中学物理探究实验教学设计范例

中学物理“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验教学设计范例物理学科的核心素养培养离不开探究性实验的支撑。中学阶段的物理实验教学，既要让学生掌握知识，更要通过探究过程发展科学思维、提升实践能力。以下以“探究影响滑动摩擦力大小的因素”为例，呈现一套兼具科学性与实用性的教学设计，供一线教师参考。一、教学目标定位（一）知识与技能维度学生能通过实验归纳出滑动摩擦力的影响因素，理解“压力大小”“接触面粗糙程度”与滑动摩擦力的定性关系；掌握弹簧测力计测摩擦力的实验原理（二力平衡条件）。（二）过程与方法维度经历“提出问题—猜想假设—设计实验—进行实验—分析论证—评估交流”的完整探究过程，熟练运用控制变量法处理多因素问题；提升实验操作的规范性与数据处理能力。（三）情感态度与价值观维度在小组合作中体会科学探究的乐趣，养成严谨求实的实验态度；通过生活现象与物理规律的联系，增强“从生活走向物理”的学科认知。二、实验准备与前置思考（一）器材准备每组配备：弹簧测力计（量程合适，精度≥0.2N）、长方体木块（表面平整）、粗糙木板（如砂纸覆盖）、光滑木板（如玻璃或抛光木板）、砝码（2个，质量相近）。（二）安全与操作提示1.弹簧测力计使用前需调零，拉动木块时避免超量程（可先预估摩擦力大小）；2.木块与木板接触时轻放，防止器材磕碰损坏；3.实验桌面保持整洁，避免砝码滚落伤人。三、教学过程设计（以45分钟课堂为例）（一）情境导入：从生活困惑到科学问题教师活动：演示“推书”实验——用不同力度推桌面上的物理课本，提问：“为什么有时候课本容易推动，有时候很费力？”引导学生观察“书本与桌面的接触”“推力大小”等细节。学生活动：结合生活经验（如拖地时地面干湿、搬重物时的感受），提出猜想：“摩擦力可能和压力、接触面粗糙程度有关？”（设计意图：用熟悉的生活场景激发探究欲，将“摩擦力”的抽象概念具象化，为后续猜想铺垫。）（二）猜想假设：多因素的发散与聚焦教师引导：“除了压力、接触面粗糙程度，摩擦力还可能和什么有关？”（学生可能提出“接触面积”“运动速度”等）。小组讨论：如何验证这些猜想？以“接触面积”为例，有学生提出“把木块侧放/竖放，看拉动是否更轻松”；以“运动速度”为例，提出“快速拉和慢速拉，测力计示数是否变化”。教师点拨：当多个因素可能影响结果时，需用控制变量法——每次只改变一个因素，保持其他因素不变。（设计意图：鼓励学生发散思维，再通过逻辑分析聚焦核心变量，渗透科学研究方法。）（三）实验设计：从思路到操作的具象化小组任务：围绕“压力”“接触面粗糙程度”“接触面积”三个变量，设计实验步骤（可参考如下框架）：探究变量控制不变的因素改变的因素实验操作------------------------------------------------压力大小接触面粗糙程度、接触面积压力（加/减砝码）用测力计水平匀速拉动木块，记录拉力（摩擦力）接触面粗糙程度压力、接触面积接触面（光滑木板→粗糙木板）同上接触面积压力、接触面粗糙程度接触面积（木块平放→侧放）同上关键追问：“为什么要‘水平匀速拉动’木块？”（引导学生回忆二力平衡：匀速时，拉力与滑动摩擦力大小相等）。（设计意图：通过表格梳理实验逻辑，突破“控制变量”的操作难点；追问深化对实验原理的理解。）（四）实验实施：在操作中发现与调整小组分工：操作员（拉动木块）、读数员（观察测力计示数）、记录员（填写表格）、安全员（提醒规范操作）。实验记录：学生自主设计表格，示例如下：实验次数接触面类型压力（木块+砝码）拉力F/N（摩擦力f/N）接触面积状态----------------------------------------------------------------------------1光滑木板木块平放2光滑木板木块+1个砝码平放3粗糙木板木块平放4粗糙木板木块侧放教师巡视：重点观察“匀速拉动”的规范性（若学生拉动不匀速，可提示“尝试让木块‘匀速直线运动’，或固定木块、拉动木板”——后者更易操作，且测力计静止读数更准确）。（设计意图：通过分工提升效率，巡视中解决共性问题，优化实验方案。）（五）分析论证：从数据到结论的推导小组汇报：各组展示实验数据，发现规律：当接触面粗糙程度相同时，压力越大，拉力（摩擦力）越大；当压力相同时，接触面越粗糙，拉力（摩擦力）越大；接触面积改变时，拉力（摩擦力）变化不明显（或在误差范围内相等）。教师引导：“为什么接触面积的影响不显著？”（结合摩擦力的本质——接触面的分子间作用力，与宏观接触面积关联弱，而与“实际接触面积”有关）。（设计意图：通过数据归纳结论，渗透“误差分析”与“物理本质”的思考，避免结论绝对化。）（六）评估交流：反思与拓展的延伸小组反思：操作难点：“很难保持匀速拉动，导致示数不稳定”；改进建议：“用电动机带动木板匀速运动，或把木块固定，拉动木板（此时木块静止，测力计示数更稳定）”；新问题：“滚动摩擦力和滑动摩擦力有什么不同？”教师拓展：播放“旱冰鞋与皮鞋”的对比视频，引出“滚动摩擦远小于滑动摩擦”的应用（如行李箱的轮子、汽车的轮胎花纹）。（设计意图：通过反思提升实验能力，拓展联系生活，体现“物理服务于生活”的理念。）四、教学反思与优化建议（一）成功之处通过“生活情境—猜想—设计—实验—论证”的完整链条，学生深度参与探究过程，对控制变量法的理解从“知道”到“会用”；实验操作中的问题（如匀速拉动的难点），通过“改进方案”的讨论，培养了创新思维。（二）改进方向1.提前演示“固定木块、拉动木板”的实验装置，降低操作难度；2.引入数字化实验（如力传感器+DIS系统），实时显示拉力变化，更直观呈现“匀速”与“非匀速”的差异；3.针对“接触面积”的争议，可补充“砂纸打磨不同面积的木块”实验，进一步验证“实际接触面积”的影响。结语物理探究实验的价值，不仅在于得出结论，更在于过程中科学思维的养成。本设计以“滑动摩擦力”为载体，通