《摩擦力的秘密》實錄與剖析
王鵬
（注：本文早已發表在《湖北教育·科學課》2017年第6期）
一、教學設計剖析
《摩擦力的秘密》是蘇教版初中科學四年級上冊第四單元《無處不在的力》中的第四課。后面的內容中學生學習了哪些是力，力有大小和方向，了解了彈力與重力及彈簧測力計的使用。那些為學習磨擦力做好了知識與能力的鋪墊。
磨擦力是繼彈力與重力以后的第三種性質的力。本節教材內容編排是先介紹磨擦力（給出了描述性定義），生活中有什么現象（即所謂磨擦力的“功”與“過”）。以后研究怎樣降低固體之間的磨擦力，液體的阻力和二氧化碳的阻力。最后了解什么地方須要減小磨擦力，什么地方須要減少磨擦力。涉及內容較多，起碼須要兩個課時就能完成。
怎么讓中學生進行充分地實驗探究，進行有深度的學習？“探究”發生在中學生的已知世界與未知世界的交界處。這是我們教學設計的出發點。筆者從事過多年的中學數學教學，對于磨擦力的內容比較了解。其操作性定義即公式是：
，磨擦力的大小涉及材料的粗糙程度（
）和接觸面間的壓力（
）。對于這兩個誘因，中學生是有一定的生活經驗的，例如結了冰的橋面與結冰之前的對比，椅子里不裝書時與裝滿書以后再帶動的對比等等。那些都是中學生的已知世界（現有水平）。但是，中學生的這一經驗并沒有在腦子中顯化為科學認知。甚至對于大部份中學生而言，她們并沒有真正地去關注和思索過磨擦現象。為此，“這兩個誘因怎樣影響磨擦力的大小”是中學生的未知世界（潛在的發展）。我們班主任可以借助中學生的這一“最近發展區”，設置有一定難度的學習任務，推動中學生的學習發生。
因此，筆者將教材內容進行了處理：教材中的實驗探究任務是怎樣減少磨擦;而筆者將其改為“你認為磨擦力大小與哪些有關？怎樣進行實驗探究。”
二、教學過程
1.聚焦話題，導出新課（注：“生”表示是中學生集體回答；“生1、生2……”表示某些中學生作答）
師：朋友們，明天上課前，老師先給你們演出個小魔術，想不想看？
生：想！
師：這個魔術的名子叫“魔戒”。既然是魔術，那老師我先轉過去打算一下，不準偷窺哦。好了，你們看，我手上是哪些（一個金屬環套在一根橡皮筋上）？哪邊高哪邊低？
生：左手邊高，右手邊低。
師：環在低處還是高處？
生：低處。
師：好，如今奇跡就要發生了哦，睜大嘴巴看好了……
（演示環從低處向高處上升，雖然是把一小段橡皮筋拉長，再一點點兒放長橡皮筋。）
生：哇！
師：誰能猜猜是如何回事？
生1：我看到你鼻子張著，之后這就起來了……
師：哦，我吹了口仙氣？（眾笑）
生1：不是不是，我發覺線在抖？
師：哦，你看見線在抖。我告訴你們，這顯然不是線，這是……（拉伸演示）
生：橡皮筋！
師：你們想想，我這魔術借助了橡皮筋的哪些力？
生：彈力！
師：對，上面的課我們學過了彈力，這確實是與橡皮筋的彈力有關。但只是有彈力還完成不了這個魔術。你們想想還和哪些有關？
生：拉力、摩擦力……
師：你們看摩擦力實驗課堂實錄，螺絲掛在牙簽上，大家看，金屬環下降了。剛剛在橡皮筋上為何沒有下降呢？就是由于有磨擦力。不過，即使你曉得了是彈力與磨擦力，也不容易學會這個魔術。你們想不想學這個魔術？
生：想！
師：那好，我就要先瞧瞧這節課誰最認真，我就教給誰。
（中學生們紛紛姿勢端正！）
（設計意圖：用一個魔術除了備考了舊知識和引入了新知識，也降低了趣味性。）
2.初遇磨擦力
