基于問題的學(xué)習(xí)（PBL）在高中物理實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課的應(yīng)用——以人教版高中物理必修Ⅰ“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為例

左祥勝

（江蘇省宿遷中學(xué)，江蘇 宿遷 223800）

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)不簡單是知識(shí)由外到內(nèi)的轉(zhuǎn)移和傳遞，而是學(xué)習(xí)者主動(dòng)地建構(gòu)自己的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)過程，即通過新經(jīng)驗(yàn)與原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的雙向的相互作用，來充實(shí)、豐富和改造自已的知識(shí)經(jīng)驗(yàn).在整個(gè)教學(xué)過程中，以學(xué)生為中心，教師起組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進(jìn)者的作用，利用情境、協(xié)作、會(huì)話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達(dá)到使學(xué)生有效地實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)的目的.“基于問題的學(xué)習(xí)”（problem-based learning，簡稱PBL）是隨著建構(gòu)主義思潮的影響而發(fā)展起來的一種新型教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方法.其主要特征是以問題為導(dǎo)向，學(xué)習(xí)者為中心，教師指導(dǎo)、小組合作的一種教學(xué)方式.通過把學(xué)習(xí)置于復(fù)雜的、有意義的問題情境中，讓學(xué)習(xí)者以小組合作的形式共同解決復(fù)雜的、實(shí)際的真實(shí)的問題，來學(xué)習(xí)隱含于問題背后的科學(xué)知識(shí)，發(fā)展解決問題能力的一種教學(xué)模式.其旨在通過引導(dǎo)學(xué)習(xí)者解決復(fù)雜的實(shí)際生活中的問題，使學(xué)習(xí)者建構(gòu)寬廣而靈活的知識(shí)基礎(chǔ)，從而培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)習(xí)者內(nèi)部的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，發(fā)展有效的問題解決能力、合作能力、自主學(xué)習(xí)和終生學(xué)習(xí)的能力.

1 實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課的特點(diǎn)

首先，學(xué)生對基本的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已經(jīng)學(xué)過，這為學(xué)生自主學(xué)習(xí)整合知識(shí)奠定了基礎(chǔ)，但對已有知識(shí)的簡單重現(xiàn)缺少興趣，學(xué)習(xí)的積極性不高；其次，高三復(fù)習(xí)階段很難安排充足的時(shí)間給學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行具體的操作和探究.因此，在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課的設(shè)計(jì)上我們必須多動(dòng)腦筋，多花心思，要改變紙上談兵的現(xiàn)狀.要立足教材，讓學(xué)生領(lǐng)悟教材的編寫意圖，引導(dǎo)學(xué)生從基本原理入手，理解教材中實(shí)驗(yàn)思想和實(shí)驗(yàn)方法.同時(shí)，要從學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，弄清學(xué)生對一部分知識(shí)的認(rèn)知障礙，抓住學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的問題，特別是學(xué)生錯(cuò)誤原因和學(xué)生真實(shí)的困難.通過創(chuàng)設(shè)有效的問題情境，以“問題”為線索，把學(xué)習(xí)設(shè)置到有意義、真實(shí)的問題情境中去.讓學(xué)生在問題情境中提高學(xué)習(xí)的熱情，在問題解決中掌握知識(shí)，從而將已學(xué)過的知識(shí)形成網(wǎng)絡(luò)，提高分析問題、解決問題的能力.

2 實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)內(nèi)容分析

本專題是在學(xué)生高一學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，努力讓學(xué)生體會(huì)探究的實(shí)質(zhì).一要學(xué)生明確通過控制變量法探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方法和注意事項(xiàng)；二要從有利于減小誤差角度進(jìn)行分析采取圖像法處理數(shù)據(jù)的必要性；三要從簡單、方便的原則體會(huì)安排打點(diǎn)計(jì)時(shí)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測量加速度的可行性；四要在真正掌握現(xiàn)有知識(shí)基礎(chǔ)上有一定的遷移能力.

2.2 教學(xué)目標(biāo)定位

（1）理解探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的合理性和必要性.

（2）理解實(shí)驗(yàn)思路的合理性，以及用圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性.

（3）經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)的操作和測量過程，以及通過圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程，體現(xiàn)如何平衡阻力、減小系統(tǒng)誤差的操作方法.

（4）體會(huì)整個(gè)探究過程的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和合理性.

2.3 教學(xué)實(shí)施過程

師：同學(xué)們，今天我們來復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，下面我們一起來回憶這個(gè)實(shí)驗(yàn).

問題1（師）：請同學(xué)們回憶，完成本實(shí)驗(yàn)通常需要哪些實(shí)驗(yàn)器材？

生1：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、復(fù)寫紙片和紙帶、一端有定滑輪的長木板、小車、小盤、低壓交流電源、天平、砝碼、刻度尺、導(dǎo)線等.

生2（補(bǔ)充）：也可以用電火花計(jì)時(shí)器，當(dāng)然此時(shí)電源為220V交變電流.

天葬臺(tái)上，天葬師正一點(diǎn)點(diǎn)直起身子，手中的天葬刀，一縷鮮血正慢慢地洇入刀身，在亮起一陣紅芒之后，鮮血已消失無蹤。他低頭望了眼插在胸前的半截節(jié)足，伸手握住，猛力一拔，那節(jié)足便從天葬臺(tái)和他的體內(nèi)拔出。

生3（補(bǔ)充）：還可以采用圖1所示的裝置來驗(yàn)證加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，此時(shí)對加速度的測量需要通過轉(zhuǎn)化為對位移的測量.

