“支架式教学”在概念型新课中的应用

王祥东

摘 要：概念教学一直是高中物理教学的基础和重点。学生建立正确的物理概念， 灵活应用到实际问题的解决中，也是一大难点。了解学生的最近发展区，设计支架式的教学模式，在概念型的新课教学中可以把物理概念呈现得直观、生动。不仅能使学生抓住概念的本质，还能培养学生独立思考的能力。

关键词：物理概念；支架式教学；摩擦力

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）4-0015-4

高中物理《摩擦力》一节的教学，是力学部分概念教学的重点，同时也是学生学习的难点，更是广大物理教师关注度很高的教学内容。大多数学生在学习这部分知识的过程中，对摩擦力的产生、摩擦力方向的判定以及摩擦力的理解都感到一定的困惑。因为有初中的知识，往往误认为压力的大小总是跟物体所受的重力相等。同样，由于对“相对运动”和“相对运动趋势”的理解较为抽象，学生对摩擦力方向的判断也容易出现障碍。因此，在教学过程中，教师根据实际情况恰当地选择学生的“问题生长点”，在学生最近发展区设置科学的“教学支架”，及时为学生提供帮助，让学生建立起正确的物理概念，是达到预期教学目标的有效途径。

支架式教学是以学习者当前的发展水平为基础，系统有序地运用多种方法，引导学习者不断建构自己的认知结构，将学习者的智力从一个水平引导到更高水平的教学模式。这种教学模式是教师在教学的过程中，为学生内化知识提供一种框架，框架的搭建充分考虑学生的实际发展水平，通过把复杂的教学内容和学习任务加以分解，逐层递进，使学生掌握建构和内化所学知识的技能，从而进行更高水平的认知活动。教学活动中搭建支架的方式是多种多样的，根据实际情况，“经验”“问题”“引导”“假设”“推导”“建议”和“实验”等都可以作为支架。支架式教学的特点是强调教师指导干预的逐步减少和学生自主学习能力的逐步增加。以下是笔者对高中物理《摩擦力》一节采用“支架式教学”的尝试。

1 了解学生的最近发展区，有针对性地准备脚手架

学生在初中就已经对摩擦力有了一些定性的了解，在这之前也学习了重力和弹力。但是，学生对摩擦力的产生缺乏科学的认识，对摩擦力方向的判断模棱两可，对摩擦力大小的定量计算是不清楚的，对摩擦力概念的理解也是混淆的。只有了解学生在“摩擦力”这一问题上的最近发展区和潜在发展区，教师有针对性地准备的“脚手架”才能真正成为合理的支架去助推学生认知结构的发展。

2 以生活经验为支架，构建准确的物理概念

教学片段一：理解摩擦力的概念，判断摩擦力的方向

情景 将一木刷放在水平桌面上（如图1所示）

设问1：木刷受几个力作用？

设问2：如果用水平向左的外力推木刷，而木刷未动，观察木刷底下鬃毛的形状有什么变化？这时木刷受几个力作用？（可让学生参与）

木刷静止时受重力和支持力，木刷的鬃毛呈竖直状态。当向左推木刷而未推动时，木刷有相对地面向左的运动趋势，底部的鬃毛向右倾斜，说明鬃毛受到了地面阻碍它相对滑动趋势的力，此时木刷受到了重力、支持力、向左的推力和向右的摩擦力。在此基础上可以顺利总结出静摩擦力的概念和方向。

设问3：如果用水平向左的外力推木刷，木刷向左运动，观察木刷底下鬃毛的形状有什么变化？这时木刷又受到了几个力的作用？（可让学生参与）

当用力向左推木刷，木刷向左运动时，底部的鬃毛向右倾斜，说明鬃毛受到了地面阻碍它相对滑动的力，此时木刷仍然受到了重力、支持力、向左的推力和向右的摩擦力。在此基础上水到渠成地总结出滑动摩擦力的概念和方向。

