具物化的物理教学——以“静摩擦力”一课为例

杨舒闲

摘要：高中物理具有抽象性，教师应尽可能为学生提供具物化的学习思路，即通过观察和思考后再形成抽象化的概念。所以在学习静摩擦力的过程中，应该充分借助实验，帮助学生建立让学生容易理解、感知和想象的“具物化”的场景，增强教师的“输出模式”和学生的“接入模式”之间的“同频共振”。

关键词：具物化；静摩擦力；实验；核心素养

具物法指的是由教育者为主实施的，通过引导学习者观察大自然，或对实物器具进行直观演示，辅之以必要的讲解，促使学习者进行有“凭借物”的想象、思考与分析，并结合已有的知识经验，将事物发展过程或业已形成的虚拟场景，在人脑中形成表象的教学方法的总和。具物化的核心目的是去此存彼，帮助学习者对来自感觉记忆的相关信息给予注意，排除无关认知加工，促进意义学习中的有效“选择”。

教学片段：

师：请两名同学参与筷子夹小球的竞赛游戏（其中一双筷子上绑了橡皮筋，另一双筷子上涂了油），分别采访两位同学的感受。

生1：我的筷子很好夹起小球，绑了橡皮筋使它变粗糙了，增大了摩擦。

师：你认为是滑动摩擦力还是静摩擦力？

生1：应该是静摩擦力，它们之间相对静止。

生2：我的筷子太滑了，我根本夹不起来。

师：你提到了滑，刚才那位同学提到粗糙，所以你觉得需要什么条件才能产生静摩擦力？

生2：要粗糙，光滑不行。

设计意图： 通过有趣的小游戏，激发学生的求知欲，创设轻松愉快的教学氛围，引导学生了解静摩擦力产生的条件之一就是粗糙。

师：演示塑料袋提杯子实验，先用一被捏成条状的塑料袋放进杯子中，杯子未被提起，再将水倒入塑料袋中，杯子被提起。【1】是什么使杯子被提起来？【2】条状塑料袋和加水后塑料袋与杯子有什么区别？

生：【1】静摩擦力，【2】条状塑料袋没有接触杯子，加水后接触杯子。

师：演示实验，用两把刷子，把刷毛挤压在一起后提起一瓶水。【1】是什么使瓶子被提起来？【2】两把刷子之间发生了什么才产生的力？

生：【1】静摩擦力，【2】接触和相互挤压。

设计意图：通过演示实验，吸引学生目光，有目的的引导学生知道静摩擦力产生的条件之一是接触的物体间要有挤压。

师：在桌面上平铺一块毛巾，在毛巾上放一杯装满水的杯子，杯口敞开，请一位同学上讲台稍快速拉毛巾（不使杯子倒掉）。【1】杯子中的水朝哪个方向洒出？【2】杯子有没有朝这个方向运动的趋势？

生：【1】与运动方向相反的方向，【2】有。

师：再请这位同学缓慢拉装水的瓶子，【1】毛巾与桌面之间有摩擦力吗？是什么摩擦？【2】毛巾与瓶子之间有摩擦力吗？是什么摩擦？

生：【1】有，滑动摩擦力，【2】有，静摩擦力。

归纳总结：静摩擦力的产生条件：1.接触面之间粗糙，2.物体之间要有压力，3.物体之间要有相对运动的趋势。

设计意图：有目性地通过实验的引导学生进行一系列的看、说、想等活动，培养学生的观察思考能力和分析问题的能力。让学生在实验中感知静摩擦力的产生条件，养成先学习后总结的良好习惯。

师：手握刷子，学生每人一把刷子跟做体验，把刷子刷毛向下立在桌面上，【1】刷毛受到静摩擦力吗？使刷子刷毛向下挤压着桌面向左运动（提醒学生以下操作可在手上进行），在用同样的力使刷子向右运动【2】刷毛弯曲方向与运动方向有什么关系？【3】是什么力使刷毛弯曲？再给刷子施加一个向左的力但刷毛与接触面没有发生相对运动，【4】刷子没动，那是什么力使刷毛弯了？【5】此时刷子有朝哪边运动的趋势？

