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靜摩擦力是接觸力,是在物體間有相對運動趨勢時產生的,條件是:兩個物體必須接觸、接觸面粗糙、擠壓(即有彈力)、兩物體間存在相對運動趨勢。因此在受力分析時,只有兩個相互接觸的物體之間才考慮可能存在靜摩擦力。同時,靜摩擦力也是被動力,靜摩擦力存在于相對靜止的兩物體之間,可有可無;可大可??;可以是動力也可以是阻力;可以是恒力也可以是變力。其大小不像滑動摩擦力一樣有固定的公式計算,而是在零值和最大靜摩擦力之間隨其受力條件、運動情況的變化而變化,其方向也不是一成不變的,它的方向總是沿兩物體接觸面并與物體間相對運動趨勢的方向相反;它可以和物體的實際運動方向相反,可以和物體的實際運動方向相同,還可能成一定夾角,物體受到靜摩擦力的作用可以處于平衡狀態,也可以使其運動狀態發生變化,由于靜摩擦力的上述特點以及發生靜摩擦力作用時兩物體間并無相對運動,仍處于相對靜止狀態,這就給我們分析物體間的靜摩擦力帶來了困難,對于摩擦力大小及方向的判定問題,學生常常會理解不深,甚至存在模糊、錯誤的認識,針對這一問題,我在教學中總結出一些判斷靜摩擦力方向及大小的方法。本文從以下幾個方面談談靜摩擦力的分析方法及注意間題。
一、根據物體間相對運動趨勢分析
設想兩個相互接觸且相對靜止的物體間,從分析這一時刻開始突然失去靜摩擦力的作用,則這兩個物體是否發生相對運動,這時有兩種可能:一種是物體間仍相對靜止,這說明無相對運動趨勢,沒有靜摩擦力存在:另一種是物體間發生相對運動,說明原來存在著相對運動趨勢,有靜摩擦力存在。
例、桿AB靜止地靠在直角墻上,墻的豎直部分光滑,水平部分粗糙,試分析桿受到的靜摩擦力。
分析:假設桿沒有受到靜摩擦力,那么桿的B端將會向右滑動,說明桿的B端受到水平向左的靜摩擦力作用,阻礙桿相對地面向右運動的趨勢。
二、根據物體的平衡條件直接分析
若物體在幾個力(包括靜摩擦力)的作用下處于平衡狀態,則可直接根據物體的平衡條件(∑F=o)分析計算。
例,質量為m的物塊放在傾角為a的固定斜面上,物塊與斜面間的動摩擦因數為,物塊在一沿斜面向上的外力F作用下處于靜止狀態,求物塊和斜面間的摩擦力f。
分析:物塊受到重力G、斜面的支持力N和外力F的作用。若物塊與斜面間有摩擦力,則為靜摩擦力。要確定物塊相對于斜面的運動趨勢,應先確定外力F與重力沿斜面的分力mgsin a的大小關系。由于F大小未知,利用共點力平衡條件討論如下:
①若F=mgsin a,物塊與斜面間沒有相對運動趨勢,所以物塊和斜面間沒有摩擦力。
②若F>mgsin a,物塊相對于斜面有向上的運動趨勢,斜面對物塊的靜摩擦力方向沿斜面向下,并且有F=mgsin a+f,即f=F-mgsin a
③若F<mgsin a,物塊相對于斜面有向下的運動趨勢,斜面對物塊的靜摩擦力方向沿面向上,并且有F+f=mgsin a,即f=mgsin a-F。
三、根據力的作用效果分析
向心力、回復力是一種“效果力”,它來源于實際作用的力,物體受到的重力、彈力、摩擦力及它們的分力都可承擔向心力或回復力的作用,我們可以根據物體的運動性質,分析力對物體的作用效果,來尋求計算靜摩擦力的方法。
例:水平圓盤上放一木塊m,木塊隨著圓盤一起以角速度ε勻速轉動,則物體對圓盤的摩擦力為多少?
解析:物體隨圓盤一起繞軸線轉動,需要向心力,而豎直方向物體受到的重力mg、支持力N,不可能提供向心力,向心力只能來源于圓盤對物體的靜摩擦力,因此根據牛頓第二定律可求出物體受到的靜摩擦力的大小:f=F向=mε2r,方向沿半徑指向圓心。
四、根據牛頓運動定律分析
靜摩擦力的方向是與兩物體的相對運動趨勢相反的,而相對運動趨勢方向往往很難確定,所以,實際上常常從分析物體的運動狀態入手,運用牛頓運動定律來分析,靜摩擦力同樣也產生加速度,通過產生的加速度來尋找產生加速度的靜摩擦力,這也是我們分析靜摩擦力的一種方法,應用這種方法時,首先要知道被研究物體的加速度,再判斷物體所受其他力的全力能否產生這一加速度,若能,則無靜摩擦力;若不能,則有靜摩擦力。
例,一物體放在汽車廂里,汽車在水平路面上運動,且在AB段作加速運動,BC段作勻速運動,CD段作減速運動,試分析物體在各個階段所受靜摩擦力的方向。
分析:在汽車運動過程中,物體與汽車的運動狀態相 同,物體在豎直方向上受重力和支持力,且這兩個力平衡。在水平方向有可能受靜摩擦力作用,但靜摩擦力的方向與物體的運動狀態有關。
在AB段:汽車加速行駛,故物體具有一個向前的加速度,由牛頓第二定律可知:物體在水平方向上定受一個向前的作用力,這個力就是車廂對物體的靜摩擦力。
在BC段:汽車勻速行駛,物體的加速度為零。由牛頓第二定律可知:物體在水平方向上不受外力作用,故物體不受靜摩擦力作用。
在CD段:汽車減速行駛,物體具有向后的加速度,由牛頓第二定律可知:物體在水平方向上受到向后的作用力,這個力就是物體所受的靜摩擦力。
五、巧妙使用“整體法”
例,在粗糙水平面上有一個三角形木塊,在它的兩個糙斜面上分別放有兩個質量m和m的小木塊,m> m。已知三角形木塊和兩個小木塊都是靜止的,試分析粗糙平面對三角形木塊的摩擦力。
教參中指出,靜摩擦力的產生是因為物塊有遠離圓盤的趨勢.這一說法的完整表述應為“以圓盤為參照物,物塊與圓盤相對靜止,但物塊由于受離心力作用,具有沿半徑向外加速的趨勢.”這一說法是正確的,但許多人無法接受由于選擇非慣性參考系而引入的這一慣性力 ―― 離心力(與此相似的還有高一地理課中涉及到的地轉偏向力).此力沒有施力物體,這和學生已有的力的概念認知相沖突.
