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        深度學(xué)習(xí)助力學(xué)生核心素養(yǎng)的提升
        ——以“摩擦力專題復(fù)習(xí)”為例

        2021-02-18 03:28:16張士軍孫梅芳
        物理之友 2021年12期
        關(guān)鍵詞:物塊摩擦力加速度

        張士軍 孫梅芳

        (1. 安徽省懷遠(yuǎn)第一中學(xué),安徽 蚌埠 233400;2. 安徽省蚌埠市田家炳中學(xué),安徽 蚌埠 233010)

        學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿于高中物理教學(xué)的每個(gè)環(huán)節(jié),高三復(fù)習(xí)階段是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵期,是由量變到質(zhì)變的升華期。由于急功近利思想的影響,高三復(fù)習(xí)中存在著大量“刷題”現(xiàn)象,這種“刷題式復(fù)習(xí)法”拉低了復(fù)習(xí)課品味,使得復(fù)習(xí)課游走在淺層次、機(jī)械化、碎片化的軌道上。事實(shí)上,一味“刷題”導(dǎo)致學(xué)生對(duì)問題缺乏深入思考和總結(jié),無(wú)法建立物理知識(shí)體系,在遇到新問題與新情境時(shí)就會(huì)一籌莫展,難以形成物理觀念,難以提升思維品質(zhì)。高三復(fù)習(xí)需要摒棄這種低效能的復(fù)習(xí)模式,順應(yīng)高考改革形勢(shì),結(jié)合學(xué)生和高三復(fù)習(xí)課的特點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

        1 深度學(xué)習(xí)與物理學(xué)科核心素養(yǎng)

        深度學(xué)習(xí)(Deep Learning)是在理解的基礎(chǔ)上批判性地學(xué)習(xí)新知識(shí)和方法,并將其融入已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中,建立聯(lián)系并能遷移到新情境中,從而解決問題的學(xué)習(xí)方式。結(jié)合教學(xué)實(shí)際,這里所講的深度學(xué)習(xí)是指在核心素養(yǎng)及高考評(píng)價(jià)體系的語(yǔ)境中,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)化、進(jìn)階式、批判性的學(xué)習(xí),追根究源,最終達(dá)到“知其然,知其所以然”。

        物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面,這些方面既相互關(guān)聯(lián)又相互促進(jìn)。物理觀念主要包括物質(zhì)觀、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀、能量觀等,是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)中其它方面的前提;科學(xué)思維是指具有構(gòu)建物理模型以及進(jìn)行科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新的意識(shí)和能力;科學(xué)探究是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出問題,會(huì)使用各種方法和手段獲取、分析、處理信息,能基于證據(jù)形成結(jié)論,并進(jìn)行交流;科學(xué)態(tài)度和責(zé)任是指具有學(xué)習(xí)和研究物理的好奇心與求知欲,以及社會(huì)責(zé)任和擔(dān)當(dāng)。

        2 教學(xué)案例分析

        筆者以“摩擦力”專題復(fù)習(xí)為例,探討深度學(xué)習(xí)與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)相融合的實(shí)踐操作問題。

        2.1 深入理解摩擦力,強(qiáng)化物理概念

        定義:兩個(gè)相互接觸并擠壓的物體,當(dāng)它們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí),就會(huì)在接觸面上產(chǎn)生阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力,這種力叫做摩擦力。

        由摩擦力的定義入手,引導(dǎo)學(xué)生深入理解。

        (1) 摩擦力產(chǎn)生條件:兩物體接觸且接觸面粗糙,接觸面間有彈力,有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或趨勢(shì)。

        (2) 摩擦力類型:靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力。

        在確定了是靜摩擦力還是動(dòng)摩擦力的基礎(chǔ)上,結(jié)合思維導(dǎo)圖(圖1),重點(diǎn)圍繞著摩擦力的大小展開教學(xué)。

        圖1

        (3) 靜摩擦力大小:0~Ffmax,物體處于平衡態(tài)時(shí)靜摩擦力大小隨引起其產(chǎn)生的外力變化而變化,處于非平衡態(tài)時(shí)靜摩擦力大小隨加速度變化而變化。

        如圖2(a)所示,物塊不動(dòng),摩擦力隨F變化而變化。如圖2(b)所示,兩物塊以相同的加速度運(yùn)動(dòng),物塊間摩擦力隨整體加速度的變化而變化。

        圖2

        (4) 滑動(dòng)摩擦力大小:Ff=μFN,由動(dòng)摩擦因數(shù)和正壓力共同決定,說(shuō)明μ和FN的物理意義和決定因素。

        需向?qū)W生強(qiáng)調(diào):摩擦力有靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力兩種,其大小決定因素不同,判斷前應(yīng)先明確是哪種摩擦力,切忌動(dòng)不動(dòng)都用μFN來(lái)計(jì)算。

