专题教学设计(概念教学).ppt

第三专题 WULI课堂教学设计 丘名实 本专题按照不同课型分五个单元进行探讨，分 别是：第一单元“物理概念教学设计”；第二单元“物 理规律教学设计”；第三单元“物理实验教学设计”； 第四单元“物理复习教学设计”和第五单元“物理习题 教学设计”。 第一单元 物理概念教学设计 物理学科知识是由为数不多的基本概念、规律和 原理为主干而构成的完整体系，基本物理概念是构成 物理学大厦的基石。在物理教学中，物理概念的教学 是进一步进行物理规律教学的基础。 在本单元中，我们将用两节篇幅展示物理概念教学 设计的主要内容：第一节“学生的前认知对建立物理概 念建立有什么作用”，将对比一些概念在物理学和生活 中的含义，探讨前概念的作用以及概念转变的教学策 略；第二节“如何设计物理概念教学过程”，将对物理概 念教学设计的整体思路和流程进行总结、梳理。在两 节中还将运用典型的教学案例，具体分析其中物理概 念教学设计和实施的成功与不足。 第一节 学生的前认知对建立物理概念有什么作 用 我们经常看到，许多教师是这样进行“摩擦力”新 课教学的： 首先通过举例说明日常生活中有关摩擦力的现象 ，引入教学课题，分析典型的现象后，给出摩擦力的 定义，再运用演示实验，讲解影响摩擦力大小的因素 。接着介绍摩擦力的应用，最后通过解决相应的例题 深化对摩擦力的理解。 在这种教学设计中，教师有意无意地把学生 视为接受知识的容器，漠视学生在生活体验中自 发建构的关于摩擦力的认识，忽视学生在建构物 理概念过的主观能动性，满足于使学生死记硬背 物理概念，对概念的理解也仅仅停留辛表面意义 上。特别是学生头脑中与科学认识相异的前概念 并未受到挑战，经过一段时间，学生对该概念的 理解又回归到原有认识，在新的问题情境下连连 出错。 根据新的课程改革理念，物理教学在重视基本 知识与技能的同时，还要关注学生的前认知，关注 其建构物理概念的过程，在此过程中使学生体验到 自主获取奥苏贝尔有这样一句名言：“影响学习的唯 一最重要因素，就是学习者已经知道了什么，要探 明这一点并应据此进行教学。在进行物理概念教学 的设计时，我们首先要自问：学生对将要学习的物 理概念已有什么认识?他们的原有认识对物理概念的 建立有何作用?针对前概念与所学物理概念基本一致 或有矛盾的不同具体情况，应采用什么样的教学策 略? 下面我们来分析以下案例，探讨学生的原有认识 在物理概念建立过程中的作用，以及对应的教学策略 。 【案例分析】摩擦力(视频材料311A) 教师：首先，让我们轻松一下，欣赏一部影片的 片断。 这是小鬼当家当中的几个片断，你怎么评价 片中的小主人公? 学生1：他用自己的智慧打败了他们。 学生2：他能利用各种地理环境和工具，与比自己 强大的坏人作斗争。 学生3：我认为他能运用物理知识去对付坏人，一 点也不害怕。 (通过放映小鬼当家中小主人公利用珠子 、油等减小摩擦，与歹徒周旋的片断，使学生忍俊 不禁。在轻松的课堂氛围下，自然引入研究课题。 但问题的指向性不足，致使大多学生的回答与本节 的研究主题联系不紧密。教师应适时发问：小主人 公运用了什么物理知识?以了解学生有关摩擦力的 原有认识。)。 教师：小主人公巧妙地利用了摩擦力的知识惩 治了坏人，保护了自己。今天让我们一起走近摩擦 力。 摩擦现象在我们的生活中随处可见，你感受到 了摩擦力的存在吗?你用什么方法?试一试。 (学生利用书本、笔、桌子等，体验摩擦力的存在。 ) (教师通过随手取材实验，让学生通过体验，唤起 自己根据生活经验得到的关于摩擦力的认识。) 教师：谁能告诉大家，你是怎么做的?你的感受 是什么? 学生1：我在空中挥手会很轻松，在桌面上推动 会很吃力。 学生2：我用笔写字时会感受到摩擦力的存在。 学生3：我用双手把书压在中间，手有被向下拉 的感觉。 (学生陈述了关于摩擦力的感受，为教学提供了可供 归纳、总结的素材。) 教师：正像同学们所感受的这样，两个相互接触 的物体，当它们要发生或已经发生相对运动的时候， 就会在接触面上产生一种阻碍它们相对运动的力，我 们把这种力就称之为摩擦力。 (虽然学生1、2说出了摩擦力存在的条件，但并非所有 学生都具有这样的认识，这里教师应引导全班同学进 行知识意义的建构，结合学生的感受深入讨论“接触 面”、“相对运动”、“阻碍等关键词的含义， 区别“要发生相对运动”与“发生相对运动”的不同 含义。或让学生举例说明，使之明晰化。) 根据你的经验，再结合你的感受过程，想一下，当 一个物体在另一个物体表面滑动的时候，这个摩擦力大 小可能和哪些因素有关? 学生1：我觉得会和物体所受的压力有关，压力越大 ，摩擦力越大。 教师：这位同学不仅提出了自己的猜想，还提出了假 设，摩擦力与压力可能有什么关系。 学生2：可能和速度有关，速度越快，摩擦力越大。 学生3：我认为应该是速度越快摩擦力越小。 学生4：由于物体是在另一个物体表面滑动，所以应 该与表面的粗糙程度有关，粗糙程度越大，摩擦力越大 。 学生5：可能和接触面积有关，接触面积越大，摩擦 力越大。 学生6：应该是接触面积越小摩擦力越大。 (教师通过提问，引出学生基于日常经验的关于摩擦力 大小的认识。学生的有些前概念与科学概念相异。刨 设宽松的交流环境，让他们表达出自己的想法，有利 于概念转变的进行。其中，有关摩擦力与压力、粗糙 程度关系的理解与科学概念一致，可以通过教学进一 步强化和发展。而认为摩擦力可能与速度和接触面积 有关。则属于原认知中的错误成分，需要通过教学过 程转变。) 教师：我们用实验先来验证压力和接触面的粗糙 程度这两个因素对滑动摩擦力大小的影响。你们的桌 面上有老师准备好的弹簧测力计、木块、钩码和粗糙 程度不同的三个平面，另外还有一张实验记录单。今 天，我们进行一次组间的合作，由第二大组来验证压 力对滑动摩擦力大小的影响，由第二大组来验证接触 面的粗糙程度对滑动摩擦力大小的影响。好，开始设 计实验。 (科学猜想的正确与否要通过实验等来检验，这体现了 科学探究的本质。教师采用了半开放的探究教学策略 ，给定实验器材，由学生自主、合作进行实验设计和 操作，切合初中生的认知水平。但教师对学生提出的 错误假设未做处理，应当让提出速度和接触面积也会 影响摩擦力大小的学生验证自己的猜想，通过分析、 讨论实验结果，实现概念转变。) 第一组代表：我们的猜想是摩擦力大小和压力大小 有关系，假设是压力越大，摩擦力越大，压力越小， 摩擦力越小。我们要控制的变量为接触面粗糙程度、 面积，以及拉动木块的速度。实验步骤分为四步：第 一步是将弹簧测力计指针调零；第二 步是用弹簧测力 计水平直线匀速拉动木块，读出此时示数为02 N；第 三步，在木块上加一个钩码，用弹簧测力计匀速拉动 木块，读出此时示数为07 N；第四步，在木块上放两 个钩码，用弹簧测力计匀速拉动木块，读出此时示数 为12 N，因此我们得出的结论为：接触面粗糙程度 相同，接触面积相同，拉动木块的速度相同，这时压 力越大，摩擦力越大；压力越小，摩擦力越小。 第二组叙述了研究摩擦力与接触面粗糙程度的情况 。 (学生通过实验。深入掌握控制变量的方法，验证了有关 猜想。深化了对摩擦力的认识。) 教师：通过实验我们验证了影响摩擦力大小的两个 因素，即压力和接触面的粗糙程度。值得高兴的是，我 们利用科学探究的方法所得出的两个结论和科学工作者 通过大量的科学实验得出的结论是一致的。 (教师指出同学们通过科学探究得到的结论与科学家 的结论一致，使学生的认识与科学概念进一步统一，使 他们体验到探究成功的喜悦。) 下面我们再来轻松一下。 展示几种外观奇特的自行车。 教师：没想到自行车还会设计成这样吧?其实大 家仔细观察一下自行车，就会发现在使用它的过程中 有很多地方都存在着摩擦力，那你认为，哪个地方的 摩擦力大一点好，哪一个地方的摩擦力小一点好?而在 实际中又用到了什么方法来达到这些目的? (教师以学生非常熟悉的自行车为载体，提出有关摩 擦力的问题，以提高学生应用物理知识的能力，深化 对摩擦力概念的理解。) 