常見的錯誤理解是,假如物塊光滑,則物塊由于慣性將沿切線方向運動,說明物塊隨圓盤一起轉動時存在遠離圓心的趨勢.顯然這一觀點同教參的觀點有明顯不同,前者所說的運動趨勢是相對于圓盤,后者所說的運動趨勢是相對于圓心.說穿了,持后一種觀點的人是自欺欺人,因為他們自己心中本來就不存在一個既不靠近又不遠離圓心的運動方向.還有人費盡心思用微元法證明了物塊存在遠離圓心的運動趨勢,一方面,證明方法本身存在問題,切點時刻不在所取的時間元內部;另一方面,即使權且認為存在遠離圓心的運動趨勢,也無法解釋圓盤加速轉動或減速轉動時的靜摩擦力方向,因為圓心位置和某一瞬時切向速度的前提條件是相同的,又怎能得出不同方向的相對運動趨勢呢?說明此方法不能自洽.事實上,在切點位置,物塊速度沿切線方向本身就是既不靠近又不遠離圓心的運動方向.問題的關鍵是判斷方法出了偏差.
到此為止,有人就提出了我的說法自相矛盾,既承認了教參中所說的物塊有遠離圓盤的趨勢,現在又否定物塊有遠離圓心的趨勢.其實并不矛盾,兩次判斷的參考系不同,物塊的受力不同,運動狀態不同,運動狀態變化不同,描述的參考對象也不同.但無論開始時選哪個參考系,最終表述同一位置的同樣兩個物體之間的相對運動趨勢應有唯一的答案.是的,以圓盤為參照物時,假設沒有摩擦力,物塊在離心力作用下從靜止出發運動的軌跡是一條圓的漸開線,該曲線起點處的切線方向沿半徑向外,這一方向代表的相對運動趨勢是由離心力產生的離心加速度引起的.物塊相對于圓盤上對應部分存在向外運動趨勢的問題在慣性系中另有成因,那就是圓盤上與物塊對應部分在向心力作用下產生向心加速度,有向心運動的趨勢,相對而言,物塊相對這部分圓盤就有了向外運動的趨勢.
也有人這樣解釋,物塊所受重力和支持力都在豎直方向上,唯有摩擦力在水平方向上,故只能是指向圓心的靜摩擦力提供向心力.筆者認為,以此作為構建向心力概念的一部分尚可,但不能作為靜摩擦力產生的直接原因.
判斷有無相對運動或相對運動趨勢應當根據物理量,不應當根據定性描述.有無相對運動應當根據相對速度,有無相對運動趨勢應當根據假設沒有摩擦力存在條件下的相對加速度.
設A是放在圓盤上的物塊,B是物塊A下面對應的圓盤部分,擺在我們面前的任務是由aA對B=aA-aB確定aA對B.
最簡便的途徑是選B為參照物,則aB=0,aA對B=A.但問題是,若B為慣性系,則問題自然簡單,無須贅述.若B為非慣性系,則確定aA就涉及到了慣性力,正如教參中的解釋.為了便于大家接受,我們選慣性參考系,先確定aA和aB,進而再確定aA對B的方向.地面參考系是慣性系,我們的問題中圓盤上物塊在假設不受摩擦力時將相對于地面做勻速直線運動,與它固結的參考系也是慣性系,我們可以選用這兩個參考系中的任意一個.
需要注意的是,分析受力,確定加速度,屬于動力學問題,為回避慣性力,必須選用慣性參考系;確定速度、相對速度、相對加速度屬于運動學問題,可以任意選用參考系.
下面從靜摩擦力的基本概念出發,運用動力學和運動學的知識加以分析:
1.靜摩擦力的概念
靜摩擦力產生在相互接觸且存在相對運動趨勢的兩個物體之間,靜摩擦力的方向與相對運動趨勢的方向相反.這里相對運動趨勢的方向是以跟它直接接觸的物體為參考,而跟別的物體風馬牛不相及.而今天的問題中,應選跟物體接觸的圓盤部分為參考,不應選圓盤其余部分(包括圓心),除非選用圓盤參考系(非慣性系).
2.動力學相關知識
3.運動學相關知識
aB對A=aB-aA=aB說明B相對于A存在指向圓心方向的運動趨勢.轉換參考系,以B為參考,aA對B=aA-aB=-aB,負號表示aA對B的方向背向圓心,說明A相對于B在遠離圓心的方向上存在運動趨勢.我們的問題得以解決.
