“支架式教學(xué)”在概念型新課中的應(yīng)用

王祥東

摘 要：概念教學(xué)一直是高中物理教學(xué)的基礎(chǔ)和重點(diǎn)。學(xué)生建立正確的物理概念， 靈活應(yīng)用到實(shí)際問題的解決中，也是一大難點(diǎn)。了解學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，設(shè)計(jì)支架式的教學(xué)模式，在概念型的新課教學(xué)中可以把物理概念呈現(xiàn)得直觀、生動(dòng)。不僅能使學(xué)生抓住概念的本質(zhì)，還能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力。

關(guān)鍵詞：物理概念；支架式教學(xué)；摩擦力

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）4-0015-4

高中物理《摩擦力》一節(jié)的教學(xué)，是力學(xué)部分概念教學(xué)的重點(diǎn)，同時(shí)也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，更是廣大物理教師關(guān)注度很高的教學(xué)內(nèi)容。大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分知識(shí)的過程中，對(duì)摩擦力的產(chǎn)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?yàn)橛谐踔械闹R(shí)，往往誤認(rèn)為壓力的大小總是跟物體所受的重力相等。同樣，由于對(duì)“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”和“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”的理解較為抽象，學(xué)生對(duì)摩擦力方向的判斷也容易出現(xiàn)障礙。因此，在教學(xué)過程中，教師根據(jù)實(shí)際情況恰當(dāng)?shù)剡x擇學(xué)生的“問題生長點(diǎn)”，在學(xué)生最近發(fā)展區(qū)設(shè)置科學(xué)的“教學(xué)支架”，及時(shí)為學(xué)生提供幫助，讓學(xué)生建立起正確的物理概念，是達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的有效途徑。

支架式教學(xué)是以學(xué)習(xí)者當(dāng)前的發(fā)展水平為基礎(chǔ)，系統(tǒng)有序地運(yùn)用多種方法，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者不斷建構(gòu)自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，將學(xué)習(xí)者的智力從一個(gè)水平引導(dǎo)到更高水平的教學(xué)模式。這種教學(xué)模式是教師在教學(xué)的過程中，為學(xué)生內(nèi)化知識(shí)提供一種框架，框架的搭建充分考慮學(xué)生的實(shí)際發(fā)展水平，通過把復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)任務(wù)加以分解，逐層遞進(jìn)，使學(xué)生掌握建構(gòu)和內(nèi)化所學(xué)知識(shí)的技能，從而進(jìn)行更高水平的認(rèn)知活動(dòng)。教學(xué)活動(dòng)中搭建支架的方式是多種多樣的，根據(jù)實(shí)際情況，“經(jīng)驗(yàn)”“問題”“引導(dǎo)”“假設(shè)”“推導(dǎo)”“建議”和“實(shí)驗(yàn)”等都可以作為支架。支架式教學(xué)的特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)教師指導(dǎo)干預(yù)的逐步減少和學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的逐步增加。以下是筆者對(duì)高中物理《摩擦力》一節(jié)采用“支架式教學(xué)”的嘗試。

1 了解學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，有針對(duì)性地準(zhǔn)備腳手架

學(xué)生在初中就已經(jīng)對(duì)摩擦力有了一些定性的了解，在這之前也學(xué)習(xí)了重力和彈力。但是，學(xué)生對(duì)摩擦力的產(chǎn)生缺乏科學(xué)的認(rèn)識(shí)，對(duì)摩擦力方向的判斷模棱兩可，對(duì)摩擦力大小的定量計(jì)算是不清楚的，對(duì)摩擦力概念的理解也是混淆的。只有了解學(xué)生在“摩擦力”這一問題上的最近發(fā)展區(qū)和潛在發(fā)展區(qū)，教師有針對(duì)性地準(zhǔn)備的“腳手架”才能真正成為合理的支架去助推學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