師：你們思索一下，我們生活中有什么磨擦現象呢？
（中學生列舉例如梯子靠在墻壁、汽車輪轂、雙手搓動，洗頭、擦黑板、走路等事例后，）
師：哦，那位朋友說了用手在椅子上搓一搓，我們來試一試。我們的手是感知最靈敏的，我們用手在桌面上搓一搓。
（中學生開始嘗試。）
師：我們可不可以用手在自己的外套上搓一搓，體會一下。用我們的手搓一搓毛發、搓一搓我們的臉蛋……
師：你們都能感遭到磨擦力嗎？那你們看，我手里的這個小鐵塊（用小鐵塊在板上帶動示范，引出實驗。）小鐵塊受磨擦力嗎？
生：受。
師：（播放PPT中物體滑動的動漫），帶動這個物體，磨擦就發生了。那老師的問題來了：請問，磨擦力發生在那個部位？我呢，先隨機叫學號，假如剛好也主動舉手了，我就獎勵一張個人夸獎卡。來，35號（答不上來，再點名舉手朋友）
生：發生在兩個物體的接觸面上。
師：哦，發生兩個物體的接觸面上。那磨擦力的方向朝那里呢？學號第23號。
生：與物體的運動方向相反（也有中學生說與物體的運動方向相同）。
師：對了，我們看一下磨擦力發生的情況。（假如中學生答與所受拉力方向相同，就舉例子來說明若與拉力方向相同，鐵塊會越跑越快，而現實是平衡著的勻速帶動）。你們齊聲朗讀磨擦力的定義。
（設計意圖：有意識地引導中學生用手分別在桌面、書本、衣服、臉上、頭發等不同材料上進行磨擦，為中學生在前面能提出影響磨擦力大小的誘因做好鋪墊。簡化了對于磨擦力的描述性定義的處理，由于主要考慮本節課的重點是實驗探究磨擦力大小的影響誘因，故這兒讓中學生了解力的發生部位與方向的判定即可。）
3.提出猜測和實驗施行
師：看來磨擦力通常情況下總是制約物體的運動。磨擦力也是一種力，上面我們學習過了力，你們曉得，力除了有方向，還有……
生：大小。
師：挺好，那我們明天來研究一下磨擦力的大小。你們猜測一下，物體遭到的磨擦力的大小可能會和哪些誘因有關呢?
（將中學生的推測用板書記錄：壓力、材料、接觸面大小、形狀、速度……）
師：好，剛剛你們提出了多種猜測，那我們就先來研究其中之一吧，看是不是與材料有關。瞧瞧下邊老師提供的材料，哪一種對小鐵塊的磨擦力會最大？這是哪些？（圖片）
生：課桌面、毛巾、泡沫板
師：嗯，不僅這種，研究磨擦力，我們要用到實驗室里的儀器。你們看，這是哪些？
生：彈簧測力計。
師：對，還記得它的每一小格是多少牛嗎？
生：0.1牛。
師：這又是哪些？
生：鉤碼（有的說是砝碼）。
師：對摩擦力實驗課堂實錄，這是鉤碼。可以置于小鐵塊的圓槽里。那如何使用這種工具與材料呢？像這樣，沿水平方向勻速平緩帶動。只要漸漸拉，表針能夠穩定在一個刻度上。每種材料我們拉三次，取中間值。你們還記得哪些是中間值吧？除去一個最高分，除去一個最低分。你們理解了嗎？
生：明白了。
（中學生依次上臺領取材料和工作單。）
（中學生實驗活動，老師巡視觀察指導，中途可以全班暫停來提醒中學生怎樣借助控制變量法來完成實驗。）
4.實驗總結與科學決策
師：我看每位小組都差不多完成實驗了，如今我們進行實驗小結。
師：那個小組先來匯報一下？
生：各組舉手。
師：好，第×組的發言人。你來說一下大家組的實驗推論。
生2：我們組的實驗推論是浴巾的磨擦力最大，課桌面的磨擦力最小。
師：（糾正他的用語）哦，你是說浴巾對小鐵塊的磨擦力最大，桌子面對小鐵塊的磨擦力最小。好，什么小組與她們的推論相同？
多數小組舉手，可能會有某些組不同意。
