初、高中物理教学衔接案例研究——以“摩擦力”为例

徐 静

（北京四中房山分校，北京 102442）

初中物理教材知识容量小，物理概念和规律多是从对生产、生活的实际现象或应用中归纳总结出来的，教师更注重课堂教学的趣味性，高中物理的知识容量明显增多，难度梯度明显提升，对学生的学习能力要求更高，再之一部分高中教师不了解初中教材以及学生学习现状，教学中更注重时效性，教学节奏加快，导致学生学习困难，造成初高中物理教学中衔接脱节的情况，本文以北京师范大学出版社《物理》教科书八年级（全一册）和人教版（2019年）高中物理教材必修第一册为样本，分析摩擦力教学中的衔接情况，提出切实可行、实用的设计思路，希望学生在初高中物理学习上实现自然过渡，建立学习物理的自信心.

1 初、高中物理教材中摩擦力的教学内容的衔接分析

初中物理教材设置了“想一想”、大篇幅的“探究影响滑动摩擦力大小的因素”、“相关链接”和“议一议”.通过”想一想“栏目，学生认识到身边存在摩擦力，了解滑动摩擦力；通过实验谈及知道滑动摩擦力与压力大小有关，与接触面粗糙程度有关，在此基础上通过“议一议”进一步明确增大、减小摩擦力的方法，通过“相关链接”对静摩擦力和滚动摩擦力做了简介，将重点放在滑动摩擦力上，对静摩擦力的认识有限.而高中阶段摩擦力是在初中摩擦力基础上的拓展，初中已学基础知识，高中对物体受力分析要求更高，对摩擦力的理解还要和受力分析相吻合；关于滑动摩擦力大小，初中定性分析影响滑动摩擦力的因素，高中将滑动摩擦力跟接触面性质的关系上升为定量计算，要求知道动摩擦因数的概念，并用公式计算大小，应该理解N是接触面的压力，属于弹力性质.

摩擦力在具体问题中表现出静中有动，动中有静的复杂性，尤其静摩擦力的方向的判断更是难度大，也一直是学生学习的难点和重点，基于学情，摩擦力可以分为2课时，因为学生初中对滑动摩擦力的认识较多，从学生容易接受的开始入手，建议先认识滑动摩擦力，按照认识的逻辑，摩擦力应该是方向在前，大小在后.课堂教学重点应该是从知识的交代转化为规律的发现，通过学生自主体验，分组实验，得到滑动摩擦力的方向的特点，接着通过分组实验，发现规律，再利用传感器在实验探究的基础上得出滑动摩擦力的公式，从而发展思维能力，学会方法，养成态度.

2 从物理学科核心素养角度分析初、高中物理教材中摩擦力的教学目标

表1 初、高中物理教材摩擦力的教学目标

续表

3 高中物理滑动摩擦力的重点知识的教学实践

3.1 教学过程

3.1.1 创设情境，引入新课

教师：演示实验：推动物块在桌面上滑行，经过一段时间后，物块会停止运动.

问题1：物块为什么会停止运动？

教师：生活中，摩擦力无处不在，用橡皮在纸上涂改错字，鞋子穿久了，鞋底的花纹会被磨平，自行车刹车，擦黑板等，都和摩擦力有关，没有摩擦力，我们将寸步难行，摩擦力有什么特点呢？本节课将学习摩擦力相关的内容.

设计意图：初中阶段已知滑动摩擦、滚动摩擦、静摩擦现象的存在，再结合实际生活现象，将相关类型的事件联系起来，将物理和生活联系起来，引入摩擦力课题.

3.1.2 认识滑动摩擦力

（1）自主体验，感性认识.

教师：生活中摩擦力无处不在，那么摩擦力是如何产生的呢？

自主体验：手按压桌子，继续用更大的力，使手在桌面上滑动.

问题2：你的手有什么感觉？为什么会有这样的感受？

教师：手按压桌子，同时手相对桌子要向前运动，手会感知到桌面对它相对桌子运动的阻碍，此时手和桌子之间会产生滑动摩擦力.

问题3：图1～4为生活中常见情境，分析物体A是否受到摩擦力？

图1 箱子（A）在人的推动下沿水平面向右运动

图2 小朋友（A）从滑梯滑下

图3 手握黑板擦（A）从上往下擦黑板

图4 木板向右移动，木块（A）静止

引导学生用规范的语言表述、归纳总结.

教师：两个相互接触的物体A和物体B，当物体A相对物体B滑动时，会在接触面上产生滑动摩擦力阻碍物体A相对物体B运动.

