實踐新課程标準 實施探究性教學(xué)
——滑動摩擦力的教學(xué)設計及概述
劉明俊
[摘 要] 將(jiāng)課程和教學(xué)作爲一個有機整體加以綜合考慮，追求課改與教改的整體推進(jìn)和有機結合，着眼于學(xué)生終生發(fā)展，靈活使用教材，優化教學(xué)，讓教學(xué)活動成(chéng)爲師生共同建構知識和人生的過(guò)程。創設情境、激發(fā)情意，主體參與、重視體驗，豐富活動、滲透方法，是“滑動摩擦力”一節教學(xué)設計的主要構思
[關鍵詞] 摩擦力 探究教學(xué) 課程标準
（一）初識課程标準
教育部《全日制義務教育物理課程标準》實驗稿，已于2001年正式頒布。《标準》分前言、課程目标、内容标準、實施建議四個部分，其中課程目标分爲三個維度，一是知識與技能(néng)，二是過(guò)程與方法，三是情感态度與價值觀，整個目标充分體現了課程目标的信息化、人本化。（課程目标與《大綱》相比更加突出的内容，詳見表一）
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課 程 目 标 |
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知 識 |
1、在物質方面(miàn)提出了初步認識物質的形态與變化，物質的屬性，物質的結構與物體的尺度，新材料及其應用； 2、在運動和相互作用方面(miàn)提出了初步認識機械運動.聲和光.電和磁; 3.在能(néng)量方面(miàn)提出了初步認識能(néng)量、能(néng)量的轉化與轉移、機械能(néng)、内能(néng)、電池能(néng)、能(néng)量守恒。 |
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技 能(néng) |
1、有初步的實驗操作技能(néng)，會使用簡單的實驗儀器和測量工具、能(néng)測 量一些基本的物理量； 2、會記錄實驗數據，知道(dào)簡單的數據處理方法，會寫簡單的實驗報告，會用科學(xué)術語、簡單圖表等描述實驗結果。 |
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能(néng)力 |
初步的觀察能(néng)力；初步的提出問題的能(néng)力；初步的信息收集能(néng)力；初步的信息處理能(néng)力；初步的分析概括能(néng)力；初步的信息交流能(néng)力。 |
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情 感 态 度 與 |
1、保持對(duì)自然界的好(hǎo)奇，初步領略自然現象中的美妙與和諧，對(duì)大自然有親近、熱愛、和諧相處的情感；
2、具有對(duì)科學(xué)的求知欲，樂于探索自然現象和日常生活中的物理學(xué)道(dào)理，勇于探究日常用品或新器件中的物理學(xué)原理，有將(jiāng)科學(xué)技術應用與日常生活、社會實踐相結合的意識，樂于參與觀察、實驗、制作、調查等科學(xué)實踐活動； 3、在解決問題的過(guò)程中，有克服困難的信心和決心，能(néng)體驗戰勝困難、解決物理問題時的喜悅； 4、養成(chéng)實事(shì)求是、尊重自然規律的科學(xué)态度，不迷信權威，具有判斷大衆傳媒是否符合科學(xué)規律的初步意識；
5、有將(jiāng)自己的見解公開(kāi)并與他人交流的願望，認識交流與合作的重要性，有主動與他人合作的精神，敢于提出與别人不同的見解，也勇于放棄或修正自己的錯誤觀點；
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表一
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價 值 觀 |
6、初步認識科學(xué)及其相關技術對(duì)于社會發(fā)展、自然環境及人類生活的影響，有可持續發(fā)展的意識，能(néng)在個人力所能(néng)及的範圍内對(duì)社會的可持續發(fā)展有所貢獻；
7、有將(jiāng)科學(xué)服務于人類的意識，有理想、有抱負，熱愛祖國(guó)，有振興中華的使命感和責任感。 |