学生：我在这里找到了5处(分别指出在车把、 闸、车把转轴、脚蹬、车轮转轴处存在的摩擦力，以 及它们应该较大还是较小。) 教师：同学们补充一下，该如何增大或者减小这 些摩擦力? 学生1：(把手)增大接触面的粗糙程度来增大摩擦 力。(车闸)增大压力来增大摩擦力。(轴的部位)加一 些润滑油来减小摩擦力，轮胎上的花纹可以增大摩擦 ，后轮上的摩擦应该是越大越好，前轮上的摩擦越小 越好。 学生2：我不同意他的观点，如果前轮没有摩擦 就无法转向了。 (学生运用摩擦力的概念解释日常生活中的现象时， 出现了不同的观点，这是很好的课程资源，遗憾的是 教师没有充分利用。) 教师：如果前轮摩擦越小越好，大家想轮胎应该 做成什么样?是不是光滑的?(学生表示同意。) (关于前轮摩擦是否越小越好的问题，学生有不同意 见，教师在教学中这样处理。对学生有一定的误导作 用。自行车放在那里，为什么不引导学生观察一下? 如课上一时难以解决，可让学生课后展开研究，再进 行交流。) 教师：在车头部位除了要上润滑油，你们还看 见过其他的方法吗?谁有经验? 学生：在里面有珠子，是为了用滚动摩擦代替 滑动摩擦，来减小摩擦。 教师：那你看到滚珠表面是什么样的吗? 学生：光滑的。 教师：有的地、方在轴的部分还会有轴承。用 滚动摩擦代替了滑动摩擦。同学们提到这么多想法 ，同学们还要注意一点，在上润滑油的时候，是不 是减少接触面的粗糙程度? 学生：不是。 教师：在接触面上涂抹润滑油是形成了一层油膜 ，使接触面分开。在现实生活当中，我们还看到类似 的情况，比如气垫船，是在船体和水面之间形成一个 气垫来减小摩擦，也是一样的。 让我们再回头想一下开头时电影里的小主人公，他 都利用了哪些关于摩擦的方法? (教师再次回到本堂课开始设置的情境，分析影片 中小主人公采用的减小摩擦力的方法，使本节课首尾 呼应，在轻松的气氛中进一步深化了对摩擦力的认识 。) 教师：刚才我们在感受的过程中，是否可以这样 总结一下：是不是感觉到在这个接触面上产生了一种 阻碍相对运动的力?我们就以搓手为例，是否在接触 面上感觉到了阻碍的力? 总结：在接触面上存在阻碍相对运动的力。 教师：大家回想一下你的感受过程，你认为在什 么情况下存在摩擦力?讨论一下。 学生1：两个物体必须互相接触。 学生2：他们之间产生相对运动或者要发生相对运 动。 (通过教师的引导，学生自主提出有关摩擦力概念 的主要内容，可见学生具有一定的抽象、概括能力。 ) 学生1：他往地上撒小珠，用滚动摩擦代替了 滑动摩擦，还在地板上涂油膜是在接触面上加隔离 层，减小摩擦力。 学生2：在光滑的大理石地面上滑动，是减少 接触面的粗糙程度来减小摩擦。 【点评】 在上述案例中，教师以小鬼当家中的片断 引入课题，小主人公巧妙利用摩擦力知识与歹徒周 旋，在轻松的气氛下，唤起学生对生活中有关摩擦 力的原有认识。以搓手等简易实验，引导学生猜想 影响摩擦力大小的因素，使他们的前概念明晰化。 学生认为：压力、接触面粗糙程度对摩擦力大小有 影响，压力越大、接触面越粗糙，摩擦力将越大， 这些前概念与物理概念一致，为教学提供了良好的 基础。教师预先提供实验器材，让学生自主设计实 验方案，以实验事实验证了自己的猜想，使他们深 切地体验到探究成功的喜悦，最后以自行车等为例 ，应用在课上学到的摩擦力知识，使学生的一些原 有认识与物理概念统一起来，达到了预期的教学目 标。 正像该案例中出现的情况，有学生出于生活的 体验，提出速度和接触面的大小也会影响到摩擦力 的大小，与物理学中的摩擦力概念不一致，尽管教 材中并未探讨这些因素，但这会影响到学生对摩擦 力概念的全面理解，学生所表达的原有认识是非常 好的课程资源，为实现概念转变提供了良好的教学 契机，运用课堂中提供的实验器材，完全可以引导 学生对自己的认识进行验证、分析，以引发认知冲 突，实现前概念向科学概念的转变，遗憾的是教师 完全按照自己的预设组织教学(尽管他采取了一定的 补救措施，让学生课后探究)，错失良机。 以下我们再提供一个案例片断，探讨当学生的前概 念与科学认识不一致时，如何实现概念转变。 