“静摩擦力”的教学设计与核心素养的培养

陈昕 李科敏 李子婧 李神灵 刘宝欣

摘 要 以人教版高中《物理1（必修）》中的“靜摩擦力”为教学内容，基于学生核心素养的培养，紧密结合学生的生活实际和学生原有的认知结构，构建了一系列有趣的教学活动，突出对学生进行“美”的熏陶，注重培养学生的良好品格，促进学生的良好品格和知识能力实现同步增长。

关键词 静摩擦力 教学设计 核心素养

中图分类号：G424                                 文献标识码：A  DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.05.054

Abstract Taking the "Static Friction" in the "High School Physics 1 （Compulsory）" as a teaching content， based on the cultivation of students' core literacy， a series of interesting Teaching activities highlight the cultivation of "beauty" for students， focus on cultivating students' good character， and promote the simultaneous growth of students' good character and knowledge ability.

Keywords static friction; teaching design; core literacy

1 教材分析

（1）课程标准的要求。了解静摩擦力的定义和产生静摩擦力的条件，掌握判定静摩擦力方向的方法，能运用静摩擦力的知识解决生活中常见的相关问题，并能结合新知识的学习培养学生的良好品格。（2）本节内容的地位和作用。“摩擦力”是人教版高中《物理1（必修）》（2010年3月第3版）第三章第3节的内容，它是本章的教学重点和教学难点，“静摩擦力”是其中的一节。“静摩擦力”既是与人们生活紧密相联的一种常见力，也是学生继续学习“牛顿运动定律”和“机械能守恒定律”等物理知识的重要基础。

2 学情分析

认知层面：学生对于“静摩擦力”定义中的“物体具有相对运动趋势”的理解普遍存在困难。知识层面：学生已经学习过力的三要素、受力分析和二力平衡知识，为本节课的学习奠定了良好的基础。能力层面：学生有一定的动手能力和抽象思维能力，并有强烈的好奇心和求知欲，教师可以通过构建体验活动，引导学生观察现象和总结规律，并从中培养学生的实践能力和创新能力。

3 教学目标

（1） 物理观念。知道什么是静摩擦力，了解产生静摩擦力的条件。学会判定静摩擦力的方向，理解静摩擦力的基本特性。

（2）科学思维。通过对生活中与静摩擦力有关的案例分析，培养学生归纳总结的思维能力。通过静摩擦力在生活中的应用分析，指导学生学习如何将理论和实际相结合。

（3） 科学探究。通过探究实验，培养学生善于观察和手脑并用的实验能力。通过探究活动，培养学生的猜想能力、语言表达能力和合作交流能力。

（4） 科学态度与责任。通过对静摩擦力现象的分析研究，培养学生勤于动手动脑、勇于探索的学习习惯，并引导学生体验创造美、欣赏美。通过静摩擦力在实际生活中的应用，培养学生对物理的亲近感和运用所学知识为社会服务的责任感。

4 教学重难点

教学重点：产生静摩擦力的条件和静摩擦力的性质。教学难点：对物体相对运动趋势的理解。

5 教法与学法

教法：讲授法，实验法，自学指导法。学法：合作学习法，观察法，讨论法。

6 教学用具

透明塑料袋、透明玻璃杯、弹簧测力计、弹簧、表面粗糙的毛巾各一个，两块长短不一的木块，细线若干，物理书本2本，水（染成咖啡色）1瓶。

7 教学过程

7.1 利用实验，引入新课内容

[教师提问1]若用袋子提起杯子，你们通常是怎样完成这一任务的？[答：把杯子装在袋子里，然后提起袋子就可以提起杯子。]

[教师提问2]若把袋子放在杯子里面，要想通过提起袋子来提起袋子外面的杯子，你们会能用哪些办法呢？[让学生独立思考，相互交流，再说出完成任务的方法，如用浆糊或胶水把袋子粘到杯子的内壁上等。]

设计意图：鼓励学生结合自己的生活经历去大胆猜想和发散思维，以此培养学生的发散思维能力和热爱生活的情感。

[教师演示]先将袋子放在杯子里，然后慢慢往袋子里面倒入适量的染色水，再提起袋子，会出现十分奇怪的现象：杯子竟然被袋子从里面提起来了！教师讲解：这种奇特的现象来源于今天要学习的“静摩擦力”。（由此引入新课）

7.2 构建活动，感知静摩擦力的存在

[合作体验1] 相邻的两位同学拿出自己的物理课本，把两课本交叠在一起，并将其压平，然后试着抓住其中一本被胶装的边缘，将课本向上提起，观察会发生怎样的现象？[奇怪的现象：另一本书也被提了起来！]教师引导学生对课本进行受力分析：在竖直方向上，该课本受到一个向下的重力，而书本保持静止状态，由二力平衡的知识可知，该课本此时一定受到一个竖直向上的力，这个力就是“静摩擦力”。

[合作体验2]接着，由另一同学抓住课本被胶装的边缘，并逐步加大拉力，试图将两课本拉开，体验两课本之间静摩擦力的大小。结果发现：两位同学竟然很难拉开这两本书！[引导学生得出：（1）这个静摩擦力很大;（2）这个静摩擦力的大小会随着拉力的增大而增大。]

[体验和思考] 學生体验：用一个较小的水平推力推自己的课桌，但没有推动课桌;适当增大水平推力，还是没推动桌子。学生思考：（1）自己的课桌受到了水平推力，为什么还保持静止呢？[答：因为课桌受到一个与推力方向相反的静摩擦力的作用！]（2）课桌受到的静摩擦力有何特点？[答：课桌受到的静摩擦力，其大小随着推力的增大而增大，其方向与推力方向相反。]

