一道拓展题引出的实验探究及其思考

丁志强

摘要：针对学生提交的一道拓展题及其错解，笔者通过重构教材实验，开展深层次的实验探究加以解决，并就重构教材实验的时机谈两点思考：①在教材实验的漏洞处重构；②在学生思维与探究能力的薄弱处重构。

关键词：滑动摩擦力；相对运动；实验探究；教材实验；重构；时机

中图分类号：G633.7文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2017）20-067-2

一、问题的提出

学生曾问笔者一个课外辅导书上的拓展题，题目是“如图所示，将木块放在白纸中间，当水平向右用力将白纸快速抽出，木块会移动到桌面的最右端，问木块受滑动摩擦力的方向？（正确答案：水平向右）”随后，该生给出了他的分析：因为木块在向右运动时，白纸会阻碍它运动，所以木块受滑动摩擦力的方向是水平向左。

针对该生的错误思维，笔者并没有仅仅通过理论分析帮其纠正，而是考虑能否设计具有针对性的探究性实验，从而帮助该生更好的掌握知识的来龙去脉。

通过分析教材中关于滑动摩擦力的实验设计，笔者尝试重构教材实验，即对教材实验进行适度增加、删减、置换及加工，整合各种课程资源，使之更好地适应具体的教育教学情境和学生的学习需求。[1]通过经历创新的探究性实验，学生的知识与能力均得到了提高。教学过程如下：

1.初步探究——让滑动摩擦力从“隐身”到“现身”

《义务教育物理课程标准（2011年版）》指出：“应让学生通过观察、操作、体验等方式，经历科学探究过程，认识物理概念和规律。”因此，为了完善学生的认知过程，笔者在教材实验中“手拉木块”（如图所示）的基础上，引导学生通过直接观察的方式认识滑动摩擦力。

师：手拉着木块在长木块表面上向右滑动时，你有怎样的体会？

生：木块会受到水平向左的滑动摩擦力。

师：对。那么，在我们的生活中有没有类似的情景？

生：黑板擦擦黑板、抹布擦玻璃、扫帚扫地……

师：很好。那么，在用扫帚扫地时，扫帚头的弯曲方向是怎样的？为什么？

生：与扫帚的运动方向相反，因为扫帚受滑动摩擦力的方向与其运动方向是相反的。

师：分析的很好。因此，除用手体验之外，运用转换法通过观察也能判断滑动摩擦力的方向。

在教材实验的基础上，以学生的认知水平为起点，笔者首先通过列举生活事例拓宽学生的知识面，让物理教学更“接地气”；然后对“扫帚扫地”做重点分析，鼓励学生从不同角度思考问题，同时也为下一阶段的探究活动做好铺垫。

2.深入探究——从特殊问题情景到一般物理规律

师：请仔细观察演示实验的现象，尝试分析木块受滑动摩擦力的方向并做出解释。（如图所示，快速水平向右抽出白纸，木块同时向右运动一小段距离）

生：水平向左。因为滑动摩擦力方向是与物体运动方向相反的。

师：如果想要通过观察来判断滑动摩擦力的方向，该怎样设计实验？

生：（思考片刻）在木块下表面装一些软的东西，观察它的运动方向。

师：好方法。那有没有现成的器材可以代替这个装置？

生：可以用扫帚头来代替。

师：非常好。请按照此方法完成实验，并根据实验现象再次做出判断。

（如图所示，用毛巾代替白纸可以让实验现象更明显）

生：水平向右。

师：真是出乎意料！滑动摩擦力方向竟然与物体的运动方向是相同的。那么，在实验过程中，拿着扫帚头的手感受到的滑动摩擦力方向又是怎样的？

生：水平向右。

师：看来扫帚头确实受到了水平向右的滑动摩擦力，这是为什么呢？（学生陷入沉思，教师等待片刻）那么，我们不妨换个角度来思考这个问题，请你先找出扫帚头受滑动摩擦力的施力物体？