【案例分析】 探究浮力的大小(视频材料311B) (教师引导学生就漂浮的情境，探究了浮力与物体排 开水的重量的关系。) 学生：我有一个疑问，刚才研究的是浮在水面上的 物体，对于下沉的物体，比 如石块，它受不受浮力?如 果受到，我们又该如何测量? (来自学生的问题使教学更为自然、流畅。) 教师：这个同学的问题很深刻，对于在水中下 沉的石块，它受不受浮力?(同时演示把石块放入水 中。) (教师恰当把握教学时机，利用学生的提问，自然 引入对于下沉物体所受浮力的讨论。) 学生1：我认为不受浮力作用，因为石块在水中 是下沉的。 学生2：我认为受到浮力作用，生活经验告诉我 们：在水中搬石头时感觉不是很费力，而石头离开水 面后就感到很费力了。 学生3：我也认为受到浮力，因为我们用桶到井 中打水耐，越往上提，感到手用的力越大。 教师：我们能不能设计实验，去探究一下，到底 受不受浮力? (学生1表达了自己在生活体验中建构的前概念，她 通过物体在水中的浮沉情况来判断浮力的存在与否， 明显与科学概念相异。学生2、3也根据自己的生活经 验提出了不同的看法。这种不同意见的表达提供了良 好的课程资源，教师适时引导学生设计实验，对上述 看法进行验证。) 学生：我们组通过讨论，得到一个实验方案，因 为浮力的方向是向上的，我们可用一个弹簧秤吊住石 块，让它慢慢浸入到水中，如果石块在水中受到浮力 的话，弹簧秤的示数就会减小，如果弹簧秤的示数没 有发生变化，就说明石块没有受到浮力。 (由学生通过讨论、协商，提出实验方案，体现了自 主、合作的精神。教师还可追问学生：在把石头、水 桶从水中某一深度往上慢慢移动的过程中手的用力情 况。以深层次了解学生有关浮力的前概念。) 教师：现在请这一组上来演示，看究竟是不是受 到浮力的作用。 学生小组：(边演示边说明)我们首先用弹簧秤在 空气中称出石块所受的重力，请大家观察并读出此时 的读数(13 N)，然后把石块慢慢浸入水中，请大家 观察弹簧秤的读数发生了怎样的变化?(读数变小了)减 小，(最后)变为o8 N，就可证明石块在水中受到了一 个向上的浮力，而且我们认为它所受浮力的大小恰恰 就等于两次示数之差。 (利用这组学生引导全班同学通过实验演示，总结浮 力的测定方法，效果会比教师做同样的演示要好。结 论更容易为学生所认同，因为这是他们经过内部的、 民主的协商而自主进行意义建构的。) 教师：非常精彩!这两位同学通过实验，不但证明 了下沉的石块受到浮力作用，而且还找到了求浮力的 一种方法称重法，这种方法一般适用于在水中下 沉的物体，用公式表示为F浮=G石-G示。 我们找到了两种测F浮的方法，也找到了利用不同 仪器测量G排的方法。请大家自选漂浮和下沉的物体进 行实验探究，看F浮和G排之间到底有什么样的关系。 (F浮=G石-G示的成立是有条件的，教师应考虑引导 学生进行分析。) 学生小组1：我们研究的是下沉的石块，首先我们 测出石块受到的浮力为o4 N，然后测出石块排开水 的重力也为04 N。由此我们得出结论：F浮=G排。 (学生小组2略。) 学生小组3：石块受到的浮力为04 N，而石块 排开水的重力为03 N。我们组的结论为F浮G排。 学生小组4：石块受到的浮力为12 N，石块排 开水的重力为05 N。我们组的结论为F浮G排。 (通过交流，使实验中的问题在宽松的气氛中呈现 出来。) 教师：我们得到了两种结论，再重做实验，看究竟 哪一个是正确的?请大家 讨论。 学生小组3：我们通过分析和观察，找到了原因， 在刚才实验的过程中，发现有一部分水没有流进小孔 中，而是顺着溢水杯的外壁流到外面去了，原本干燥 的桌面上有了水。所以我们测得的G排实际上是偏小的 ，得到的结论为F浮G排。 (让学生对实验过程进行反思找到解决问题的方法 。对学生提高探究能力、深化对物理概念的理解非常 有益。) 教师：他们在实验中没有用小杯完全接住G排 ，得到的结论是错的。实际上这个同学刚才所讲的 是实验中经常所说的实验误差，误差是不可避免的 ，我们要尽可能地去减小它。 