綜上可知,物塊相對于相接觸的圓盤部分有向外運動趨勢的成因,對圓盤參考系來說是由于物塊受到了離心力作用,對慣性參考系來說是由于相接觸的圓盤部分受到了向心力作用,跟物塊的瞬時速度方向沒有關系.在慣性系中,與物塊的瞬時速度對應的是與圓心存在相對運動,而不是相對運動趨勢.
(離心力)A產生離心加速度地面(慣性系)vA=vB=vA不受水平力,
B受向心力B產生向心加速度物塊(慣性系)vA=vB=0不考慮A受力,
B受向心力B產生向心加速度由表格中的分析可以看出,遇到研究較復雜的動力學問題,明確參考系有時是非常必要的.
下面通過實例進一步確認上面常見觀點的錯誤.
關鍵詞:一個接觸面;摩擦力;運動
一、了解產生摩擦力的微觀解釋
“摩擦力的機制頗耐人尋味,無論多么光滑的表面,在顯微鏡下也顯得凹凸不平,于是相互接觸的物體彼此鑲嵌。欲使兩者沿接觸面相對運動,就需超越此類相互的阻隔。這種超越既可能不破壞表面的突起,只發生輕微的上下跳躍,也可能使突起斷裂?!蔽覀冎溃Σ亮儆陔姶帕Γ谖⒂^上屬于分子、原子級的相互作用。從上文中可以看到,兩物體具有相對運動或相對運動趨勢時,就受到由凹凸不平而引起的鑲嵌所對應的擠壓,就造成一種阻礙。
相對運動時,需要超越這種阻隔,是滑動摩擦力。而具有相對運動趨勢時,但沒有超越這種阻隔,阻礙照樣存在,發生的是兩物體間微觀上的切向相互擠壓,這就是靜摩擦力,并且趨勢越大,擠壓越大,切向形變也越大,阻隔越大,即靜摩擦力越大。當達到一定值時,即將破壞了這種凹凸不平或發生跳躍,即將發生移動,這時候兩者間達到最大靜摩擦力。此后,趨勢再變大即發生移動,變為滑動摩擦力。
為了形象說明這種微觀上的變化情況,我們引入一個模型――毛刷模型,刷子上一根一根的細毛可以看做微觀上一個一個突出的分子或原子(如圖1所示),當另一個物體在其表面相對運動或有相對運動趨勢時,細毛就會向物體相對運動的方向或相對運動趨勢的方向發生彎曲(如圖2所示),表示實際物體在微觀上原子間的微小切向形變。
二、從實例中看出一個接觸面不可能同時存在靜摩擦力和滑動摩擦力
1.斜面上水平力推動物體的實例
在這個情境中,我們可以把斜面看做一個毛刷。以物體所在點為坐標原點,在水平方向和沿斜面方向建立直角坐標系(如圖3所示)。在沒有作用水平推力前,物體獨立的靜止于斜面,此時物體受到沿斜面向上的靜摩擦力,因此此時斜面毛刷的細毛與物體接觸的部分都沿斜面向下彎曲,即沿-Y方向彎曲。
為了說明增加水平力后的摩擦力情況,我們不妨來設計一個慢動作,水平力由小開始慢慢地變大到一定值。設水平力沿+X方向移動,則當開始加水平力后,物體在沿斜面方向就有了兩個主動力G1和F,這兩個力的合力就指向第四象限(如圖4所示),因此此時物體具有向第四象限的運動趨勢,斜面毛刷的細毛就向第四象限彎曲。并且隨著F的增大,合力越來越遠離-Y方向,也越來越大,因此,細毛的彎曲方向也遠離-Y方向,彎曲程度也越來越大。
當F增大到一定值時,細毛彎曲到極點,在微觀上表現為即將破壞突起的原子或分子,即將開始滑動,靜摩擦力達到最大靜摩擦力。細毛彎曲方向為此時兩個主動力的合力方向,而此時最大靜摩擦力的方向為細毛彎曲方向的反方向即第二象限。
繼續增大力F,物體開始滑動,滑動方向即為此時兩個主動力的合力方向,即細毛的彎曲方向。靜摩擦力演變為滑動摩擦力,而滑動摩擦力的方向依然是此時細毛彎曲方向的反方向,即原來最大靜摩擦力的方向。從中可以看到,其實運動一開始滑動摩擦力就不可能沿+Y方向,而是主動力的合力方向。
接下來,我們繼續用毛刷模型來否定一個結論:在加了水平力后,可以水平運動,并同時受到水平方向靜摩擦力和沿斜面方向滑動摩擦力。取運動過程中的某一位置,假說上述過程成立,按此說法,此時在沿斜面方向物體受到四個力:下滑力G1,推力F,滑動摩擦力f2和靜摩擦力f1,(如圖5所示)。則我們可以說,此時斜面毛刷的細毛有兩種彎曲:因為物體向+X方向運動,斜面對物體有向-X方向的滑動摩擦力,所以細毛向+X方向彎曲;又因為物體具有向-Y方向的運動趨勢,而使其受到+Y方向的靜摩擦力,所以細毛向-Y方向彎曲。
物體繼續向+X方向運動,須知前方的細毛在物體沒有達到之前全部是與斜面垂直的,不彎曲的。隨著物體的到來,這些本來不彎曲的細毛由于物體的運動而向+X方向彎曲,但是并不會自動向-Y方向彎曲好等待物體的到來。所以物體到了下一個位置也就不可能產生+Y方向的靜摩擦力,只受3個力,且不平衡,要離開X軸,與假說矛盾。
綜上所說,在這一實例中不可能同時存在靜摩擦力和滑動摩擦力。
2.物體在繩子牽動下在水平面上作滑動式圓周運動的實例
有些老師提到的這個實例(如圖6所示),其文中認為物體在做圓周運動的過程中是繩子拉力和指向圓心的靜摩擦力一起提供向心力,而同時又受到與運動方向相反的滑動摩擦力,因此說這個接觸面同時存在靜摩擦力和滑動摩擦力。筆者對這個情境同樣有不同的觀點。文中認為任何作圓周運動的物體都有偏離圓心的趨勢,因此這時接觸面必然要對其施加一個與該運動趨勢方向相反的靜摩擦力。筆者認為做圓周運動的物體確實都有偏離圓心的趨勢,但是在這個情境中,這個趨勢之所以沒有促成偏離圓心的真實運動,那是因為繩子拉力抵制了這種趨勢,所以對繩子來講,物體有遠離圓心的趨勢,而這種趨勢與水平沒有直接聯系,所以水平面沒有對物體提供靜摩擦力。
