初中物理（初三年级）《摩擦力》探究式教学设计

初中物理（初三年级）《摩擦力》探究式教学设计一、教学内容分析  本课内容隶属于《义务教育物理课程标准（2022年版）》“运动和相互作用”主题下的“机械运动和力”部分。课标要求学生“通过常见事例或实验，了解摩擦力；探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关，并应用于实际情境”，这为本课奠定了知识与探究的双重坐标。从单元知识链看，摩擦力是继重力、弹力之后学习的第三种常见力，是受力分析的重要组成部分，承接着前序的“二力平衡”，并为后续“压强”、“简单机械”中摩擦力的分析应用奠定基础，是力学体系中连接概念理解与实际应用的关键枢纽。其蕴含的核心探究方法——控制变量法，是初中物理实验的灵魂，是发展学生科学探究能力的关键载体。更深层次的素养指向在于，通过对“有益摩擦”与“有害摩擦”的辩证分析，引导学生建立“科学服务于生活与社会”的价值观，培养运用物理原理解决实际问题的意识与能力。  本课面向初三年级学生。他们的认知基础是：已经掌握了力的基本概念、力的测量（弹簧测力计使用）及二力平衡条件，具备初步的实验观察与分析能力。然而，摩擦力概念具有“既熟悉又陌生”的特点：学生拥有丰富的生活感知（如走路、刹车），但普遍存在前概念误区，例如认为“摩擦力总是阻碍运动”、“物体运动才受摩擦力”、“摩擦力大小与接触面积有关”等。这些朴素经验将成为建构科学概念的宝贵起点，也可能成为认知障碍。为实施精准教学，课堂将通过“前测问题”（如“推动一个箱子，从静止到运动，摩擦力如何变化？”）动态诊断学情，并据此灵活调整教学节奏与支架。对于抽象思维能力较弱的学生，将提供更多直观演示与类比；对于思维活跃的学生，则引导其深入探究静摩擦力与滑动摩擦力的转换、滚动摩擦的微观解释等拓展性问题，实现差异化的思维进阶。二、教学目标  知识目标：学生能够准确阐述摩擦力的定义，特别是产生条件（接触、挤压、有相对运动或趋势）；能区分静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力，并解释生活中的相关实例；能完整表述滑动摩擦力大小与压力、接触面粗糙程度的关系，并能用公式F_f=μF_N进行简单计算。  能力目标：学生能基于生活经验提出影响滑动摩擦力大小的猜想，并独立设计出采用控制变量法的探究实验方案；能规范操作弹簧测力计匀速拉动木块，收集并记录数据，通过分析归纳得出结论；能运用摩擦力知识解释和解决简单的实际问题，如分析自行车哪些部位需要增大或减小摩擦。  情感态度与价值观目标：在小组合作探究中，学生能积极参与、明确分工、尊重同伴的实验数据与观点；通过对摩擦“利与弊”的讨论，认识到物理知识对技术进步和生活改善的价值，激发探索自然奥秘的内在动机。  科学思维目标：重点发展学生的“模型建构”与“科学推理”思维。能通过抽象概括，将复杂的摩擦现象提炼为“产生条件”和“影响因素”的物理模型；能运用“控制变量”的思想方法设计实验，并依据实验证据进行归纳推理，批判性地审视自己的前概念。  评价与元认知目标：学生能依据实验操作量规，进行小组间的互评与自评；能在课堂小结环节，反思自己在“猜想设计验证”科学探究全过程中的收获与困惑，初步形成对物理学习方法（如从现象到本质、用实验检验猜想）的元认知。三、教学重点与难点  教学重点：探究滑动摩擦力大小的影响因素。确立依据在于，该探究过程高度凝练了“提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验、分析论证”的科学探究要素，是课标明确要求的核心探究活动，也是培养学生实验设计与科学思维能力的关键载体。