2 以生活經(jīng)驗(yàn)為支架，構(gòu)建準(zhǔn)確的物理概念

教學(xué)片段一：理解摩擦力的概念，判斷摩擦力的方向

情景 將一木刷放在水平桌面上（如圖1所示）

設(shè)問1：木刷受幾個(gè)力作用？

設(shè)問2：如果用水平向左的外力推木刷，而木刷未動(dòng)，觀察木刷底下鬃毛的形狀有什么變化？這時(shí)木刷受幾個(gè)力作用？（可讓學(xué)生參與）

木刷靜止時(shí)受重力和支持力，木刷的鬃毛呈豎直狀態(tài)。當(dāng)向左推木刷而未推動(dòng)時(shí)，木刷有相對(duì)地面向左的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，底部的鬃毛向右傾斜，說明鬃毛受到了地面阻礙它相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)的力，此時(shí)木刷受到了重力、支持力、向左的推力和向右的摩擦力。在此基礎(chǔ)上可以順利總結(jié)出靜摩擦力的概念和方向。

設(shè)問3：如果用水平向左的外力推木刷，木刷向左運(yùn)動(dòng)，觀察木刷底下鬃毛的形狀有什么變化？這時(shí)木刷又受到了幾個(gè)力的作用？（可讓學(xué)生參與）

當(dāng)用力向左推木刷，木刷向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，底部的鬃毛向右傾斜，說明鬃毛受到了地面阻礙它相對(duì)滑動(dòng)的力，此時(shí)木刷仍然受到了重力、支持力、向左的推力和向右的摩擦力。在此基礎(chǔ)上水到渠成地總結(jié)出滑動(dòng)摩擦力的概念和方向。

反饋 以“木刷模型”為支架來建立摩擦力的概念，理解摩擦力的方向，不僅具有趣味性，學(xué)生能有相當(dāng)?shù)母行哉J(rèn)識(shí)，而且可以讓每個(gè)學(xué)生參與其中，全方位地實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)，更能生動(dòng)形象地展現(xiàn)摩擦力的產(chǎn)生和方向。這樣既避免了直接灌輸式的講解，又延緩了物理概念形成的過程，為學(xué)生深刻理解物理概念的內(nèi)涵和外延打下了基礎(chǔ)。

3 以經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為支架，理解摩擦力大小的決定因素

教學(xué)片段二：滑動(dòng)摩擦力大小的確定

情景1 用彈簧秤拉著長方體物塊A勻速運(yùn)動(dòng)（如圖2甲所示）；將物塊A換一種放置方式再用彈簧秤拉著它勻速運(yùn)動(dòng)（如圖2乙所示）。

設(shè)問：兩種情況的示數(shù)相同嗎？這說明了什么？

通過比較實(shí)驗(yàn)條件，會(huì)看出物體和桌面的接觸面積是不同的，而兩種情況下彈簧秤的示數(shù)是相同的。由此得出：滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積的大小無關(guān)。

情景2 用彈簧秤拉著長方體物塊A以較小速度v1勻速運(yùn)動(dòng)（如圖3甲所示）；將物塊A用彈簧秤拉著以另一較大的速度v2勻速運(yùn)動(dòng)（如圖3乙所示）。

設(shè)問：兩種情況的示數(shù)相同嗎？這又說明了什么？

通過比較實(shí)驗(yàn)條件，會(huì)看出物體在桌面勻速運(yùn)動(dòng)的速度不同時(shí)，兩種情況下彈簧秤的示數(shù)是相同的，由此得出：滑動(dòng)摩擦力的大小與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的快慢無關(guān)。

情景3 用彈簧秤拉著長方體物塊A分別在下列兩種情況下勻速運(yùn)動(dòng)（如圖4甲和圖4乙所示）。

設(shè)問：兩種情況下彈簧秤示數(shù)相同嗎？這又說明了什么？

通過比較實(shí)驗(yàn)條件，會(huì)看出接觸面的粗糙程度不同時(shí)，兩種情況下彈簧秤的示數(shù)是不同的。由此得出：滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關(guān)，且接觸面越粗糙，滑動(dòng)摩擦力越大。