我們繼續使用上述的假設法,假定文中的說法成立,則可以取運動過程的某一位置,此時水平面毛刷的細毛既沿線速度的方向彎曲,又沿半徑向外彎曲,即滑動摩擦力和靜摩擦力共存。但是前方的細毛照樣豎直,當物體運動到前方細毛時,由于運動而造成前方細毛沿速度方向擠壓而沿速度方向彎曲,但是并沒有沿半徑方向彎曲,即不再受到靜摩擦力的作用。
我們不妨改變上述物體的運動模式,變滑動為滾動。我們可以拿一只完整的粉筆,我們知道粉筆不是圓柱體,而是一頭粗一頭細,我們把粉筆平放在水平桌面上,給一個初速度,粉筆就會繞一點O轉動(如圖7所示),在轉動過程中粉筆本身與桌面并沒有發生相對滑動,而是一種滾動,盡管在運動,但是粉筆與桌面的接觸點又是始終相對靜止的,因為粉筆與桌面間的接觸點是一直在變的,所以這時候就是靜摩擦力來提供向心力,而滾動可能會越來越慢,那是因為受到滾動摩擦力。
3.滑冰運動員滑冰的實例
運動員在滑冰時,特別是花樣滑冰,我們經??吹竭\動員做著漂亮的曲線運動,而運動員腳上穿的是冰刀式冰鞋,滑冰時受到與運動方向相反的滑動摩擦力,那么是不是同時有與運動方向垂直的靜摩擦力提供運動員做曲線運動的反向力呢?
我們知道,滑冰場上運動員滑冰時會留下一道道的滑痕,如果細細一看,這實際上是冰刀在冰上刻出的一道道凹槽,我們看這個凹槽的截面圖(如圖8所示),冰刀其實是在凹槽中向前滑行,這時如果轉彎,那么就是凹槽對冰刀的側向擠壓力F2提供向心力,這是宏觀上的彈力,而非摩擦力。所以冰刀在滑行過程中由冰刀頭不斷地劃出凹槽,冰刀始終在凹槽中滑行,當然有的時候動作猛烈的話,側向擠壓力過大,還會破壞凹槽,刨出碎冰。
假如在堅硬的鋼板面上,冰刀頭劃不出凹槽,則冰刀就沒有側向擠壓力,就不能做曲線運動。
其他情境我們同樣可以看到一個接觸面不可能同時存在靜摩擦力和滑動摩擦力。
參考文獻:
摘要:新課改注重課堂互動,其中師生語言互動是課堂互動的重要載體之一。文章以全國第八屆物理青年教師教學技能大賽東北師大附屬中學某老師的“靜摩擦力”的教學為研究對象,運用弗蘭德斯語言互動分析方法和課堂觀察分析方法,將定量與定性方法相結合對課堂教學實踐開展研究探索,揭示課堂教學語言的實際情景與效果。
關鍵詞 :師生語言;弗蘭德斯語言分析;課堂觀察
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1671-0568(2014)18-0095-03
基多項目:本文系陜西師范大學教師教育科研項目與基礎教育課程中心資助“基于課堂視頻案例促進教師專業發展研究”(課題編號:jcjy201007)的階段性成果。
一、研究目的
課程實施是課程改革的核心,而課堂教學是課程實施的最基本途徑之一。課堂教學是在課堂情境下,以教師和學生為對話主體,以言語作為主要交流方式,以人的自由自覺發展為終極取向的教育活動。師生語言行為作為課堂最主要的教學行為之一,相互影響,相互促進。蘇霍姆林斯基認為,教師的言語在很大程度上決定著學生在課堂上的腦力勞動的效率,教師的言語是一種什么也代替不了的影響學生心靈的工具,師生的語言互動在很大程度上決定著學生在課堂上接受知識、反應知識的效率。把課堂觀察到的質性描述與量化研究結合起來,對課堂教學中的師生語言行為進行分析和評價,揭示出課堂的動力、氣氛以及學生的參與程度,是課堂教學研究的重要內容。
二、研究過程與方法
1.研究對象。本文以全國物理青年教師教學技能大賽東北師范大學附屬中學某老師的“靜摩擦力”教學為研究對象,本堂課是優質示范課,該教師的教學方式深受學生喜愛和專家評委好評。
2.研究方法。弗蘭德斯語言互動分析法是一種通過語言互動過程的研究和分析,深入了解師生課堂語言互動過程和行為的定量研究方法,是課堂研究的重要方法之一。
該研究方法從教師、學生和靜止三個方面把課堂教學的師生語言分為10個互動類別,每個類別用一個數字來表示,如表1所示。記錄時間間隔為每三秒鐘記錄一次,也就是觀察者每三秒鐘記錄一次師生互動類別,速度盡量保持穩定,以便實現對課堂教學活動開展精確、定量化的分析與統計。
三、研究結果分析與反思
1.通過師生語言互動系統分析課堂結構特點。師生語言是課堂教學的重要載體之一,通過師生教學語言的整體分析與研究,可深入了解師生互動情況與教學特點,從而增強課堂教學的有效性和研究的客觀性。
據表2統計數據結果,可得出如下結論:
(1)TT(教師話語百分比)為71.91%,常模為68%,略高于常模;TTR(教師反應比率)常模為42%和TQR(教師發問比率)常模為26%,研究中所測數據都明顯高于常模;PIR(學生自發比率)常模為34%,測量值低于常模。說明在課堂上教師的講話時間占據較大比例,本節課例以教師語言為主。