学生小组4：我们认为得出F浮G排的结论， 也是因为实验误差而造成的。因为当我们第一次做 实验时，我们把石块接触了容器的底部，这样使石 块的浮力就变大了，我们重新做了一次实验，还是 F浮=G排。 教师：他们(以前的结论)也是由误差造成的吗? 学生：这并不是误差，而是他们操作不当造成 的错误。 教师：不错，这就是由于错误，错误必须避免， 除了这种情况，石块与侧壁接触都是错误的操作方法 。我们今天的实验结论是：F浮= G排。这就是非常有 名的阿基米德原理。 (教师的小结有点匆忙，我们注意到：针对物体漂浮 和下沉的两种情况，分别用了F浮=G(漂浮)和F浮=G石 一G示(下沉)的方法来测定浮力的大小，发现有共同 的实验结论：F浮=G排，即物体在液体中受到的浮力 由物体排开的液体的重量决定。而F浮=G和F浮=G石一 G示的成立则是有条件的。) 【点评】 大量研究表明，学生关于物理知识的前概念是普 遍存在的，其中有些与科学认识相近，有助于学生在 物理学习中形成概念，是学生进行物理学习的基础。 但也有许多前概念是肤浅的、模糊的，带有片面性， 甚至是错误的，需要采用适当的概念转变教学策略， 使学生的前概念由于受到与此不一致的新经验的影响 而发生改变。在这个案例中，教师采用了基于实验探 究的概念转变策略，巧妙利用学生的提问，针对在水 中下沉的物体是否受浮力的问题，为学生提供一个能 够互相讨论、表达不同观点的机会，使他们对该问题 所持的前概念明朗化，明确意识到自己和其他同学的 想法。进而引导学生自主设计实验方案，以验证自己 的设想，使部分学生体验到认知冲突，再通过总结、 分析实验探究得到的结果，实现概念转变。 【自评与拓展】 1你对本节教学案例有何评价?你认为存在哪 些可改进之处? 2在你的教学实践中，是如何设计和实施本节 内容教学的?有哪些体会?有何优点和不足?将如何 改进? 3当学生的前概念与物理概念基本一致时，采 用何种教学策略? 4当学生的前概念与物理概念相异时，如何实 现概念转变? 第二节 如何设计物理概念教学过程 在上一节有关初中物理“摩擦力”的教学案例中 ，教师利用引入入胜的影片导入课题，通过猜想环 节，使学生关于摩擦力的前概念明晰化，通过实验 体验及对实验的分析，提出摩擦力的科学概念，再 利用定性实验探究，明确影响摩擦力大小的因素， 使学生初步认识摩擦力的概念。 在设计物理概念教学时，如何规划教学的整 体思路?教学应遵从怎样的程序?高中、初中物理 概念教学又有何异同? 【案例】摩擦力(视频材料312A，312B) 向学生展示一段新闻调查录像：超载卡车等严 重损坏国道。 教师：录像中谈及北京八达岭(高速公路)13天大 塞车，其罪魁祸首是车辆超载。你们能不能从物理学 的角度分析一下：为什么超载的车辆会加速路面的损 坏? 学生：压力。 教师：好。压力是加速路面的损坏的主要原因 。那么仅仅是压力吗?大家在录像中多次观察到路面 出现了大的坑，压力仅仅把路面压坏，又是什么原因 将压坏的路面掏空了呢? (千疮百孔的路面给学生留下深刻的印象，使他们 陷入沉思。利用鲜活的新闻调查刨设教学情境。可激 发学生学习、应用物理的兴趣，同时引导他们关注社 会。有助于形成正确的价值观。) 教师：请大家看这个实验。我们用这几张白纸代表 压坏的路面，请大家注意观察。当超载的汽车驶过路面 时，怎么样? 学生：纸片飞了。 教师：路面就是这样被掏空的：那么是什么原因呢 ? 学生：摩擦力。 (教师通过实验模拟现实生活中的现象，使学生意识 到：超载汽车会损坏路面的原因，不光是自己容易想到 的压力，还有摩擦力，课题的引入自然、生动。) 教师：请同学回顾一下初中(物理)关于摩擦力 的知识。 学生1：影响摩擦力的大小的因素有压力和粗糙 程度。 学生2：压力越大摩擦力越大，越粗糙摩擦力越 大。摩擦力是有益和有害的，要增大有益摩擦，减 小有害摩擦。增大有益摩擦可以增大压力和粗糙程 度。 (通过复习，唤起学生对摩擦力知识的记忆。但在 复习初中摩擦力概念时。