基于问题的学习（PBL）在高中物理实验专题复习课的应用——以人教版高中物理必修Ⅰ“探究加速度与力、质量的关系”为例

左祥胜

（江苏省宿迁中学，江苏 宿迁 223800）

建构主义学习观强调学习不简单是知识由外到内的转移和传递，而是学习者主动地建构自己的知识经验过程，即通过新经验与原有知识经验的双向的相互作用，来充实、丰富和改造自已的知识经验.在整个教学过程中，以学生为中心，教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的.“基于问题的学习”（problem-based learning，简称PBL）是随着建构主义思潮的影响而发展起来的一种新型教学模式和学习方法.其主要特征是以问题为导向，学习者为中心，教师指导、小组合作的一种教学方式.通过把学习置于复杂的、有意义的问题情境中，让学习者以小组合作的形式共同解决复杂的、实际的真实的问题，来学习隐含于问题背后的科学知识，发展解决问题能力的一种教学模式.其旨在通过引导学习者解决复杂的实际生活中的问题，使学习者建构宽广而灵活的知识基础，从而培养和激发学习者内部的学习动机，发展有效的问题解决能力、合作能力、自主学习和终生学习的能力.

1 实验专题复习课的特点

首先，学生对基本的实验内容已经学过，这为学生自主学习整合知识奠定了基础，但对已有知识的简单重现缺少兴趣，学习的积极性不高；其次，高三复习阶段很难安排充足的时间给学生进实验室进行具体的操作和探究.因此，在实验复习课的设计上我们必须多动脑筋，多花心思，要改变纸上谈兵的现状.要立足教材，让学生领悟教材的编写意图，引导学生从基本原理入手，理解教材中实验思想和实验方法.同时，要从学生的实际情况出发，弄清学生对一部分知识的认知障碍，抓住学生学习中存在的问题，特别是学生错误原因和学生真实的困难.通过创设有效的问题情境，以“问题”为线索，把学习设置到有意义、真实的问题情境中去.让学生在问题情境中提高学习的热情，在问题解决中掌握知识，从而将已学过的知识形成网络，提高分析问题、解决问题的能力.

2 实验专题复习课教学设计

2.1 教学内容分析

本专题是在学生高一学习的基础上，努力让学生体会探究的实质.一要学生明确通过控制变量法探究加速度与力、质量的定量关系的实验方法和注意事项；二要从有利于减小误差角度进行分析采取图像法处理数据的必要性；三要从简单、方便的原则体会安排打点计时器进行实验和测量加速度的可行性；四要在真正掌握现有知识基础上有一定的迁移能力.

2.2 教学目标定位

（1）理解探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性.

（2）理解实验思路的合理性，以及用图像处理实验数据的有效性.

（3）经历实验的操作和测量过程，以及通过图像处理实验数据的过程，体现如何平衡阻力、减小系统误差的操作方法.

（4）体会整个探究过程的科学严谨和合理性.

2.3 教学实施过程

师：同学们，今天我们来复习实验“探究加速度与力、质量的关系”，下面我们一起来回忆这个实验.

问题1（师）：请同学们回忆，完成本实验通常需要哪些实验器材？

生1：电磁打点计时器、复写纸片和纸带、一端有定滑轮的长木板、小车、小盘、低压交流电源、天平、砝码、刻度尺、导线等.

生2（补充）：也可以用电火花计时器，当然此时电源为220V交变电流.

天葬台上，天葬师正一点点直起身子，手中的天葬刀，一缕鲜血正慢慢地洇入刀身，在亮起一阵红芒之后，鲜血已消失无踪。他低头望了眼插在胸前的半截节足，伸手握住，猛力一拔，那节足便从天葬台和他的体内拔出。

生3（补充）：还可以采用图1所示的装置来验证加速度与力、质量的关系，此时对加速度的测量需要通过转化为对位移的测量.

图1

师：生1、生2、生3都说得很好，知识掌握得很巩固，特别是生3，为我们探究加速度与力、质量关系提供了行之有效的另外一种方法.

