在探究實驗中設(shè)置“探究問題鏈”

朱斌

摘要：“以學(xué)生為主體，以問題為驅(qū)動，以實驗設(shè)計為目標(biāo)”的立學(xué)課堂理念，強(qiáng)化學(xué)生問題意識、發(fā)展學(xué)生思維的獨立性和創(chuàng)造性。以摩擦力一節(jié)課為例，通過設(shè)置探究問題鏈，讓學(xué)生動起來，使學(xué)生獲得了“活的知識，帶的走的素養(yǎng)”，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)他們的質(zhì)疑能力和創(chuàng)新意識。

關(guān)鍵詞：問題鏈;設(shè)計實驗

英國哲學(xué)家波普爾說：“科學(xué)和知識的增長永遠(yuǎn)始于問題，終于問題——越來越深化的問題，越來越啟發(fā)新問題的問題.”陶行知先生也認(rèn)為“創(chuàng)新始于問題”，為提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，在平時的物理課堂教學(xué)中，盡量開設(shè)更多的實驗課，通過設(shè)置探究問題鏈，強(qiáng)化學(xué)生問題意識、發(fā)展學(xué)生思維的獨立性和創(chuàng)造性，使學(xué)生感到物理學(xué)習(xí)就是在玩中學(xué)，在學(xué)中玩，而思維能力、設(shè)計能力、動手能力、觀察能力、分析能力等素養(yǎng)在不斷提升，學(xué)習(xí)興趣在不斷提高。下面是我在摩擦力教學(xué)中的一些做法。

一、初探摩擦力

請同學(xué)們將兩本物理書的書頁相互交叉，輕壓一下，然后用力使它們分開。

想一想：拉開課本為什么這么費力？需要克服的力來自哪里？使學(xué)生對摩擦力有初步的認(rèn)識。

二、認(rèn)識摩擦力

你知道有哪些摩擦力呢？如何利用橡皮筋、書、鉛筆體驗這些摩擦力？動手試一試。

交流展示三種摩擦力。用橡皮筋水平拉書，要求慢慢拉動，保持書靜止，觀察橡皮筋的伸長。分析橡皮筋對物體施加了力，物體有了運動趨勢，但沒有運動，這種有相對滑動趨勢但尚保持靜止時阻礙相對滑動的力就是靜摩擦力.繼續(xù)用橡皮筋拉著書在桌子上滑動，這時橡皮筋也伸長了，說明也有力。這種相對滑動時阻礙物體運動的力就是滑動摩擦力.再將書下面放幾支圓鉛筆，用橡皮筋拉著書在桌子上運動，書受到的摩擦力是滾動摩擦力。在體驗中引入靜摩擦力、滑動摩擦力和滾動摩擦力的概念。

提問：如果只用一支圓珠筆如何體驗到三種摩擦？做一做，加深理解。

學(xué)生展示：手豎直拿筆不動，圓珠筆受到靜摩擦力，讓圓珠筆在桌面上滾動和寫字，圓珠筆受到滾動摩擦力，用手推圓珠筆向前，圓珠筆受到滑動摩擦力。

提問：摩擦力產(chǎn)生的條件是什么？

（1）兩物體一定要相互接觸并擠壓;（2）接觸面必須粗糙;（3）兩物體必須要發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生了相對運動。三個條件，缺一不可！那么摩擦力到底有多大呢？如何測量摩擦力的大小呢？

三、測量摩擦力

先思考方法：用彈簧測力計拉動水平桌面上的木塊，使其做勻速直線運動，彈簧測力計的示數(shù)等于物體滑動時受到摩擦力的大小。木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)時，摩擦力的大小等于拉力的大小。

再開始實驗：用彈簧測力計拉木塊，要求慢慢拉動，保持木塊靜止，分兩次讀出彈簧測力計的示數(shù)，當(dāng)木塊剛要滑動時測出最大靜摩擦力。然后勻速拉動木塊，測出滑動摩擦力的大小。

通過實驗學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)靜摩擦力的大小等于拉力的大小，而最大靜摩擦力大于滑動摩擦力的大小。讓學(xué)生在體驗中理解靜摩擦力、最大靜摩擦力和滑動摩擦力。

