探究PBL教學(xué)法在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

周云龍 韓海生 裴魏魏

【摘要】PBL 教學(xué)法強(qiáng)調(diào)“以問題”為中心、以“學(xué)習(xí)者”為中心、以“協(xié)作學(xué)習(xí)”為中心，有利于落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)，為國家培養(yǎng)具有原始創(chuàng)新能力的人才.要在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用 PBL 教學(xué)法，須明確 PBL 教學(xué)法的內(nèi)涵、問題設(shè)計(jì)的策略，以及實(shí)施過程中師生需注意的問題，不斷探索 PBL 教學(xué)法在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用.

【關(guān)鍵詞】PBL 教學(xué)法;物理實(shí)驗(yàn)教學(xué);彈力

PBL（Problem-Based Learning）教學(xué)法即問題導(dǎo)向式教學(xué)法，它是以問題為中心展開，問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生獨(dú)立思考、驅(qū)動(dòng)學(xué)生之間合作探究，學(xué)習(xí)隱含于問題背后的科學(xué)知識(shí)，形成解決問題的技能.分析與解決問題的過程又促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)新的問題，幫助加深對(duì)知識(shí)的理解與應(yīng)用 .

1? 問題設(shè)計(jì)的策略問題驅(qū)動(dòng)式的互動(dòng)以問題為載體，因此問題的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，直接關(guān)系到課堂教學(xué)的效果和學(xué)生能力的培養(yǎng).問題設(shè)置得好，能成為學(xué)生探究的指向標(biāo)，有助于學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)，不同層次地領(lǐng)會(huì)知識(shí)的本質(zhì)[1].

1.1? 創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)探究欲望問題情境中充滿了豐富的信息，當(dāng)它使學(xué)生沉思、聯(lián)想、想象時(shí)，學(xué)生將擁有源源不斷的學(xué)習(xí)動(dòng)力，學(xué)習(xí)思維將實(shí)現(xiàn)由外在驅(qū)動(dòng)向內(nèi)在驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)化.教師在實(shí)施問題驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)注重問題呈現(xiàn)方式的設(shè)計(jì)，改變傳統(tǒng)問題直接呈現(xiàn)的方式，注重問題情境創(chuàng)設(shè)，借助情境自然地引出問題，激發(fā)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的興趣與探索的動(dòng)力，從而增強(qiáng)問題驅(qū)動(dòng)效果.

1.2? 優(yōu)化問題類型，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)效應(yīng)問題類型也關(guān)系著問題設(shè)計(jì)的品質(zhì)，只有設(shè)計(jì)出多種類型的問題，借助趣味化問題、探究性問題等，才能較好地激發(fā)學(xué)生參與問題探究的熱情，豐富學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)，讓問題驅(qū)動(dòng)效應(yīng)更加顯著.教師通過問題的有機(jī)連接，更有效地驅(qū)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)與探究，使學(xué)生經(jīng)歷物理知識(shí)形成發(fā)展的全過程，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行高水平的物理思維活動(dòng).學(xué)生在與多元問題的有效互動(dòng)中把陳述性知識(shí)變成程序性知識(shí)，在探究解決問題的實(shí)踐中提升思維品質(zhì)，培養(yǎng)關(guān)鍵能力.

1.3? 設(shè)計(jì)追問問題，引發(fā)深度思考學(xué)生物理思維的發(fā)展離不開促使學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的問題，俗話說，趁熱打鐵，物理教學(xué)也是如此，應(yīng)抓住有利的教學(xué)時(shí)機(jī)，通過及時(shí)的追問引領(lǐng)學(xué)生思維走向深入，這樣能夠順應(yīng)學(xué)生探究熱情，讓學(xué)生始終保持較好的思維狀態(tài)，在問題追問中開展深度學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)本節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)化建構(gòu)[2].

1.4? 簡(jiǎn)單重塑物理教材，發(fā)展問題提出能力以簡(jiǎn)單的方式重新塑造現(xiàn)有的物理教材，給學(xué)生提供了更多提出問題的機(jī)會(huì)，將課堂中的一些問題改造為新問題，這樣很有意義，且趣味性的問題就可以在更多的探究、猜想等活動(dòng)中被學(xué)生提出.這個(gè)“改造”過程并不困難，只需幾個(gè)簡(jiǎn)單的方法就能夠完成.因此，教師可通過刪掉課本中關(guān)于現(xiàn)在具有的問題的設(shè)問部分，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)地將問題提出.這種改造對(duì)教師來說所需的任務(wù)量比較少，難度也比較小[3].

