PBL-CBL教学方法在高中物理课堂的应用

陈培兰 朱巧萍 陈荣达

摘 要：物理学是一门科学学科，在于培养学生科学思维.文中基于PBL-CBL，对“离心运动”进行物理课堂教学设计，在教学课堂中培养学生发现问题、知识整合、实验创新等能力.

关键词：PBL;CBL;离心运动;教学设计

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）21-0035-03

基金项目：教育部高等学校教学研究项目“大学物理‘对分课堂教学模式的实践探索及效果评价研究”（项目编号：DJZW201915xb）.

作者简介：陈培兰（1995-），女，广东人，研究生，研究方向：中学物理教学;

陈荣达（1996-），男，安徽人，研究生，研究方向：电力系统通信技术.

通讯作者：朱巧萍（1979-），女，宁夏西吉人，硕士，副教授，研究方向：课程与教学论.

物理学是一门科学学科，《普通高中物理课程标准（2017年版）》课程目标要求学生掌握物理概念、规律的同时要学会适应社会发展，学会发现生活中的物理问题，科学分析与探究，获得终身发展与生存的能力[1].爱因斯坦曾说过“提出一个问题，有时比解决一个问题更重要”.物理教学过程中，最重要的是培养学生解释物理现象和分析物理问题的能力，为实现这一目标，要牢牢抓住问题是学生思维的引擎，关键是问题的质量和深度，核心是学生的思维[2]，而PBL-CBL致力于将学生置于一个明确的情景中，引导学生发现问题，以小组形式进行探讨，寻求答案，有利于科学思维的发展和科学探究能力的培养.

1 概念简述

1.1 PBL與CBL模式简述

PBL（Problem-Based Learning）是以问题为导向的教学模式，1969 年由美国的神经病学教授 Barrows 在加拿大的麦克马斯特大学首创，一开始应用于医学的教学，现已成为各类学科所推崇的一种教学方法.PBL强调把学生置于一个目的明确的问题情境中，学生以小组的形式合作探讨，整合学科知识，寻找问题的答案[3].整个学习过程激发学生兴趣，掌握学习的方法与技巧，培养自主学习能力，提升学生综合思维和创新能力.PBL因材施教，是目前实现精英教育的最佳方法[4].

CBL（Case-Based Learning）是以案例为导向的学习，是基于PBL发展而来的教学模式，以案例为基础，以师生讨论为核心的教学模式[5].在CBL教学过程中，教师根据教学目标设计案例，学生在真实的情境中进行自主探索研究发现问题，找到方法技巧从而解决问题.其中，案例必须是生活化且贴近学生的生活，给予学生熟悉的案例可以实现教学目标，引导学生在发现问题、分析问题、解决问题中充分运用学科知识，提高发现、分析与解决问题的能力.

1.2 PBL与CBL教学方法的联合

PBL教学模式要求问题要有情境性，进而引起学生学习兴趣与好奇心; CBL教学模式为学生创造一个富有情境性的教学环境.其次，CBL教学模式要求学生对于知识要有整体的认识与掌握;PBL教学模式在课前抛出问题，学生根据问题查找相关资料，为下节课的“发现问题”环节打下基础.PBL-CBL教学模式联合，引导学生透过现象看科学本质，运用科学态度认识与理解常见的生活现象，主动承担社会责任等;PBL-CBL教学模式常用于医学领域的教学，力求培养具有一定临床经验与思维的实用人才，物理学是科学学科的基石，应用PBL-CBL教学模式顺应了学科要求，有助于培养学生的科学思维，建构物理模型，进行科学分析、推理、质疑、创新等.

2 “离心现象与应用”的PBL-CBL教学设计

2.1 PBL-CBL教学模式课堂教学设计思路（如图1）

2.2 “离心运动”PBL-CBL教学设计

在实际教学中， PBL-CBL教学模式应该如何应用，本文以人教版高中物理必修第二册第六章第4节“生活中的圆周运动”中第4小节“离心运动”为例，设计如下.

2.2.1 抛出问题（Problem）——启发思考，整合知识

教师在前一节课抛出与下一节课相关的问题，布置相关的学习任务.

问题1：（1）弯道超车的原理是什么？（2）街舞的转圈为什么比较难学？（3）链球比赛的原理是什么？（4）厨房蔬菜水果清洗甩干机原理是什么？（5）宿舍懒人手动洗衣机的工作原理是什么？

设计意图：此环节中教师总结匀速圆周运动与向心力知识，并抛出五个问题，要求学生课后自行选择并以小组形式进行探究和思考.学生自主选择问题进行探讨以达到因材施教的目的，进而激发学生的积极性，鼓励学生积极参与，乐于探究，善于发现与解决问题.