生：毛巾。

师：对。那么，在水平向右拉动毛巾时，作为受力物体的扫帚头相对于毛巾向哪个方向运动？（教师边演示边提问）

生：（思考片刻）水平向左运动。

师：很好。扫帚头相对于毛巾做水平向左运动时，受到了毛巾对它产生的水平向右的滑动摩擦力，这两者的关系对你有什么启示？（教师边演示边提问）

生：扫帚头受滑动摩擦力的方向与它相对毛巾运动的方向相反。

师：分析的对。原来，滑动摩擦力是阻碍物体相对运动的力。那么，是否还有其他方法可以判断扫帚头受滑动摩擦力的方向？

生：（思考片刻）如果把扫帚头从毛巾上拿起来，它就不会运动，因此是滑动摩擦力让它向右运动的，所以滑动摩擦力方向与它的运动方向是相同的。（学生边演示边回答）

师：很有创意的方法！因为该方法涉及到力与运动的关系，所以等学了相关内容之后我们再做进一步分析。

在上述探究活动中，笔者给学生呈现了与拓展题题设相同的问题情境，此情境既是整个探究过程的一条主线，又是打破学生思维局限的敲门砖。而在教学过程中增加设计实验方案的环节，既能降低探究的难度，还能培养学生的知识迁移能力。因为已经预料到实验结果会与学生设想存在较大的差异，所以笔者通过具有层次性的问题链，引导学生从相对运动的角度思考问题，帮助学生更全面、更透彻的理解滑动摩擦力，最终学生也就顺利解决了这道拓展题。实践证明，当思维处于被激活状态时，学生的潜能真的不可估量，而此时往往能收到意想不到的教学效果。

这次关于一道拓展题的教学给了笔者不小的触动：实验教学不能只局限于教材实验，通过对某些教材实验做恰当的重构，将会更有利于提升学生的思维与探究能力。而选择怎样的时机对教材实验进行重构，将会直接影响实验教学的效果。以下是笔者对该问题的相关思考。

二、重构教材实验的时机

1.在教材实验的漏洞之处重构

教材实验是供师生在教学中使用的一种资料，作为教学资料，就有可能存在一定的片面性或局限性，如果不对其加以甄别而全盘照搬，就容易造成教学内容或教学顺序出现问题。

以探究浮力定义为例，教材首先让学生通过观察图片和实验了解浮力现象，由此得到浮力的定义：“浸在液体或气体里的物体受到液体或气体向上的托力，这个力称为浮力。”然后，教材设置了一个探究性实验，此实验要求学生研究下沉物体是否受到浮力。筆者认为，编者在教材实验的编排顺序上存在一定的失误，因为在浮力定义中已经明确只要是浸在液体或气体里的物体都会受到浮力，所以就没有必要后续再研究下沉物体是否受浮力的问题。换言之，如果将此探究性实验编排在归纳浮力定义之前，就显得更顺理成章。

2.在学生思维与探究能力的薄弱之处重构

科学思维与实验探究是物理学科培养学生核心素养的重要内容，让学生经历知识的形成过程比记忆知识更为重要。这就需要教师转变教学观念，通过对教材实验的有效重构，创设真实的问题情境帮助学生经历知识的形成过程，拓宽思路、发展能力。

以探究杠杆的平衡条件为例，教材实验只需研究拉力在竖直方向时杠杆受动力、阻力及其力臂的关系。在学生完成教材实验之后，借助简易的自制教具（如图所示，先将白色硬纸片固定在杠杆后方的竖直平面内，再用细绳显示弹簧测力计的轴线方向），笔者引导学生进一步探究当斜拉时两个力及其力臂的关系。通过作图、测量和分析，学生在归纳出杠杆平衡条件的基础上，还理解了斜拉时拉力大小与其力臂之间的关系。此举不仅丰富了实验探究的方法，而且对培养学生的探究能力大有裨益。

三、结语

作为传授学生知识、提升学生能力的主要载体，教材实验的重要性不言而喻。脱离教材的实验教学可能会根基不牢，而死守教材实验则容易导致思维僵化。作为一线教师，应该在恰当的时机挖掘教材实验的潜在价值，才能真正实践“用教材教，而非教教材”的理念，这对培养学生物理学科核心素养有着极其重要的意义。

[参考文献]

[1]成效.重构物理教材实验，提升实验教学质量[J].实验教学与仪器，2017，34（1）.

[2]刘炳昇等.义务教育课程标准实验教科书[M].江苏：江苏科学技术出版社，2007.endprint