反馈 以“木刷模型”为支架来建立摩擦力的概念，理解摩擦力的方向，不仅具有趣味性，学生能有相当的感性认识，而且可以让每个学生参与其中，全方位地实现师生互动，更能生动形象地展现摩擦力的产生和方向。这样既避免了直接灌输式的讲解，又延缓了物理概念形成的过程，为学生深刻理解物理概念的内涵和外延打下了基础。

3 以经典实验为支架，理解摩擦力大小的决定因素

教学片段二：滑动摩擦力大小的确定

情景1 用弹簧秤拉着长方体物块A匀速运动（如图2甲所示）；将物块A换一种放置方式再用弹簧秤拉着它匀速运动（如图2乙所示）。

设问：两种情况的示数相同吗？这说明了什么？

通过比较实验条件，会看出物体和桌面的接触面积是不同的，而两种情况下弹簧秤的示数是相同的。由此得出：滑动摩擦力的大小与接触面积的大小无关。

情景2 用弹簧秤拉着长方体物块A以较小速度v1匀速运动（如图3甲所示）；将物块A用弹簧秤拉着以另一较大的速度v2匀速运动（如图3乙所示）。

设问：两种情况的示数相同吗？这又说明了什么？

通过比较实验条件，会看出物体在桌面匀速运动的速度不同时，两种情况下弹簧秤的示数是相同的，由此得出：滑动摩擦力的大小与相对运动的快慢无关。

情景3 用弹簧秤拉着长方体物块A分别在下列两种情况下匀速运动（如图4甲和图4乙所示）。

设问：两种情况下弹簧秤示数相同吗？这又说明了什么？

通过比较实验条件，会看出接触面的粗糙程度不同时，两种情况下弹簧秤的示数是不同的。由此得出：滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，且接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。

情景4 用弹簧秤拉着长方体物块A分别在下列两种情况下匀速运动（如图5甲和图5乙所示）。

设问：物体A对地面的压力如何变化？弹簧秤的示数又怎样变化？

通过比较实验条件，会看出物体对桌面的压力不同时，两种情况下弹簧秤的示数是不同的，由此得出：滑动摩擦力的大小与接触面间的压力大小有关，且接触面间的压力越大，滑动摩擦力也越大。再进一步通过师生的总结、分析得出：滑动摩擦力的大小跟正压力成正比，即F=μFN。