師：請第×組的發言人來說一說大家的推論。
生3：我們的推論是泡沫板形成的磨擦力最大，課桌面形成磨擦力最小。
師：哦，原先這樣。朋友們，如今出現了兩個實驗推論，我們應當接受那個呢？你來說。
生2：應當接受我們的，由于我們是大多數小組的推論，而她們只有一組。
師：嗯，我們有十個組，每位組的材料都是相同的，但是每種材料做了三次實驗。也就是我們進行了三十次重復實驗。一個科學推論，要能禁得起他人的實驗，被他人重復下來能夠被認可。面對現今出現的情況，我們先暫時接受大多數小組的推論。這一組朋友，請過一會兒再重新做一次實驗來檢驗一下。
師：那課桌面、泡沫板與浴巾，你們認為它們二者有哪些區別？
生:越來越粗糙。
師：哪一個最粗糙，哪一個最光滑？
生：浴巾最粗糙，課桌面最光滑。
師：嗯，看來材料越粗糙，形成的磨擦力越大。老師想問，不僅剛剛的實驗推論，關于影響小鐵塊遭到的磨擦力大小，還有其他可能影響誘因嗎?好，大家組來說。
生4：老師，我們組發覺，在課桌面上也可以形成很大的磨擦力？
師；嗯？大家如何會有這樣的新發覺？
生4：我們是在課桌面上進行的實驗。假如改變小鐵塊的重量，就是加上不同的鉤碼，磨擦力的大小就不一樣了，越重形成的磨擦力越大，有時侯比在浴巾上的還大。
師：（重復并糾正中學生的話）哦，你是說大家組發覺假如選擇好一種材料（不變），在里面帶動小鐵塊，改變放到前面的鉤碼的數目，磨擦力大小不同，是吧？
生：是的。
師：其他小組有沒有這樣的發覺？
生：有（有的說“沒注意到”）。
生5：那肯定是啊，這是常識。我們生活中就有這樣的事例。面包車越重，帶動面包車越費力，說明地面形成的磨擦力越大。
師：哦，那位朋友說這是常識，用生活中的反例就可以解釋。你們同不同意？
生：同意！
師：哦，大家如此輕易相信他了！？朋友們，面對一個說法，科學家的心態是不隨便輕信。我們要掏出證據。朋友們，面對這個新發覺，我們也得做哪些？
生；實驗！
師：好，那我們所有的小組都來驗證一下她們組的說法好不好？不過，請問你們，我們應當如何處理小鐵塊呢?（視情況可以給與提示：我們每次只能改變一個量）
生6：每次帶動不同重量的小鐵塊。
師：改變重量可以通過放上不同數目的鉤碼來實現。這么材料如何選擇呢？
生6：確定好一種材料后，不再更換，每次我們只改變小鐵塊的重量。
師：你們同意嗎？
生：同意。
師：對，這就是我們仍然指出的實驗公正性，要確保只改變一種誘因。下邊，我們每位小組可以自由選擇一種材料來進行實驗。我這兒再給各組發一張空白記錄單，你們把得到的數據記出來。
（設計意圖：關注碰巧性，能夠將實驗真正轉為中學生的探究活動。許多偉大的科學家常常就是在一次碰巧發覺中獲得靈感才有了新的理論或發明創造。為了營造出中學生們的“新發覺”，在第一次實驗活動中，我們老師也可以對完成任務較快的小組進行適當暗示。）
5.自主探究與應用拓展
中學生開始第二次實驗活動。
師：好，我看大部份小組都完成了。那個小組上去說一下大家的實驗情況。第×組。
生7：我們小組用浴巾做的。第一次只放了一個鉤碼，第二次放了三個鉤碼，發覺果然是越重形成的磨擦力越大。
師：那個組用的桌面？那個組用的泡沫板？
生8：我們是在三種材料上都分別做了一下，結果都是這么。
師：哦，重量變大了，說明鐵塊對材料的哪些變大了？（壓力）看來，我們明天得出了影響磨擦力的兩個重要影響誘因：一個是材料的粗糙程度，一個是重量（壓力）大小。（板書）