(2)PT(學生話語百分比)為19.85%,基本上與常模20%接近;SC(安靜或混亂百分比)為8.24%,常模為11%或12%,課堂沉寂的比率有所降低,其原因是學生之間有意義的課堂交流與合作和一些師生間肢體動作的表達以及師生之間、生生之間的眼神交流是無法用語言完全表達出來的,這種有意義的非師生語言互動的行為也是教學中有必要存在的一部分;CCR(內容十字區比率)為71.54%,明顯高于55%的常模,該數據愈高,表明本節課師生的語言互動主要以教材內容的發問及講授為重心。
(3)SSR(穩定狀態區比率)和PSSR(學生穩定狀態區比率)都明顯低于常模,則可知在本節授課中師生之間的交談時間都十分短暫。
綜上分析,本節課的教學基本上符合新課改要求,但是相比開放性的以學生為中心,發揮學生學習主動性的課堂還有差距,與新課改目標要求還有距離。
2.通過師生語言互動系統分析課堂中的學習氣氛。語言互動矩陣圖中的1~3行和1~3列相交區域被稱為積極整合區,在這個區域里出現的記錄次數越高,則說明課堂上師生之間的情感交流越融洽;矩陣圖中7~8行和6~7列相交區域稱為缺陷區域,在這個區域中記錄頻次越高,說明師生之間的互動不和諧,在課堂中應引起重視,并避免這一現象發生。
由統計表2可以看出,教師在積極整合區的記錄次數是10次,占課堂行為記錄總數的3.75%,在缺陷區域出現的頻次為4,占課堂行為總次數的1.49%。由此可見,教師與學生的課堂教學互動良好,師生之間的情感交流和諧,師生關系融洽。
3.通過師生語言互動系統分析教師的教學風格。教師在長期的教學實踐中根據個人的教學觀念、教學環境、教授對象等諸多因素的影響會形成一種穩定的教學風格。由于每個人的教育背景不同,文化的汲取體驗不同,喜好不同,因此,教學風格是獨一無二的。教師語言是直接體現教師教學風格的一種方式。弗蘭德斯互動分析系統把教師語言分為直接影響和間接影響兩類,這是就教師對學生的控制態度而言的。
根據表2數據分析,教師間接與直接的影響比率為104.26%,大于常模100%;TTR89(教師實時反應比率:當學生停止說話,教師立即稱贊或統整學生觀念和感覺的話語時間,占教師立即以與教學無直接相關的話語響應學生的話語時間的比率)數據愈高,表示教師愈能立即以間接教學風格來響應學生的話語,常模為60%。其值為85.71%,遠遠高于常模;TQR89(教師實時發問比率)為74.07%,常模為44%。以上數據說明教學中教師對學生的間接影響占主要地位,這種間接的影響體現在教師對學生進行發問,引導學生思維,啟發學生積極思考等方面。下面以教學片段A為例,做進一步分析。
教學片段A:
師:現在我們已經明確了什么是靜摩擦力,下面給大家布置一個任務(語氣平緩),請你在你的身邊嘗試去尋找并體驗一下靜摩擦力,大家試試。(停留幾秒,巡視教室),好,這位同學你來說一下,好嗎?(商量語氣)找到了嗎?
生1:找到了。
師:好,請你說一下。
生1:我用手推桌子,可桌子沒動。
師:桌子和哪?(追問)
生1:和地產生了靜摩擦力。
師:很好(鼓勵),大家剛才都體驗了一下靜摩擦力,下面請同學們嘗試根據剛才的體驗去分析一下要產生靜摩擦力需要什么樣的條件?(停留幾秒)誰想好了,說一下?
生2:(舉手)兩個物體首先要相互接觸。
師:(重復學生話語)對,很好。
生2:然后要有相對運動的趨勢。
師:為什么講趨勢?(追問)
生2:因為它沒動。
師:(重復學生話語)所以叫趨勢,很好!還需要什么條件嗎?(追問)
生2:還有……(思考中)
教師多用啟發式教學語言,對學生在課堂表現進行鼓勵和贊賞,課堂中多用“大家試試”“很好”“好嗎”等話語,這為學生的進一步學習產生了積極的影響。教學中運用語言反饋,從呈現的片段可知教師組織下學生積極參與課堂活動,進行自主的實驗探究(如尋找身邊的靜摩擦力小實驗),參與交流并對實驗結果進行描述。教師善于運用啟發性的教學用語,鼓勵學生敢于發表自己的獨立見解,激發學生思維,通過教師的間接影響使師生之間的互動得以順利進行。
4.通過師生語言互動系統分析學生參與課堂活動的主動性。根據弗蘭德斯互動分析矩陣所測數據可知,學生話語百分比(PT)為19.85%,雖與常模20%接近,但是學生自發的比率(PTR)為22.64%,相比常模34%,該數值下降的比例較大。這說明雖然學生的言語行為在總的言語行為中所占的比例基本與常模持平,但是學生的主動參與意識仍舊不強,這是當今我國物理課堂教學的癥結之一。
5.通過質性描述分析本課例的不足之處。本課例中提問與回答之間的等候時間過短,停頓的時間就一兩秒,甚至沒有,筆者選擇以下教學片段B感知本課例的教學特征:
教學片段B:
師(12~39秒):有一天我開車帶全家去商場,路上兒子問我一問題:“爸爸,你能推動汽車嗎?”(視頻演示該場景),我用力了,但是沒推動。問題:汽車和地面產生了什么力?