同时，得出的结论（与压力、粗糙程度有关）是定量分析摩擦问题和后续学习的重要基础，在学业水平考试中常以实验探究题形式出现，分值比重高。  教学难点：摩擦力方向的判断，特别是静摩擦力和相对运动趋势的理解；滑动摩擦力大小公式F_f=μF_N中“压力”与“重力”的辨析。难点成因在于，摩擦力的方向涉及抽象的“相对运动（趋势）”，学生极易与物体的“运动方向”混淆，这是对前概念的巨大挑战。而压力与重力的关系在斜面上等情况中并不相等，学生容易产生负迁移。预设通过“毛刷实验”使摩擦力方向可视化，并通过在不同情境（水平面、斜面、竖直面）中反复辨析“压力”来突破。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（含生活现象图片、视频，探究实验动画）；实物投影仪。1.2实验器材（分组，46人一组）：长木板（表面一侧光滑、一侧粗糙）、带钩长方体木块、各面粗糙程度不同的木块、砝码若干、弹簧测力计、毛巾、棉布、毛刷（展示摩擦力方向用）。1.3学习材料：分层学习任务单（含前测问题、探究实验记录表格、分层巩固练习）；课堂表现评价量表。2.学生准备  预习课本相关内容，思考并列举生活中增大和减小摩擦的实例；复习弹簧测力计的使用及二力平衡知识。3.环境布置  教室桌椅按实验小组分组摆放，便于合作探究；黑板划分为核心概念区、探究过程区与应用总结区。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与认知冲突：同学们，我们先来玩个小游戏。请一位同学尝试用手掌快速摩擦桌面，什么感觉？（生：热。）再请一位同学尝试不用任何工具，徒手抓起一个表面光滑的玻璃瓶，容易吗？（生：滑，抓不住。）这些熟悉的感觉背后，都藏着同一种力——摩擦力。但它真的像我们感觉的那么简单吗？请看这个：（演示）将一本物理书与另一本每页交叠穿插，然后尝试水平拉开。“咦，怎么像粘住了一样，很难拉开？”这与我们平时感觉的“滑动”摩擦好像不太一样。  1.1问题提出与路径明晰：从这些现象中，我们能提出哪些问题？摩擦力究竟是如何产生的？它的大小和方向由什么决定？今天，我们就化身科学侦探，一起揭开“摩擦力”的神秘面纱。我们将先从生活经验出发，猜想影响它大小的因素，然后用严格的实验去验证，最后学会如何驾驭它，为我们的生活服务。第二、新授环节任务一：感知摩擦，初建概念教师活动：首先，我们不急着下定义。大家试着推一下自己的文具盒，什么感觉？（停顿）是不是要用力才能让它动起来？感觉有个东西在“阻挡”你？这个“阻挡”的力，就是我们今天研究的主角。现在，请大家把手掌平放在桌面上，用力向前推，但保持手掌不动。仔细体会，手掌有向前运动的趋势吗？桌面给手掌的力向哪？这个力就是摩擦力。接着，我们让手掌缓慢地在桌面上滑动，再体会一下摩擦力的存在。好，谁能尝试用自己的话描述一下，什么情况下会感受到摩擦力？学生活动：动手体验推文具盒、静压推手掌、滑动推手掌三个活动。在教师引导下，描述感受并进行初步交流。尝试归纳：当两个物体接触，并且要发生或已经发生“相对运动”时，会产生一个阻碍这种运动的力。即时评价标准：1.能否积极参与体验活动并准确描述身体感受。2.能否在交流中初步使用“接触”、“相对运动”、“阻碍”等关键词。3.能否倾听同伴描述，并补充或修正自己的观点。形成知识、思维、方法清单：★摩擦力的定义：两个相互接触的物体，当它们发生或将要发生相对运动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫做摩擦力。