在探究实验中设置“探究问题链”

朱斌

摘要：“以学生为主体，以问题为驱动，以实验设计为目标”的立学课堂理念，强化学生问题意识、发展学生思维的独立性和创造性。以摩擦力一节课为例，通过设置探究问题链，让学生动起来，使学生获得了“活的知识，带的走的素养”，有利于激发学生的学习兴趣，增强他们的质疑能力和创新意识。

关键词：问题链;设计实验

英国哲学家波普尔说：“科学和知识的增长永远始于问题，终于问题——越来越深化的问题，越来越启发新問题的问题.”陶行知先生也认为“创新始于问题”，为提升学生的科学素养，在平时的物理课堂教学中，尽量开设更多的实验课，通过设置探究问题链，强化学生问题意识、发展学生思维的独立性和创造性，使学生感到物理学习就是在玩中学，在学中玩，而思维能力、设计能力、动手能力、观察能力、分析能力等素养在不断提升，学习兴趣在不断提高。下面是我在摩擦力教学中的一些做法。

一、初探摩擦力

请同学们将两本物理书的书页相互交叉，轻压一下，然后用力使它们分开。

想一想：拉开课本为什么这么费力？需要克服的力来自哪里？使学生对摩擦力有初步的认识。

二、认识摩擦力

你知道有哪些摩擦力呢？如何利用橡皮筋、书、铅笔体验这些摩擦力？动手试一试。

交流展示三种摩擦力。用橡皮筋水平拉书，要求慢慢拉动，保持书静止，观察橡皮筋的伸长。分析橡皮筋对物体施加了力，物体有了运动趋势，但没有运动，这种有相对滑动趋势但尚保持静止时阻碍相对滑动的力就是静摩擦力.继续用橡皮筋拉着书在桌子上滑动，这时橡皮筋也伸长了，说明也有力。这种相对滑动时阻碍物体运动的力就是滑动摩擦力.再将书下面放几支圆铅笔，用橡皮筋拉着书在桌子上运动，书受到的摩擦力是滚动摩擦力。在体验中引入静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力的概念。

提问：如果只用一支圆珠笔如何体验到三种摩擦？做一做，加深理解。

学生展示：手竖直拿笔不动，圆珠笔受到静摩擦力，让圆珠笔在桌面上滚动和写字，圆珠笔受到滚动摩擦力，用手推圆珠笔向前，圆珠笔受到滑动摩擦力。

提问：摩擦力产生的条件是什么？

（1）两物体一定要相互接触并挤压;（2）接触面必须粗糙;（3）两物体必须要发生或已经发生了相对运动。三个条件，缺一不可！那么摩擦力到底有多大呢？如何测量摩擦力的大小呢？

三、测量摩擦力

先思考方法：用弹簧测力计拉动水平桌面上的木块，使其做匀速直线运动，弹簧测力计的示数等于物体滑动时受到摩擦力的大小。木块处于静止状态时，摩擦力的大小等于拉力的大小。

再开始实验：用弹簧测力计拉木块，要求慢慢拉动，保持木块静止，分两次读出弹簧测力计的示数，当木块刚要滑动时测出最大静摩擦力。然后匀速拉动木块，测出滑动摩擦力的大小。

通过实验学生分析发现静摩擦力的大小等于拉力的大小，而最大静摩擦力大于滑动摩擦力的大小。让学生在体验中理解静摩擦力、最大静摩擦力和滑动摩擦力。

四、探究影响滑动摩擦力大小的因素

猜测：滑动摩擦力的大小可能跟那些因素有关系？

学生讨论后猜想可能与压力、接触面的粗糙程度、接触面积的大小和速度等因素有关。

如何探究呢？当影响因素较多时一般采用控制变量法，学生根据实验设计三部曲，知道控制什么，改变什么，看什么，先探究滑动摩擦力的大小与压力是什么关系？

学生通过小组交流，运用控制变量法，一次弹簧测力计拉着木块做匀速直线运动，读出F1的大小，再只在木块上放两个钩码，用弹簧测力计拉着木块做匀速直线运动，读出F2的大小，比较F1和F2的大小得出结论：在其它条件不变时，压力越大，摩擦力越大。

如何探究滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度是什么关系？

小组讨论后，通过控制压力不变，在木板上放上毛巾、棉布，来改变接触面的粗糙程度，分别测出木块匀速直线运动时弹簧测力计的示数。分析得出结论：在其它条件不变时，接触面越粗糙，摩擦力越大。

如何探究滑动摩擦力的大小与接触面积的关系？

学生设计出通过控制压力大小和接触面的粗糙程度不变，将木块平放、侧放、竖放，分别测出匀速运动时弹簧测力计的示数。分析得出滑动摩擦力的大小与接触面积的大小无关。

如何探究滑动摩擦力的大小与木块运动速度的关系？

小组讨论后，通过控制压力大小和接触面的粗糙程度不变，改变木块运动的速度，分别测出以不同速度匀速运动时弹簧测力计的示数。分析得出结论：滑动摩擦力的大小与速度的大小无关。

引导反思实验过程中最大的困难是什么？实验成功的关键是什么？学生发现在实验探究中，实际上很难做到让弹簧测力计拉着木块做匀速直线运动，为了准确测出滑动摩擦力，思考如何改进实验装置？

小组讨论后一组学生展示，一个同学固定弹簧测力计，另一个同学先匀速拉动木板，再加速拉动木板，观察弹簧测力计示数的变化，分析弹簧测力计示数不变，体验这种测量摩擦力的实验的优点：一是弹簧测力计在静止状态下读数，读数比较精确，二是木板可以不做匀速直线运动，操作简单。而且通过这个实验，让学生体会“物体的运动”和“物体相对运动”的不同，分析木块此时相对地面是静止的，但相对于木板是运动的，从实验结果看出，木块受到了与弹簧测力计的拉力方向相反的摩擦力的作用，帮助学生理解摩擦力的方向是阻碍物体相对运动的方向。

五、增大和减小摩擦力的方法

如何增大有益摩擦减小有害摩擦呢？学生分析刚做的实验得出：一是增大压力，二是增大接触面之间的粗糙程度。减小摩擦力的方法：一是减小压力，二是减小接触面之间的粗糙程度。根据经验学生还可得出方法三：加润滑油可以减小摩擦，它是通过使接触面之间分离来减小摩擦。如气垫船、磁悬浮列车等。方法四：变滑动摩擦为滚动摩擦。

纸上得来总觉浅，绝知此事要躬行。让学生在实验中学会摩擦力的分析方法——平衡法，学会设计实验时用控制变量法，设计实验的三部曲：控制什么、改变什么和看什么。通过探究问题链的设计，强化学生问题意识、发展学生思维的独立性和创造性，体现了“以学生为主体，以问题为驱动，以实验设计为目标”的立学课堂理念。学生获得了“活的知识，带的走的素养”，有利于激发学生的学习兴趣，增强他们的质疑能力和创新意识。