PBL 教学模式在大学物理教学中的探索

唐淑红

(湖南人文科技学院 物理与信息工程系，湖南 娄底 417000)

构建和应用何种教学模式进行有效教学，是我国高等学校本科教育研究领域中一个重要的问题。目前，高校教学实践改革力度还不是很大，同当前全国正在进行的轰轰烈烈的基础教育改革形成了鲜明的对比。高等教育如何更好地与基础教育接轨，如何培养社会所需要的具有独立学习、思考与解决问题能力的创新人才，值得深思。

就目前来看，在大学物理教学中，传统的教学模式依然是主流，对学生发现和探索问题的能力引导不够，缺乏对学生问题意识的培养。课堂上主要以教师讲授为主，授课教师是教学活动的中心，学生处于被动接受知识的地位，整个教学过程基本上是教师的独角戏。另外，在学业评价方面，强调学生的考试成绩，忽视对学生学习过程的评价，导致学生把学习的重点放在应付期末考试上，使得培养出来的学生缺乏发现、分析、解决问题的能力，很难将自己所学的知识用于解决实际问题。“基于问题学习(Problem-Based Learning，以下简称PBL)的教学模式”值得我们思考与实践。

一 PBL 教学模式

PBL 教学模式是在建构主义、“认识—发现”学习及人本主义学习等理论基础上，构建的以注重培养学生发现、分析、解决问题能力的教学模式，强调学生在学习中的主体地位，是一种以学习者为中心的教学模式。“基于问题的学习”是以问题为核心，让学生围绕问题展开知识建构过程，以此过程促进学生灵活地掌握基础知识，发展高层次的思维技能、解决问题的能力及自主学习的能力［1］。

最早开发和研究PBL 教学模式的是美国医学教授霍华德·巴罗斯。在国外，世界范围内的高校都在不同程度上对PBL 教学模式进行尝试［2］，应用广度不断扩展，从医学院研究生教育的PBL模式推广到其它学科领域，将适用于精英教育的PBL 模式推广到非精英的常规教育等。研究者对把PBL 教学模式运用于不同教育阶段、不同地域文化情境等领域进行了实验、创新、总结和反思，绝大多数学者认为PBL 教学模式比传统教学模式更具有优越性，但仍需不断发展和完善。

在我国，PBL 教学模式研究历史还比较短，其研究内容主要是“基于问题学习”模式的理论基础、介绍和说明，“基于问题学习”在网络环境中、在基础教育中各学科教学以及医学院中的应用。在高校中，PBL 在医学领域人才培养中的应用取得了一定的成效。但在其它领域中对PBL 的研究还比较薄弱，尤其是实证研究力度不大。为此，在大学物理教学中，我们尝试选取力、热、电篇章中的部分内容进行PBL 教学实践研究，取得了一定的成效。下面以力学中的“刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律”为例作简要介绍。

二 案例

(一)教学目标

知识目标：掌握刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律，并能应用其解释实际问题。

能力目标：培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，培养学生自主学习、合作探究的能力，培养学生的表达能力。

情感目标：激发学生学习物理的兴趣，让学生在学习过程中体验成功的快乐，培养学生的自信心。

(二)创设问题情境，描述问题

情境一：首先请一位学生坐在茹可夫斯基转椅上，两手各握一只哑铃，平举双臂，并使他与转椅一道以一定的角速度旋转，然后放下两臂，要求学生观察平举双臂和放下双臂时人与转椅转动的快慢是否相同。

情境二：播放一段优美的花样滑冰，运动员在加速旋转时双臂是收拢的，停止转动时，双臂是打开的。

情境三：播放跳水运动员跳水的过程，在空中翻转时，运动员的臂和腿是蜷缩的，接近水面时，他的臂和腿是伸直的。

在这样的情境中，学生提出了诸如以下种种问题：平举双臂和放下双臂时转椅转动快慢为什么不同？为什么两手要握哑铃，不握哑铃，会怎样？花样滑冰运动员怎样才能不依靠外界的帮助，使自身的转速随着音乐的节奏时快时慢？跳水运动员在接近水面时，必须伸直臂和腿吗？如果没来得及伸直，对他的成绩会有影响吗？为保证运动员的安全，对水池的深度有什么要求？这些问题有些可以用原来的知识解决，有些则不行。

这一过程，使学生在建构和重构已有知识的过程中，发现已有知识无法解释现象或问题时，会意识到自己知识的欠缺，就必然会产生学习的内部动机。

(三)分析和讨论问题

各小组列出了解决问题的所需知识：角速度，角加速度，角量和线量的关系，力矩、转动惯量的概念，刚体的定轴转动定律，角动量的概念，质点运动学和动力学相关知识，并把质点的运动和刚体的定轴转动作对比分析。教师引导学生从已学过的刚体对定轴的角动量入手，利用数学工具找出理论依据，再进一步解释提出的问题。