2? 實(shí)施 PBL 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要點(diǎn)

2.1? 轉(zhuǎn)變教師思想觀念

實(shí)施 PBL 教學(xué)對(duì)教師有很多要求.首先，教師需要改變物理教學(xué)的價(jià)值觀，認(rèn)識(shí)到物理教學(xué)的目的不是呈現(xiàn)和記憶知識(shí)，而是滲透方法和過程;其次，教師要有創(chuàng)新意識(shí)和變革意識(shí)，愿意改變自己的角色——不再是傳統(tǒng)教學(xué)中“教學(xué)明星”的身份，而是能夠引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入問題情境的引導(dǎo)者和啟蒙者;再次，作為問題情境的創(chuàng)造者，教師應(yīng)該首先從高層次上看待物理本身，然后熟悉物理的知識(shí)體系、思維方式和研究方法;最后，教師要提前了解學(xué)生的生活經(jīng)歷和與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)儲(chǔ)備，以及學(xué)生對(duì)學(xué)科和教師的好惡情況等，找到課堂教學(xué)的有效切入點(diǎn)并漸進(jìn)式地利用問題來拋磚引玉.

2.2? 學(xué)生學(xué)會(huì)擔(dān)當(dāng)與反思

學(xué)生要懂得老師只是引導(dǎo)者，不能在課堂上過度依賴?yán)蠋?，要?dān)當(dāng)起自己的責(zé)任.比如在問題情境中該打開思路的時(shí)候，絕對(duì)不能犯懶，要主動(dòng)探索和發(fā)現(xiàn)問題.在和老師或同學(xué)討論時(shí)，不要只糾結(jié)于對(duì)錯(cuò)，而是深入思考問題的內(nèi)在邏輯.善于調(diào)取學(xué)會(huì)的知識(shí)和科學(xué)探究方法，主動(dòng)應(yīng)用于生活實(shí)際，并在應(yīng)用中檢驗(yàn)自己的知識(shí)所得.懂得反思，自己最了解自己的弱點(diǎn)，要通過反思將弱點(diǎn)梳理清楚，逐個(gè)解決.

遇到思考的問題無解的時(shí)候，學(xué)會(huì)求助于老師和同學(xué).

2.3? 學(xué)生學(xué)會(huì)合作探究

學(xué)生應(yīng)明確實(shí)驗(yàn)探究的目的，學(xué)會(huì)與同學(xué)協(xié)商設(shè)計(jì)方案;在小組交流中，耐心傾聽他人的發(fā)言，清晰地表達(dá)自己的想法，使用討論的語氣與別人溝通.學(xué)會(huì)基于證據(jù)作出解釋，避免不必要的爭(zhēng)論;明確自己在小組內(nèi)的分工，如材料員、記錄員、測(cè)量員等，明確各自的職責(zé)，帶著問題和責(zé)任參與小組實(shí)驗(yàn)和探究，在完成個(gè)人任務(wù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)小組目標(biāo)[4].小組可以合作使用實(shí)驗(yàn)儀器和材料，學(xué)會(huì)資源共享;學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)觀察儀器，規(guī)范儀器的使用，觀察和記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，并學(xué)會(huì)總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

2.4? 恰當(dāng)使用問題驅(qū)動(dòng)

恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用問題驅(qū)動(dòng)，要求教師不僅要通過問題來驅(qū)動(dòng)來學(xué)生學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，而且要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)和提出問題的能力.要避免過度引導(dǎo)學(xué)生，在提問之后應(yīng)該給予學(xué)生適當(dāng)?shù)臅r(shí)間思考，真正用問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生思維變化，讓學(xué)生體會(huì)認(rèn)知沖突的過程.否則，知識(shí)還是由老師轉(zhuǎn)述給學(xué)生的，學(xué)生不能形成獨(dú)特的自我感受和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，無法培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)和提出問題的能力.

