物理课堂教学问题有效设计——以“摩擦力”的教学为例

周 刚

(江阴市长泾中学 江苏 无锡 214400)

王鹤新

(江阴市第一中学 江苏 无锡 214400)

在当前“生命课堂”理论与实践的研究中，对探究性学习、自主性学习和合作性学习的关注，促使教师的角色从课堂教学的主导者变成引导者，同时在课堂教学这个有限的时空中要完成对一个物理知识的探究，教师的引导必不可少，教学问题依然是课堂教学的核心．因此，问题的设置成功与否是教学成败的关键所在．那么如何有效地进行问题设计呢？笔者结合“摩擦力”教学谈一点个人想法．

1 问题设计应体现针对性

针对性在这里有两层含义：一是针对教材上每一章节的重、难点，在要害上落题，在疑难处发问；二是针对学生的实际进行提问，特别是学生难以把握和理解的疑点来设计问题，做到有的放矢，以达到重点的突出和难点的突破．

图1

解析：物块A相对于圆柱体有两个分运动，一个是在水平方向上，其速度的大小v1=ωr=20×0.2=4 m/s，另一个是在竖直方向上，其速度大小v2=3 m/s．而物块A所受圆柱体的滑动摩擦力Ff方向与它相对于圆柱体的运动方向相反，物块A相对于圆柱体的速度及物块A在接触处竖直切平面内的受力情况如图2所示，根据平衡条件

易得F=50 N

图2

设计意图：针对学生对于“与相对运动方向相反”的理解停留在“与物体相对于地面的运动方向相反”的层面，通过例1，才能从根本上纠正学生的前概念“认为物块A所受圆柱体的滑动摩擦力Ff方向与它相对于地面的运动方向相反而竖直向上”，从而改善学生原有的认知结构．

【例2】如图3所示，一圆盘可绕通过圆盘中心O且垂直于盘面的竖直轴转动.在圆盘距离中心O为R处放置一质量为m的小木块A，它随圆盘一起以角速度ω做匀速圆周运动，试分析木块A所受摩擦力情况．

图3

解析：A所受静摩擦力方向与“相对于圆盘的运动趋势方向沿半径方向向外”相反，指向圆心，但学生对此作出正确的判断需要一定的能力要求．换个思路：从牛顿第二定律入手，静摩擦力完全提供A作匀速圆周运动的向心力，大小f静=mω2R，方向指向圆心，学生容易接受得多，当然这也是一种处理静摩擦力的重要思维方法．

设计意图：针对学生对于“与相对运动趋势方向相反”停留在“与物体相对于地面的运动趋势方向相反”的层面，通过例2，才能从根本上纠正学生的前概念“认为物块A所受圆盘静摩擦力Ff的方向与相对于地面的运动趋势相反的切线方向”，从而改善学生原有的认知结构．

2 问题设计应体现层次性

新课程要求教学应面向全体学生，关注每个学生的发展，因此，课堂例题的设计要满足不同层次学生的学习需要，遇到重、难点问题时，应从学生的认知规律以及实际出发，由浅入深地设计问题，层层递进，环环相扣，这样可使学生获得成功感，充分调动每位学生的积极性，增加自信心．

【例3】如图4(a)所示，一质量为m的物体恰能在倾角为θ的斜面体上沿斜面匀速下滑，斜面体M在水平面上始终处于静止状态．

问题1：此时斜面M是否受到地面对它的摩擦力作用，并说明理由．

问题2：在此基础上，若对m再施加一个如图4(b)所示沿斜面向下的推力F,使物体加速下滑，此时斜面M是否受到地面对它的摩擦力作用，并说明理由．

问题3：若对m施加一个如图4(c)所示的推力F,使物体加速下滑，此时斜面M是否受到地面对它的摩擦力作用，并说明理由．

问题4：对m施加任何一个方向的力F(哪怕是使m减速)，此时斜面M是否受到地面对它的摩擦力作用，并说明理由．

图4

设计意图：通过如图4(a)所示的经典模型设计一个母问题，由此加以变换形成很多子问题，以利于学生的理解、迁移和应用．如果直接出现问题3或者问题4，不做前面几个问题的铺垫，学生会感到很难理解，而通过逐一解决前面几个问题，再来解决问题4，则显得水到渠成，同时也很好地关注了全体学生的发展．

3 问题设计应体现开放性

以往的试题多为封闭型试题，答案往往是唯一的、固定的．这样虽便于统一阅卷评分，有利于甄别与选拔，却使得学生在学习时死板僵化地记忆知识，在问题的枝节上循规蹈矩，进而导致其思维被束缚，创造性被压抑．

灵活运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器，设计简单的“测定滑动摩擦因数μ”实验方案．

设计意图：通过设计开放性的问题来帮助学生克服思维定势，促进其思维的多向性、灵活性和独特性；促进学生的全面发展；引导物理教学向注重探究式教学和探究能力的培养方面发展，对深入贯彻落实新课程目标具有积极的推动作用．当然在2011年全国高考中，山东卷与重庆卷均出现了探究性实验“测定滑动摩擦因数”．

4 问题设计应注重数理结合

在应用物理知识解决实际问题时，一般或多或少运用到数学运算进行推理，而且处理的问题愈高深，应用的数学也愈多．所以能熟练地运用数学处理物理问题，是学好物理的必要条件．近年来高考对考查学生应用数学处理物理问题的能力要求也十分明确：即要求学生能根据具体问题列出物理量之间的关系式，进行推导和求解，并根据结果得出物理结论；必要时能运用几何图形、函数图像、导数、积分等进行表达、分析和处理问题．应用数学处理物理问题，既要重视定量运算，也要重视定性和半定量的分析和推理．

