探究PBL教学法在物理实验教学中的应用

周云龙 韩海生 裴魏魏

【摘要】PBL 教学法强调“以问题”为中心、以“学习者”为中心、以“协作学习”为中心，有利于落实物理学科核心素养，为国家培养具有原始创新能力的人才.要在物理实验教学中采用 PBL 教学法，须明确 PBL 教学法的内涵、问题设计的策略，以及实施过程中师生需注意的问题，不断探索 PBL 教学法在物理实验教学中的应用.

【关键词】PBL 教学法;物理实验教学;弹力

PBL（Problem-Based Learning）教学法即问题导向式教学法，它是以问题为中心展开，问题驱动学生独立思考、驱动学生之间合作探究，学习隐含于问题背后的科学知识，形成解决问题的技能.分析与解决问题的过程又促使学生发现新的问题，帮助加深对知识的理解与应用 .

1  问题设计的策略问题驱动式的互动以问题为载体，因此问题的设计十分关键，直接关系到课堂教学的效果和学生能力的培养.问题设置得好，能成为学生探究的指向标，有助于学生理解所学知识，不同层次地领会知识的本质[1].

1.1  创设问题情境，激发探究欲望问题情境中充满了丰富的信息，当它使学生沉思、联想、想象时，学生将拥有源源不断的学习动力，学习思维将实现由外在驱动向内在驱动的转化.教师在实施问题驱动时，应注重问题呈现方式的设计，改变传统问题直接呈现的方式，注重问题情境创设，借助情境自然地引出问题，激发学生物理学习的兴趣与探索的动力，从而增强问题驱动效果.

1.2  优化问题类型，扩大驱动效应问题类型也关系着问题设计的品质，只有设计出多种类型的问题，借助趣味化问题、探究性问题等，才能较好地激发学生参与问题探究的热情，丰富学生学习体验，让问题驱动效应更加显著.教师通过问题的有机连接，更有效地驱动学生的学习与探究，使学生经历物理知识形成发展的全过程，引导学生进行高水平的物理思维活动.学生在与多元问题的有效互动中把陈述性知识变成程序性知识，在探究解决问题的实践中提升思维品质，培养关键能力.

1.3  设计追问问题，引发深度思考学生物理思维的发展离不开促使学生进行深度学习的问题，俗话说，趁热打铁，物理教学也是如此，应抓住有利的教学时机，通过及时的追问引领学生思维走向深入，这样能够顺应学生探究热情，让学生始终保持较好的思维状态，在问题追问中开展深度学习，促进学生对本节课内容进行系统化建构[2].

1.4  简单重塑物理教材，发展问题提出能力以简单的方式重新塑造现有的物理教材，给学生提供了更多提出问题的机会，将课堂中的一些问题改造为新问题，这样很有意义，且趣味性的问题就可以在更多的探究、猜想等活动中被学生提出.这个“改造”过程并不困难，只需几个简单的方法就能够完成.因此，教师可通过删掉课本中关于现在具有的问题的设问部分，鼓励学生主动地将问题提出.这种改造对教师来说所需的任务量比较少，难度也比较小[3].

2  实施 PBL 物理实验教学的要点

2.1  转变教师思想观念

实施 PBL 教学对教师有很多要求.首先，教师需要改变物理教学的价值观，认识到物理教学的目的不是呈现和记忆知识，而是渗透方法和过程;其次，教师要有创新意识和变革意识，愿意改变自己的角色——不再是传统教学中“教学明星”的身份，而是能够引导学生进入问题情境的引导者和启蒙者;再次，作为问题情境的创造者，教师应该首先从高层次上看待物理本身，然后熟悉物理的知识体系、思维方式和研究方法;最后，教师要提前了解学生的生活经历和与教学内容相关的知识储备，以及学生对学科和教师的好恶情况等，找到课堂教学的有效切入点并渐进式地利用问题来抛砖引玉.