▲教学提示：定义中的“相对运动”和“阻碍”是理解关键，通过亲身感受比直接灌输更有效。任务二：方向之争，巧破难点教师活动：“阻碍相对运动”这个说法有点抽象，特别是方向，怎么判断呢？我们请“小道具”来帮忙。（展示毛刷）将毛刷平放在木板上，给毛刷一个向右的拉力，但保持毛刷静止。看，刷毛向哪边弯曲？（左）这说明毛刷受到了一个向左的力来平衡拉力，这个力就是静摩擦力，它的方向与毛刷相对于木板的“运动趋势”方向相反。现在，我匀速向右拉动毛刷，大家再看刷毛！（仍然向左弯曲）这说明滑动摩擦力的方向也与“相对运动”方向相反，它总是“拉着后腿”。谁能分析一下，人向前走路时，脚底受到的摩擦力方向向哪？（引导分析脚底相对于地面有向后滑的趋势，故摩擦力向前，成为动力。）学生活动：观察毛刷实验，直观看到刷毛弯曲方向所指示的摩擦力方向。参与分析“走路”实例，在教师引导下运用“相对运动（趋势）”判断摩擦力方向。尝试判断传送带上随传送带匀速运动的货物所受摩擦力的方向。即时评价标准：1.能否通过观察毛刷实验，将抽象的“方向”与直观的“刷毛形变”建立联系。2.在分析实例时，能否清晰说出“研究对象”和“相对…（的哪个物体）”。3.能否初步区分“运动方向”与“相对运动方向”。形成知识、思维、方法清单：★摩擦力方向的判断：摩擦力方向总与物体间相对运动（或相对运动趋势）的方向相反。易错点警示：务必分清“相对运动”与“绝对运动”，摩擦力的方向不一定与物体运动方向相反，也可能相同（如走路、传送带）。任务三：猜想因素，设计实验教师活动：明白了摩擦力的“身份”和“方向”，我们最关心的是：它的大小由什么决定？请根据你的生活经验大胆猜想。推重箱子比推轻箱子费劲，可能和什么有关？（压力）新篮球鞋在光滑地面上容易打滑，在粗糙地面上却抓地牢，可能和什么有关？（接触面粗糙程度）那和接触面积大小有关吗？和拉动速度有关吗？大家的猜想都很有价值，但我们物理讲究用证据说话。这么多因素，我们如何用实验一个一个来检验呢？这就需要用到我们物理学中非常重要的方法——（停顿，等待学生回答）对，控制变量法。现在，请各小组围绕“如何测量滑动摩擦力大小”以及“如何分别研究压力、粗糙程度这两个主要猜想”，讨论并初步设计实验方案。学生活动：基于生活经验进行猜想并发言。回顾“控制变量法”的内涵。小组讨论：1.如何利用二力平衡知识，通过匀速拉动来测量滑动摩擦力（弹簧测力计示数）。2.如何改变压力（加砝码）。3.如何改变接触面粗糙程度（换木板面、铺毛巾等）。形成初步实验思路。即时评价标准：1.猜想是否有生活依据。2.能否准确复述“控制变量法”的核心思想。3.小组讨论是否围绕核心问题展开，能否提出测量摩擦力的可行方法。形成知识、思维、方法清单：★科学探究的核心方法：控制变量法：当多个因素可能影响某一结果时，先控制其他因素不变，只改变其中一个因素，研究该因素对结果的影响。方法指引：这是初中物理实验设计的通用法则，务必在理解的基础上熟练运用。任务四：合作探究，验证猜想教师活动：现在，让我们化身实验员，动手验证！各小组请根据学习任务单上的实验步骤提示，开始探究。我会巡视，重点关注：弹簧测力计是否水平调零？拉动是否尽量做到匀速且沿直线？读数时视线是否平视？数据记录是否及时准确？“大家注意，拉动的时候要‘慢而匀’，眼睛盯着测力计的指针，让它稳定在一个位置再读数。”“你们组想研究接触面积的影响？这个想法很棒，可以选用那个六个面粗糙程度一样的木块，分别用不同面积的面接触木板试试看。”学生活动：小组分工合作，进行实验操作。1.保持接触面粗糙程度不变，改变木块对木板的压力，测量对应的滑动摩擦力大小，记录数据。