师：基于简单、方便的原则，现在，实验室给每个学习小组按照生1所要求的实验器材提供了实验器材，请各个学习小组按照实验操作规范组装实验仪器，并认真思考实验过程中要注意哪些事项？并说出为什么要求这样做.

图2

生4（举手，请求上黑板）：在黑板上画出实验原理图（图2），并说出了实验注意事项.

（1）平衡摩擦力，使小车在不挂小桶和沙的情况下，能沿木板做匀速运动.

（2）每次释放小车时，应靠近打点计时器；且先接通打点计时器，后释放小车.

（3）每次小车快接近定滑轮时，用手按住小车，以免撞坏定滑轮.

（4）无论是保持小车质量还是沙和沙桶质量不变时，都要多取几组数据.

师：生4说得很好，其他学习小组有补充的吗？

问题2（生5）：我有一个问题，做实验时，为什么要求小车和砝码的总质量（M）要远大于沙和沙桶的总质量（m）之和.

师：生5提的问题很有代表性，这时要解决的就是如何给小车提供恒力.这涉及对小车、小车所受到的合外力F（绳子对小车水平方向的拉力）与沙和小桶所受的重力之间的关系.

问题3（师）：为什么要求M≫m？哪个学习小组来帮助生4解决这个问题？

生6：我们小组通过讨论后一致认为，小车所受到的拉力（F）与小车所挂的沙和沙桶的所受到的重力（重物的重力mg＝F）的情形是不一样的，后者沙和沙桶与小车一道运动、本身也要产生加速度，绳子对小车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.对小车而言：

师：生6通过数学表达式消除了我们的疑惑，分析很到位.同学们掌声鼓励.同学们还有问题吗？

师：这个问题也非常有代表性，我们平时在处理问题时也会犯同样错误，谁能回答生7的困惑呢？

图3

图4

图5

师：生9是学习有心人，尊重实验数据，没有放过作图的任何一个小细节，值得我们学习.同学们，你们在做处理数据时遇到类似的情形吗？请各学习小组讨论，我们共同解决？

生10：我们小组讨论后认为，应该与M和m有关，至于为什么后来线弯曲，我们也没有弄明白.

师：生10分析的思路是正确的，下面我们沿着这个思路走下去，有

问题6（师）：结合我们高中物理所学知识，请同学们思考本实验器材还可以从哪些方面进行改进与创新？请同学们各抒已见.

生11：可以用气垫导轨代替长木板，调节气垫导轨水平后就不用平衡摩擦力了.

生12：可以用光电门（两个）来做实验，通过测量两个光电门之间的距离L和滑块通过两个光电门间的时间、进而计算出速度v，这样就可以计算出加速度a.

生13：老师，我认为可以在连接小车和沙桶细绳间加上力传感器，可以直接测量施加在小车上的合外力，此时，就不需要M≫m.

师（总结）：刚才同学们讨论得很激烈，也很有想法，上述几种方法都是可行的.随着科技的发展、时代的进步，我们一定会有更多更先进的测量方法，但是最基本实验思想，实验方法是相同的，是永恒不变的.

问题7（师）：（思考题）请同学们课后结合高中物理所学知识（可以上网查阅资料），本实验装置除了能探究加速度与力、质量之间的关系外，还可以做哪些实验？

总之，基于问题的学习（PBL）的教学模式给物理实验专题复习课开辟了一条新方法、新思路.只要我们从教学目标的定位、学习的切入点、师生关系及课堂组织形式进行思考与有效预设，充分发挥学生主体地位，必将有助于提高学生的综合素质，培养学生创新、合作和迁移能力，发展学生的学科基本观念.

1 李葆春.“基于问题的学习”的教学模式［J］.重庆科技学院学报：社会科学版，2009（11）：225－226.

2 李展华，陈晓明.高三实验复习应如何有效开展［J］.教学实验与仪器，2013，29（12）：44－48.

3 廖伯琴.物理教育学［M］.北京：高等教育出版社，2012.

4 物理课程教材研究开发中心.物理（必修Ⅰ）教师教学用书［M］.北京：人民教育出版社，2009.