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        創(chuàng)設(shè)漸進(jìn)式問題情境 建構(gòu)物理概念——以《摩擦力》教學(xué)為例

        2021-08-19 12:00:58王若玉
        數(shù)理化解題研究 2021年15期
        關(guān)鍵詞:物塊斜面箱子

        王若玉

        (江蘇省南京大學(xué)附屬中學(xué) 210000)

        建構(gòu)主義教學(xué)觀主張“通過解決問題來學(xué)習(xí)”,《2017普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出,創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué),對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵的作用.因此在高中物理概念教學(xué)中,教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)漸進(jìn)式問題情境,即根據(jù)學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知特點(diǎn)設(shè)置的逐層遞進(jìn)的問題情境,來引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,讓學(xué)生在解決問題的過程中抽象事物的本質(zhì)特征,建構(gòu)物理概念.“摩擦力”是高中物理力學(xué)中非常重要并難掌握的一種力,學(xué)生通過初中的學(xué)習(xí)對(duì)摩擦力力有了初步的認(rèn)識(shí).由于摩擦力的方向判定和大小計(jì)算都比較復(fù)雜,不宜理解,學(xué)生常常形成一些錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí),主要表現(xiàn)在:不能厘清靜摩擦力和最大靜摩擦力的關(guān)系;認(rèn)為靜摩擦大小與正壓力有關(guān);受到靜摩擦力的物體一定靜止;受到滑動(dòng)摩擦力的物體一定是運(yùn)動(dòng)的;正壓力等于重力;摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)方向總是相反等方面.因此筆者在一次“摩擦力”市級(jí)公開課中大膽嘗試,創(chuàng)設(shè)出幾個(gè)漸進(jìn)式問題情境,循序漸進(jìn),讓學(xué)生在解決問題的過程中重新建構(gòu)摩擦力的概念,取得意想不到的效果.

        一、教學(xué)過程

        在導(dǎo)入新課主題,學(xué)生自主學(xué)習(xí)摩擦力的產(chǎn)生條件后,筆者逐步創(chuàng)設(shè)以下問題情境,師生共同探究摩擦力的大小和方向.

        情境一大毛水平推箱子,但未推動(dòng)

        師: 大毛給箱子一個(gè)水平推力,它為何還處于靜止?fàn)顟B(tài)?

        生: 根據(jù)二力平衡,箱子受到地面給它的向左的靜摩擦力,大小等于推力.

        師: 假如箱子和地面上都抹上潤(rùn)滑油,接觸面非常光滑,會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?

        生: 向右運(yùn)動(dòng).

        師: 雖然現(xiàn)在箱子沒有向右運(yùn)動(dòng),但是它“蠢蠢欲動(dòng)”,我們就說箱子有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),那么是誰阻礙了箱子相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)?它的方向向哪里呢?

        生: 靜摩擦力,它的方向是與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反.

        師: 如果大毛增大推力,發(fā)現(xiàn)箱子仍然靜止在地面上,這時(shí)靜摩擦力變了嗎?

        生: 變了.推力增加時(shí),箱子更加“蠢蠢欲動(dòng)”了但仍然靜止.根據(jù)二力平衡條件,靜摩擦力隨之增大.

        師: 地面對(duì)箱子的靜摩擦力能無限增加嗎?

        生:不能.

        師: 箱子即將被推動(dòng)瞬間的靜摩擦力是最大靜摩擦力,靜摩擦力在零和最大靜摩擦力之間.

        設(shè)計(jì)意圖:通過創(chuàng)設(shè)問題情境一區(qū)分靜摩擦力和最大靜摩擦力,學(xué)生認(rèn)識(shí)到產(chǎn)生的靜摩擦力起到平衡推力的作用,靜摩擦力隨著推力的增大而增大,但靜摩擦力存在一個(gè)最大值,在箱子被推動(dòng)之前,推力等于靜摩擦力而小于最大靜摩擦力.

        情境二手指夾住文具盒懸在空中

        師:請(qǐng)你判斷文具盒所受靜摩擦力的方向和大小.

        生:根據(jù)二力平衡,文具盒所受靜摩擦力方向豎直向上,大小等于文具盒的重力.

        師:兩手指間夾(壓)力增大,靜摩擦變化嗎?

        生:由豎直方向上二力平衡可知,靜摩擦力大小方向都不變.

        設(shè)計(jì)意圖在問題情境二中增大正壓力而靜摩擦力不變,與問題情境1中正壓力不變而靜摩擦力增大相對(duì)比.通過兩種情境對(duì)比,引發(fā)了內(nèi)心沖突,動(dòng)搖了原有認(rèn)知結(jié)構(gòu),學(xué)生輕松得知靜摩擦力的大小與正壓力無直接關(guān)系,正壓力并不一定等于重力.

        情境三汽車停在斜坡上

        師: 請(qǐng)大家判斷汽車所受靜摩擦力的方向.

        生: 由于汽車相對(duì)于斜坡的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)沿斜面向下,所以斜坡相對(duì)于汽車的靜摩擦力沿斜面向上.

        師: 為什么汽車相對(duì)于斜坡的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)沿斜面向下?