2.保持压力不变，改变接触面的粗糙程度（木板光滑面、粗糙面、铺毛巾），测量摩擦力大小，记录数据。部分小组可选做接触面积、拉动速度是否影响摩擦力的探索性实验。分析表格数据，寻找规律。即时评价标准：1.实验操作是否规范（器材使用、控制变量意识）。2.小组分工是否明确，协作是否高效。3.数据记录是否真实、完整，并能初步从数据中发现趋势。形成知识、思维、方法清单：★滑动摩擦力大小的影响因素：实验表明，滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力大小有关，压力越大，滑动摩擦力越大；与接触面的粗糙程度有关，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。★滑动摩擦力公式：F_f=μF_N，其中μ是动摩擦因数，由接触面材料、粗糙程度决定。▲特别说明：实验证实，在一般情况下，滑动摩擦力大小与接触面积、匀速拉动速度无关。任务五：聚焦“静”“滑”，拓展认知教师活动：我们刚才主要研究了物体滑动时的摩擦。回想一下导入时穿插的书本，还有我们最开始推手掌但没推动时的感觉，这种摩擦力叫静摩擦力。它和滑动摩擦力有什么不同？我们来模拟一下：用弹簧测力计水平拉木块，从静止开始慢慢增加拉力，大家观察测力计示数变化。“看，拉力在增大，但木块没动，这说明静摩擦力也在增大，始终和拉力‘较着劲’，大小相等。当拉力大到某个值，木块动了，这个临界值就是最大静摩擦力。木块一旦动起来，测力计示数反而会稍微变小一点然后稳定，这个稳定的力就是滑动摩擦力。”通常，滑动摩擦力略小于最大静摩擦力。学生活动：观察教师演示的“从静到动”全过程实验，注意观察测力计示数的动态变化。理解静摩擦力的“可变性”和“最大值”概念，以及与滑动摩擦力的区别和联系。思考：汽车轮胎打滑（滑动摩擦）时反而刹车距离更长，为什么？即时评价标准：1.能否通过观察，描述出静摩擦力大小随拉力变化而变化的特点。2.能否理解“最大静摩擦力”是静摩擦力与滑动摩擦力的转折点。形成知识、思维、方法清单：★静摩擦力与滑动摩擦力的比较：静摩擦力发生在有相对运动趋势时，大小在0与最大静摩擦力之间，随外力变化而变化；滑动摩擦力发生在发生相对运动时，大小通常由公式F_f=μF_N计算，一般小于最大静摩擦力。思维进阶：理解从“静”到“动”过程中摩擦力的动态变化，是分析复杂力学问题的关键。任务六：辩证应用，服务生活教师活动：摩擦力有时是我们的朋友，有时又像我们的敌人。请各小组结合课前收集的实例和刚刚学到的知识，完成学习任务单上的表格：哪些地方需要增大摩擦？如何增大？（如轮胎花纹、鞋底花纹、防滑链——增大粗糙程度；用力捏闸——增大压力）哪些地方需要减小摩擦？如何减小？（如给机器加润滑油、气垫船、磁悬浮——减小接触面粗糙程度或使接触面分离；滚动轴承——变滑动为滚动）学生活动：小组讨论，列举并分类生活中增大和减小摩擦的实例，并尝试从“压力”和“粗糙程度”两个角度解释其原理。了解滚动摩擦远小于滑动摩擦。进行全班交流分享。即时评价标准：1.举例是否恰当，分类是否准确。2.原理分析是否运用了本节课的核心知识。3.是否认识到科技是如何根据物理原理改变生活的。形成知识、思维、方法清单：★摩擦的利与弊及控制方法：增大有益摩擦的方法：增大压力、增大接触面粗糙程度。减小有害摩擦的方法：减小压力、减小接触面粗糙程度、使接触面分离、变滑动为滚动。价值观渗透：物理学知识源于生活，最终目的是认识世界、改造世界、服务人类。第三、当堂巩固训练  基础层（全体必做）：1.判断：摩擦力总是阻碍物体的运动。（）2.填空：滑动摩擦力的大小与_______和_______有关。