学生仅仅提到了影响摩擦 力大小的因素，而对摩擦力产生的条件及相对运动 的概念未作进一步复习与探讨，学生的前概念未得 到充分展示，对后续的学习，探究有一定影响。) 教师：如果我把压力增大5 N，摩擦力增大几牛?粗糙程度我们 仅仅是凭手感，那凭手感你能告诉我手中的这张纸和桌面哪个更粗 糙?有人说是纸，有人说是桌面，所以说仅仅凭感觉是不够的。今 天就是从数据的角度，分析摩擦力和正压力以及接触面的粗糙程度 究竟是什么关系。它们是成正比、二次函数或者是其他的什么数学 函数?这就是我们今天的问题。今天我们将研究两个部分，首先看 滑动摩擦力，接下来研究静摩擦力。我们先进入第一部分：如何研 究滑动摩擦力大小和正压力以及接触面的粗糙程度数量上的关系。 请同学们分组讨论，拿出你们组的实验方案。 学生1：研究摩擦力先要测出摩擦力有多大。利用二力平衡，拉 力大小等于摩擦力。使小车匀速运动，用弹簧测力计就能测出小车 的摩擦力的大小。 (在初中摩擦力的教学中，运用了定性探究的方法。 在高中课堂上教师以提问的方式，引导学生从定量的角 度研究摩擦力，以深化对该概念的认识。进一步明确课 题的研究目标：对摩擦力进行分类，定量研究滑动摩擦 力和静摩擦力。) 教师：摩擦力的大小是通过弹簧测力计读取，必须要 求小车匀速。那如何保障小车做匀速运动? 学生1：我用手保障小车匀速运动。 教师：他是凭手的感觉使小车匀速运动。你们有没有 其他更为先进的方案? 学生2：利用沙子和沙桶(的重力)这一恒力拉动水平桌 面上的物体。并且，只有二力平衡，小车匀速运动时，摩 擦力才等于拉力。为此，我们想到：在相等时间间隔内通 过的位移相等，(物体的运动)就是匀速运动，在物体的左 端固定了一个打点计时器。这样就可以保证物体做匀速运 动了。 (教师通过环环相扣的问题串，引导学生理清研究思路 ，解决实验设计中的具体问题。) 教师：刚才这一小组将实验方案作了一个改进。 你们还有没有其他的方案? 老师这里介绍一个方案，请大家观察。这是一个 小电机，在其侧面装了一个小圆盘。圆盘将拉着小车 做匀速运动，此时弹簧秤的读数就是滑动摩擦力的大 小。 教师：用什么方法研究滑动摩擦力和这两个因素 的关系?(控制变量法。) (教师作为学生探究学习的合作者和指导者。以平 等的方式交流自己的方案。体现了课程改革的理念。 ) 学生3：我有更简单的方法。(展示实验装置图)用铁架台固定 一个弹簧测力计和木块，木块下面垫一木板。使木块保持不动， 拉动木板，这样它们之间就会有滑动摩擦力产生。利用二力平衡 ，弹簧测力计的读数就是滑动摩擦力的大小。 教师：同学们能不能理解这个方案?有没有异议? 学生4：为什么测力计的读数就是滑动摩擦力的大4、? 学生3：木板是动的，木块是保持静止的，两者之I“-1应该 会有摩擦力。木块如果一直保持静止，根据二力平衡，(弹簧测 力计的)示数就应该是摩擦力。 学生5：你刚才提到，木块是静止的，那滑动摩擦只有发生 了滑动4-会有滑动摩擦。木块没有动，就怎么会存在滑动摩擦呢 ? 学生3：如果把图倒过来，抽木板和抽木块应该是一样的。 我想应该是滑动摩擦吧。 学生6：你怎么确定它是做匀速运动? 学生3：我觉得不一定是匀速运动。因为木块一直保持静止 ，静止受力就应该平衡啊。两个力应该相互抵消吧。 教师：这个方案事实上是可行的。基于大家现在所学的知 识限制，有一些问题尚不能理解。刚才这个同学非常不错，又 提出了一个新的方案。选择你自己能理解的一种方案，进行刚 才的第三步。 教师：设计好表格，现在利用桌上的器材，大家可以动手 操作，并且把数据记录到表格中。 (在民主、宽松的教学气氛下，学生愿意表达自己 的想法，学生3的方案表明了其对滑动摩擦力较深刻 的理解，所用器材更为简便。学生的表现出乎教师 的意料，教师较好地处理了预设课程与生成课程的 关系，积极鼓励学生的奇恩妙想，对他们的实验方 案进行论证。分析学生争辩的内容。可见学生对滑 动摩擦力的认识存在误区。他们未能很好地理解“ 相对运动”的含义，把滑动摩擦力的存在与物体运 动的表面现象相联系，实际上为明辨滑动摩擦力的 概念、实现概念转变提供了契机，遗憾的是教师准 备不足，未能及时把握。) 