生(39~40秒):摩擦力。
師(40~58秒):很好(鼓勵),繼續看視頻,兒子和爸爸一起推還是沒推動,問題:這個時候汽車和地面間的摩擦力變沒變?
生(58~59秒):變了(齊聲回答)。
師(59~60秒):變大變???(追問)
生(60~61秒):變大(齊聲)。
師(61~70秒):很好(鼓勵),繼續看視頻,進商場乘坐商場的自動扶梯,問題:“我”動沒動?
生(70~74秒):動了(齊聲)。
師(74~75秒):相對扶梯動沒動?(追問)
生(75~76秒):沒有(齊聲)。
師(76~82秒):很好(鼓勵),“我”相對扶梯靜止,“我”和扶梯之間有沒有摩擦力?
生(82~84秒):沒有(齊聲)。
師(84~91秒):(質疑,面帶微笑)沒有?想一想,我乘坐扶梯從一樓到二樓,我和扶梯間有沒有摩擦力?
生(91~98秒):有/沒有……(學生沉默或討論)
師(98~99秒):聲音大一點,有沒有?(鼓勵)
生(99秒):有。
師(99~100秒):很好(語氣堅定)。
教學片段呈現的場景不得不讓我們思考教師所提問題的效度如何,學生能否接受,所有提問是否符合學生的認知水平?雖然有部分學生能夠回答出來,但還有一部分學生可能存在知識盲區,導致跟不上節奏。因此,教師一定要注意給學生思考的空間,無論學生思考的結果如何,都要讓他參與到學習中來,使之體會課堂主人的角色,否則就會影響學生的學習興趣。
四、小結
弗蘭德斯語言互動研究方法是課堂實證研究的重要方法之一,有助于提高課堂研究的客觀性和科學性,但也存在不足,如難以反映教學媒體、實驗探究等非口語的教學行為。本研究在運用此方法時,還運用課堂觀察方法記錄教學事件、行為、對話等,把質性研究和量化研究相結合,試圖客觀、全面地分析與研究課堂教學,為提高課堂教學的有效性、提高學校教育質量提供客觀證據和研究視角。
參考文獻:
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[3]姚昊蘇.基于弗蘭德斯互動分析系統的高師地理課堂教學評價[J].中國地質教育,2012,(2):112-116.
摩擦力是力學中常見的三種力之一,雖然它與我們的生活息息相關,但學生對摩擦力的了解和認識還是很膚淺的,尤其對摩擦力在什么情況下產生?方向怎樣?大小跟哪些因素有關等知識的掌握,還是有一定難度的,通過創設生動有趣的教學情境,使抽象概念形象化,理論知識具體化,從而達到事半功倍的效果。
1 摩擦力趣味導入情境的創設
“良好的開端是成功的一半”,這對物理課程的教學來說真是太準確了,導入新課是課堂教學的重要一環,在教學中導入的成功與否對整節課的學習效率影響很大,導入的方法方式很多,其中生動有趣的演示實驗是新課導入的重要方法之一,下面列舉幾例。
1.1 騰空吸壁
許多玩具是根據物理原理設計生產的,能呈現物理現象和顯現物理規律,其巧妙的設計使外觀很精美、色彩很鮮艷,呈現的現象非常神奇,對學生很有吸引力,把玩具功能擴展為教學功能,使學生在好奇中學習物理知識,例如,用吸壁球創設摩擦力導入情境。
我拿出吸壁球時,許多學生被這個彩色球吸引住,因為這種球的表面非常特殊,由多種不同顏色的塑料小吸盤組成,我突然把它向身后的黑板拋去,它穩穩地吸在黑板上學生被出其不意的情景興奮起來,這時我問學生,它貼在黑板上受幾個力的作用?學生七嘴八舌,有一個學生立刻舉起手來搶著說:受重力、大氣壓力和黑板對它的彈力三個力作用。
也有其他同學贊同這種回答,我沒有直接評判他的說法,而是按他的說法畫出吸壁球的受力示意圖,反問道:它受這三個力能平衡嗎?學生在這興奮和“憤悱”的情境下產生了強烈的探究欲望,這時我趁勢引入摩擦力這節教學內容,用激其情又引其疑的趣味教學情境導入新課,為教學目標的達成鋪設階梯。
1.2直線紙邊托硬幣
誰能將一枚硬幣放在豎立的紙片(或紙幣)的直線邊上保持平衡狀態?許多學生紛紛試驗起來,小心翼翼地將硬幣在直線紙邊上尋找平衡位置,但沒有一個能實現的,這對沒有掌握其技巧的學生來說,確實是很難實現的,因為一張紙片的厚度不到0.1mm,要使硬幣的重心線恰好落在這條直線紙邊上,談何容易?下面請同學們觀察我是如何操作的,我隨即拿出一張百元紙幣和一枚壹元硬幣,先將紙幣成弧線形的橫立在桌面上(為了使后面的學生也能看到,在講臺上放一只方凳子,在方凳上演示),然后將硬幣輕放在紙幣的上邊弧線處,再捏住紙幣的兩端,緩慢地將紙幣拉直,當紙幣被拉成一平直的豎立平面時,硬幣在紙幣的直線邊上穩穩地臥著頓時,教室里暴發起熱烈的掌聲,巧妙的手法、出奇的情景激起了學生的極大興趣,我再問學生:怎樣解釋這一現象呢?此時教室里又變得鴉雀無聲,“要明白其中的道理,就要學習新的知識——摩擦力”,創設新奇、生動的情境,用超常的方法導入新課,使新課一開始就緊緊地抓住了學生的心,吸引了學生的注意力,激起了學生的求知欲望。
