運(yùn)用PBL模式培養(yǎng)中學(xué)生科學(xué)思維能力

鐘文杰

【摘要】PBL模式下的物理教學(xué)將知識(shí)置于有意義的物理問(wèn)題情境中，讓學(xué)生作為主體，從問(wèn)題出發(fā)，結(jié)合已有知識(shí)，運(yùn)用科學(xué)思維方法，找出規(guī)律，過(guò)程中對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，最終解決問(wèn)題。實(shí)踐證明，在物理課堂教學(xué)中運(yùn)用PBL模式是培養(yǎng)科學(xué)思維能力行之有效的手段。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)思維;PBL;核心素養(yǎng)

科學(xué)思維作為物理核心素養(yǎng)四大要素之一，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)重要的部分和終身發(fā)展的基礎(chǔ)。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力是物理課程教學(xué)重要的目標(biāo)。而課程目標(biāo)的落實(shí)，著腳點(diǎn)是每一節(jié)的物理課。如何在物理課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力？經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐，作者認(rèn)為，PBL模式是課堂教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)思維能力的有效手段。

PBL（Problem-Based Learning）即建基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)或問(wèn)題導(dǎo)向式的學(xué)習(xí)，是“學(xué)習(xí)者為了解或解決一個(gè)問(wèn)題而進(jìn)行學(xué)習(xí)的歷程”。PBL模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性和情境性，讓學(xué)生在特定的問(wèn)題情境中主動(dòng)地進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)并不斷修正從而最終實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的解決及能力的提升。在課堂教學(xué)中，將物理知識(shí)置于有意義的物理問(wèn)題情境中，讓學(xué)生從問(wèn)題出發(fā)，提取有用的已知信息，結(jié)合已有知識(shí)，綜合運(yùn)用觀察、分析、概括、判斷、推理等科學(xué)思維方法，從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面在相關(guān)問(wèn)題中找出規(guī)律、形成結(jié)論，最終解決問(wèn)題。學(xué)會(huì)從不同角度思考問(wèn)題，基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。顯然，在解決問(wèn)題的過(guò)程中學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維方法，發(fā)展科學(xué)思維能力。

下面以人教版第十七章第3節(jié)《電阻的測(cè)量》為例，呈現(xiàn)運(yùn)用PBL模式培養(yǎng)科學(xué)思維能力的教學(xué)實(shí)踐。

一、創(chuàng)建問(wèn)題情景

PBL模式以問(wèn)題情境作為學(xué)習(xí)的開端。本節(jié)課首先提出問(wèn)題“如何測(cè)量碳膜電阻與小燈泡電阻？”并以此為起點(diǎn)，推動(dòng)后面的持續(xù)性學(xué)習(xí)活動(dòng)。該問(wèn)題情景為教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成服務(wù)，貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，把教學(xué)目標(biāo)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在邏輯聯(lián)系分解成若干關(guān)聯(lián)的，遞進(jìn)的，具體的子任務(wù)，然后把子任務(wù)轉(zhuǎn)化為問(wèn)題的形式呈現(xiàn)，形成一個(gè)有連貫的，層次的，結(jié)構(gòu)化的閉環(huán)問(wèn)題系統(tǒng)。解決問(wèn)題的過(guò)程強(qiáng)調(diào)學(xué)生為中心，教師的作用是引導(dǎo)、傳授方法與思路，而不是代替學(xué)生提出解決方案，課堂在一個(gè)個(gè)“為什么？”“怎么辦？”的思考與分析中不斷深化，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移與建構(gòu)，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)并培養(yǎng)科學(xué)思維能力。

二、基于問(wèn)題情景的結(jié)構(gòu)化分解

1.如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)？

間接測(cè)量電阻使用伏安法，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的歐姆定律知識(shí)尋求解決問(wèn)題的途徑，關(guān)鍵是滲透思維方法，建立一條收斂式的邏輯線。

確定解決測(cè)量電阻的思路后，接下來(lái)要確定具體實(shí)施辦法，即進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這是實(shí)施科學(xué)探究的關(guān)鍵能力之一。因?yàn)橛星懊鏆W姆定律實(shí)驗(yàn)的鋪墊，電流、電壓表的正確使用不成問(wèn)題，難點(diǎn)在于滑動(dòng)變阻器。比較多的學(xué)生設(shè)計(jì)的電路圖并不包含滑動(dòng)變阻器，部分學(xué)生加入了滑動(dòng)變阻器卻并沒(méi)有真正明白其作用。如何破局？要先明白為什么，再?zèng)Q定怎么做。同樣是基于問(wèn)題，教師提出“由于機(jī)械式儀表精度有限，且儀表讀數(shù)會(huì)出現(xiàn)誤差，測(cè)量一組U、I算出的R可能不準(zhǔn)確，為了減少誤差，需要多測(cè)幾組U、I，如何解決？”明確多測(cè)數(shù)據(jù)的目的所在，再帶著學(xué)生回歸課本，看滑動(dòng)變阻器一節(jié)關(guān)于利用滑動(dòng)變阻器改變電阻兩端電壓的實(shí)驗(yàn)，深化了知識(shí)間的相互聯(lián)系，水到渠成地引導(dǎo)出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)電路中加入滑動(dòng)變阻器。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格。