2.2.2 设置情景（Case）——发现问题，猜想假设

教师带棉花糖机进入课堂，并在恰当时机巧妙引导学生发现问题：棉花糖机的秘密是什么？注意看棉花糖是从哪里出来的？讨论棉花糖机的工作原理是什么？

设计意图：趣味课堂导入，激发学生的学习兴趣.学生在此环节中被棉花糖机吸引，在教师的引导下不断产生新的问题，同时进行小组讨论、分析，提出猜想与假设，进而引导学生发现事物的本质，实现“科学探究”的第一步，基于现象观察提出物理问题、形成猜想与假设，培养科学思维.

2.2.3 启发思考——科学推理，建构模型

问题2：棉花糖丝的附着过程像游乐场里面的哪一种游乐设施呢？

设计意图：学生就教师提出的问题进行激烈讨论，直到提出“旋转飞椅”;教师引出离心现象概念“匀速圆周运动的物体在所受合力突然消失或不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就会做逐渐远离圆心的运动，这种现象称为离心现象”.从生活现象过渡到物理模式，深化学生科学推理能力，建构物理模型，提升学生的科学思维，运用物理知识对物理现象建构物理模型，寻找证据解释物理现象.

2.2.4 点拨提醒——设计实验，验证假设

问题3：如果合外力突然消失其运动轨迹怎样？

问题4：如果合外力不足以提供所需的向心力其运动轨迹怎样？

学生根据实验台上的实验仪器自行进行实验，探究离心现象中的两种情况（见表1）.

演示3数学演算如下.

证明：绳子作用在小球上的力始终通过中心O点，是有心力，此力对O点的力矩始终为零.因此，在绳子变长过程中，质点的动量矩守恒，设小球距管心距离为r2时速度为v2，故有

Mv1r1=Mv2r2①

所以

v2=v1r1r2②

由圆周运动规律得

在r1处时有

F1=mv21r1③

在r2处时有

F2=mv22r2④

将②式代入④式中得

F2=mv21r21r32=mv21r2（r1r2）2⑤

由于r1

则

mv21r2

r1r22<1⑦

即F2

设计意图：培养学生的科学探究、搜集证据、实验验证和分析解释的能力.实验设计是对猜想与假设的验证，数学演算将物理现象进行量化，使其科学推理更加具有科学性，增加说服力，同时实现跨学科（物理、数学）的联系.

问题5：可否让运动轨迹显示出来？

（1）将水写布放置在转盘上，利用针筒将水注入在乒乓球中，并用玻璃杯罩住在水写布上转动，突然拿起玻璃杯——乒乓球飞出，同时显示出一条切线，如图5所示.

（2）在圆心滴上水滴，转动转盘，并且不断加速，会出现一条逐渐远离圆心的曲线，如图6所示.

设计意图：利用水写布的特性将离心运动的轨迹呈现出来，加深学生对离心现象的理解，培养学生对物理现象的进一步研究与分析，同时呈现运动的軌迹，增加说服力，认识科学本质，逐渐形成探索自然的内在动力，培养严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度[1].

2.2.5 总结概括——讨论分析，问题解决

教师引导学生对整节课进行总结概括，形成属于学生自己的思维框架.

设计意图：回顾本节课所学知识，梳理实验现象得出实验结论，将课堂知识系统化，形成属于学生自己的知识框架，提升学生对于零散知识的归纳能力，锻炼学生对所见所闻、所思所悟的总结能力，为学生后期物理的学习奠定基础.

3 结束语

高中物理课程标准更加注重物理在教学中的育人价值，发展素质教育，进一步体现课程的时代性、科学性与思想性.PBL-CBL相结合的教学设计与新课程标准所倡导的核心素养相契合，有利于在教学中全面推进核心素养的改革.在适当的物理教学过程中采用PBL-CBL教学模式，帮助学生发现科学的本质，锻炼学生的科学思维与科学探究能力，培养学生对于科学的质疑与创新能力，又因PBL-CBL中的问题与情景都源于生活，反过来更加容易引起学生对于科学、技术、社会、环境（STSE）发展的关注.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2]戎杰，梁旭.落实深度教学 提升核心素养——以“生活中的圆周运动”为例[J].物理教师，2020，41（08）：22-24+29.

[3]吕磊.PBL导向下“力的分解”的课堂教学[J].物理教师，2019，40（08）：13-16.

[4]刘雅芳，田旭升，程伟.PBL教学法与CBL教学法的比较研究[J].河北农业大学学报（农林教育版），2016，18（03）：62-65.

[5]卢超，陈景鲜，李春阁，王国霞，陈刚.PBL和CBL教学模式在《生物化学》课程教学改革中的探索[J].生命的化学，2019，39（06）：1275-1278.

（收稿日期：2021-07-05）