探究PBL教學法在物理實驗教學中的應用

周云龍 韓海生 裴魏魏

【摘要】PBL 教學法強調“以問題”為中心、以“學習者”為中心、以“協作學習”為中心，有利于落實物理學科核心素養，為國家培養具有原始創新能力的人才.要在物理實驗教學中采用 PBL 教學法，須明確 PBL 教學法的內涵、問題設計的策略，以及實施過程中師生需注意的問題，不斷探索 PBL 教學法在物理實驗教學中的應用.

【關鍵詞】PBL 教學法;物理實驗教學;彈力

PBL（Problem-Based Learning）教學法即問題導向式教學法，它是以問題為中心展開，問題驅動學生獨立思考、驅動學生之間合作探究，學習隱含于問題背后的科學知識，形成解決問題的技能.分析與解決問題的過程又促使學生發現新的問題，幫助加深對知識的理解與應用 .

1? 問題設計的策略問題驅動式的互動以問題為載體，因此問題的設計十分關鍵，直接關系到課堂教學的效果和學生能力的培養.問題設置得好，能成為學生探究的指向標，有助于學生理解所學知識，不同層次地領會知識的本質[1].

1.1? 創設問題情境，激發探究欲望問題情境中充滿了豐富的信息，當它使學生沉思、聯想、想象時，學生將擁有源源不斷的學習動力，學習思維將實現由外在驅動向內在驅動的轉化.教師在實施問題驅動時，應注重問題呈現方式的設計，改變傳統問題直接呈現的方式，注重問題情境創設，借助情境自然地引出問題，激發學生物理學習的興趣與探索的動力，從而增強問題驅動效果.

1.2? 優化問題類型，擴大驅動效應問題類型也關系著問題設計的品質，只有設計出多種類型的問題，借助趣味化問題、探究性問題等，才能較好地激發學生參與問題探究的熱情，豐富學生學習體驗，讓問題驅動效應更加顯著.教師通過問題的有機連接，更有效地驅動學生的學習與探究，使學生經歷物理知識形成發展的全過程，引導學生進行高水平的物理思維活動.學生在與多元問題的有效互動中把陳述性知識變成程序性知識，在探究解決問題的實踐中提升思維品質，培養關鍵能力.

1.3? 設計追問問題，引發深度思考學生物理思維的發展離不開促使學生進行深度學習的問題，俗話說，趁熱打鐵，物理教學也是如此，應抓住有利的教學時機，通過及時的追問引領學生思維走向深入，這樣能夠順應學生探究熱情，讓學生始終保持較好的思維狀態，在問題追問中開展深度學習，促進學生對本節課內容進行系統化建構[2].

1.4? 簡單重塑物理教材，發展問題提出能力以簡單的方式重新塑造現有的物理教材，給學生提供了更多提出問題的機會，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、猜想等活動中被學生提出.這個“改造”過程并不困難，只需幾個簡單的方法就能夠完成.因此，教師可通過刪掉課本中關于現在具有的問題的設問部分，鼓勵學生主動地將問題提出.這種改造對教師來說所需的任務量比較少，難度也比較小[3].

2? 實施 PBL 物理實驗教學的要點

2.1? 轉變教師思想觀念

實施 PBL 教學對教師有很多要求.首先，教師需要改變物理教學的價值觀，認識到物理教學的目的不是呈現和記憶知識，而是滲透方法和過程;其次，教師要有創新意識和變革意識，愿意改變自己的角色——不再是傳統教學中“教學明星”的身份，而是能夠引導學生進入問題情境的引導者和啟蒙者;再次，作為問題情境的創造者，教師應該首先從高層次上看待物理本身，然后熟悉物理的知識體系、思維方式和研究方法;最后，教師要提前了解學生的生活經歷和與教學內容相關的知識儲備，以及學生對學科和教師的好惡情況等，找到課堂教學的有效切入點并漸進式地利用問題來拋磚引玉.

2.2? 學生學會擔當與反思

學生要懂得老師只是引導者，不能在課堂上過度依賴老師，要擔當起自己的責任.比如在問題情境中該打開思路的時候，絕對不能犯懶，要主動探索和發現問題.在和老師或同學討論時，不要只糾結于對錯，而是深入思考問題的內在邏輯.善于調取學會的知識和科學探究方法，主動應用于生活實際，并在應用中檢驗自己的知識所得.懂得反思，自己最了解自己的弱點，要通過反思將弱點梳理清楚，逐個解決.

遇到思考的問題無解的時候，學會求助于老師和同學.

2.3? 學生學會合作探究

學生應明確實驗探究的目的，學會與同學協商設計方案;在小組交流中，耐心傾聽他人的發言，清晰地表達自己的想法，使用討論的語氣與別人溝通.學會基于證據作出解釋，避免不必要的爭論;明確自己在小組內的分工，如材料員、記錄員、測量員等，明確各自的職責，帶著問題和責任參與小組實驗和探究，在完成個人任務的同時實現小組目標[4].小組可以合作使用實驗儀器和材料，學會資源共享;學生應學會觀察儀器，規范儀器的使用，觀察和記錄實驗現象和數據，并學會總結實驗結論.

2.4? 恰當使用問題驅動

恰當地運用問題驅動，要求教師不僅要通過問題來驅動來學生學習課程內容，而且要培養學生獨立發現和提出問題的能力.要避免過度引導學生，在提問之后應該給予學生適當的時間思考，真正用問題驅動學生思維變化，讓學生體會認知沖突的過程.否則，知識還是由老師轉述給學生的，學生不能形成獨特的自我感受和經驗總結，無法培養他們發現和提出問題的能力.