情景4 用彈簧秤拉著長方體物塊A分別在下列兩種情況下勻速運(yùn)動(dòng)（如圖5甲和圖5乙所示）。

設(shè)問：物體A對(duì)地面的壓力如何變化？彈簧秤的示數(shù)又怎樣變化？

通過比較實(shí)驗(yàn)條件，會(huì)看出物體對(duì)桌面的壓力不同時(shí)，兩種情況下彈簧秤的示數(shù)是不同的，由此得出：滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面間的壓力大小有關(guān)，且接觸面間的壓力越大，滑動(dòng)摩擦力也越大。再進(jìn)一步通過師生的總結(jié)、分析得出：滑動(dòng)摩擦力的大小跟正壓力成正比，即F=μFN。

教學(xué)片段三：靜摩擦力大小的確定

情景1 如圖6所示，放在水平桌面的物體，通過水平繩跨過定滑輪，由右端懸掛的鉤碼拉著。

設(shè)問1：當(dāng)定滑輪下的繩子懸掛1個(gè)鉤碼物體靜止時(shí)，它受的靜摩擦力方向如何？大小又是多少？

設(shè)問2：當(dāng)定滑輪下的繩子懸掛2個(gè)鉤碼物體靜止時(shí)，它受的靜摩擦力方向如何？大小又是多少？

在師生總結(jié)歸納的基礎(chǔ)上容易得出：靜摩擦力的大小沒有一個(gè)確定的值，其大小隨拉力的變化而變化，當(dāng)物塊處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，靜摩擦力的大小總是等于水平拉力的大小。

設(shè)問3：當(dāng)定滑輪下的繩子懸掛的鉤碼增加到N個(gè)時(shí)，可剛好使物體由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)（教師應(yīng)提前實(shí)驗(yàn)好），物體剛要滑動(dòng)時(shí)受的靜摩擦力有多大？此時(shí)的靜摩擦力又叫什么？

在此基礎(chǔ)上容易總結(jié)出最大靜摩擦力的概念和最大靜摩擦力大小的確定。

情景2 如圖7所示，在圖6的基礎(chǔ)上，將另一重物加在物體上，仍然通過水平繩跨過定滑輪，由右端懸掛的鉤碼拉著。

設(shè)問1：物體與桌面間的壓力怎樣變化？當(dāng)定滑輪下的繩子懸掛1個(gè)、2個(gè)鉤碼物體靜止時(shí)，它受的靜摩擦力方向如何？大小又分別是多少？

在此基礎(chǔ)上容易總結(jié)得出“靜摩擦力的大小與壓力大小無關(guān)”的結(jié)論。

設(shè)問2：當(dāng)定滑輪下的繩子懸掛的鉤碼增加到N'個(gè)時(shí)，可剛好使物體由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)（教師也應(yīng)提前實(shí)驗(yàn)好），物體剛要滑動(dòng)時(shí)受的最大靜摩擦力是多大？

通過比較不難得出“最大靜摩擦力的大小與壓力大小有關(guān)”的結(jié)論。

反饋 以最為經(jīng)典的4組“彈簧拉木塊模型”為支架來探究滑動(dòng)摩擦力大小的決定因素，又以經(jīng)典的“連接體模型”為支架來探究靜摩擦力和最大靜摩擦力大小的決定因素，讓學(xué)生通過鮮明的對(duì)比，清晰地得出結(jié)論。而且，上述實(shí)驗(yàn)都是可以由教師和學(xué)生在課堂上共同演示來完成的。這樣的教學(xué)，以教師精心創(chuàng)設(shè)的一系列支架為切入點(diǎn)，通過師生互動(dòng)、合作或?qū)W生獨(dú)立探究，使學(xué)生真正成為課堂學(xué)習(xí)的主體，縮短了學(xué)生原有知識(shí)水平與既定目標(biāo)之間的距離。