教师：我们请一组同学分析一下数据。 学生1：由这组数据(见下列表格)，我们猜想压 力与摩擦力成正比，可以根据数学的计算y=kx，然 后把数据带入公式，可以计算出相应的比值。这个 比值与接触面的粗糙程度有关。 次数 压力N 摩擦力N 比值 1 2 3 4 2 0.60 0.3 3 1.00 0.33 4 1.25 0.31 5 1.60 0.32 次数 压力N 摩擦力N 比值 1 2 3 4 2 1.45 0.73 3 2.20 0.73 4 2.85 0.71 5 3.45 0.69 教师：从这么一系列的比例系数我们可以得出：接 触面相同的情况下，比例系数接近一个定值。接触面不 同的情况下，比例系数不同。系数越大，越粗糙。这里 我们已经得出来一些结论，你们是否有其他方法? (学生自主选择实验方案进行实验，根据实验数据对滑 动摩擦力与压力间的数量关系进行猜想，提出结论。教 师应适时对学生所用数据处理方法进行总结、评估。) 学生2：刚才那位同学是用表格的方法。我们在学运动学的时 候学了一种新的方法叫图像法。我们把刚才收集到的数据绘成F FN的图。我们可以看到收集到的点几乎都落在一条直线上。由此我 们可以得出在实验误差允许的范围内，F与FN是成正比关系。两条 直线分别代表了布与布之间的摩擦和布与木板之间的摩擦。由此也 可以看出布与布之间的动摩擦因数比布与板之间的动摩擦因数要大 。所以越粗糙，比例系数越大。 教师：经过以上两次分析大家觉得我们可以下结论吗? 滑动摩擦力大小：F=,uFN(1称为动摩擦因数)；方向：与物体 的相对运动方向相反。 (该同学把在运动学中学到的图像法迁移到对新概念的 探究中，更深刻、形象地揭示了滑动摩擦力与压力、粗 糙程度间的定量关系。教师鼓励学生用不同的数学方法 、多角度处理和解释实验数据，有利于学生对物理概念 的意义建构。) 教师：滑动摩擦力的大小跟正压力成正比，这个比 例系数我们专门给它起了一个名字叫动摩擦因数，用符 号弘来表示。刚才大家做实验的时候，如果小车相对于 木板向右滑动，那么摩擦力方向?(向左。) 教师：因此摩擦力的方向就是与物体的相对运动方 向相反。经过刚才的讨论，我们得知了滑动摩擦力的规 律。下面我们进入第二个课题：研究静摩擦力。 利用桌上的器件我们进行一个初步的探讨。 (针对前面学生所表达出的有关摩擦力的前概念，教 师应引导学生辨析相对运动的含义，以实现概念转变。 ) 学生1：静摩擦力和滑动摩擦力一样都是摩擦力。 我们猜测静摩擦和滑动摩擦力一样，也与正压力和动 摩擦因数有关。将木块放在木板上，用1 N的力拉它 ，木板没有动。根据二力平衡的知识可知，静摩擦力 大小等于1 N。我把100 g的砝码加到木板上，仍然用1 N的力去拉它，木板不动，静摩擦力大小仍等于1 N。 这就说明静摩擦力的大小和正压力无直接关系，而是 和拉力的大小有关。只要木块不动，静摩擦力的大小 是随拉力的大小的改变而改变的。 教师：这位同学研究的是静摩擦力与正压力的关 系。那还有同学有其他方法吗? (学生会不自觉地把有关滑动摩擦力的观念和研究 方法移植到静摩擦力上，他们表述了自己的前认知， 再通过实验探究。1自主地逐步实现概念转变。) 学生2：我们研究的是静摩擦力与接触面粗糙程 度的关系。用1 N的力去拉3 N重的木块加两个100 g 的砝码，木块不动。用二力平衡得出，静摩擦力等 于1 N, 换一个较粗糙的也是3 N重的木块，用1 N的 力去拉它，依然不动。所以静摩擦力与动摩擦因数 无关，与拉力的大小有关。 教师：刚才我看到有一组的研究思路比较特别， 我们让这组来展示一下。 (在研究静摩擦力的环节，教师不是直接把静摩擦 力的特性以及最大静摩擦力和盘托出，而是让各实 验小组运用控制变量法去探究静摩擦力，发现静摩 擦力并非如自己原先所猜想的，它不是一个定值， 而是有一个取值范围。) 学生3：我们在实验过程中发现木块在滑动前， 示数有一个回弹。 