2 靜摩擦力趣味教學情境的創設
靜摩擦力的產生及它發揮的作用,學生對它的認識并不深刻,因為這個力比較隱蔽,其實,在我們的生活中靜摩擦產生了巨大的作用,如人走路、車輛行駛、手握東西,繩子打結等等都離不開靜摩擦力,毫不夸張地說:沒有靜摩擦力,我們就寸步難行,為了加深學生對靜摩擦力的感性認識,我創設了多種靜摩擦力趣味教學情境。
2.1 一紙“托千斤”
該演示器主要由母架和子架兩部分組成,母架的中心是一段長約60 cnl的豎直圓管,把它叫做母管,子架的上方是圓板,圓板的正下方連有長約20 crn的細圓管(圓板與細圓管的中心軸線重合),把它叫做子管,子管的下端是封閉的,子管的外徑比母管的內徑稍小,演示時,先把母架舉起來,讓學生看清楚母管內是空的,當將子架的子管穿進母管后,子架的圓板壓在母管的管口上,然后抽出子架,用一張紙將母管的下端管口包裹起來,并用帶子系緊,將母架底座放在水平地面上。把粗砂從母管的上管口灌入,當砂子至母管的上管口約10 cm處時,停止灌砂,砂子此時的重量由包裹的一張紙托著,再把子架的子管母管,由于母管內有砂子,子管只能部分進入母管內,緩慢用力向下壓圓板,使母管內的砂子壓實,現在把一個學生托扶到子架的圓板上,奇跡出現了:雖然子架上站著一個學生,但子架并沒有下降,母管下端的裹紙也完好無損卻似一紙托千斤!
學生和子架的重量真的是由一張紙托起來的嗎?有的學生疑惑,有的學生恍然大悟,是母管內的粗砂被擠壓時,與母管內壁產生的靜摩擦力在暗中幫了大忙,為了充分展示砂子與母管產生的靜摩擦力的威力,在子架的圓板上放一塊長木板,叫兩個學生站到木板上(注意緩慢、平衡地站上去),子架仍然停留在原來的高度,母管下端的裹紙也安然無恙,當卸下木板,解開裹紙后,只有少量的砂子自動的掉下來,停留在母管內的砂子需用力敲擊后才會掉下來,精彩、生動、明了、有趣的靜摩擦力實驗情境,給學生留下了深刻的印象,同時使學生明白一個道理,一粒砂子與管壁產生的靜摩擦力是微不足道的,但大量砂子與管壁產生的靜摩擦力就非常可觀了,積羽沉舟?。?/p>
2.2 光滑倒錐棒提重物
20世紀70年代起,我國著名物理教育家朱正元教授就當時中學的辦學條件,提出了“壇壇罐罐當儀器,拼拼奏奏做實驗”的教育思想,指導廣大教師想方設法地把物理實驗做起來,讓學生動起來,朱教授為了演示靜摩擦力現象,曾經設計這樣一個實驗:將吃飯的一根筷子豎立在一只杯子的中間,把弄濕的大米填滿杯子并壓實,然后提筷子,結果杯子、大米、筷子一起被提起來,這樣的教學情境,我們至今仍記憶猶新,今天重溫朱教授教育思想,就是要我們繼承和發揚“勤儉做實驗”和“善于創新實驗”的優良傳統,舉這個實驗的目的不是要我們仿效照搬這種實驗,而是要善于創新和優化實驗,隨著科技的進步,大量新材料的涌現,我們的實驗器材、實驗方法、實驗手段應該不斷的創新和完善。
為了定性驗證最大靜摩擦力規律,我創設了
如下趣味教學情境:取一只廢舊飲料瓶,把舊泡沫板撕成小塊后,塞進飲料瓶用力擠緊,將一根光滑圓錐棒(實驗室做摩擦起電的玻璃棒)倒插入瓶內(尖頭朝下),把一塊磚頭系在飲料瓶的瓶口處,提起玻璃棒時,飲料瓶和磚塊一起被提起來,當系兩塊磚后,再提玻璃棒時,棒與瓶就脫離了,現在再向瓶內塞入更多的泡沫塊,再將玻璃棒插入瓶中,此時棒跟泡沫之間的壓力變大,然后提玻璃棒,就能將兩塊磚輕松的提起來,雖然玻璃棒很光滑,又是尖端朝下,但是它跟泡沫產生的摩擦力超出學生的想象,這個演示實驗表明:在靜摩擦因素一定時,最大靜摩擦力跟壓力成正比,創設這樣的教學情境,不僅增加學生對抽象知識的感性認識,而且有助于培養學生的創新能力,因為本實驗的器材都是廢舊物品,無成本,經濟、實用。
3 滑動摩擦力趣味教學情境的創設
創設有利于科學探究的趣味教學情境,是每個物理教師備課的一項重要工作,因為愉悅的學習環境有利于學生投入學習,能使學生在自然和諧的氛圍中進行探究學習,教師要積極營造有利于學生好奇、感悟、反思的課堂氛圍,讓學生感到物理學科就是那樣生動、有趣,激發學生強烈的學習欲望,從而提高物理教學的有效性。
下面就滑動摩擦力、最大靜摩擦力跟壓力成正比的知識列舉幾例趣味教學情境的創設:
3.1 反應“遲鈍”的沙漏
加工一支直徑約5cnn、長約40n的玻璃管,一端封閉,一端開口,另加工一只沙漏,它是一只形狀像“8”字形的密閉容器,其內裝有適量的細砂,使沙漏的平均密度略小于水,將玻璃管裝滿水,把沙漏放人管內,沙漏在水中漂浮現在用手壓住玻璃管口(不讓水流出),將管子倒轉過來,此時沙漏也被倒轉過來并處在玻璃管的下端奇妙的是:沙漏并沒有立即上浮,而是停在水底下約一分鐘的時間才上升,為什么沙漏的上浮出現“遲鈍”現象呢?