3? 實施 PBL 實驗教學設計——以“彈力”為例

3.1? 創設問題情境的導入，激發學生探究欲望

教師演示 展示一幅蹦床運動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作的？

設計說明 創設與彈力主題有關蹦床問題情境，使學生具有相應的問題意識，提升學生探究欲望從而導入新課.同時將“報國之志”的思政元素與物理內容有機聯通，發揮物理課程思政的育人優勢，使學生自覺向奧運冠軍朱雪瑩學習，激發學生為國爭光的責任感.

3.2? 師生、生生間有效的問題互動，步步深入“彈力”知識的學習

操作演示 1? 教師演示彈簧的拉伸和壓縮，讓學生觀察彈簧的變化情況.

問題 1? 彈簧發生了什么變化？ 手有什么感覺？

學生活動 觀察現象，自己用準備的彈簧操作體驗，思考并回答問題.

教師 點評學生的回答，順勢引出“形變”“彈性形變”的概念.

教師 讓學生進行小組討論，分享做實驗時手的感受，梳理感受并自主總結彈力的概念.

問題 2 彈簧可能被拉斷嗎？ 到什么程度會被拉斷？

學生活動 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彈簧，兩輛汽車幾乎同時開始發動，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，最后突然斷裂.視頻結束.

師生活動 共同總結分析，教師順勢點撥“彈性限度”的物理意義.

設計說明 教師以操作演示引導學生觀察物理現象，鼓勵學生動手操作，將知識點轉變成問題提問，引導學生自己理解并建構自己的知識體系，充分發揮學生的主體性，師生、生生間進行積極的問題互動，達到有效教學的效果.

3.3? 鼓勵學生猜想并提出問題，小組合作探究解決問題

問題3? 發揮你們的想象力，互相交流，能發現和提出關于彈力的哪些問題？

收集到學生的問題如下：

（1）如何測量彈力的大小？

（2）哪個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律可循？

教師 鼓勵學生推斷最先驗證哪個問題可以幫助解決其他問題.根據學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 每個小組都要制定計劃，或是實驗操作驗證問題，或是搜尋證據來回答問題.

教師活動 在學生制定探究計劃時，引導他們充分利用教材，之后傾聽他們的計劃并給予建議，讓各小組向全體同學說明他們的設想，同時其他同學可以現場評價這些計劃;各小組反思應對問題的過程并完善探究計劃.

接下來，三組同學分別行動.

問題（1）組：借助教室的多媒體教學設備，通過互聯網查閱測量彈力的方法及其原理.

問題（2）組：翻閱教材，找到“勁度系數”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的任務，教師安排他們加入到尚未結束的第三組中.

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

設計說明 鼓勵學生合理猜想、提出問題、設計方案并實施，培養學生的科學探究精神，形成物理學科核心素養.組織小組之間相互傾聽設想，讓他們交流討論，在討論中提升認識，完善方案.通過分組分頭搜尋信息、使用器材，觀察實驗現象來培養學生實驗驗證意識，培養學生的記錄統計和作圖能力，培養學生的角色擔當意識，提升團隊協作能力，讓學生感受科學本質，增強科學探究能力.

3.4? 以實驗數據和現象提問，培養學生科學探究能力及科學態度

問題 4? 結合記錄的數據和擬合曲線，你們可以得到什么規律？

學生活動 三個小組交流實驗結果及各自查閱到的資料，討論總結彈簧彈力與形變量的規律.

教師 請各個小組集中起來匯報和分享結果.

學生活動 分析圖象代表的意義，結合物理知識得出彈力和形變量之間有 F = kx 的規律，直線的斜率即 k 值.根據 F = kx 的規律推導，當拉伸量相同時，k 值越大的彈簧越費力， k 值小的彈簧較省力，證明 k 就是勁度系數.

師生 老師評價學生在實驗探究及小組合作中的表現，學生評價老師對問題的設置及在各環節引導中的表現，師生互提建議改進.

問題 5? F = kx 的規律適用于彈簧彈力和壓縮量之間的關系嗎？ 課下思考并設計方案求證.

設計說明 通過實驗數據和現象提問，引導學生基于證據進行分析總結并做出解釋.通過提問問題 5 ，讓學生帶著問題走出課堂，鼓勵學生課下完成壓縮實驗，培養學生科學嚴謹的精神.通過師生間共同的反思評價、真誠協商，不斷地進行反饋，解構不合理之處，使 PBL 教學經歷“實踐 — 反思 — 再實踐”的成長過程，不斷優化 PBL 教學.

4? 結語

在物理實驗教學中實施 PBL 教學法，通過相互關聯且有效的問題將學生的活動、思維聯系起來，鼓勵學生提出問題、合理猜想、合作探究、解決問題，引導學生經歷從發現問題始到解決問題中的科學探究過程，培養學生的直覺思維、實驗驗證意識、團隊協作能力和角色擔當意識.真正地用問題貫通知識學習、能力培養的內在脈絡，讓學生在分析解決問題的實踐中啟智增慧、敦品礪行，真正學深悟透，落實物理學科素養，真正地為達成“立德樹人”根本任務貢獻物理力量.

參考文獻：

[1]吳敏.以“核心問題”為驅動，提升學生物理學習力[J].教育藝術，2021 ， No.322（10）： 33.

[2]史功山.“問題驅動”引領深度數學學習[J].基礎教育論壇，2021（30）： 98-99.

[3]王嶸，蔡金法.問題提出：從課程設計到課堂實踐[J].課程.教材.教法， 2020 ， 40（01）： 90-96.

[4]趙樹青.優化小組合作學習方式在實驗探究教學中的效能[J].中學物理， 2013 ， 31（12）： 22-23.

[5]常克義.關于胡克定律演示實驗的改進研究[J].中國教育技術裝備，2016（09）： 143-144.