師：現今老師出兩個任務，你們瞧瞧如何借助我們剛才實驗得到的推論來解決問題。第一個是賽事用牙簽夾圓珠（請兩位朋友上來）。老師說開始后，大伙一起給她們倒數15個數，瞧瞧她們誰能夾得多？打算好了嗎？
生：打算好了。
師：開始！
生：15，14，13……
師：停，我們瞧瞧，誰夾得多？
生：都不多。
師：誰有辦法，整修改建牙簽，讓它能夾更多圓珠呢？
生：弄點刻痕，牙簽上弄點東西減小磨擦……
師：嗯，你們說的那些是哪種方式？改變粗糙程度還是減小壓力？
生：改變粗糙程度。
師：我這兒有兩雙整修過的牙簽，一雙纏了橡皮筋，一雙裹了廁紙。我們再請這兩位朋友再來試一試老師這兩雙牙簽。
（開始計時15秒）
師：專訪一下這兩位朋友，覺得療效怎樣樣？
生9：比之前很多了，一夾一個準。（眾笑）
師：你們再來看下一個任務，這本書怎樣樣能夠不容易被抽走？（老師演示從桌面抽書）
生10：可以減小壓力。
師：好，你上來試試。
（中學生上來，又請一位塊頭大的中學生11上來抽書）
師：你確信你手臂的力氣足夠大，書不被抽走嗎？
生10：有點兒不自信，由于他在我們班里力氣是比較大的人。
師：要不你坐起來吧。
生10坐在桌子上，大腿壓著書。生11抽書不容易，反倒是椅子連人差一點兒被拉倒，導致下邊中學生的一片笑聲。
師：看來減小壓力辦法可行哦。不過，剛剛那些還顯示不出磨擦力的巨大威力。你們想不想體會一下磨擦力的巨大威力？
生：想！
師：好，我們請兩個朋友上來做個拔河游戲。大家上來。
（兩個中學生用力拉兩本交疊在一起的書，卻拉不開。）
師：為何她們拉不開？
生：由于書冊彼此交疊在一起，像好多小手一樣拉住了。
師：大家說磨擦力厲害不厲害？
生：厲害！
師：生活當中還有好多磨擦現象。哪些地方的磨擦是你喜歡的，哪些地方的磨擦是你不喜歡的呢？課后請你們思索一下。下課！
設計意圖：中學生對于自己或是同伴的發覺會更有探究欲望，自主實驗也進行的更自然。再將實驗推論與生活中的實例聯系上去，引導中學生關注生活，將科學應用于生活。同時辨證思索磨擦力的優劣，將問題進行延展。
三、總評
本節課的開發與設計尊重中學生的已有經驗，關照教材前后的知識體系，非常是在指導中學生完成給定的探求實驗中還嵌套著中學生能力所及的“新發覺”，因而舉辦起屬于中學生的自主探究。這兩次實驗的內核是影響磨擦力的兩個誘因，但又巧妙設計產生思維探求上的進階。對中學生而言，這其中不只是科學方式的培養，也滲透了科學精神與科學價值觀的教育。
陌陌公眾號“科教守望者”視頻鏈接：
（或：“優酷網”上搜索“王鵬《摩擦力的秘密》”可以在線觀看上課錄象。）
附件：實驗工作單1與2
《摩擦力的秘密》探究實驗工作單
年級：班級：第組
材料
彈簧測力計的示數
注1：
“中間值”是指三個數據中的第二大值，如“0.5N、0.2N、1.6N”的中間值是0.5N”。又如“0.2N、0.2N、0.3N”的中間值是0.2N”。
注2：
用三個中間值來比較鐵塊與材料間的磨擦力大小。
第一次
第二次
第三次
中間值
課桌面
毛巾
泡沫板
實驗推論：
有無其他發覺：
《摩擦力的秘密》探究實驗工作單
年級：班級：第組
材料
彈簧測力計的示數
實驗推論：
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