新奇的現象激發了學生的探究熱情。許多同學提出了各自的分析原因,但都沒有分析出這種現象的實質原因,這是由于沙漏的直徑與玻璃管的內徑相差不大,沙漏的傾斜難以被學生覺察,其實是摩擦力從中作梗,當沙漏倒轉過來時,其內的沙子不是處在最低處,使沙漏“頭重腳輕”,故身子發生傾斜,對玻璃管壁產生壓力,沙漏要上浮,管壁對沙漏產生靜摩擦力阻礙沙漏的上浮,由于沙漏中間部分比較細,沙子流到下部需要一定的時間,當沙子的大部分流到沙漏的下部時,沙漏又處于豎直狀態,此時管壁與沙漏之間沒有壓力,故摩擦力也隨之消失,沙漏受到向上的作用力大于下向的作用力,因此又上浮到玻璃管的上方,學生經過親身體驗,靠近觀察,才真正找出沙漏“遲鈍”的原因。
3.2 巧法抽出磚間紙
相互接觸的物體沒有壓力,就不會出現摩擦力,如何使學生對該知識點有深刻的感性認識呢?我在教學中創設了這樣的趣味情境:在上、下壘著的兩塊磚之間放一張紙(紙邊露在磚外),誰能完好無損地抽出這張紙呢?這一問,激起了學生的探究熱情,許多學生躍躍欲試,力圖取得成功,但上來試驗的學生都以失敗告終,學生困惑了,從他們的表情上可以看出,想要知道其操作要領的欲望異常的迫切,現在該是演示的最佳時候了,我左手托著一塊磚,拿一張紙放在這塊磚上面,再在這張紙上壓上一塊磚,然后把事先準備好的一塊海綿放在講臺上,舉起左手的磚塊(位于海綿的上方),右手捏住露在磚塊外的紙角,突然釋放磚塊,隨即右手迅速抽紙,結果這張紙被完好無損地抽出,別開生面的一幕贏得了熱烈的掌聲,磚塊的表面不僅很粗糙,而且很堅硬,為什么釋放磚塊后,再抽磚間的紙,抽出的紙不破損呢?這是因為磚塊被釋放后,作自由落體運動,磚塊處于完全失重狀態,雖然磚塊表面很粗糙,但它們之間不存在壓力,因此,紙在抽出的過程中,與磚塊之間沒有摩擦力,所以抽出的紙當然是完好無缺的了。
4 滾動摩擦力趣味教學情境的創設
滾動摩擦力遠小于滑動摩擦力,這對于學生來說是不難接受的,因為他們對這個知識點多少有一些直接的或間接的感性認識,但是,無論是教材中列舉的演示實驗,還是教師創設的有關滾動摩擦力遠小于滑動摩擦力的實驗,都有共同的缺陷:可比性差、嚴密性差、可見性差,比如講,列舉此實驗的例子最多的是:將一鐵塊放在水平桌面上,用彈簧測力計水平拉它做勻速運動,彈簧測力計的讀數就是滑動摩擦力的大小,然后在水平桌面上放幾支圓柱形鉛筆,把鐵塊放在鉛筆上,再用彈簧測力計水平拉它做勻速運動,彈簧測力計此時的讀數就是滾動摩擦力的大小,這兩個讀數前者明顯大于后者,實驗表明,滾動摩擦力遠小于滑動摩擦力,其實,用這樣的演示實驗驗證滾動摩擦力遠小于滑動摩擦力,有些牽強附會了,①可比性差,因為前者是鐵塊與水平桌面間的滑動現象,而后者是鉛筆在水平桌面上的滾動現象,雖然壓力近似相同,但滑動和滾動的對象不同。②嚴密性差,勻速運動都是目測的,究竟是勻速運動還是變速運動,無法確定,③可見性差,因為彈簧測力計的讀數并不直觀,全班的學生并不能都看到,下面我介紹幾個可比性比較強的實例。
4.1 鉛筆的滾動與滑動現象
取兩支相同的圓柱形鉛筆,把制圖板一端墊高構成斜面,調節斜面的傾斜角度,使一支鉛筆順著斜坡的方向放置時,鉛筆能緩慢地滑下,然后將這兩支鉛筆都放在斜面上,一支順著斜坡方向,另一支鉛筆橫著水平放置(兩支鉛筆的質心等高),同時釋放這兩支鉛筆,實驗表明:順著斜坡方向的鉛筆沿斜面向下滑動比較慢,而橫放著的鉛筆沿斜面向下滑動越來越快,最先到達斜面的底端,這充分說明:對于相同壓力和相同接觸表面的情況下,滾動摩擦力小于滑動摩擦力,實驗方便,明了、有趣,使學生心服口服,科學、嚴密、巧妙的創設教學情境,對培養學生的創新思維和求實探究學習有潛移默化的功效。
4.2 自行車的滾動和滑動現象