PBL教学模式在物理实验教学中的应用

高婧　韩海生

【摘要】PBL教学模式是以问题为导向的学习方式，旨在通过团队合作和交流，引导学生自主学习并找到问题的答案（1）.本文通过综述PBL教学模式在物理教学中的实践经验和研究成果，探讨了PBL教学模式在物理实验中的应用，以及对学生学习主动性和合作性的培养.在本文中，我們将以探究动摩擦因数的测量为例，促进学生对问题处理思维角度的转换以及合作交流与学习主动性的发展.

【关键词】实验教学；PBL教学模式；合作与交流；问题导向

1 引言

物理核心素养是指学生经过物理学科的学习逐步形成的适应个人终身发展以及社会和时代发展的正确的价值观、必备品格和关键能力，是学生在物理学习的过程中形成的带有物理学科性质的品质.而PBL教学模式则通过引入真实世界的问题和情境，使学生能够将物理知识应用于实际情境中，培养学生的实践能力和问题解决能力，教师为学生提供真实的与日常生活贴合的问题情境，问题要由易到难，步步深入，让学生自行讨论、分析和解决，有助于培养学生形成科学思维，更好地应对各种问题和挑战，同时也增强了学生的团队意识和合作交流能力.

2 PBL教学模式的应用探析

2.1 引入真实问题，改进教学方式，激发学生好奇心

PBL教学模式以问题为核心，在教学过程中，教师将一个与课程内容相关的实际问题呈现给学生.这个问题应该是开放的，允许多种可能的解决方案，学生在解决问题的过程中，能够感受到学习的实际意义，在面对问题时，会产生思考和探索的动机，从而更加主动地学习和探索知识，激发学生的学习兴趣和主动性.除此之外，在PBL模式中，教师应全面掌控整个过程以促进学习活动的有效开展，教师是课堂的引导者而不是决策者，应发挥出学生的主体性和主动性.

例如 本次的作业要探究动摩擦因素的测量实验，这是一个有趣且具有实际意义的实验.教师将为我们播放冰壶比赛的视频，并简要介绍2022北京冬奥会的相关比赛.通过观看视频，学生能够仔细观察，并思考出其中的摩擦力知识，尤其是为什么需要提前刷冰面.寻找实验方案的过程中，可以想到学过的初中物理知识.知道刷冰面可以改变冰面的粗糙程度，进而影响冰壶的摩擦力.于是，学生得出一个初步的探究方案：学生可以在实验室里用不同的材料对冰面进行不同的处理，然后测量放在不同冰面上的物体在施加一定的力之后所产生的运动状态.这样就可以对不同情况下摩擦力的大小进行测量和比较.

更重要的是，这次实验不仅可以提高学生的实验技能和科学思维，更能激发起学生的兴趣，以及学生的民族自豪感和自信心.作为未来的青年学子，我们应该积极关注和参与到科学实验当中，用自己的聪明才智为祖国的科技发展做出贡献.

2.2 深化探究问题，小组合作交流，培养科学思维

当遇到复杂的现实问题，仅靠单个人难以解决.为了增强同学们的合作能力，需改变思维方式，实践小组合作.（2）  .因此，分组合作探究是PBL模式教学中不可或缺的部分.根据维果茨基的最近发展区理论，由于学生的知识基础和能力等方面的差异，小组中会形成多个最近发展区（3），因此，学生可以从不同的角度和经验中获取新的见解和知识，总的来说，物理实验小组讨论可以提供一个互相学习和支持的环境，促进合作和团队精神，提高学习效果，并帮助解决问题和困难.

例如 学生面对如何定量探究摩擦力大小的问题时，会思考探究摩擦力大小和压力、接触面粗糙程度之间的关系.在此阶段，同学们需要在自己的小组中分享自己对问题的见解，这也是一个互相启发，思维碰撞的重要阶段；接下来小组根据讨论的结果，依据本组的实验方案，借助摩擦力实验器，进行小组合作探究.

学生1：通过测量重物的重力，我们可以得知所受的压力大小.为了改变压力的大小，可以通过增加砝码来进行.

学生2：实验过程需要保持接触面的粗糙程度稳定，以探究压力和滑动摩擦力之间的关系.连接仪器，记录数据并作图以进行实验.注意实验时的细节，确保准确记录数据.

教师要引导探究过程，实现师生合作，生生合作，师生共同探究，教师只有参与到学生的学习中去，成为学生的“学习伙伴”，才能更好的传授知识.实现教学相长的共同发展，最终达到学习效果的最优化.

学生3：由实验得出的图表而知，压力和摩擦力之间存在线性关系，即压力增大时，摩擦力也会相应地增大.

学生4：这说明滑动摩擦力的大小跟压力的大小成正比.

同学们，老师提醒你们换一个角度，继续探究课题.别忘了抓紧时间，同时做好上台的准备哦！

学生3：我们更换接触面重新实验，并记录数据以制作图表.

学生2：通过观察图像，我们可以发现，斜率越大，滑动摩擦力就越大.

