的方式組織學生自主探究“摩擦力”課題，深化學生對“摩擦力”的理解，培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)。

1 ? ?“摩擦力”教學設計嘗試

在對教材及學情進行分析的基礎上，將教學內(nèi)容與培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的要求相結合，制定出教學目標。同時對教學內(nèi)容的重難點進行分析，并在教學過程中實施“5E”教學模式的各個環(huán)節(jié)，落實對學生物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。教學設計如圖1所示。

1.1 ? ?教材分析

“摩擦力”選自人教版高中物理必修1第三章《相互作用》的第三節(jié)，其內(nèi)容主要包括兩個部分：探究摩擦力的方向和大小?！澳Σ亮Α辈粌H是高中力學部分的重點和難點，也是高考的熱點。從課程內(nèi)容來看，摩擦力屬于兩個物體間的相互作用。從課程前后順序來看，前兩節(jié)內(nèi)容分別是“重力”和“彈力”，本節(jié)內(nèi)容需要明析在計算滑動摩擦力大小的公式中壓力不等于重力，其性質(zhì)屬于彈力，因此學生必須以前兩節(jié)的知識作為學習“摩擦力”的基礎。

1.2 ? ?學情分析

學生在初中階段已經(jīng)初步學習了“摩擦力”，并且生活中對摩擦現(xiàn)象也有一定感知。對于滑動摩擦現(xiàn)象，學生可直接觀察出物體發(fā)生相對運動。但對于靜摩擦現(xiàn)象，物體雖然有相對運動的趨勢，卻仍處于靜止狀態(tài)，現(xiàn)象比較抽象，學生難以理解。高中物理新課標中要求學生認識摩擦力，知道靜摩擦和滑動摩擦現(xiàn)象，并且能用動摩擦因數(shù)計算滑動摩擦力的大小。在高中階段，學生理解摩擦力應該和受力分析相結合，為學習動力學知識打下基礎。

1.3 ? ?教學目標

將課程目標與培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)的要求相結合，制定教學目標（見表1）。

1.4 ? ?教學重點與難點

（1）重點：

①探究摩擦力的方向和大小;

②判斷是否存在靜摩擦力;

③計算摩擦力的大小。

（2）難點：

①探究摩擦力的方向和大小的實驗過程;

②對物體有相對運動趨勢的理解;

③判斷是否存在靜摩擦力。

1.5 ? ?教學過程

1.5.1 ? ?參與——創(chuàng)設情境

感知活動：①用水平拉力拉動重物;②在重物底部粘上砂紙，用水平拉力拉動重物。均使重物做速度為v0的勻速直線運動（如圖2所示）。

師：為什么拉力F2大于F1？

生：重物底部粘上砂紙，增大了接觸面的粗糙程度，使重物受到的阻礙增大。

知識回顧：當兩個物體相互接觸時，如果它們具有相對運動的趨勢或者發(fā)生相對運動，在接觸面上就會產(chǎn)生阻礙相對運動趨勢或者相對運動的力，這種有阻礙作用的力就叫做摩擦力。請結合生活經(jīng)驗列舉摩擦現(xiàn)象。

生：傳送帶運輸物資、用手拿杯子、刷牙、推箱子……

師：摩擦力屬于常見的力，我們可以從力的三要素出發(fā)對摩擦力進行研究。

【設計意圖】 參與是“5E”教學模式的起始環(huán)節(jié)。通過感知活動讓學生感知摩擦力，加深對“相對”的理解。在物理教學中通過提高學生的實踐意識來培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)，從學生熟悉的情境出發(fā)，采用生活圖片或實踐性問題來激活學生的思維，讓學生對物理概念有一個初步的認知，并以此為基礎開展實驗，深化學生對物理觀念的理解[2]。

