基于问题的学习在高中物理习题课教学的应用

邱春燕

摘   要：以2019版鲁科版必修一第二章的“匀变速直线运动的规律及应用”一课为例，讨论了如何在习题课教学应用PBL，从而探索习题课教学模式的升级转型，通过激发学生的学习兴趣，唤醒学生学习的主体意识，提升学生构建模型分析解决实际问题的能力，落实学科核心素养。

关键词：PBL 基于问题的学习;习题课教学;匀变速直线运动的规律及应用

在传统的习题课教学中，我们选取的问题常常是理想化的、简单化的模型，教师扮演着权威的传授者的角色，而学生则处于被动、单方面接收的状态。这就极大地削弱了学生学习的积极性和主动性，降低了教与学的效率，给老师和学生都带来了“教不下去、听不进去、物理好无趣”的困扰。而基于问题的学习（Problem Based Learning以下简称PBL）则是以学生为主，在教师的参与和引导下，围绕某一问题按“生活实际——物理建模——案例分析——讨论交流——归纳总结”进行学习。这一教学程序最大限度地促使学生积极参与教学活动，并最终解决问题，让学生变被动为主动，做到真正的学习。以“匀变速直线运动的规律及应用”习题课为例，讨论一线教学过程中如何以应用PBL理念进行教学设计。

1  组建小组，提出问题，激发学生的好奇心和求知欲

PBL的一般过程是：组织一个新的学习小组——开始一个新的问题——后续行动——展示成果——解决问题之后进行反思。我在进行本节课的教学设计时先做了以下几个课前准备：①根据学生情况和所要研究的问题确立学习小组。 ②通过希沃知识胶囊向学生推送国民交通安全宣传教育片，让他们深刻感受到交通事故的危害并树立交通安全意识，紧接着提出本节课的问题“如何有效避免交通事故的发生”，让学生带着这样一个非常生活化且有实际意义的问题进入本节课的学习，能够充分激发学生的好奇心和求知欲。③通过问卷星向学生发布问卷，通过数据统计发现学生对于“如何有效避免交通事故的发生”这一方案的提出仍停留在用生活化语言的描述，不能很好地用运动学规律进行解释说明。而几道选择題的准确率都能高达85%以上，综上说明学生们对于应用公式直接解题掌握较好，但把现实问题抽象成物理模型进行分析计算的能力较弱，为此在教学设计时侧重于要提高学生把现实问题抽象成物理模型进行分析计算的能力。

2  构建模型，实例分析，发展学生的科学思维

生活实际：图片1展示生活中常见的限速标志。

问题1：不同路段路况不同限速要求不同，为什么同一路段不同类型的车辆限速要求也不同？

学生：质量越大，惯性越大，遇到紧急情况时就越难停下来。

教师：也就是生活中常说的刹车性能不同，从运动学的角度讲就是刹车时的加速度不同。

生活实际：图2展示机动车运行安全国家标准。

问题2：你能根据图片信息算一算小汽车和大货车刹车时的加速度分别是多少吗？

学生：刹车过程可看成匀减速直线运动，而制动所隐藏的条件是末速度为0，再加上表格中所给的初速度和位移就有了三个已知条件，代入公式vt2-v02=2as就可以算出结果。

教师拍照上传学生的解题过程并小结提问：大货车的制动加速度比小汽车的小，若大货车和小汽车以同样的车速100 km/h行驶，则它们的制动距离分别为多少？请大家估算一下。

视频展示货车超速追尾后果严重，结合计算结果强调要避免车祸的发生，限速和保持车距都非常重要。

在PBL中，强调使用真实问题，或者尽可能拟真的问题，来作为学生学习的背景。其目标是让学生学会处理真实环境的复杂问题。这有助于学生知识基础的构建以及多项思维技能的培养[ 1 ]。本环节承接课前提出的“如何避免交通事故的发生”这一问题，从生活实际中常见的限速标志入手，引导学生积极构建模型，并将问题演化成更为具体的知三求二模型，培养学生的分析计算能力、表达能力，增强安全意识，而这种来源于学生生活中的物理问题，能增加学生对物理知识的亲切感，进一步培养学生对物理学习的兴趣。