设计意图：利用学生周围的生活事例，让学生感知静摩擦力的存在、大小和方向，落实“从生活走向物理”的教育理念。

7.3 创设情境，寻找静摩擦力产生的条件

[学生研讨]桌上静止的课本，它在水平方向是否受到静摩擦力？为什么？[答：它没有受到静摩擦力的作用。用反证法证明：如果受到静摩擦力的作用，课本将沿着静摩擦力的方向“运动”，这和已知课本保持“静止状态”相矛盾。]

[师生互动]教师引导学生得出：该课本与桌面没有相对运动的趋势（即：如果没有静摩擦力作用，课本受到的合力依然为0），因而课本和桌面之间没有静摩擦力。

[学生探究]给放在水平桌面上的课本施加一个较小的水平推力，若课本仍然处于静止，此时课本在水平方向是否受到静摩擦力？为什么？[答：它受到一个与水平推力方向相反的静摩擦力。用反证法证明：如果不受静摩擦力，课本在水平方向受到的合外力就不为零，课本将在推力的作用下“由静止变为运动”，这和已知课本保持“静止状态”相矛盾。]

设计意图：引导学生在探究有无静摩擦力的生活案例中，学会科学使用反证法和发现“静摩擦力的条件”。

[师生互动]教师结合上述实例，引导学生讨论得出：

（1）产生静摩擦力的条件：若两个相互接触的物体具有相对运动的趋势，就会在它们的接触面上产生阻碍相对运动趋势的力，这个力叫做静摩擦力。（板书）

（2）判别静止的物体是否因为受到静摩擦力而具有相对运动趋势的方法是：先假设静止的物体不受静摩擦力，分析物体受到的合外力是否为零，从而确定物体是否具有相对运动的趋势。即如果这个合外力不为零，该物体就具有相对运动的趋势;如果这个合外力为零，该静止的物体就没有相对运动的趋势。

7.4 操作实验，探究静摩擦力的性质

[实验探究1]将4-6名学生分成一个学习小组，要求学生分组装配好实验装置：物体B位于物体A上，它与弹簧秤水平相连，且弹簧秤的示数为零;在弹簧秤的指针下放置一个小纸团，它可以随着指针移动，并作为指针到达最大位置的标记;物体A放在水平桌面上;标记物体B的两端在物体A上的位置。学生分组利用实验合作探究以下问题：

（1）给物体A施加一个水平拉力F，使物体A向右移动一段距离，且物体B在物体A上的位置不变（在弹簧秤上随之会显示一个读数），即物体B和物体A保持相对静止。教师提问：此时弹簧秤测得哪一个力的大小？[答：（教师引导学生对物体B进行受力分析后得出）物体B此时受到静摩擦力，弹簧秤测得物体B和物体A之间静摩擦力的大小。]

（2）拉动物体A继续缓慢向右移动一段距离，且使物体B和物体A仍然保持相对静止。学生研讨：物体B和物体A之间的静摩擦力的大小和方向各有何特性？[答：“静摩擦力的大小可以改变”;静摩擦力的方向可以通过以下规律来确定，“静摩擦力总是阻碍物体的相对运动趋势”。]

（3）继续拉着物体A缓慢向右移动，直到物体B在物体A上开始运动为止，记下弹簧秤此时的读数;在物体B上施加一个竖直向下的压力（即：增大物体B对物体A的压力），缓慢移动物体A的位置，直到物体B在物体A上开始运动为止，记下弹簧秤此时的读数。比较两个读数的相对大小，这说明静摩擦力的大小有何特点？[答：物体B和物体A之间的静摩擦力有一个最大值，它被称为“最大静摩擦力”，这个最大静摩擦力的大小与“压力”有关，静摩擦力的大小可以根据物体的受力情况取0到最大值之间的任何一个值。]

（4）在物体A的上表面固定一块表面粗糙的毛巾，使物体B静止于物体A的初始位置上，拉着物体A缓慢向右移动，直到物体B在物体A上开始运动为止，记下弹簧秤此时的读数，再比较和的相对大小，这说明静摩擦力的大小有何特点？[答：物体B和物体A之间的最大静摩擦力与“接触面的粗糙程度”有关;接触面越粗糙，相应的最大静摩擦力越大。]

设计意图：训练学生学会规范组装实验装置和操作实验，并注重从“美”的角度培养学生良好的实验习惯，如实验器材摆放整齐，实验装置装配得美观，实验过程恰到好处等，把“美”的教育贯穿到物理教学的始终。

8 板书设计（略）

9 课堂小结（略）

10 布置作业（略）

11 教学反思

学生的核心素养是指学生应具备能够适应终身发展和社会发展需要的关键能力和必备品格。在此教学设计中，我们给学生构建了一系列有趣的实践体验活动，引导学生结合实例 “感知摩擦力的存在”“寻求静摩擦力产生的条件”和“探究静摩擦力的性质”， 并注重在教学过程中，突出对学生进行“美”的熏陶和教育，注重培养学生的良好品格，促使学生的良好品格和知识能力实现同步增长。这个教学设计，我们已经在岳阳县第一中学高中一年级进行了教学实践，并得到了学生的普遍喜爱。

*通讯作者：李科敏

基金项目：湖南理工学院教改项目：基于现代教学设计提高师范生教研能力的研究（2018-2020）;湖南理工学院硕士研究生课程建设项目：物理教学设计与实施（2018-2019）;湖南理工学院研究生课程案例库建设项目：中学物理教学设计案例库（2018-2020）

参考文献

[1] 包慧军.基于物理核心素养导向的教学设计——以摩擦力教学为例[J].物理教学探讨，2018.36（02）：31-33.

[2] 李进.对比同课异构探讨高效课堂——以“摩擦力”为例[J].物理教学探讨，2016.34（10）：75-77.