1.5.2 ? ?探究——設計實驗

采取小組合作的方式，探究摩擦力（靜摩擦力、滑動摩擦力）的方向和大小。

（1）探究摩擦力的方向

實驗儀器：一把刷毛較柔軟的牙刷、一塊木板。

實驗步驟：將牙刷按壓在木板上，逐漸加大推力，沿水平方向向右推動牙刷，使牙刷有相對木板運動的趨勢直至發(fā)生相對運動，并仔細觀察刷毛彎曲的方向。

分析 如圖3所示，刷毛上端受到水平向右的推力F，下端與木板的接觸面上受到水平向左的摩擦力f。刷毛彎曲的方向就代表刷毛受到的摩擦力的方向。

引導學生總結：摩擦力的作用點位于兩個物體的接觸面上。摩擦力的方向總是沿著接觸面，并且與物體相對運動趨勢或者相對運動方向相反。

由于滑動摩擦力的方向在很多情況下與物體運動方向相反，學生在學習滑動摩擦力時，就誤以為滑動摩擦力的方向總是與物體運動方向相反，并形成思維定勢[3]。

師：進一步探究摩擦力的方向與運動方向是否有關？

實驗方案：分別標記出牙刷在木板以及桌面的位置，沿水平方向向右快速拉動木板一段距離。當木板停止運動后，以標記為參考：牙刷相對于木板向左運動，相對于桌面向右運動。

分析 如圖4所示，木板受到水平向右的拉力F、桌面給木板水平向左的摩擦力f1以及刷毛給木板水平向左的摩擦力f2三個力。刷毛則受到木板給它的水平向右的摩擦力f3。刷毛彎曲方向向右，與摩擦力f3的方向相同。

結論：刷毛彎曲方向與運動方向相同，因此摩擦力的方向與運動方向無關。

（2）探究摩擦力的大小

設計實驗：設計測量摩擦力大小的實驗方案，并進行展示交流。

方案一：如圖5所示，用拉力水平向左緩慢拉動木板上靜止的重物，使重物先對木板有相對運動的趨勢后再做勻速直線運動，觀察并記錄彈簧測力計的示數(shù)。

分析 重物在拉力與摩擦力的共同作用下保持平衡狀態(tài)。只要拉力存在，重物必定受到與拉力大小相等、方向相反的摩擦力。

方案二：如圖6所示，將與重物相連的彈簧測力計用細線連接在墻壁上，用拉力F水平向右緩慢拉動木板，使木板做勻速直線運動，觀察并記錄彈簧測力計的示數(shù)。

分析 木板在拉力F、桌面給木板的摩擦力f1、重物給木板的摩擦力f2三個力的共同作用下保持平衡狀態(tài)。重物在摩擦力f3與墻面對重物的拉力的共同作用下保持平衡狀態(tài)。

師：在實施實驗方案過程中有什么問題嗎？嘗試同伴間相互交流，解決問題。

生：

方案一：拉動重物在木板上運動時，彈簧測力計的示數(shù)不穩(wěn)定，很難進行讀數(shù)，并且很難保證讓重物做勻速直線運動。

方案二：保持彈簧測力計不動，讀數(shù)更穩(wěn)定、準確。

【設計意圖】 探究是“5E”教學模式的中心環(huán)節(jié)。讓學生先探究摩擦力的方向再探究其大小，符合學生認識力的感知順序。通過觀察刷毛的彎曲方向得出摩擦力的方向，相較于利用二力平衡知識更直觀。將靜摩擦力與滑動摩擦力的方向和大小一同探究，不僅避免重復探究方向的問題，還加深了學生對摩擦力“靜中有動、動中有靜”本質(zhì)的理解。

1.5.3 ? ?解釋——搜集信息

師：觀察探究摩擦力大小的實驗中彈簧測力計示數(shù)的變化，有什么發(fā)現(xiàn)？

生：當重物有相對運動的趨勢時，彈簧測力計的示數(shù)慢慢增大。當增大到一定值時，重物發(fā)生相對運動，彈簧測力計的示數(shù)會略微減小。

引導學生總結：靜摩擦力的增大有一定限度，靜摩擦力的最大值在數(shù)值上等于物體剛開始運動時的拉力，其取值范圍為：0

師：猜想有哪些因素會影響摩擦力（靜摩擦力、滑動摩擦力）的大??？

生：接觸面的粗糙程度、所受壓力的大小、物體間接觸面積的大小……

實驗裝置原型如圖7所示。利用控制變量法，探究學生猜想的因素是否會影響摩擦力的大小。

（1）改變木板上表面的粗糙程度，觀察彈簧測力計的示數(shù);

（2）在重物上方加不同質(zhì)量的砝碼，改變木板所受的壓力，觀察彈簧測力計的示數(shù);