2.2  学生学会担当与反思

学生要懂得老师只是引导者，不能在课堂上过度依赖老师，要担当起自己的责任.比如在问题情境中该打开思路的时候，绝对不能犯懒，要主动探索和发现问题.在和老师或同学讨论时，不要只纠结于对错，而是深入思考问题的内在逻辑.善于调取学会的知识和科学探究方法，主动应用于生活实际，并在应用中检验自己的知识所得.懂得反思，自己最了解自己的弱点，要通过反思将弱点梳理清楚，逐个解决.

遇到思考的问题无解的时候，学会求助于老师和同学.

2.3  学生学会合作探究

学生应明确实验探究的目的，学会与同学协商设计方案;在小组交流中，耐心倾听他人的发言，清晰地表达自己的想法，使用讨论的语气与别人沟通.学会基于证据作出解释，避免不必要的争论;明确自己在小组内的分工，如材料员、记录员、测量员等，明确各自的职责，带着问题和责任参与小组实验和探究，在完成个人任务的同时实现小组目标[4].小组可以合作使用实验仪器和材料，学会资源共享;学生应学会观察仪器，规范仪器的使用，观察和记录实验现象和数据，并学会总结实验结论.

2.4  恰当使用问题驱动

恰当地运用问题驱动，要求教师不仅要通过问题来驱动来学生学习课程内容，而且要培养学生独立发现和提出问题的能力.要避免过度引导学生，在提问之后应该给予学生适当的时间思考，真正用问题驱动学生思维变化，让学生体会认知冲突的过程.否则，知识还是由老师转述给学生的，学生不能形成独特的自我感受和经验总结，无法培养他们发现和提出问题的能力.

3  实施 PBL 实验教学设计——以“弹力”为例

3.1  创设问题情境的导入，激发学生探究欲望

教师演示 展示一幅蹦床运动员朱雪莹的比赛图片，提出问题：朱雪莹是如何利用蹦床的弹力被反弹到空中并完成一系列高难度动作的？

设计说明 创设与弹力主题有关蹦床问题情境，使学生具有相应的问题意识，提升学生探究欲望从而导入新课.同时将“报国之志”的思政元素与物理内容有机联通，发挥物理课程思政的育人优势，使学生自觉向奥运冠军朱雪莹学习，激发學生为国争光的责任感.

3.2  师生、生生间有效的问题互动，步步深入“弹力”知识的学习

操作演示 1  教师演示弹簧的拉伸和压缩，让学生观察弹簧的变化情况.

问题 1  弹簧发生了什么变化？ 手有什么感觉？

学生活动 观察现象，自己用准备的弹簧操作体验，思考并回答问题.

教师 点评学生的回答，顺势引出“形变”“弹性形变”的概念.

教师 让学生进行小组讨论，分享做实验时手的感受，梳理感受并自主总结弹力的概念.

问题 2 弹簧可能被拉断吗？ 到什么程度会被拉断？

学生活动 猜想并小组讨论.

教师播放视频 有两辆静止的方向相反的汽车，在两辆汽车的车尾之间系了一个弹簧，两辆汽车几乎同时开始发动，分别朝相反的方向缓慢行驶.弹簧随汽车的行驶被逐渐拉长，最后突然断裂.视频结束.

师生活动 共同总结分析，教师顺势点拨“弹性限度”的物理意义.

设计说明 教师以操作演示引导学生观察物理现象，鼓励学生动手操作，将知识点转变成问题提问，引导学生自己理解并建构自己的知识体系，充分发挥学生的主体性，师生、生生间进行积极的问题互动，达到有效教学的效果.

3.3  鼓励学生猜想并提出问题，小组合作探究解决问题

问题3  发挥你们的想象力，互相交流，能发现和提出关于弹力的哪些问题？

收集到学生的问题如下：

（1）如何测量弹力的大小？

（2）哪个物理概念是来定义不同弹簧间的“软”“硬”？

（3）弹簧弹力与形变量之间有没有规律可循？

教师 鼓励学生推断最先验证哪个问题可以帮助解决其他问题.根据学生各自的推断分成不同的小组，例如问题（1）组，问题（2）组，问题（3）组.

教师 每个小组都要制定计划，或是实验操作验证问题，或是搜寻证据来回答问题.