设计意图：通过自主体验，获得丰富的感性认识，感知滑动摩擦力的作用效果是“阻碍相对运动”.学生在初中阶段研究问题时，通常研究在地面上或是相对地面静止的的物体上滑动时受到的摩擦力，因此在高中教学时，总是把“阻碍相对运动”认为成“阻碍运动”，高中教学中在建立滑动摩擦力概念之初就应该指出“阻碍相对运动”的特点，并建立模型，形象的运用AB物体进行解释，这才符合概念反映事物本质的特征.

（2）滑动摩擦力的方向.

教师：滑动摩擦力是矢量，有大小和方向，那么滑动摩擦力的方向怎样描述呢？

演示实验：手握长毛刷在黑板上来回运动.

问题3：毛刷为什么会弯曲？

问题4：毛刷弯曲的方向与其所受滑动摩擦力方向的关系是什么？

引导总结：毛刷弯曲的方向就是毛刷所受滑动摩擦力方向.

分组实验，探究毛刷在不同运动情境下所受滑动摩擦力的方向.两人一组，利用小牙刷与纸板适度压紧，完成相应操作，并填充表格（表2）.

表2 滑动摩擦力的方向实验探究

学生分组实验，观察现象，归纳总结滑动摩擦力方向的特点.

引导总结滑动摩擦力的方向：物体A所受的滑动摩擦力的方向总是沿着物体AB的接触面，并且跟其相对物体B运动的方向相反.

设计意图：初中阶段，摩擦力的方向是难点，但不是重点，初中阶段，多数教师只是结合毛刷的弯曲情况简要介绍，不做深入分析.

高中阶段滑动摩擦力的方向仍是难点，并且也是重点，是对初中知识的延伸和拓展.教学时可以借助毛刷观察现象，直观的现象使学生容易理解摩擦力的作用效果，形成表述和现象的一致.并设计分组实验，让学生有参与感，调动兴趣，通过观察实验现象，归纳总结滑动摩擦力的方向，帮助学生理解抽象的概念规律，能深刻认识到滑动摩擦力的方向有可能与运动方向相反，也有可能与物体运动方向相同，从而帮助理解到“相对运动”的内涵，是两个物体分别以对方为参考系表现出来的运动，而不是相对地面或其它物体的运动，实现对物理概念理解的升华.

（3）滑动摩擦力的大小.

教师：回顾初中知识，滑动摩擦力的大小主要与接触面的粗糙程度和物体间的压力有关，如果有某种定量关系的话，它们可能是怎样的关系呢？

演示实验：如图5所示，利用力学传感器和摩擦力实验装置，通过定量实验得出结论.

图5 力学传感器和定量测量摩擦力的实验装置

实验前分析装置，弹簧测力计测出木块的重力的大小，即为木块对平板的压力，用电动机带动平板向左缓慢匀速运动，力学传感器记录数据，其大小即为木块所受滑动摩擦力的大小.

实验流程：

（1）木块与平板小车间接触面的粗糙程度不变，在木块上方增加砝码.

（2）保持压力不变，改变接触面粗糙程度，重复上述实验.

通过实验，分析数据，绘制图像（图6）.

图6 朗威DISLab处理数据和图像

对同一接触面，图线呈一条倾斜的直线，说明滑动摩擦力与压力大小成正比，当用毛粘面做实验时，N不变，摩擦力变大，意味着f/N变大，说明f/N与接触面的性质有关，对同一接触面来说，f/N是定值，接触面材料不同，粗糙程度不同，f/N就会不同，我们把f/N的值定义为动摩擦因数，用μ表示，从表达式看出来动摩擦因数没有单位.此表达式也提供了测量动摩擦因数的方法.

大量实验都表明滑动摩擦力大小与压力成正比，还跟接触面的性质有关.即

设计意图：初中阶段，影响滑动摩擦力大小的因素是重点，关于影响滑动摩擦力的因素，学生通过实验探究得到“接触面越粗糙，压力越大，滑动摩擦力也就越大”的定性结论.高中教材则是一笔带过，直接给出了滑动摩擦力的公式，对学生而言，跳跃性太大，应该从学生已有的知识出发，设计实验，经历规律表示从定性描述到定量计算的过程，达成思维方式的有效衔接.经历实验探究的过程也是建立物理模型，分析滑动摩擦力大小和方向的过程，让学生经历基于证据得出结论的科学探究过程，并能理解随着新证据的增加，会对初中已知的物理规律进行不断完善和深入学习，实现知识的同化和顺应.［1］

本文通过对初、高中物理教材中摩擦力的衔接研究，意识到作为高中物理教师，除了用心研读高中教材和课程标准，还应该研读初中教材，准确定位教学起点，结合学生已有知识设计教学内容，处理好初、高中物理教学的衔接问题，帮助学生实现知识建构、思维方式和课堂模式的有效衔接，建立学生学习物理的自信心.