        2.2 深度剖析力的性質(zhì),進(jìn)階科學(xué)思維

        學(xué)生往往由于對(duì)運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)不夠清楚,導(dǎo)致對(duì)靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的判定不準(zhǔn)確,對(duì)摩擦力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系把握不透。這里提到的運(yùn)動(dòng)觀念,一是產(chǎn)生摩擦力的兩個(gè)物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),另一個(gè)是研究對(duì)象相對(duì)慣性參考系的運(yùn)動(dòng)。

        (1) 判斷摩擦力的類型:要看是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng),如人走路時(shí)腳與地面間、猴子爬樹時(shí)爪與樹干間等,雖然主體在運(yùn)動(dòng)(對(duì)地),但產(chǎn)生的是靜摩擦力(相對(duì)靜止)。

        (2) 判斷摩擦力的方向:由摩擦力的定義出發(fā),摩擦力的方向是和產(chǎn)生摩擦力的兩個(gè)物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反;摩擦力的方向與物體對(duì)地運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系是不確定的;摩擦力的方向總是平行于接觸面(與該處彈力方向垂直)。

        通過上述教學(xué)活動(dòng)讓學(xué)生明白:摩擦力有可能是動(dòng)力、也有可能是阻力等。在解決摩擦力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系問題時(shí),關(guān)鍵是根據(jù)受力物體相對(duì)施力物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(不是對(duì)地運(yùn)動(dòng))的方向,確定其是動(dòng)力還是阻力,然后根據(jù)其狀態(tài)列出對(duì)應(yīng)的方程。

        對(duì)于傳送帶模型問題,可針對(duì)水平傳送帶、傾斜傳送帶展開復(fù)習(xí)。

        如表1所示,對(duì)于水平傳送帶模型,在情境1、2、3中物塊的加速度a=μg。在情境1中摩擦力是動(dòng)力;在情境2的第(1)種情形中摩擦力是阻力,第(2)種情形中摩擦力是動(dòng)力;在情境3的第(1)種情形中摩擦力是阻力,第(2)種情形中摩擦力先是阻力后是動(dòng)力。

        表1

        如表2所示,對(duì)于傾斜傳送帶模型,在情境1的第(1)種情形中物塊的加速度a=μgcosθ-gsinθ,在第(2)種情形中第一階段物塊的加速度a1=μgcosθ-gsinθ,第二階段物塊的加速度a2=0,有:gsinθ=μgcosθ;在情境2的第(1)種情形中物塊的加速度a=μgcosθ+gsinθ,在第(2)種情形中,第一階段物塊的加速度a1=μgcosθ+gsinθ,a2=0,gsinθ=μgcosθ(μ≥tanθ);在第(3)種情形中,a1=μgcosθ+gsinθ,a2=gsinθ-μgcosθ(μ

        表2

        在理清受力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的基礎(chǔ)上,通過由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過程分析,使學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的本質(zhì),從而形成運(yùn)動(dòng)與相互作用觀,科學(xué)思維能力由低階向高階發(fā)展。

        2.3 深研摩擦力做功,養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度

        在掌握力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究摩擦力做功問題,讓學(xué)生明了摩擦力對(duì)物體可以做正功和負(fù)功、也可以不做功。

        (1) 靜摩擦力做功特點(diǎn)

        如圖3所示,在F的作用下,兩物塊在水平面上共同向右做勻加速運(yùn)動(dòng)。兩物塊間的靜摩擦力對(duì)物體m做正功,對(duì)物體M做負(fù)功,靜摩擦力等值反向,兩物體位移相同,所以靜摩擦力對(duì)兩物體做功的代數(shù)和為零。

        圖3

        師生共同探討后歸納:①靜摩擦力對(duì)物體可以做正功,也可以做負(fù)功;②一對(duì)靜摩擦力對(duì)系統(tǒng)的總功為零。

        (2) 滑動(dòng)摩擦力做功特點(diǎn)

        以子彈射擊木塊為例,如圖4所示,質(zhì)量為m的子彈以速度v0打入質(zhì)量為M的木塊,最終以共同速度運(yùn)動(dòng),在該過程中木塊發(fā)生的位移為x,子彈打進(jìn)入木塊深度為d。假設(shè)打入過程中子彈、木塊間的摩擦力恒定為Ff,桌面光滑。

        圖4

        顯然,由子彈、木塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,mv0=(M+m)v,可以求出共同速度v。

        對(duì)摩擦力的深度學(xué)習(xí),系統(tǒng)地強(qiáng)化了運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念等。通過進(jìn)階式復(fù)習(xí),提高了學(xué)生的科學(xué)思維能力;通過批判性復(fù)習(xí),增強(qiáng)了學(xué)生科學(xué)探究的意識(shí),促進(jìn)了科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的養(yǎng)成。

        核心素養(yǎng)理念和新高考評(píng)價(jià)體系是基礎(chǔ)教育的航向標(biāo),我們必須遵循教育發(fā)展規(guī)律,尊重學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)。指向培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的高三復(fù)習(xí)教學(xué),應(yīng)摒棄題海戰(zhàn)術(shù),走向深度學(xué)習(xí),重視學(xué)生的物理觀念的形成,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力,落實(shí)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng)目標(biāo)。[4]

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