《全日制義務教育物理課程标準》的内容标準的結構如下：
表二： 《标準》中的内容标準
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物質 |
物質的形态與變化，物質的屬性，物質的結構與物體的尺度，新材料及其運用 |
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運動和相互作用 |
多種(zhǒng)多樣的運動形式，機械運動和力，聲和光，電和磁. |
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能(néng) 量 |
能(néng)量，能(néng)量的轉化和轉移，機械能(néng)，内能(néng)， 電磁能(néng)，能(néng)量守恒，能(néng)源和可持續發(fā)展 |
新一輪基礎教育課程改革，要求我們將(jiāng)課程和教學(xué)作爲一個有機整體加以綜合考慮，追求課改與教改的整體推進(jìn)和有機結合應是我們的當務之急。樹立課程意識、活化教材沖破束縛、優化教學(xué)活動，剔除教師“爲教而教”的繁瑣，斬斷學(xué)生“爲學(xué)而學(xué)”的苦根，使教學(xué)的每一環節充滿着理智與靈性，使課堂的每一個瞬間充盈着結構與合理，從而恢複教學(xué)的生機和活力，讓教學(xué)活動成(chéng)爲師生共同建構知識和人生的過(guò)程，這(zhè)應該是新教材和新課标所倡導的方向(xiàng)。下面(miàn)僅就我們對(duì)滑動摩擦力一節的教學(xué)和體會陳述于下：
（二）嘗試探究教學(xué)
【教材分析】
“摩擦力”一課是高一《物理》第一章第四節内容，該節教學(xué)是本章教學(xué)的重點，同時也是教學(xué)的難點，它不但是力學(xué)的基礎，也是整個高中物理知識的一
塊“基石”。
摩擦力現象具有一定的複雜性。在具體的問題中，它“動中有靜，靜中有動”，尤其靜摩擦力在許多情形下“若有若無、方向(xiàng)不定”。因此，對(duì)于初學(xué)者來說，甚感撲朔迷離、不易理解。也正由于教材的上述特點，若在該節的教學(xué)中，注意展示科學(xué)探索的簡略過(guò)程，兼顧教學(xué)标高，挖掘知識間的有機聯系，有針對(duì)性地進(jìn)行思維訓練，將(jiāng)有益于激發(fā)學(xué)生的求知欲望，錘煉學(xué)生的物理素質，同時也能(néng)充分發(fā)揮課程内容中科學(xué)方法、科學(xué)精神教育的功能(néng)，培養學(xué)生的辯證觀點。
【學(xué)生情況】
學(xué)生在初二時已學(xué)過(guò)有關摩擦力的初步知識。初中階段的物理教材，把摩擦力詳盡地分成(chéng)了靜摩擦、滑動摩擦、滾動摩擦三種(zhǒng)形式，同時也較爲完整地介紹了二力平衡知識和同一直線上二力的合成(chéng)的知識。
進(jìn)入高一以來，學(xué)生現已學(xué)習了力、重力、彈力等三節内容，其數學(xué)知識在物理方面(miàn)的應用能(néng)力也有一定的提高，尤其是前一節彈力的知識，與本節内容有很多相似之處：首先，它們都(dōu)具有被動性，在求解時，其大小和方向(xiàng)往往要由其它力的大小和方向(xiàng)來确定；其次，它們均爲接觸力，物體間必須相互接觸才能(néng)發(fā)生此類相互作用。當然“摩擦力”這(zhè)一節知識也有許多不同之處：第一是力的性質不同；第二、彈力是法向(xiàng)力，摩擦力是切向(xiàng)力；物體與物體接觸之
處，有彈力未必有摩擦力，但有摩擦力時一定有彈力存在。
鑒于以上實際情況和學(xué)生後(hòu)續學(xué)習的要求，教師在設計和實施“摩擦力”一節的教學(xué)時，教學(xué)的重點不宜提得過(guò)高，應立足于學(xué)生的“知識最近發(fā)展區”，調整教學(xué)内容、步驟，變化教學(xué)設計。教學(xué)中注意複習舊的知識，做到恰當而有益的遷移，克服“暈輪”、重視建構，提供概念框架（conceptual framework）,采用“支架式”教學(xué)，牢固樹立新概念，使學(xué)生對(duì)這(zhè)一部分的知識和技能(néng)實現順利的“同化”。