        生: 采用“假設(shè)法”,假設(shè)斜面光滑,汽車相對(duì)于斜面沿斜面下滑.

        設(shè)計(jì)意圖問題情境三在問題情境二的基礎(chǔ)上,設(shè)置斜面上的問題情境,強(qiáng)化判斷靜摩擦力方向的方法,為傾斜傳送帶運(yùn)送貨物的情境做好鋪墊.

        情境四體育課小軍爬桿、繩

        師: 體育課上,小軍沿著繩子往上爬,手受到什么摩擦力呢?

        生1:小軍是運(yùn)動(dòng)的,所以他受到滑動(dòng)摩擦力.

        生2:不對(duì),我不同意,我認(rèn)為由于手與繩子相對(duì)靜止,所以受到的是靜摩擦力.

        (同學(xué)們各抒己見,開始爭(zhēng)論起來,老師點(diǎn)撥同學(xué)們,判斷是否為靜摩擦力關(guān)鍵看它們之間是否“相對(duì)”靜止)

        師:小軍的手相對(duì)于繩子是靜止的,因此手受到的是靜摩擦力.

        設(shè)計(jì)意圖通過問題情境四的設(shè)置讓學(xué)生了解“動(dòng)、靜”的相對(duì)性,加深對(duì)靜摩擦力條件(兩物體相對(duì)靜止)的認(rèn)識(shí),受到靜摩擦力的物體不一定是靜止的.

        情境五傳送帶運(yùn)送貨物

        師:傳送帶運(yùn)送貨物一起沿斜面向上,貨物受到的靜摩擦力方向向哪里?

        生:貨物相對(duì)于傳送帶的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)沿斜面向下,所以貨物受到的靜摩擦力沿斜面向上.

        師:這里靜摩擦力充當(dāng)?shù)氖莿?dòng)力還是阻力呢?

        生:靜摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向一致,因此充當(dāng)是動(dòng)力.

        設(shè)計(jì)意圖通過問題情境五,進(jìn)一步加深理解靜摩擦力方向,糾正學(xué)生認(rèn)為靜摩擦力一定與運(yùn)動(dòng)方向相反的錯(cuò)誤觀念.

        情境六黑板擦擦黑板

        師:黑板受到摩擦力嗎?是哪一種摩擦力呢?

        生:黑板擦受到滑動(dòng)摩擦力.原來滑動(dòng)摩擦力是發(fā)生在兩個(gè)“相對(duì)”運(yùn)動(dòng)的物體間,受到滑動(dòng)摩擦力的物體不一定運(yùn)動(dòng).

        設(shè)計(jì)意圖通過問題情境六讓學(xué)生了解“靜中有動(dòng)”,受到滑動(dòng)摩擦力的物體并不一定運(yùn)動(dòng),對(duì)滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生條件的認(rèn)識(shí)有積極作用.

        情境七AB兩個(gè)粗糙的物塊,分析A物塊的運(yùn)動(dòng)方向、A物塊與B的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向及A物塊所受滑動(dòng)摩擦力的方向.

        生:甲中A的運(yùn)動(dòng)方向向右,A相對(duì)于B的運(yùn)動(dòng)方向向右,B對(duì)A的摩擦力的方向向左;

        生:乙中A的運(yùn)動(dòng)方向向右,A相對(duì)于B的運(yùn)動(dòng)方向向左,B對(duì)A的摩擦力的方向向右.

        設(shè)計(jì)意圖問題情境七中兩種情況物塊都是向右運(yùn)動(dòng),而甲中物塊受到的滑動(dòng)摩擦力與運(yùn)動(dòng)方向相反,乙中物塊受到的滑動(dòng)摩擦力與運(yùn)動(dòng)方向相同,強(qiáng)調(diào)滑動(dòng)摩擦力方向中“相對(duì)”的重要性,強(qiáng)化滑動(dòng)摩擦力的方向的理解,實(shí)現(xiàn)從經(jīng)驗(yàn)性認(rèn)知到物理概念的轉(zhuǎn)變.

        摩擦力問題比較復(fù)雜,在具體問題中常表現(xiàn)出“動(dòng)中有靜,靜中有動(dòng),若有若無,方向不定”的特點(diǎn),這對(duì)于初學(xué)的學(xué)生來說不易理解.創(chuàng)設(shè)漸進(jìn)式問題情境的目的在于根據(jù)學(xué)生已具有認(rèn)識(shí)水平和思維結(jié)構(gòu),逐層遞進(jìn)地創(chuàng)設(shè)問題情境,引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,激發(fā)學(xué)生思維,讓學(xué)生全身心地進(jìn)入探索者的角色.筆者設(shè)置問題情境從“大毛水平推箱子未推動(dòng)”到“手指夾住文具盒懸在空中”到“汽車停在斜坡上”到“體育課爬桿、繩”再到“傳送帶運(yùn)送貨物”等,通過這幾個(gè)漸進(jìn)式問題情境的設(shè)置循序漸進(jìn)地解決重難點(diǎn)問題——摩擦力的大小和方向,支撐學(xué)生的建構(gòu)活動(dòng),發(fā)展科學(xué)思維,培養(yǎng)解決問題的能力.

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