3? 實(shí)施 PBL 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)——以“彈力”為例

3.1? 創(chuàng)設(shè)問題情境的導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生探究欲望

教師演示 展示一幅蹦床運(yùn)動(dòng)員朱雪瑩的比賽圖片，提出問題：朱雪瑩是如何利用蹦床的彈力被反彈到空中并完成一系列高難度動(dòng)作的？

設(shè)計(jì)說明 創(chuàng)設(shè)與彈力主題有關(guān)蹦床問題情境，使學(xué)生具有相應(yīng)的問題意識(shí)，提升學(xué)生探究欲望從而導(dǎo)入新課.同時(shí)將“報(bào)國之志”的思政元素與物理內(nèi)容有機(jī)聯(lián)通，發(fā)揮物理課程思政的育人優(yōu)勢(shì)，使學(xué)生自覺向奧運(yùn)冠軍朱雪瑩學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生為國爭(zhēng)光的責(zé)任感.

3.2? 師生、生生間有效的問題互動(dòng)，步步深入“彈力”知識(shí)的學(xué)習(xí)

操作演示 1? 教師演示彈簧的拉伸和壓縮，讓學(xué)生觀察彈簧的變化情況.

問題 1? 彈簧發(fā)生了什么變化？ 手有什么感覺？

學(xué)生活動(dòng) 觀察現(xiàn)象，自己用準(zhǔn)備的彈簧操作體驗(yàn)，思考并回答問題.

教師 點(diǎn)評(píng)學(xué)生的回答，順勢(shì)引出“形變”“彈性形變”的概念.

教師 讓學(xué)生進(jìn)行小組討論，分享做實(shí)驗(yàn)時(shí)手的感受，梳理感受并自主總結(jié)彈力的概念.

問題 2 彈簧可能被拉斷嗎？ 到什么程度會(huì)被拉斷？

學(xué)生活動(dòng) 猜想并小組討論.

教師播放視頻 有兩輛靜止的方向相反的汽車，在兩輛汽車的車尾之間系了一個(gè)彈簧，兩輛汽車幾乎同時(shí)開始發(fā)動(dòng)，分別朝相反的方向緩慢行駛.彈簧隨汽車的行駛被逐漸拉長(zhǎng)，最后突然斷裂.視頻結(jié)束.

師生活動(dòng) 共同總結(jié)分析，教師順勢(shì)點(diǎn)撥“彈性限度”的物理意義.

設(shè)計(jì)說明 教師以操作演示引導(dǎo)學(xué)生觀察物理現(xiàn)象，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手操作，將知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)變成問題提問，引導(dǎo)學(xué)生自己理解并建構(gòu)自己的知識(shí)體系，充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，師生、生生間進(jìn)行積極的問題互動(dòng)，達(dá)到有效教學(xué)的效果.

3.3? 鼓勵(lì)學(xué)生猜想并提出問題，小組合作探究解決問題

問題3? 發(fā)揮你們的想象力，互相交流，能發(fā)現(xiàn)和提出關(guān)于彈力的哪些問題？

收集到學(xué)生的問題如下：

（1）如何測(cè)量彈力的大??？

（2）哪個(gè)物理概念是來定義不同彈簧間的“軟”“硬”？

（3）彈簧彈力與形變量之間有沒有規(guī)律可循？

教師 鼓勵(lì)學(xué)生推斷最先驗(yàn)證哪個(gè)問題可以幫助解決其他問題.根據(jù)學(xué)生各自的推斷分成不同的小組，例如問題（1）組，問題（2）組，問題（3）組.

教師 每個(gè)小組都要制定計(jì)劃，或是實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)證問題，或是搜尋證據(jù)來回答問題.

教師活動(dòng) 在學(xué)生制定探究計(jì)劃時(shí)，引導(dǎo)他們充分利用教材，之后傾聽他們的計(jì)劃并給予建議，讓各小組向全體同學(xué)說明他們的設(shè)想，同時(shí)其他同學(xué)可以現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)這些計(jì)劃;各小組反思應(yīng)對(duì)問題的過程并完善探究計(jì)劃.

接下來，三組同學(xué)分別行動(dòng).

問題（1）組：借助教室的多媒體教學(xué)設(shè)備，通過互聯(lián)網(wǎng)查閱測(cè)量彈力的方法及其原理.