【教學(xué)片斷】
1、創設情境、豐富體驗、激發(fā)情意
“良好(hǎo)的引入，是成(chéng)功的一半。”，創設物理情境，激發(fā)學(xué)生情意，這(zhè)既有利
于學(xué)生學(xué)習積極性的培養，形成(chéng)學(xué)生繼續學(xué)習的動力，同時也有利于落實“課程目标”、培養科學(xué)态度、涵養科學(xué)精神。一位優秀的教師，應該善于營造一種(zhǒng)有形的物質上的環境和無形的精神上的情意組成(chéng)的情境交融的心理氛圍，促使學(xué)生在情趣中學(xué)習，在愉悅中克服困難，在滿懷希望中不斷取得成(chéng)功，也隻有以豐富的情意體驗和深入的認知參與爲核心的學(xué)習方式，才能(néng)真正地促進(jìn)學(xué)生素質的全面(miàn)發(fā)展。
（圖１）
圖1
基于以上認識，該節課我們設計了如下所示的引課實驗：（1）實驗器材：2•25L可樂瓶2個（裡(lǐ)面(miàn)裝滿水），面(miàn)盆2個（一個盛有清水，另一個盛有餐具洗潔精配制的洗滌液）。（2）實驗操作：分别找一位女生和男生中的一位“大力士”（同學(xué)推薦），協助老師完成(chéng)實驗。他們首先將(jiāng)雙手放入面(miàn)盆裡(lǐ)的溶液中浸泡（對(duì)應甲圖，男生對(duì)應乙圖），然後(hòu)握住可樂瓶的中部，將(jiāng)瓶提起(qǐ)。結果：女生圓滿完成(chéng)任務，男生憋紅了雙腮也無能(néng)爲力。此時，再請男生介紹實驗感受，簡要說明“無法提起(qǐ)”的原因。在這(zhè)愉快的氣氛中，在這(zhè)思考的氛圍裡(lǐ)，教師再給予簡單點撥歸納，從容地引入課題。
2 主體參與 重視體驗 滲透方法
科學(xué)探究的本質是讓學(xué)生曆經(jīng)科學(xué)活動，而活動恰是區分教學(xué)過(guò)程中學(xué)
生是否處于主體地位的基本标志，探究式教學(xué)過(guò)程，在行爲上表現爲“活動”，在心理上表現爲“體驗”，在目标上直指學(xué)生思維。真正的學(xué)習，必然是具備豐富積澱的學(xué)習，是使學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中主動獲得關于客觀世界的直接經(jīng)驗和真切體驗的學(xué)習。
本節課中的“滑動摩擦力”部分，由于初中已有涉及，在知識上學(xué)生也有一
定的體驗，教師往往容易忽視學(xué)生對(duì)過(guò)程的深入認識，把過(guò)多的精力花在諸如“産生條件”、“方向(xiàng)确定”、“大小計算及單位”等知識的被動傳授之上。加之，關于“滑動摩擦力”，教材是這(zhè)樣描述的：“實驗表明，滑動摩擦力與壓力成(chéng)正比，也就是跟一
個物體對(duì)另一個物體表面(miàn)的垂直作用力成(chéng)正比。如果用F表示滑動摩擦力的大小，用FN表示壓力的大小，則有F=µFN”。 如果我們老師本着“如何教教材”，而不考慮“如何實現課程目标”、“如何達成(chéng)内容标準”，“如何爲學(xué)生後(hòu)續發(fā)展服務”，那麼(me)就非常容易丢失一次科學(xué)方法、探究學(xué)習培養的好(hǎo)機會。關于這(zhè)部分内容我們是這(zhè)樣處理的：（1）構築平台 定向(xiàng)引導。首先讓學(xué)生完成(chéng)如圖2所示的實驗，(圖2中：A爲長(cháng)木闆，B爲滑闆，C爲彈簧秤)，請學(xué)生彙報各組的讀數，介紹讀數所依據的原理（初中的二力平衡知識），然後(hòu)師生交流讀數不夠準确的原因，研究改進(jìn)的辦法。在教師的啓發(fā)下，學(xué)生設計出圖3
所示的實驗裝置，當任意拖動木闆時，學(xué)生可清楚而穩定地讀出B受到的的摩擦力（A、B、C名稱同上，E爲鐵架台）。
