创设渐进式问题情境 建构物理概念——以《摩擦力》教学为例

王若玉

(江苏省南京大学附属中学 210000)

建构主义教学观主张“通过解决问题来学习”，《2017普通高中物理课程标准》指出，创设情境进行教学，对培养学生的物理学科核心素养具有关键的作用.因此在高中物理概念教学中，教师需要创设渐进式问题情境，即根据学生已有经验和认知特点设置的逐层递进的问题情境，来引发学生的认知冲突，让学生在解决问题的过程中抽象事物的本质特征，建构物理概念.“摩擦力”是高中物理力学中非常重要并难掌握的一种力，学生通过初中的学习对摩擦力力有了初步的认识.由于摩擦力的方向判定和大小计算都比较复杂，不宜理解，学生常常形成一些错误的认识，主要表现在：不能厘清静摩擦力和最大静摩擦力的关系；认为静摩擦大小与正压力有关；受到静摩擦力的物体一定静止；受到滑动摩擦力的物体一定是运动的；正压力等于重力；摩擦力的方向与运动方向总是相反等方面.因此笔者在一次“摩擦力”市级公开课中大胆尝试，创设出几个渐进式问题情境，循序渐进，让学生在解决问题的过程中重新建构摩擦力的概念，取得意想不到的效果.

一、教学过程

在导入新课主题，学生自主学习摩擦力的产生条件后，笔者逐步创设以下问题情境，师生共同探究摩擦力的大小和方向.

情境一大毛水平推箱子，但未推动

师： 大毛给箱子一个水平推力，它为何还处于静止状态？

生： 根据二力平衡，箱子受到地面给它的向左的静摩擦力，大小等于推力.

师： 假如箱子和地面上都抹上润滑油，接触面非常光滑，会发生什么现象？

生： 向右运动.

师： 虽然现在箱子没有向右运动，但是它“蠢蠢欲动”，我们就说箱子有向右运动的趋势，那么是谁阻碍了箱子相对地面的运动趋势？它的方向向哪里呢？

生： 静摩擦力，它的方向是与相对运动趋势方向相反.

师： 如果大毛增大推力，发现箱子仍然静止在地面上，这时静摩擦力变了吗？

生： 变了.推力增加时，箱子更加“蠢蠢欲动”了但仍然静止.根据二力平衡条件，静摩擦力随之增大.

师： 地面对箱子的静摩擦力能无限增加吗？

生：不能.

师： 箱子即将被推动瞬间的静摩擦力是最大静摩擦力，静摩擦力在零和最大静摩擦力之间.

设计意图：通过创设问题情境一区分静摩擦力和最大静摩擦力，学生认识到产生的静摩擦力起到平衡推力的作用，静摩擦力随着推力的增大而增大，但静摩擦力存在一个最大值，在箱子被推动之前，推力等于静摩擦力而小于最大静摩擦力.

情境二手指夹住文具盒悬在空中

师：请你判断文具盒所受静摩擦力的方向和大小.

生：根据二力平衡，文具盒所受静摩擦力方向竖直向上，大小等于文具盒的重力.

师：两手指间夹(压)力增大，静摩擦变化吗？

生：由竖直方向上二力平衡可知，静摩擦力大小方向都不变.

设计意图在问题情境二中增大正压力而静摩擦力不变，与问题情境1中正压力不变而静摩擦力增大相对比.通过两种情境对比，引发了内心冲突，动摇了原有认知结构，学生轻松得知静摩擦力的大小与正压力无直接关系，正压力并不一定等于重力.

情境三汽车停在斜坡上

师： 请大家判断汽车所受静摩擦力的方向.

生： 由于汽车相对于斜坡的运动趋势沿斜面向下，所以斜坡相对于汽车的静摩擦力沿斜面向上.

师： 为什么汽车相对于斜坡的运动趋势沿斜面向下？

生： 采用“假设法”，假设斜面光滑，汽车相对于斜面沿斜面下滑.

设计意图问题情境三在问题情境二的基础上，设置斜面上的问题情境，强化判断静摩擦力方向的方法，为倾斜传送带运送货物的情境做好铺垫.

情境四体育课小军爬杆、绳

师： 体育课上，小军沿着绳子往上爬，手受到什么摩擦力呢？

生1：小军是运动的，所以他受到滑动摩擦力.

生2：不对，我不同意，我认为由于手与绳子相对静止，所以受到的是静摩擦力.

(同学们各抒己见，开始争论起来，老师点拨同学们，判断是否为静摩擦力关键看它们之间是否“相对”静止)

师：小军的手相对于绳子是静止的，因此手受到的是静摩擦力.

设计意图通过问题情境四的设置让学生了解“动、静”的相对性，加深对静摩擦力条件(两物体相对静止)的认识，受到静摩擦力的物体不一定是静止的.

情境五传送带运送货物

师：传送带运送货物一起沿斜面向上，货物受到的静摩擦力方向向哪里？

生：货物相对于传送带的相对运动趋势沿斜面向下，所以货物受到的静摩擦力沿斜面向上.

师：这里静摩擦力充当的是动力还是阻力呢？

生：静摩擦力方向与运动方向一致，因此充当是动力.

设计意图通过问题情境五，进一步加深理解静摩擦力方向，纠正学生认为静摩擦力一定与运动方向相反的错误观念.

情境六黑板擦擦黑板

师：黑板受到摩擦力吗？是哪一种摩擦力呢？

生：黑板擦受到滑动摩擦力.原来滑动摩擦力是发生在两个“相对”运动的物体间，受到滑动摩擦力的物体不一定运动.

设计意图通过问题情境六让学生了解“静中有动”，受到滑动摩擦力的物体并不一定运动，对滑动摩擦力产生条件的认识有积极作用.

情境七AB两个粗糙的物块，分析A物块的运动方向、A物块与B的相对运动方向及A物块所受滑动摩擦力的方向.

生：甲中A的运动方向向右，A相对于B的运动方向向右，B对A的摩擦力的方向向左；

生：乙中A的运动方向向右，A相对于B的运动方向向左，B对A的摩擦力的方向向右.

设计意图问题情境七中两种情况物块都是向右运动，而甲中物块受到的滑动摩擦力与运动方向相反，乙中物块受到的滑动摩擦力与运动方向相同，强调滑动摩擦力方向中“相对”的重要性，强化滑动摩擦力的方向的理解，实现从经验性认知到物理概念的转变.

摩擦力问题比较复杂，在具体问题中常表现出“动中有静，静中有动，若有若无，方向不定”的特点，这对于初学的学生来说不易理解.创设渐进式问题情境的目的在于根据学生已具有认识水平和思维结构，逐层递进地创设问题情境，引发学生的认知冲突，激发学生思维，让学生全身心地进入探索者的角色.笔者设置问题情境从“大毛水平推箱子未推动”到“手指夹住文具盒悬在空中”到“汽车停在斜坡上”到“体育课爬杆、绳”再到“传送带运送货物”等，通过这几个渐进式问题情境的设置循序渐进地解决重难点问题——摩擦力的大小和方向，支撑学生的建构活动，发展科学思维，培养解决问题的能力.