3.用5N的水平力推桌子没推动，桌子受到的静摩擦力是_____N；当推力增大到8N时，桌子刚好匀速运动，则桌子受到的滑动摩擦力是_____N。  综合层（大多数学生完成）：1.如图，物体A随传送带一起匀速向右运动，请画出A所受摩擦力的示意图（需判断有无及方向）。2.解释：拔河比赛时，为什么要选择重量较大的队员，并且穿鞋底有较深花纹的鞋子？  挑战层（学有余力选做）：1.思考：在探究实验中，为什么强调要“匀速”拉动木块？如果拉动速度变化，测力计示数波动，我们该取哪个值作为摩擦力？这反映了怎样的物理原理？2.微型项目设计：如何为你家卫生间的瓷砖地面设计一个简单的“防滑方案”？请说明原理并画出简要设计图。  反馈机制：基础层与综合层题目通过实物投影展示学生答案，进行快速集体核对与讲评，重点剖析典型错误（如方向判断、静摩擦分析）。挑战层问题由学生自愿分享思路，教师进行点拨和激励性评价，不作为统一要求。第四、课堂小结  现在，请大家合上课本。我们一起来“绘制”本节课的思维地图：中心词是“摩擦力”，它可以分出三大主干——产生条件、方向判断、大小因素。在大小因素这条主干上，又生长出“探究实验（控制变量法）”和“公式应用”的枝叶，并最终连接到“增大与减小摩擦”的应用果实。哪位同学愿意来分享一下，通过这节课，你对“科学探究”有了哪些新的认识？或者你最大的一个思维转变是什么？（引导学生进行元认知反思）今天的作业是：必做部分：完成练习册本节基础题；观察家中三个增大摩擦和三个减小摩擦的实例，并记录。选做部分：查阅资料，了解“摩擦生热”的微观本质，或研究一下冰壶运动中运动员“刷冰”改变摩擦的原理。六、作业设计  基础性作业（全体必做）：1.书面作业：完成配套练习册中关于摩擦力概念、方向判断及简单计算的练习题。2.实践作业：观察并记录家庭生活中6个与摩擦力有关的实例（至少3个增大摩擦，3个减小摩擦），并简要说明其原理。  拓展性作业（建议大多数学生完成）：情境应用题：小明发现，下雪天汽车轮胎容易打滑，加装防滑链可以有效改善。请从摩擦力的角度，写一篇短文解释：（1）为什么雪天容易打滑？（2）防滑链是如何起作用的？（3）除了防滑链，还有哪些方法可以增加雪天行车的安全性？  探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：1.微型研究项目：“探究不同液体（水、食用油、洗洁精溶液）作为润滑剂，对木块滑动摩擦力大小的影响”。要求设计简要实验方案，在家人的协助下进行安全实验，记录数据并得出结论，制作成一份简单的实验报告或演示视频。2.创意设计：运用减小摩擦的知识，为你的一件玩具（如小车、抽屉）设计一个“减摩升级方案”，画出设计草图，并列出所需材料和简要步骤。七、本节知识清单及拓展  ★1.摩擦力定义：两个相互接触的物体，当它们发生或将要发生相对运动时，在接触面上产生的阻碍相对运动的力。理解关键在于“相对”二字。  ★2.摩擦力产生条件：三者缺一不可：（1）物体间相互接触并挤压（有弹力）；（2）接触面粗糙；（3）有相对运动或相对运动趋势。  ★3.摩擦力的方向：总是沿着接触面，并与物体间相对运动（或相对运动趋势）的方向相反。切记不是与“运动方向”相反，例如人走路时摩擦力是动力，方向向前。  ★4.摩擦力的分类：（1）静摩擦力：有相对运动趋势但未发生相对运动时的摩擦力。（2）滑动摩擦力：发生相对滑动时的摩擦力。（3）滚动摩擦力：一个物体在另一个物体表面滚动时产生的摩擦力，通常远小于滑动摩擦力。  ★5.静摩擦力的特点：大小在0与最大静摩擦力之间，随外力变化而变化，总与外力平衡。