2.如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理？

科學(xué)思維培養(yǎng)目標(biāo)指出，要培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用觀察、分析、概括、判斷、推理等科學(xué)思維方法，從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面在相關(guān)問(wèn)題中找出規(guī)律、形成結(jié)論。可見，處理信息（數(shù)據(jù)），歸納形成結(jié)論是科學(xué)思維能力的重要部分。本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，教師并未在實(shí)驗(yàn)前提出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法而是留在了數(shù)據(jù)分析中一并呈現(xiàn)。目的就是讓學(xué)生面對(duì)真實(shí)數(shù)據(jù)，學(xué)會(huì)基于數(shù)據(jù)（事實(shí)），得出數(shù)據(jù)處理的辦法。

通過(guò)多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集，可以發(fā)現(xiàn)碳膜電阻數(shù)據(jù)基本不變，有個(gè)別數(shù)據(jù)略有變化。以此為事實(shí)基礎(chǔ)，提出為何出現(xiàn)這種情況？電阻以哪個(gè)為準(zhǔn)？分析可得是儀器和讀數(shù)造成的或高或低的誤差。為減少誤差，應(yīng)取平均值。

同樣是通過(guò)多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集，發(fā)現(xiàn)小燈泡電阻都在增大。教師提出問(wèn)題“是否也是由于實(shí)驗(yàn)誤差造成？”科學(xué)思維的定義中提到：“基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判”。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)（事實(shí)）進(jìn)行分析研判，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化幅度和各組數(shù)據(jù)的共同規(guī)律，檢驗(yàn)和修正結(jié)論，電阻的增大不可能是誤差造成的，小燈泡的電阻不是定值，不可用取平均值的方法處理數(shù)據(jù)。

3.數(shù)據(jù)變化規(guī)律的歸因？

“獲得結(jié)論并做出解釋”是科學(xué)思維能力評(píng)價(jià)的要點(diǎn)，也是科學(xué)思維能力水平的呈現(xiàn)。在得到“碳膜電阻阻值基本不變，小燈泡電阻隨電流電壓增大而增大”的規(guī)律基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行歸因。教師提示碳膜電阻主要成分是碳，燈絲主要成分是鎢，材料不同，有意識(shí)的引導(dǎo)學(xué)生斷電后，馬上用手試觸一下電阻和小燈泡，感受實(shí)驗(yàn)前后溫度的變化，讓學(xué)生基于證據(jù)再結(jié)合前面已學(xué)習(xí)的影響電阻的因素嘗試對(duì)結(jié)論并做出解釋。從感知具體事物的表象上升到理性歸因分析，科學(xué)思維能力得以訓(xùn)練與強(qiáng)化。還可以繼續(xù)提出問(wèn)題“若碳膜電阻兩端電壓為零，電流多少？阻值多少？”鞏固和加深了對(duì)歐姆定律及電阻性質(zhì)知識(shí)理解。

核心素養(yǎng)中科學(xué)思維水平劃分的高階要求指出“能考慮證據(jù)的可靠性”。結(jié)合到本節(jié)課，就是能做到對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性、合理性進(jìn)行評(píng)估。“評(píng)估”是義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于科學(xué)探究的七要素之一，正好結(jié)合實(shí)驗(yàn)評(píng)估訓(xùn)練高階的科學(xué)思維水平，例如，小燈泡電阻的測(cè)量中，由于本實(shí)驗(yàn)用了3節(jié)電池，學(xué)生覺(jué)得V表應(yīng)該接0-15V量程，但小燈泡額定電壓2.5V，用0-15V量程，會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差明顯增大，多數(shù)學(xué)生并沒(méi)發(fā)現(xiàn)不妥，可以通過(guò)這些點(diǎn)點(diǎn)滴滴的真實(shí)案例，一步一步培養(yǎng)學(xué)生評(píng)估的意識(shí)，從評(píng)估中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而提升科學(xué)思維。

【參考文獻(xiàn)】

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