生活实际：图3、图4展示车距确认标志及法律规定：时速为100 km/h，行车间距为100 m以上。

问题3：通过刚才的计算我们发现时速为100 km/h时小汽车的刹车距离为80 m，为什么行车间距为100 m以上？

学生：因为人从看到有情况到做出反应是需要时间的。

教师：是的，这就是反应时间，那么反应时间内车做什么运动呢？

学生：继续以原来的速度做匀速直线运动。

案例分析：反应时间是指驾驶员发现情况到采取制动的时间.酒后驾驶存在许多安全隐患，原因在于酒后驾驶员的反应时间变长.表中思考距离是指驾驶员从发现情况到采取制动的时间内汽车行驶的距离。

（1）请你根据表1回答，司机酒后驾驶的反应时间要比司机正常驾驶的反应时间多多少？

（2）某路段限速要求为120 km/h。如果该司机酒后以126 km/h的速度驾驶小汽车在该路段上行驶，突然发现在其前方50 m处有一辆货车正以54 km/h的速度匀速行驶，小汽车司机马上进行了刹车，请问是否安全？

有了前面的铺垫，第一问对学生来说比较简单，可以用希沃易课堂的抽选功能随机抽取同学回答即可，重点要根据计算结果强调喝酒对反应时间的影响。第二问是典型的追及相遇问题，较综合有一定的难度， 为解决这一问题我安排了以下几个步骤：①讨论是否安全的定义。②动画（图5）展示两个基本常识：前者速度大，二者距离逐渐增大，安全 ;后者速度大，二者距离逐渐减小，不安全。③交流讨论如何判断题干中的情形是否安全——计算速度相同时的位移关系。④拍照上传同学们的解答过程，梳理解题方法（公式法和图像法），展示解题规范。⑤讨论若未酒驾是否安全，巩固解题方法，强调酒驾的危害。

教师小结：判断是否安全一定要计算清楚速度相同时的位移关系，酒后驾驶会大大延长人的反应时间增加发生交通事故危险，为避免该情况的发生除了要加大宣传力度更需要有相关法律法规的约束。

图片展示关于醉驾入刑的法律法规。

PBL强调小组的合作和学习评价的改革。学习小组在PBL环节中具有十分重要的地位，问题的分析和解决需要小组成员进行充分的讨论，让所有的学生都有参与探索的机会，每个成员都在贡献思想而不是借用思想。而与传统的学习评价不同，在PBL中，评价的主体是多元的。学生的学习评价由教师评价、自我评价、小组的同伴评价共同构成[ 1 ]。在本环节中，学生通过对具体的案例的分析，以小组讨论交流的方式，来寻找解决“较复杂的追击相遇问题”的方法。在讨论过程中，以口头阐述、拍照上传的形式展示他们的方案，然后进行同学互评和教师点评，以此来深化对知识的理解和提高对知识的灵活应用。把酒驾的结果和非酒驾的结果进行对比，感受酒驾的危害，树立安全驾驶的意识。

问题4：以上方案都是从人的角度考虑，你能否从车的角度思考规避交通事故的方法呢？

通过希沃易课堂的抢答功能进行提问。

学生1：提高刹车性能。

学生2：提高防撞性能。

………

播放人工智能辅助驾驶视频。

PBL过程中，学习的主体是学生，在充分激发学习兴趣的前提下，学生可以通过自主学习来提升多方面的能力[ 1 ]。本环节通过设置一个开放性的问题并以抢答模式进行提问鼓励同学们多角度思考问题，大胆发表观点。而在此处播放人工智能辅助驾驶视频，更让学生直观感受到科技改变生活，激发学生的好奇心和求知欲。