教师应该在学生完成探究任务时，给予充分的肯定，也为学生数理结合的适时应用给予高度表扬，从而使得成就动机能动地与物理环境发生作用，从物理环境中获得感知，通过思维加工活动使学生的认知结构发生改变，然后再给物理环境以反作用.在探究过程中，教师应当随时关注每个小组的进展，以保证每个小组都能按时完成任务（4）；在学生分组探究的过程中，教师应该给予充足的思考和讨论时间.学生需要时间来思考、辩驳和分析.同时，教师也要给学生更多的时间来完善和修正自己的结论，从而获得更深入的理解.

2.3 回顾问题情境，学生成果展示，完成知识整合

在PBL教学模式的推动下，学生需要更加积极地探索和建构相关的物理学科知识结构，深入探究其本质和规律，而不是仅仅简单背诵和记忆表面现象.通过实际研讨、修正和再研讨的过程，学生才能够真正掌握物理学，并在今后的学习和工作中取得成功.因此，保持好奇心、积极思考和不断探索各种知识来源至关重要.在所有小组完成实验后，教师应该鼓励自由探讨的学术氛围，随机抽取组内成员进行成果汇报，并对其中蕴含的重点知识进行强调.不同小组的探究成果可能会有所不同，但教师应该欣赏不同声音的存在，并鼓励学生们思考和互相学习.通过这种方式，学生们能够更加清晰地回忆起自己整个思考的过程，总结运用的方法和知识，在今后面对物理问题时保持灵活和敏锐.

学生1：滑动摩擦力的大小跟压力的大小成正比.

学生2： 斜率的大小代表滑动摩擦力与压力成正比例关系的常数大小.因此，从实验结果来看，接触面越粗糙，成比例的常数也越大.这说明了在实际生活中，当两个接触面越粗糙时，它们之间的相对运动会导致更大的滑动摩擦力.

教师点评学生的探究成果，并完善动摩擦因数实验，达到知识整合的目的.

例如 动摩擦因数的测量可以依据滑动摩擦力公式，利用常用的实验器材设计实验进行测量，也可以利用牛顿运动定律和动能定理利用打点计时器、光电门、斜面等器材设计实验进行测量.测定动摩擦因数实验一般结合在“测量做直线运动物体的瞬时速度”，“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”等实验中考查.实验的原理是：用打点计时器等装置测出物体以匀速或变速运动的加速度，再借助牛顿第二定律计算动摩擦因数；或利用平衡条件、动能定理或能量守恒定律等方法来计算动摩擦因数.

2.4 检验实验成果，提高应用能力，实现知行合一

PBL教学法相比于传统教学法，更加看重知识获取后的应用情况，该方法的教学效果常常根据学生能否解决现实问题来检验，在学生汇报实验成果后，教师要引导学生利用实验结论回答情境问题.将所学知识进行整合和内化，形成一套能够灵活运用的知识体系.在实验结束时，给学生布置开放性任务，再次对学习成果进行运用，加深学生对新知识的理解，提高应用能力.

例如 《摩擦力》是高中物理教学中考点较高的一节，在日常生活中有着不可替代的作用.在实验结束后布置问题：分析在滑轮系统中，完成吊装任务的工作原理，通过问题检验学生的学习成果，深化其对滑动摩擦力的理解.在组织学生从定义，特点，作用效果，表达形式及应用等对本节课的内容进行梳理，形成直观清晰的认识.在对知识进行总结时，也要对学生的课堂表现进行总结，利用提前设计好的自评表组织学生进行自评，小组讨论开展互评.

3 结论

PBL教学模式与传统的教学模式相比，通过生活中的物理现象，提出一系列问题来探究物理问题，以此来激发学生的物理学习兴趣.学生不仅掌握了实验的内涵，而且加深了对实验的理解，解决生活情境中的物理问题，加强学生对其的应用；以问题驱动进行教学，能培养学生解决问题的能力，帮助学生树立自信；通过小组交流合作的方式来解决问题，营造愉快和谐的氛围.学生作为课堂的主人，要积极参与课堂，发扬主体精神，通过自主学习，不断培养自己的学习兴趣，提高学习效果.同时，PBL教学模式对学生学习能力的提升有着显著的影响.PBL不仅仅是知识的传授，更是学生自主学习和解决问题的过程.在这个过程中，学生需要充分利用团队合作和个人思考能力才能够掌握知识和技能，并解决实际问题.然而，PBL也對教师的要求更高了.教师需要不断提升自己的专业素质，充分发挥自己的主导作用，对学生进行及时的引导和提醒.对于课堂上积极性不高和学习能力较弱的学生，教师需要特别关注，并采取有效的措施帮助他们.例如，可以提供更多的实例和辅导材料来帮助他们掌握知识点.对于积极性较高的学生，教师也需要督促他们及时巩固所学的概念.

参考文献：

［1］杜翔云，钟秉林，Anette Kolmos.以问题为基础的学习理念及其启示[J].中国高等教育，2008（02）：20-24.

［2］张婷焰.论高中物理教学中合作学习模式的效果[J].教育研究，2021，3（9）.

［3］李刚，侯恕，唐恩辉，最近发展区理论指导下的中学物理实验追问式教学[J].物理教师，2015，36（07）：24-27+30.

［4］匡莉，吴广国，邹斌.基于分组讨论式教学法的高中物理习题教学[J].教学与管理，2017（09）：116-118.

［5］马晓霞.问题教学法在高中物理教学中的应用[J].考试周刊，2022（03）：119-122.

（通讯作者：韩海生）