4 以實(shí)用的課堂演示為支架，深入理解物理概念

教學(xué)片段四：對(duì)摩擦力的深入理解

問題1 靜止的物體能受滑動(dòng)摩擦力嗎？運(yùn)動(dòng)的物體能受靜摩擦力嗎？

情景1 如圖8甲所示，放在靜止斜面B上的物體A沿斜面下滑到底端；如圖8乙所示，物體A相對(duì)斜面B靜止，隨斜面一起勻速運(yùn)動(dòng)。

在學(xué)生列舉多種實(shí)例的基礎(chǔ)上，師生均可獨(dú)立演示以上兩種情形。圖8甲中靜止的斜面B受到了滑動(dòng)摩擦力；圖8乙中運(yùn)動(dòng)的斜面B和物體A都受到了靜摩擦力。

問題2 運(yùn)動(dòng)物體受靜摩擦力時(shí)，摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同還是相反？

情景2 如圖9甲所示，物體A相對(duì)斜面B靜止，一起沿斜面向下的方向勻速運(yùn)動(dòng)；如圖9乙所示，物體A相對(duì)斜面B靜止，一起沿斜面向上的方向勻速運(yùn)動(dòng)。

9 斜面+物體模型

在學(xué)生思考、討論的基礎(chǔ)上，同樣師生均可獨(dú)立演示以上兩種情形。圖9甲中物體A受的靜摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，圖9乙中物體A受的靜摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同。很容易得出“靜摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向可相反也可相同”的結(jié)論。靜摩擦力可以是阻力也可以是動(dòng)力。

問題3 物體受滑動(dòng)摩擦力時(shí)，摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同還是相反？

情景3 如圖10所示，物體A靜止在木板的右端，迅速拖動(dòng)木板使A相對(duì)木板向左移動(dòng)一段距離，而A相對(duì)地面向右移動(dòng)。

同樣是在學(xué)生思考、討論的基礎(chǔ)上，師生均可獨(dú)立演示以上的情形。圖10中，在A與木板的接觸面上，木板受的滑動(dòng)摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，A受的滑動(dòng)摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同。很容易得出“滑動(dòng)摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向可相反也可相同”的結(jié)論?；瑒?dòng)摩擦力可以是阻力也可以是動(dòng)力。

反饋 以最實(shí)用的“斜面+物體模型”和“物體+木板模型”為支架來深入理解滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力。教師和學(xué)生通過共同的演示，得到了對(duì)摩擦力精準(zhǔn)、透徹的理解。在這樣的教學(xué)中，教師能夠把學(xué)習(xí)任務(wù)逐漸轉(zhuǎn)移給學(xué)生，當(dāng)學(xué)生達(dá)到預(yù)設(shè)的水平后，再逐漸移去支架，教師的指導(dǎo)和干預(yù)也逐步減少，最終也能使學(xué)生具有獨(dú)立解決問題的能力。

支架式教學(xué)模式應(yīng)用到概念型的物理新課中是與創(chuàng)設(shè)有效的物理情景相聯(lián)系的。通過有效的物理情景，在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)和潛在發(fā)展區(qū)之間搭建科學(xué)的支架，進(jìn)行合理的預(yù)設(shè)，充分考慮設(shè)問的邏輯性，通常以學(xué)生自主學(xué)習(xí)和小組合作討論的方式組織教學(xué)。教學(xué)中，教師需要精心選擇與學(xué)生水平能力相適應(yīng)的問題，多層次、多角度搭建遞進(jìn)式的支架，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的逐步深入。同時(shí)，教師也應(yīng)該逐步放手讓學(xué)生獨(dú)立解決問題，在移去支架后，學(xué)生同樣能夠抓住物理問題的本質(zhì)，順利地解答出問題。只有這樣，才能真正促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的提升，使學(xué)生獲得學(xué)習(xí)的成就感。

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（欄目編輯 趙保鋼）