3  讨论交流，归纳总结，概括提炼新知识

教师：请各小组对本节课所学内容以及生成的“如何避免交通事故的发生”的方案进行总结。

小组1：刹车过程可看作匀减速直线运动，反应时间内则看作匀速直线运动。

小组2：判断前后行驶的两车是否有追尾的風险就是要找到两车从一开始到速度相同时这一个过程内的位移关系。若该过程内s后+Δs>s前则会追尾，若s后+Δs

小组3：分析判断的过程除了可以用公式法还可以用v-t图像法，让过程更清晰，位移则用图像所围成的面表示。

小组4：为了避免交通事故的发生，我们小组认为可以从以下几个方面入手：

①限速行驶

②保持车距

③法律法规

④人工智能

…………

教师拍照上传他们的方案并进行总结点评。

PBL重视展示成果和在问题解决之后进行总结反思，在展示的过程中，鼓励学生通过多种方式来展示他们的成果，包括并不限于使用图表、口头、文字、表演等方式来展现他们对问题的理解或者学习的成果。这有助学生沟通交流能力的培养 [ 2 ]。而在问题解决后进行总结反思可以帮助学生对新知识进行提炼概括，并与旧知识进行联系，形成知识体系，从而明确新知识的适用场景。为此在本环节中给了学生充裕的时间对追击相遇模型进行归纳总结，对所生成的避免交通事故的发生的方案进行展示，除了落实以上功能还让学生深刻体会到物理来源于生活又服务于生活。

4  总结与反思

4.1  用好PBL模式就是要设计好问题串

在PBL模式中，问题是整个学习的出发点，为了激发学生兴趣，应尽可能使用真实问题或者接近现实的问题作为学生学习背景，这就要求教师在设计问题时尽量选择能够把生活实际和所学内容密切关联的主题，并要考虑到问题的演化。比如本节课从如何避免交通事故的发生到构建模型变成典型的知三求二问题，而后进一步升级为追击相遇问题。在解决问题的过程中，问题不是静态的，单一的，而是不断动态变化，且逐步扩展出诸多子问题。最初给出的真实情景或者拟真情景问题，其关键作用在于激发学生学习的兴趣。而最终演化出来的问题，则更适合学生通过小组合作探究来发展学生核心素养[ 3 ]。

4.2  用好PBL要求教师实现自身角色的转换

在PBL过程中，学生的主体性贯穿始终。这是培养学生各项能力的基础。而传统的教学则以教师为中心，教师对整个教学过程有着绝对的掌控地位，我们很多教师也习惯于通过这种掌控来完成教学任务。但是这对于学生明确自身的学习主体性是不利的，因此作为教师，应该努力进行自身角色的转换，将自身定位为学生自主学习过程中的帮助者和引导者，而非学习过程的掌控者。同时也应该帮助学生明确：“自己要为学习负责从而获取自己的知识”[ 4 ]。教师应敢于放手让学生通过自己或者小组合作分析解决问题，而教师则负责设计问题，引导思考，及时提供帮助，鼓励和肯定学生。

5  结束语

高中物理课程标准在内容上注重和社会生活的联系，在过程中注重培养和发展学生自主学习的能力，而PBL所强调的拟真问题情境、小组讨论交流等要素让其在落实高中物理课程标准的基本理念方面有着较大的优势。在实践中，如何发掘更多满足课程目标要求的PBL教学课例，让PBL成为物理教学的一项常规模式，能与物理课程系统地结合，需要我们一线教师依托对新教育理念的主动积极学习进行不断的探索与尝试。

参考文献：

[1] 姜美玲.基于问题的学习：一种可资借鉴的教学模式 [J].全球教育展望，2003（3）.

[2] 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（5）.

[3] 汤丰林，申继亮.基于问题的学习与我国的教育现实[J].比较教育研究，2005（1）.

[4] 范范.“基于问题的学习”在物理教学中的应用研究[D].西安：陕西师范大学，2012.