方向与相对运动趋势方向相反。  ★6.滑动摩擦力大小公式：F_f=μF_N。其中F_f为滑动摩擦力，μ为动摩擦因数（由接触面材料、粗糙程度决定），F_N为压力（注意：压力不一定等于重力）。  ★7.探究滑动摩擦力影响因素实验结论：滑动摩擦力大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关。压力越大，摩擦力越大；接触面越粗糙，摩擦力越大。  ★8.控制变量法：本探究实验的核心方法。研究多因素问题时，控制其他因素不变，只改变其中一个因素，看其对结果的影响。  ▲9.最大静摩擦力：静摩擦力所能达到的最大值。通常略大于滑动摩擦力。物体从静止到开始运动瞬间的摩擦力。  ▲10.摩擦力测量原理：根据二力平衡，当用弹簧测力计水平匀速拉动物体时，拉力大小等于滑动摩擦力大小。  ★11.增大有益摩擦的方法：增大压力（如捏紧刹车、用力握瓶）；增大接触面粗糙程度（如轮胎花纹、鞋底花纹、防滑垫）。  ★12.减小有害摩擦的方法：减小压力；减小接触面粗糙程度（如打磨、抛光）；使接触面分离（如加润滑油、气垫、磁悬浮）；变滑动为滚动（如使用滚珠轴承）。  ▲13.摩擦的微观解释（拓展）：物体表面看似光滑，实则凹凸不平。摩擦力的本质是接触面间原子、分子间的相互作用以及凹凸部分相互啮合、碰撞的宏观表现。  ▲14.生活实例辨析：（1）走路：脚向后蹬地，有向后滑的趋势，地给脚向前的静摩擦力，是动力。（2）传送带运货：货物刚放上时，有向后滑的趋势，受向前的静摩擦力加速；与传送带同速后，相对静止，摩擦力为零（假设匀速）。（3）刹车：车轮抱死滑动时，为滑动摩擦；未抱死滚动时，为滚动摩擦和静摩擦。八、教学反思  （一）教学目标达成度分析从当堂巩固训练的反馈来看，约85%的学生能够准确判断摩擦力的有无及方向，并能正确表述影响因素，表明知识目标基本达成。能力目标方面，各小组均能完成探究实验并得出正确结论，但在实验操作规范性（特别是“匀速拉动”）和数据处理的严谨性上存在差异，体现了能力发展的不均衡。情感与价值观目标在“摩擦利与弊”的讨论环节表现突出，学生能积极举例并展开辩论，科学服务于社会的意识得到强化。科学思维目标中的模型建构初见成效，但将具体情境抽象为物理模型的能力仍需后续练习巩固。元认知目标的引导略有不足，部分学生未能深入反思探究过程本身，仅停留在知识结论层面。  （二）核心环节有效性评估1.导入环节：书本穿插实验制造的认知冲突成功激发了学生的好奇心和探究欲，为整节课创设了良好的心理场。“这个效果比预想的还要好，学生们一下子就被‘粘’住了注意力。”2.毛刷实验（任务二）：这是突破难点的高光时刻。将不可见的摩擦力方向通过刷毛形变可视化，绝大多数学生露出了恍然大悟的表情，有效瓦解了“摩擦力方向即运动反方向”的前概念。3.探究实验（任务四）：学生主体性得到充分体现，课堂“活”而“有序”。但在巡视中发现，约三分之一的小组在“匀速拉动”上遇到困难，导致数据波动较大。下次可考虑引入更易操作匀速的“牵引法”（用动滑轮或小车牵引）作为备选方案，或提前进行拉动技巧的微培训。“看来，‘匀速’二字，知易行难，需要更具体的技能支架。”  （三）学生表现的差异化剖析课堂观察显示，学生大致可分为三类：第一类是“主动建构者”，他们不仅能快速理解概念，还能提出深度问题（如“静摩擦力会做功吗？”），在小组中扮演领导者角色。对这类学生，挑战层作业和课后的拓展阅读是满足其需求的关键。第二类是“积极参与者”，他们能跟随教学节奏，完成实验和练习，但在概念迁移和应用上稍显吃力。他们是从巩固训练的综合层题目和详细的错题分析中受益最大