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該項設計：變對(duì)彈簧秤在運動中讀數爲靜止中讀數，變木闆B的勻速運動爲A沿同一水平方向(xiàng)的任意運動，挖掘了初中實驗的潛力，豐富了原有實驗的“營養”，促進(jìn)了原有知識的遷移，改進(jìn)前後(hòu)彈簧秤讀數基本不變又反過(guò)來強化了摩擦力産生條件中的“相對(duì)運動”的概念，也爲進(jìn)一步探索滑動摩擦力規律奠定基礎。（2）以問題爲中心，以探究活動爲載體，實現科學(xué)方法的教育 在圖3定性研究的基礎上，由老師提出問題：若僅增大圖3中B對(duì)木闆的壓力，滑動摩擦力F（彈簧秤讀數）將(jiāng)會怎樣變化？滑動摩擦力與壓力之間的關系可能(néng)是怎樣？該怎樣驗證？師生對(duì)以上問題進(jìn)行充分讨論，對(duì)驗證方案進(jìn)行進(jìn)一步完
善。同時指出“更爲方便的操作，我們可用摩擦力演示儀”。出示L—MYQ—J型摩擦力演示儀，介紹其簡要構造，引導將(jiāng)其與圖3實驗類比，實現實驗儀器工作原理理解上的對(duì)接，讓學(xué)生細緻體會“旋轉的皮帶將(jiāng)有限長(cháng)度的木闆無限化的巧妙”，并自然進(jìn)入滑動摩擦力規律的探究教學(xué)。
通過(guò)實驗我們取得以下數據，引導學(xué)生完成(chéng)下表填寫并初步分析實驗數據，最後(hòu)得出相應結論：
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mB(g) |
FN(N) |
F(N) |
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備 注 |
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85 |
0.813 |
0.40 |
0.48 |
F/FN＝μ |
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135 |
1.323 |
0.62 |
0.47 |
表三
大量實驗表明，在接觸面(miàn)粗糙程度不變的情況下，F随着FN增大而增大，但 F/FN﹦µ爲基本不 變的常數。該常數反映了接觸面(miàn)的性質或者說µ受接觸面(miàn)的粗糙程度的影響，對(duì)于不同的相互接觸的物體，µ爲不同的常數，從而引出F=µFN的計算公式。
通過(guò)轉速控制開(kāi)關，改變皮帶轉速，在其它條件不變的情況下，讓學(xué)生觀察測量計讀數，初步得出：“在物體運動速度不是太大的情況下，滑動摩擦力與物體運動速度無關”。的結論，指導學(xué)生閱讀課本第10頁“閱讀材料”，豐富學(xué)生對(duì)摩擦力的認識，初步樹立科學(xué)真理的相對(duì)性意識，體悟科學(xué)的穩定性和可變性的雙重屬性。
(三)實踐體會
以上設計，雖然并非是嚴格意義上的科學(xué)研究，況且還(hái)忽略了面(miàn)積、速度等因素對(duì)摩擦力的影響，但也讓高一學(xué)生初步領略了“觀察——猜想與假設——驗證——分析歸納”的探究學(xué)習的思想。學(xué)習中學(xué)生親曆了實驗的不斷改進(jìn)、認識的不斷升華、理論的簡約和諧，初步體悟到了創造之美、科學(xué)之美。這(zhè)既有利于學(xué)生對(duì)基本知識的掌握，也有利于學(xué)生基本技能(néng)的育成(chéng)和積極情感、正确價值觀的養成(chéng)。
其實，一個教學(xué)過(guò)程，一旦缺少了真實的交流，缺少了對(duì)知識的理解與感動，也就喪失了它應有的生機和活力，更爲糟糕的可能(néng)是，甚至喪失了應有的教育價值，成(chéng)爲浪費時間和生命的過(guò)程。
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【參考資料】
①張熊飛.誘思探究學(xué)科教學(xué)論的研究和實踐.教育研究：2002（9），50—60
②肖川：《教育的理想與信念》，嶽麓書社，2002年版
③焦明華. “摩擦力”一節的課前準備及教學(xué)構思. 中學(xué)物理教學(xué)參考：2001（11），P9
④王全、母小勇.《全日制義務教育物理課程标準》學(xué)習體會. 中學(xué)物理教學(xué)參考：2002（9），P5——P7
注：該文于2002年11月，獲北師大全國(guó)附校系統論文評比一等獎，并發(fā)表于〈〈中國(guó)基礎教育〉〉2003年第一期。