教学片段三：静摩擦力大小的确定

情景1 如图6所示，放在水平桌面的物体，通过水平绳跨过定滑轮，由右端悬挂的钩码拉着。

设问1：当定滑轮下的绳子悬挂1个钩码物体静止时，它受的静摩擦力方向如何？大小又是多少？

设问2：当定滑轮下的绳子悬挂2个钩码物体静止时，它受的静摩擦力方向如何？大小又是多少？

在师生总结归纳的基础上容易得出：静摩擦力的大小没有一个确定的值，其大小随拉力的变化而变化，当物块处于静止状态时，静摩擦力的大小总是等于水平拉力的大小。

设问3：当定滑轮下的绳子悬挂的钩码增加到N个时，可刚好使物体由静止变为运动（教师应提前实验好），物体刚要滑动时受的静摩擦力有多大？此时的静摩擦力又叫什么？

在此基础上容易总结出最大静摩擦力的概念和最大静摩擦力大小的确定。

情景2 如图7所示，在图6的基础上，将另一重物加在物体上，仍然通过水平绳跨过定滑轮，由右端悬挂的钩码拉着。

设问1：物体与桌面间的压力怎样变化？当定滑轮下的绳子悬挂1个、2个钩码物体静止时，它受的静摩擦力方向如何？大小又分别是多少？

在此基础上容易总结得出“静摩擦力的大小与压力大小无关”的结论。

设问2：当定滑轮下的绳子悬挂的钩码增加到N'个时，可刚好使物体由静止变为运动（教师也应提前实验好），物体刚要滑动时受的最大静摩擦力是多大？

通过比较不难得出“最大静摩擦力的大小与压力大小有关”的结论。

反馈 以最为经典的4组“弹簧拉木块模型”为支架来探究滑动摩擦力大小的决定因素，又以经典的“连接体模型”为支架来探究静摩擦力和最大静摩擦力大小的决定因素，让学生通过鲜明的对比，清晰地得出结论。而且，上述实验都是可以由教师和学生在课堂上共同演示来完成的。这样的教学，以教师精心创设的一系列支架为切入点，通过师生互动、合作或学生独立探究，使学生真正成为课堂学习的主体，缩短了学生原有知识水平与既定目标之间的距离。

4 以实用的课堂演示为支架，深入理解物理概念

教学片段四：对摩擦力的深入理解

问题1 静止的物体能受滑动摩擦力吗？运动的物体能受静摩擦力吗？

情景1 如图8甲所示，放在静止斜面B上的物体A沿斜面下滑到底端；如图8乙所示，物体A相对斜面B静止，随斜面一起匀速运动。

在学生列举多种实例的基础上，师生均可独立演示以上两种情形。图8甲中静止的斜面B受到了滑动摩擦力；图8乙中运动的斜面B和物体A都受到了静摩擦力。

问题2 运动物体受静摩擦力时，摩擦力方向与运动方向相同还是相反？

情景2 如图9甲所示，物体A相对斜面B静止，一起沿斜面向下的方向匀速运动；如图9乙所示，物体A相对斜面B静止，一起沿斜面向上的方向匀速运动。

9 斜面+物体模型

在学生思考、讨论的基础上，同样师生均可独立演示以上两种情形。图9甲中物体A受的静摩擦力方向与运动方向相反，图9乙中物体A受的静摩擦力方向与运动方向相同。很容易得出“静摩擦力方向与运动方向可相反也可相同”的结论。静摩擦力可以是阻力也可以是动力。

问题3 物体受滑动摩擦力时，摩擦力方向与运动方向相同还是相反？

情景3 如图10所示，物体A静止在木板的右端，迅速拖动木板使A相对木板向左移动一段距离，而A相对地面向右移动。

同样是在学生思考、讨论的基础上，师生均可独立演示以上的情形。图10中，在A与木板的接触面上，木板受的滑动摩擦力方向与运动方向相反，A受的滑动摩擦力方向与运动方向相同。很容易得出“滑动摩擦力方向与运动方向可相反也可相同”的结论。滑动摩擦力可以是阻力也可以是动力。

反馈 以最实用的“斜面+物体模型”和“物体+木板模型”为支架来深入理解滑动摩擦力和静摩擦力。教师和学生通过共同的演示，得到了对摩擦力精准、透彻的理解。在这样的教学中，教师能够把学习任务逐渐转移给学生，当学生达到预设的水平后，再逐渐移去支架，教师的指导和干预也逐步减少，最终也能使学生具有独立解决问题的能力。

支架式教学模式应用到概念型的物理新课中是与创设有效的物理情景相联系的。通过有效的物理情景，在学生的最近发展区和潜在发展区之间搭建科学的支架，进行合理的预设，充分考虑设问的逻辑性，通常以学生自主学习和小组合作讨论的方式组织教学。教学中，教师需要精心选择与学生水平能力相适应的问题，多层次、多角度搭建递进式的支架，引导学生学习的逐步深入。同时，教师也应该逐步放手让学生独立解决问题，在移去支架后，学生同样能够抓住物理问题的本质，顺利地解答出问题。只有这样，才能真正促进学生认知结构的提升，使学生获得学习的成就感。

参考文献：

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[3]高秀娟，孙丰富.巧搭思维脚手架 助力物理学习过程[J].物理教学探讨，2013，31（12）：18—19.

[4]孙春凤.用支架教学改善低效的物理习题讲评课[J].中学物理教学参考，2015，44（1—2）：11—13.

（栏目编辑 赵保钢）