讨论中我们发现，学生可以推导出角动量定理和角动量守恒定律，但在利用定律解释现象时存在问题。比如在讨论“为什么两手要握哑铃”时，暴露出学生对转动惯量概念的理解有问题，不清楚质量的分布对转动惯量的影响；还有的学生没有从物理意义上理解定律，而单纯从数学的角度考虑，还不能将抽象的物理规律具体化。

(四)展示、总结与反思

每个小组推荐自己的代表上台进行展示、总结，讲解他们对提出问题的探究过程及结果。对角动量定理和角动量守恒定律学生采用了讲解、图表文字的方法。对茹可夫斯基转椅实验中为什么两手要握哑铃，采用了实验体验的方法。同时提出了其他问题，如能否自己控制转椅的转动和停止，并提出了设计方案，即用一个可以绕轴转动的轮子，先让轮子转起来，再手握这个转轮坐在茹可夫斯基转椅上，通过改变轴的方向来使自己转动或停止，并进行了试验验证。

这一阶段，各小组对问题结果、知识重建、知识建构所采用的方法等进行了总结。这样的展示、总结活动一方面增强了学生对问题的理解程度，另一方面可以用来评价学生对有关内容的掌握水平、小组成员的合作探究精神和表达能力。

三 教学实践总结

我们选取了刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律、理想气体的压强、电磁感应定律等内容为例，实施了PBL 教学，现总结如下。第一，教师在教学过程中，首先要了解学生头脑中的前概念，并根据学生的实际情况制定合适的教学目标，不但要注重知识目标和能力目标，也要注重情感体验、价值观目标，让学生在学习过程中体验成功的喜悦，感受到自身的价值，培养学生的团队协作精神。第二，设计的问题情境要来自于生活实际，这样才能有效地激发学生探究和解决问题的学习动机。第三，重视讨论、展示、总结与反思。我们发现讨论会促使学生找出解决问题的相关知识点，还能够相互激活小组成员原本难以提取的信息，建立已有知识和所需知识的联系，梳理相关信息。由于不同学生的知识、思维、各种能力等存在差异性，对问题的解释是多样的，因此经过多次交流、启发、批判，学生会对知识进行重新建构，加深对问题理解的深度，能够形成有说服力、合理的问题解释。展示、总结与反思有助于学生概括和理解新知识的应用情境，能拓宽学生的研究思路，深化理解知识，保证知识建构的持久性和稳固性，有利于培养学生的创新能力。第四，我们对学生进行了问卷调查，调查结果显示有62.34%的学生在学习过程中遇到问题时，愿意参与同学间的讨论，有63.64%的学生对课上教师提出的问题进行了积极思考，有61.04%的学生喜欢教师的教学方法，这些数据都说明大部分学生喜欢以合作讨论的方式解决问题，对师生提出的问题采取了积极的态度，也认可这样的教学模式。

当然，也存在一些问题，比如有些同学没有真正参与，问卷调查显示有9.09%的学生在学习过程中遇到问题时听之任之。有些学生课前预习应付了事，课堂讨论当看客，合作探究事不关己，展示提升不敢上台。还有些同学性格内向，在小组讨论中沉默不语。为此，教师必须想方设法激励这些学生自愿参与讨论，要营造一种令学生无所顾虑的环境，要使学生感受到成功的喜悦，自己的价值。另外，实施PBL 教学对教师提出了更高的要求，要求教师具备全面的学科知识，对学生提出的问题要有预见性，要有很强的应变能力；同时，教师要对知识学习的结果、学习的过程、学生的问题解决能力、反思的过程等进行评价，评价要把握好尺度。再者，教学课时不足，教学班级过大也会影响教学效果。这些都是我们在下一步教学实践中要继续研究解决的问题。

随着我国高等教育改革的深入，各高校都在积极探索新的课堂教学模式，努力提升课堂效率和教学质量。在PBL 教学改革过程中，我们必须把教育教学理论运用到日常教学当中，做一些教学改革的尝试，从实践中发现问题，解决问题，为高校的有效教学提供一定的理论和实践指导。

［1］刘儒德.问题式学习：一条集中体现建构主义思想的教学改革思路［J］.教育理论与实践，2001，21(5)：53－56.

［2］DELIS R.问题导向学习在课堂教学中的运用［M］.方彤，译.北京：中国轻工业出版社，2004：10－55.