（3）用重物的不同側面與木板接觸，改變接觸面積的大小，觀察彈簧測力計的示數(shù)。

結論：摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度、所受壓力的大小有關，與接觸面積的大小無關。

師：利用第二組實驗數(shù)據(jù)（滑動摩擦力、壓力的數(shù)值）作圖，觀察圖像特點。

生：圖像是正比例函數(shù)。說明滑動摩擦力的大小跟壓力成正比。

師：如果用F表示滑動摩擦力的大小，F(xiàn)N表示壓力的大小，可得F=μFN。

難點辨析：如圖8所示，壓力不等于物體所受的重力。壓力FN的方向總與接觸面垂直并指向受力物體。而重力G的方向始終豎直向下。

【設計意圖】 解釋是“5E”教學模式的關鍵環(huán)節(jié)。通過讓學生觀察在探究靜摩擦力的大小時，彈簧測力計示數(shù)的變化，讓學生感知物體從有相對運動的趨勢到發(fā)生相對運動，掌握靜摩擦力的變化范圍。再運用控制變量法探究影響摩擦力大小的因素，最后通過讓學生將滑動摩擦力與壓力的數(shù)值進行作圖，自主得出壓力與滑動摩擦力成正比關系。

1.5.4 ? ?遷移——學以致用

（1）判斷是否存在摩擦力（見表2）

（2）計算摩擦力大小的方法

如圖9所示，質(zhì)量為m1的重物在質(zhì)量為m2的木板上向左運動，取重物的運動方向為正方向。重物與木板間的動摩擦因數(shù)為μ1，木板與地面間的動摩擦因數(shù)為μ2，若木板仍處于靜止狀態(tài)，則木板受到地面摩擦力的大小為（ ? ? ? ）

A. μ1m1g+μ2m2g

B. μ1（m1+m2）g

C. μ1m1g

D. μ2m1g

生：選C選項。重物在木板上運動時受到一個方向向右、大小為μ1m1g的滑動摩擦力，因此，木板必將受到一個方向相反、大小相等的摩擦力。但木板仍處于靜止（平衡狀態(tài)），必將受到地面給它的一個方向向右、大小為μ1m1g的靜摩擦力。

總結計算摩擦力大小的方法（以物體間具有相對運動趨勢為前提），如圖10所示。

【設計意圖】 遷移是“5E”教學模式的應用環(huán)節(jié)。通過引入典型例題的方法，讓學生在學會應用摩擦力相關知識的基礎上進行知識擴展。對判斷是否存在摩擦力以及計算摩擦力大小的方法進行總結，為學生提供解決問題的參考途徑。

1.5.5 ? ?評價——反思、強化 （圖11）

【設計意圖】 評價是“5E”教學模式的反思環(huán)節(jié)。將評價貫穿于整個教學過程，教師通過多元的評價方式及時對學生的表現(xiàn)給予評價，引導學生高效完成學習任務的同時，培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)。

2 ? ?教學反思

在教學中采用以小組合作自主探究方式為主的“5E”教學模式，落實了以學生為主體的培養(yǎng)目標。對于本節(jié)課的重點、難點內(nèi)容，在教學過程中要充分調(diào)動學生的學習積極性，只有學生有了學習的興趣，才會積極、主動地探究物理知識;還需要教師幫助學生通過突破相關的典型例題，讓學生在鞏固的基礎上提升理解。教師在引導學生學習“摩擦力”課題時，還應該多結合生活實際，設計出符合學生認知發(fā)展規(guī)律的教學過程，促進教學相長。

參考文獻：

[1]吳敏，劉霽華.基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的物理課堂重構——以“摩擦力”教學為例[J].中學物理教學參考，2018，47（10）：44-46.

[2]姚小琴，蔡才福.創(chuàng)設情境 化解摩擦力難點[J].物理教師，2018，39（9）：81-82.

[3]徐超，盛云生.從2017年江蘇高考14題談靜摩擦力與滑動摩擦力的區(qū)別[J].物理教學，2018，40（9）：55-56.

[4]曲一線.5年高考3年模擬[M].北京：首都師范大學出版社，2017：19-21.

（欄目編輯 ? ?鄧 ? 磊）