教师：他们发现了一个很重要的问题，示数有回 弹，其他组也做一下，有没有发现? (教师在巡视、指导学生探究活动的过程中，留心 观察学生活动的特别之处，巧妙、自然地引入最大静 摩擦力的话题。) 教师：你们组有没有更好的办法来显示回弹现象? 学生3：没有。 教师：这里老师向大家介绍一种方法。将一张小纸片叠好， 放入弹簧测力计中，随着拉动纸片到达示数最大处，回弹时纸 片留在了原处。我将纸片保留在此，(表示)拉力(的指针)在到达 这个纸片之前，木块是静止还是运动? 学生：静止。 教师：拉力到达这个位置之后呢? 学生：开始运动。 教师：因此这个位置就(表示了)静摩擦力的最大值。那它的 范围是从零到这个纸片的位置。通过刚才几组同学的讨论，我 们可以得出静摩擦力的规律：大小随外力的改变而改变，有一 个最大值，称为最大静摩擦力；方向总是与物体的相对运动趋 势的方向相反。 (教师利用制作巧妙的小纸片，接着又用力传感器 多角度演示最大静摩擦力的存在，帮助学生建立该概 念。既重视传统的随手取材实验，同时也体现了信息 技术与物理课程整合的现代教学理念。) 教师：我们借助力传感器再来研究一下摩擦力。 力传感器的原理同商场中见到的电子秤是一样的。它 可以将它感受到的力传输给计算机，从而我们可以看 到传感器所感受到的力随时间改变的关系。我们用小 电机拉木块，木块要么静止，要么被电机拉着匀速运 动。在这两种状态下拉力都等于摩擦力。传感器也就 展示了摩擦力随时间的变化关系。大家看大屏幕，这 里出现了一条水平线，紧接着一个斜线和一个尖头， 再接下来又是一条水平线。请分组讨论一下这四根线 分别代表了什么物理意义? (学生讨论、交流。) (引导学生分析木块在电机拉力的作用下，由静止 到匀速运动的过程中，计算机记录的Ft图像，进一 步了解静摩擦力和滑动摩擦力的区别和联系。了解摩 擦力大小变化的特点，并布置学生课后探究影晌最大 静摩擦力的因素。体现了课内课外探究相结合的思路 。) 【点评】 本案例的教学设计流程可分为以下三个阶段： 本案例中，教师以鲜活的新闻调查创设问题情 境，辅以实验模拟，引出焦点问题。设计新颖，易于 激发学生的学习兴趣和求知欲。 探究活动是物理概念形成过程的主体，为学生建 构摩擦力的意义提供了充足的感性材料。通过猜想与 假设以及对实验方案的讨论、答辩，学生明确表达出 自己对摩擦力的前概念，为实现概念转变提供了良好 的基础和时机。与上一节同课题的初中“摩擦力”教学 案例相比，初中教学侧重于定性探究影响摩擦力的因 素，本案例的教学则在此基础上，要求自主设计实验 步骤和方法，引导学生运用定量探究的方法，总结、 建构摩擦力的概念。 特别值得一提的是，教师抓住学生在研究静摩擦 力过程中发现的“异常”现象，以来自学生中的疑惑自 然引入了最大静摩擦力的概念，体现了教师善于发现 、把握概念教学时机的能力。 在学生头脑中建立、形成物理概念后，必须对概 念进行解析，才能使他们更好地理解、运用概念。在 本案例的教学设计中，通过师生、生生互动，运用文 字、公式和图像等多种方式表述摩擦力的概念，对学 生理解概念起了很好的作用。我们同时也注意到，本 案例有关摩擦力概念的内涵与外延的教学方面存在不 足，对两种摩擦力的产生条件及其方向的教学处理有 些仓促，特别是对“相对运动(趋势)”未作讨论，导 致学生在学习后，对摩擦力的理解仍然存在偏差。 本案例改变了传统教学中以纯理论性的习题来 巩固和深化物理概念的做法，选择与现实生活、科 技发展相关的问题，如：讨论汽车打滑时的对策， 根据提供的背景材料设计赛车坐椅，设想有效提高 汽车车速的方案等，引导学生用所学知识分析、解 决实际问题，以深化学生对摩擦力概念的认识，训 练思维能力，增强将科学服务于人类的社会责任感 。 【理论提高】 一、进行物理概念教学的主要策略 在建立物理概念时，教师必须首先认识并设法了解 学生头脑中存在的前认知，有针对性地选择教学策略， 转变学生的认识，建构科学的认知图式。 1认知冲突策略 认知冲突策略指的是建立在认知冲突和解决冲 突基础上的教