圖1

師：生1、生2、生3都說得很好，知識(shí)掌握得很鞏固，特別是生3，為我們探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系提供了行之有效的另外一種方法.

師：基于簡單、方便的原則，現(xiàn)在，實(shí)驗(yàn)室給每個(gè)學(xué)習(xí)小組按照生1所要求的實(shí)驗(yàn)器材提供了實(shí)驗(yàn)器材，請各個(gè)學(xué)習(xí)小組按照實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范組裝實(shí)驗(yàn)儀器，并認(rèn)真思考實(shí)驗(yàn)過程中要注意哪些事項(xiàng)？并說出為什么要求這樣做.

圖2

生4（舉手，請求上黑板）：在黑板上畫出實(shí)驗(yàn)原理圖（圖2），并說出了實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng).

（1）平衡摩擦力，使小車在不掛小桶和沙的情況下，能沿木板做勻速運(yùn)動(dòng).

（2）每次釋放小車時(shí)，應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；且先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，后釋放小車.

（3）每次小車快接近定滑輪時(shí)，用手按住小車，以免撞壞定滑輪.

（4）無論是保持小車質(zhì)量還是沙和沙桶質(zhì)量不變時(shí)，都要多取幾組數(shù)據(jù).

師：生4說得很好，其他學(xué)習(xí)小組有補(bǔ)充的嗎？

問題2（生5）：我有一個(gè)問題，做實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么要求小車和砝碼的總質(zhì)量（M）要遠(yuǎn)大于沙和沙桶的總質(zhì)量（m）之和.

師：生5提的問題很有代表性，這時(shí)要解決的就是如何給小車提供恒力.這涉及對小車、小車所受到的合外力F（繩子對小車水平方向的拉力）與沙和小桶所受的重力之間的關(guān)系.

問題3（師）：為什么要求M?m？哪個(gè)學(xué)習(xí)小組來幫助生4解決這個(gè)問題？

生6：我們小組通過討論后一致認(rèn)為，小車所受到的拉力（F）與小車所掛的沙和沙桶的所受到的重力（重物的重力mg＝F）的情形是不一樣的，后者沙和沙桶與小車一道運(yùn)動(dòng)、本身也要產(chǎn)生加速度，繩子對小車水平方向的拉力并不等于沙和沙桶所受到的重力，即mg＝（M＋m）a.對小車而言：

師：生6通過數(shù)學(xué)表達(dá)式消除了我們的疑惑，分析很到位.同學(xué)們掌聲鼓勵(lì).同學(xué)們還有問題嗎？

師：這個(gè)問題也非常有代表性，我們平時(shí)在處理問題時(shí)也會(huì)犯同樣錯(cuò)誤，誰能回答生7的困惑呢？

圖3

圖4

圖5

師：生9是學(xué)習(xí)有心人，尊重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，沒有放過作圖的任何一個(gè)小細(xì)節(jié)，值得我們學(xué)習(xí).同學(xué)們，你們在做處理數(shù)據(jù)時(shí)遇到類似的情形嗎？請各學(xué)習(xí)小組討論，我們共同解決？

生10：我們小組討論后認(rèn)為，應(yīng)該與M和m有關(guān)，至于為什么后來線彎曲，我們也沒有弄明白.

師：生10分析的思路是正確的，下面我們沿著這個(gè)思路走下去，有

問題6（師）：結(jié)合我們高中物理所學(xué)知識(shí)，請同學(xué)們思考本實(shí)驗(yàn)器材還可以從哪些方面進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新？請同學(xué)們各抒已見.

生11：可以用氣墊導(dǎo)軌代替長木板，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平后就不用平衡摩擦力了.

生12：可以用光電門（兩個(gè)）來做實(shí)驗(yàn)，通過測量兩個(gè)光電門之間的距離L和滑塊通過兩個(gè)光電門間的時(shí)間、進(jìn)而計(jì)算出速度v，這樣就可以計(jì)算出加速度a.

生13：老師，我認(rèn)為可以在連接小車和沙桶細(xì)繩間加上力傳感器，可以直接測量施加在小車上的合外力，此時(shí)，就不需要M?m.

師（總結(jié)）：剛才同學(xué)們討論得很激烈，也很有想法，上述幾種方法都是可行的.隨著科技的發(fā)展、時(shí)代的進(jìn)步，我們一定會(huì)有更多更先進(jìn)的測量方法，但是最基本實(shí)驗(yàn)思想，實(shí)驗(yàn)方法是相同的，是永恒不變的.

問題7（師）：（思考題）請同學(xué)們課后結(jié)合高中物理所學(xué)知識(shí)（可以上網(wǎng)查閱資料），本實(shí)驗(yàn)裝置除了能探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系外，還可以做哪些實(shí)驗(yàn)？

總之，基于問題的學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)模式給物理實(shí)驗(yàn)專題復(fù)習(xí)課開辟了一條新方法、新思路.只要我們從教學(xué)目標(biāo)的定位、學(xué)習(xí)的切入點(diǎn)、師生關(guān)系及課堂組織形式進(jìn)行思考與有效預(yù)設(shè)，充分發(fā)揮學(xué)生主體地位，必將有助于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、合作和遷移能力，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科基本觀念.

1 李葆春.“基于問題的學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2009（11）：225－226.

2 李展華，陳曉明.高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)應(yīng)如何有效開展［J］.教學(xué)實(shí)驗(yàn)與儀器，2013，29（12）：44－48.

3 廖伯琴.物理教育學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2012.

4 物理課程教材研究開發(fā)中心.物理（必修Ⅰ）教師教學(xué)用書［M］.北京：人民教育出版社，2009.