四、探究影響滑動摩擦力大小的因素

猜測：滑動摩擦力的大小可能跟那些因素有關(guān)系？

學(xué)生討論后猜想可能與壓力、接觸面的粗糙程度、接觸面積的大小和速度等因素有關(guān)。

如何探究呢？當(dāng)影響因素較多時一般采用控制變量法，學(xué)生根據(jù)實驗設(shè)計三部曲，知道控制什么，改變什么，看什么，先探究滑動摩擦力的大小與壓力是什么關(guān)系？

學(xué)生通過小組交流，運用控制變量法，一次彈簧測力計拉著木塊做勻速直線運動，讀出F1的大小，再只在木塊上放兩個鉤碼，用彈簧測力計拉著木塊做勻速直線運動，讀出F2的大小，比較F1和F2的大小得出結(jié)論：在其它條件不變時，壓力越大，摩擦力越大。

如何探究滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度是什么關(guān)系？

小組討論后，通過控制壓力不變，在木板上放上毛巾、棉布，來改變接觸面的粗糙程度，分別測出木塊勻速直線運動時彈簧測力計的示數(shù)。分析得出結(jié)論：在其它條件不變時，接觸面越粗糙，摩擦力越大。

如何探究滑動摩擦力的大小與接觸面積的關(guān)系？

學(xué)生設(shè)計出通過控制壓力大小和接觸面的粗糙程度不變，將木塊平放、側(cè)放、豎放，分別測出勻速運動時彈簧測力計的示數(shù)。分析得出滑動摩擦力的大小與接觸面積的大小無關(guān)。

如何探究滑動摩擦力的大小與木塊運動速度的關(guān)系？

小組討論后，通過控制壓力大小和接觸面的粗糙程度不變，改變木塊運動的速度，分別測出以不同速度勻速運動時彈簧測力計的示數(shù)。分析得出結(jié)論：滑動摩擦力的大小與速度的大小無關(guān)。

引導(dǎo)反思實驗過程中最大的困難是什么？實驗成功的關(guān)鍵是什么？學(xué)生發(fā)現(xiàn)在實驗探究中，實際上很難做到讓彈簧測力計拉著木塊做勻速直線運動，為了準(zhǔn)確測出滑動摩擦力，思考如何改進(jìn)實驗裝置？

小組討論后一組學(xué)生展示，一個同學(xué)固定彈簧測力計，另一個同學(xué)先勻速拉動木板，再加速拉動木板，觀察彈簧測力計示數(shù)的變化，分析彈簧測力計示數(shù)不變，體驗這種測量摩擦力的實驗的優(yōu)點：一是彈簧測力計在靜止?fàn)顟B(tài)下讀數(shù)，讀數(shù)比較精確，二是木板可以不做勻速直線運動，操作簡單。而且通過這個實驗，讓學(xué)生體會“物體的運動”和“物體相對運動”的不同，分析木塊此時相對地面是靜止的，但相對于木板是運動的，從實驗結(jié)果看出，木塊受到了與彈簧測力計的拉力方向相反的摩擦力的作用，幫助學(xué)生理解摩擦力的方向是阻礙物體相對運動的方向。

五、增大和減小摩擦力的方法

如何增大有益摩擦減小有害摩擦呢？學(xué)生分析剛做的實驗得出：一是增大壓力，二是增大接觸面之間的粗糙程度。減小摩擦力的方法：一是減小壓力，二是減小接觸面之間的粗糙程度。根據(jù)經(jīng)驗學(xué)生還可得出方法三：加潤滑油可以減小摩擦，它是通過使接觸面之間分離來減小摩擦。如氣墊船、磁懸浮列車等。方法四：變滑動摩擦為滾動摩擦。

紙上得來總覺淺，絕知此事要躬行。讓學(xué)生在實驗中學(xué)會摩擦力的分析方法——平衡法，學(xué)會設(shè)計實驗時用控制變量法，設(shè)計實驗的三部曲：控制什么、改變什么和看什么。通過探究問題鏈的設(shè)計，強(qiáng)化學(xué)生問題意識、發(fā)展學(xué)生思維的獨立性和創(chuàng)造性，體現(xiàn)了“以學(xué)生為主體，以問題為驅(qū)動，以實驗設(shè)計為目標(biāo)”的立學(xué)課堂理念。學(xué)生獲得了“活的知識，帶的走的素養(yǎng)”，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)他們的質(zhì)疑能力和創(chuàng)新意識。