【例4】如图5(a)所示，一个直角支架AOB，AO水平放置，表面粗糙，OB竖直向下，表面光滑，AO上套有小环P，OB上套有小环Q，两环的质量均为m，两环间由一根质量不计、不可伸长的细绳相连，用水平向右的作用力F使小环P匀速向右平动．在平动过程中，AO对小环P的支持力N及滑动摩擦力f的变化情况如何？

图5

解析：P，Q连接体任意时刻在沿绳方向速度相等．如图5(b)所示，设∠OPQ=θ，则

vPcosθ=vQsinθvQ=vPcotθ

在P向右匀速运动、Q向上运动的过程中．θ减小、因vP定值，所以vQ增大，使得Q加速上升．利用vQ=vPcotθ等式两边分别对t求导得

式中负号表示方向， 所以等式可以简化为

θ减小、aQ增大，所以Q在竖直方向上做加速度增大的加速运动．

利用系统牛顿第二定律在竖直方向上

N-2mg=maQaQ变大→N变大

f=μNN变大→f变大

所以N变大，f变大．

设计意图：

(1)凸显与高考题“用水平向右的力F缓慢拉动小环P”的差异,帮助学生克服解题过程中思维定势的干扰，明确“型同神异，天壤之别”．

(2)苏教版高中教材《数学·选修2-2》中的“导数及其应用”已列入高中数学教学大纲，成为高考必考内容之一．因此在数学需求的铺垫下，在物理教学中渗透、并明确提出导数的概念已经符合学生的认知规律，反过来可以更好地为学生理解物理概念、规律服务，拓宽学生的视野，对高考考查学生应用数学处理物理问题的能力作出了很好的回应，凸显了数学在高中物理中的重要性．

5 问题设计应贴近生活

问题设计应关注科学技术的主要成就和发展趋势以及物理学对经济、社会发展的影响，能尝试运用有关的物理知识和技能解释一些自然现象和生活中的问题，尝试运用物理原理和方法解决一些与生产和生活相关的实际问题，培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题．

例如有一位教师在讲授“力的平衡”时，引导学生分析静止于粗糙斜面上的物体保持静止的条件后，设计了这样的问题情境：用漏斗将建筑用的砂子缓慢地倒到木板上．实验发现，木板上的砂子呈一个椎体形状，且即使木板上的砂子质量在增加，但砂堆的倾角保持不变．这是具有浓厚生活色彩的问题情境．教师设问：砂堆的倾角为什么保持不变？这个倾角由什么因素决定？通过这种问题情境让学生认识与理解滑动摩擦因数，进而认识摩擦角的概念，其效果是不言而喻的．

设计意图：实施有效的生活化教学，引导学生“从生活走向物理，从物理走向社会”．学习物理一定要从实际中来，到实际中去，切实做到理论联系实际．只有将学生已有的生活体验与物理问题紧密联系起来，才能使学生感到物理是亲切、实在、有用的，从而用心去学好物理、用好物理，为将来走向社会服务社会打好基础．

6 问题设计应体现升华性

科学知识的增长永远始于问题，终于问题——越来越深化的问题，越来越触发新问题的问题．问题—解决—新问题—再解决……这也是现代课堂的一种基本特征，学生的思维能力正是在这种螺旋式的过程中得以有效提升．在教学过程中，应有目的地进行拓展性的问题设计，使问题升华，促进学生进一步深入探究．

【例5】把一重为G的物体，用一个水平的推力F=kt(k为恒量)压在竖直的足够高的平整墙上[如图6(a)所示]，从t=0开始物体所受摩擦力f随t的变化关系是图6(b)中的哪一幅.

图6

解析：很多学生容易犯的错误就是认为当滑动摩擦力增大到等于重力时，物体就静止了，滑动摩擦力变为静摩擦力，大小等于重力，从而误选D，而实际上物体仍会继续向下减速，滑动摩擦力继续增大，直至物体静止，突变为静摩擦力等于重力，故正确答案选B．到这里，其实本题已经能够达到较好的训练目的．

但是仔细推敲选项B的图线画的比例是不合理的，从命题的角度看，此为美中不足之处．因此教师还可以进行拓展性的问题设计：怎样画图才是合理的呢？加速和减速的时间相等吗？最大滑动摩擦力的大小与重力G之间有定量的关系吗？这些问题设计可进一步促进学生的深入探究，分析如下.

图7

设计意图：拓展性的问题“图线比例”看似无疑、实则有疑的问题，往往都是比较高级的问题，“于不疑处有疑，方是进矣”．这类问题对于培养学生思维的批判性是十分有益的，因为学习的过程就是不断解疑、又不断生疑的过程．在柳岸花明的时刻，又出现山重水复的状态，对激发学生的质疑意识是必要的．

当然，问题设计可能还涉及到很多其他方面，如整体性、启发性、趣味性、探究性等，在此不再一一列举．总之，通过科学的、巧妙的问题设计，对于提高课堂教学质量是很有效的．

参考文献

1 陈建伟．从微观角度再谈一个接触面不可能同时存在静摩擦力和滑动摩擦力．物理教师，2011(4)

2 张飞翔．高三物理课堂问题设计之管见．中学物理教学参考，2011(3)

3 尤建中．讨论物理课堂教学中问题的有效性设置．物理教师，2011(5)