教师活动 在学生制定探究计划时，引导他们充分利用教材，之后倾听他们的计划并给予建议，让各小组向全体同学说明他们的设想，同时其他同学可以现场评价这些计划;各小组反思应对问题的过程并完善探究计划.

接下来，三组同学分别行动.

问题（1）组：借助教室的多媒体教学设备，通过互联网查阅测量弹力的方法及其原理.

问题（2）组：翻阅教材，找到“劲度系数”是定义不同弹簧软硬的物理量.

前两组较早完成查阅资料和搜寻证据的任务，教师安排他们加入到尚未结束的第三组中.

问题（3）组：画出如图 1 所示的原理图.用弹簧自然伸长的长度标记原点位置，建立水平方向为 F轴、竖直方向为 x 轴的直角坐标系;在 F 轴方向上设立等距悬挂点，带有钩码的弹簧被分别挂在每个悬挂点上，之后在坐标纸上画点并做出拟合曲线[5].

设计说明 鼓励学生合理猜想、提出问题、设计方案并实施，培养学生的科学探究精神，形成物理学科核心素养.组织小组之间相互倾听设想，让他们交流讨论，在讨论中提升认识，完善方案.通过分组分头搜寻信息、使用器材，观察实验现象来培养学生实验验证意识，培养学生的记录统计和作图能力，培养学生的角色担当意识，提升团队协作能力，让学生感受科学本质，增强科学探究能力.

3.4  以实验数据和现象提问，培养学生科学探究能力及科学态度

问题 4  结合记录的数据和拟合曲线，你们可以得到什么规律？

学生活动 三个小组交流实验结果及各自查阅到的资料，讨论总结弹簧弹力与形变量的规律.

教师 请各个小组集中起来汇报和分享结果.

学生活动 分析图象代表的意义，结合物理知识得出弹力和形变量之间有 F = kx 的規律，直线的斜率即 k 值.根据 F = kx 的规律推导，当拉伸量相同时，k 值越大的弹簧越费力， k 值小的弹簧较省力，证明 k 就是劲度系数.

师生 老师评价学生在实验探究及小组合作中的表现，学生评价老师对问题的设置及在各环节引导中的表现，师生互提建议改进.

问题 5  F = kx 的规律适用于弹簧弹力和压缩量之间的关系吗？ 课下思考并设计方案求证.

设计说明 通过实验数据和现象提问，引导学生基于证据进行分析总结并做出解释.通过提问问题 5 ，让学生带着问题走出课堂，鼓励学生课下完成压缩实验，培养学生科学严谨的精神.通过师生间共同的反思评价、真诚协商，不断地进行反馈，解构不合理之处，使 PBL 教学经历“实践 — 反思 — 再实践”的成长过程，不断优化 PBL 教学.

4  结语

在物理实验教学中实施 PBL 教学法，通过相互关联且有效的问题将学生的活动、思维联系起来，鼓励学生提出问题、合理猜想、合作探究、解决问题，引导学生经历从发现问题始到解决问题中的科学探究过程，培养学生的直觉思维、实验验证意识、团队协作能力和角色担当意识.真正地用问题贯通知识学习、能力培养的内在脉络，让学生在分析解决问题的实践中启智增慧、敦品砺行，真正学深悟透，落实物理学科素养，真正地为达成“立德树人”根本任务贡献物理力量.

参考文献：

[1]吴敏.以“核心问题”为驱动，提升学生物理学习力[J].教育艺术，2021 ， No.322（10）： 33.

[2]史功山.“问题驱动”引领深度数学学习[J].基础教育论坛，2021（30）： 98-99.

[3]王嵘，蔡金法.问题提出：从课程设计到课堂实践[J].课程.教材.教法， 2020 ， 40（01）： 90-96.

[4]赵树青.优化小组合作学习方式在实验探究教学中的效能[J].中学物理， 2013 ， 31（12）： 22-23.

[5]常克义.关于胡克定律演示实验的改进研究[J].中国教育技术装备，2016（09）： 143-144.