問題（2）組：翻閱教材，找到“勁度系數(shù)”是定義不同彈簧軟硬的物理量.

前兩組較早完成查閱資料和搜尋證據(jù)的任務(wù)，教師安排他們加入到尚未結(jié)束的第三組中.

問題（3）組：畫出如圖 1 所示的原理圖.用彈簧自然伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度標(biāo)記原點(diǎn)位置，建立水平方向?yàn)?F軸、豎直方向?yàn)?x 軸的直角坐標(biāo)系;在 F 軸方向上設(shè)立等距懸掛點(diǎn)，帶有鉤碼的彈簧被分別掛在每個(gè)懸掛點(diǎn)上，之后在坐標(biāo)紙上畫點(diǎn)并做出擬合曲線[5].

設(shè)計(jì)說明 鼓勵(lì)學(xué)生合理猜想、提出問題、設(shè)計(jì)方案并實(shí)施，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神，形成物理學(xué)科核心素養(yǎng).組織小組之間相互傾聽設(shè)想，讓他們交流討論，在討論中提升認(rèn)識(shí)，完善方案.通過分組分頭搜尋信息、使用器材，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的記錄統(tǒng)計(jì)和作圖能力，培養(yǎng)學(xué)生的角色擔(dān)當(dāng)意識(shí)，提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，讓學(xué)生感受科學(xué)本質(zhì)，增強(qiáng)科學(xué)探究能力.

3.4? 以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象提問，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力及科學(xué)態(tài)度

問題 4? 結(jié)合記錄的數(shù)據(jù)和擬合曲線，你們可以得到什么規(guī)律？

學(xué)生活動(dòng) 三個(gè)小組交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果及各自查閱到的資料，討論總結(jié)彈簧彈力與形變量的規(guī)律.

教師 請(qǐng)各個(gè)小組集中起來匯報(bào)和分享結(jié)果.

學(xué)生活動(dòng) 分析圖象代表的意義，結(jié)合物理知識(shí)得出彈力和形變量之間有 F = kx 的規(guī)律，直線的斜率即 k 值.根據(jù) F = kx 的規(guī)律推導(dǎo)，當(dāng)拉伸量相同時(shí)，k 值越大的彈簧越費(fèi)力， k 值小的彈簧較省力，證明 k 就是勁度系數(shù).

師生 老師評(píng)價(jià)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究及小組合作中的表現(xiàn)，學(xué)生評(píng)價(jià)老師對(duì)問題的設(shè)置及在各環(huán)節(jié)引導(dǎo)中的表現(xiàn)，師生互提建議改進(jìn).

問題 5? F = kx 的規(guī)律適用于彈簧彈力和壓縮量之間的關(guān)系嗎？ 課下思考并設(shè)計(jì)方案求證.

設(shè)計(jì)說明 通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象提問，引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)并做出解釋.通過提問問題 5 ，讓學(xué)生帶著問題走出課堂，鼓勵(lì)學(xué)生課下完成壓縮實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木?通過師生間共同的反思評(píng)價(jià)、真誠協(xié)商，不斷地進(jìn)行反饋，解構(gòu)不合理之處，使 PBL 教學(xué)經(jīng)歷“實(shí)踐 — 反思 — 再實(shí)踐”的成長(zhǎng)過程，不斷優(yōu)化 PBL 教學(xué).

4? 結(jié)語

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)施 PBL 教學(xué)法，通過相互關(guān)聯(lián)且有效的問題將學(xué)生的活動(dòng)、思維聯(lián)系起來，鼓勵(lì)學(xué)生提出問題、合理猜想、合作探究、解決問題，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷從發(fā)現(xiàn)問題始到解決問題中的科學(xué)探究過程，培養(yǎng)學(xué)生的直覺思維、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和角色擔(dān)當(dāng)意識(shí).真正地用問題貫通知識(shí)學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)的內(nèi)在脈絡(luò)，讓學(xué)生在分析解決問題的實(shí)踐中啟智增慧、敦品礪行，真正學(xué)深悟透，落實(shí)物理學(xué)科素養(yǎng)，真正地為達(dá)成“立德樹人”根本任務(wù)貢獻(xiàn)物理力量.

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