生：【1】受，【2】相反，【3】滑动摩擦力，【4】静摩擦力，【5】朝左。

归纳总结：静摩擦力的方向:与接触面相切，跟物体的相对运动趋势方向相反。

设计意图：利用刷子与桌面间的滑动摩擦力的相对运动做铺垫，引入静摩擦力的相对运动趋势，明确静摩擦力的方向，学生通过直观感受，进一步突破“相对运动趋势”这一难点问题，培养学生的科学思维。

师：那我们要怎样去判断物体相对运动趋势的方向？

师：在物理学中，我们有一种方法叫假设法，就是假设在接触面光滑的情况下，物体是否运动，又向什么方向运动。如果运动，就有相对运动的趋势，且运动的方向就是相对运动趋势的方向。

师：静摩擦力大小与拉力大小有关系吗？让我们一起来探究一下。请缓慢拉动弹簧测力计，观察指针回弹瞬间，木块间发生了什么？继续匀速拉动木块观察弹簧测力计示数。

生：分组合作实验，把毛巾平铺在桌面，在毛巾上叠放两个木块，上面木块凹槽内塞满砝码并用细线朝水平方向拉直细线无拉力，用弹簧测力计向与细线相反方向拉下面的木块直到发生相对运动后匀速拉动。

师：指针回弹前，木块间是否有摩擦力，是什么摩擦力？判断依据是什么？弹簧测力计示数如何变化？

生：有，静摩擦力，木块间相对静止，依据二力平衡知静摩擦力等于拉力，弹簧测力计示数从零开始缓慢增大。

师：指针回弹后，木块相对于地面是什么状态？木块间是什么摩擦力？大小如何变化？方向呢？

生：运动状态，滑动摩擦力，比回弹值略小，与相对运动方向相反。

师：木块拉出过程中，木块间摩擦力由静摩擦力逐渐增大至最大值时，突变为滑动摩擦力且趋于一稳定值，此稳定值略小于此过程中静摩擦力的最大值。当相对运动趋势增强时，静摩擦力也随之增大，但有一个限度。我们把这个限度叫最大静摩擦力，静摩擦力取值范围：0

设计意图：通过定性式的探究活动体验最大静摩擦力，学生直观感受到最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，并通过观察、合作、分析得出静摩擦力的取值范围，培养学生的科学思维和探究能力。

（三）生活应用

师：一开始我们观看的爬杆比赛，当人在向上爬时，受到什么摩擦力?方向？

生：人与杆相对静止，是静摩擦力，假设没有摩擦力，人有向下滑的趋势，所以方向向上。

师：下滑时呢？

生：人与杆相对运动，是滑动摩擦力，所以方向向上。

师：生活中有许多有关静摩擦力的例子，你能试着举例分析吗？

生1：手按着黑板擦擦黑板时，手与黑板擦之间就是静摩擦力，黑板擦与黑板之间是滑动摩擦力。

生2：手握住杯子在空中时，手与杯子间就是静摩擦力。

生3：坐地铁安检时，被检物体与传送带之间就是静摩擦力。

设计意图：学以致用，培养学生科学思维能力和综合能力，生活走向物理，物理走向生活，体现科学态度与责任。

结语：

“静摩擦力”一课的教学设计，是笔者基于新课程标准的一次尝试，充分应用实验使抽象的概念学习具物化，筷子夹小球的竞赛游戏、塑料袋提杯子实验、毛巾拉杯子实验、刷子相对运动和相对运动趋势的实验、探究静摩擦力大小实验，借助这些实验，让学生易理解、可感知、能想象，降低了学生对静摩擦力这一抽象概念的理解，同时增加了课堂的趣味性，使得课堂氛围良好。

参考文献：

[1]人民教育出版社课程教材研究所物理课程教材研究开发中心编著.普通高中教科书.物理.必修.第一册［M］.北京：人民教育出版，2020.

[2] 陈祖标.物理教学新主张：具物化﹒具象化﹒树形化[M].福建：福建教育出版社，2022.

[3]郭玉英.中学物理教学设计[M].北京：高等教育出版社，2016．

[4] 陈祖标.中学物理之“难”：溯源、探微、建模与主张[J].福建基础教育研究，2020（02）：4-9+20.