PBL教學(xué)模式下的高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)

張永貴 郝艷玲

【摘要】在物理新高考中，著重考查學(xué)生從物理情景中提煉相關(guān)物理知識(shí)解決問(wèn)題的能力，這對(duì)高中物理教學(xué)提出了新的要求.PBL教學(xué)模式以學(xué)生為主體，教師的主要作用是輔助學(xué)生學(xué)習(xí)，學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題情景中自主學(xué)習(xí)，在問(wèn)題解決的過(guò)程中掌握知識(shí)、發(fā)展能力.將PBL教學(xué)模式與單元學(xué)習(xí)進(jìn)行整合，在促進(jìn)學(xué)生能力發(fā)展的同時(shí)有利于知識(shí)結(jié)構(gòu)化的形成.本文以“安培力與洛倫茲力”這一學(xué)習(xí)單元為例，研究PBL教學(xué)模式下的高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì).

【關(guān)鍵詞】高中物理；課堂教學(xué)；PBL教學(xué)模式

新高考改革不僅對(duì)教師的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)有著更高的要求，也倡導(dǎo)教師嘗試新的教學(xué)模式[1].首先，傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，教師大多采取講授的方式進(jìn)行授課，學(xué)生往往是被動(dòng)的、機(jī)械性地掌握知識(shí)，學(xué)生很難將所學(xué)的物理知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際情景中去解決問(wèn)題[1]；其次，在進(jìn)行教學(xué)安排時(shí)，教師通常是按照課時(shí)設(shè)計(jì)進(jìn)行，容易忽略知識(shí)間的相互聯(lián)系，使得學(xué)生掌握的知識(shí)比較零散，缺乏對(duì)知識(shí)系統(tǒng)性、整體性的理解.PBL教學(xué)模式可以讓學(xué)生在問(wèn)題解決的過(guò)程中掌握知識(shí)與應(yīng)用，單元教學(xué)可以較好地促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)形成整體的認(rèn)知，因此將二者結(jié)合起來(lái)對(duì)物理教學(xué)具有較積極的探索意義.

1?PBL教學(xué)模式下的高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)流程

鐘啟泉教授認(rèn)為單元設(shè)計(jì)一般遵循“ADDIE模型”，即分析（Analysis）、設(shè)計(jì)（Design）、開(kāi)發(fā)（Development）、實(shí)施（Implement）、評(píng)價(jià)（Evaluation）[2].本文在ADDIE模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)PBL教學(xué)模式的特點(diǎn)探討了PBL教學(xué)模式下的高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)流程（見(jiàn)圖1）.

2?PBL教學(xué)模式下的“安培力與洛倫茲力”單元教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1?分析

PBL教學(xué)模式下的分析環(huán)節(jié)主要是對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)者的情況進(jìn)行分析.在分析教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上確定單元教學(xué)主題后，教師根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)情況，確定教學(xué)過(guò)程中的重難點(diǎn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，構(gòu)建學(xué)習(xí)單元，為后續(xù)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)做鋪墊.

在“安培力與洛倫茲力”單元中，其主要學(xué)習(xí)內(nèi)容是要求通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)安培力，會(huì)判斷安培的方向和利用公式計(jì)算其大小；通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)洛倫茲力，能判斷洛倫茲力的方向及大小計(jì)算，并能根據(jù)洛倫茲力分析帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)[3]；通過(guò)對(duì)“安培力與洛倫茲力”的學(xué)習(xí)，拓展學(xué)生對(duì)磁場(chǎng)的認(rèn)識(shí)，加深學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)與相互作用多樣性的理解.通過(guò)課程標(biāo)準(zhǔn)和教材內(nèi)容的分析，確定本單元的教學(xué)重點(diǎn)：安培力與洛倫茲力大小計(jì)算與方向判斷；分析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；教學(xué)難點(diǎn)為安培力方向的判斷.本單元的知識(shí)內(nèi)容結(jié)構(gòu)如圖2所示.

學(xué)生在本單元學(xué)習(xí)之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了磁場(chǎng)的基本性質(zhì)以及牛頓運(yùn)動(dòng)定律，知道磁場(chǎng)中的相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)產(chǎn)生的，在進(jìn)行教學(xué)時(shí)主要是對(duì)磁場(chǎng)中相互作用和運(yùn)動(dòng)形式從定性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)槎繉W(xué)習(xí).通過(guò)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材內(nèi)容以及學(xué)生情況的分析可以確定本單元的學(xué)習(xí)主題“磁場(chǎng)中的相互作用”.

2.2?設(shè)計(jì)

2.2.1?設(shè)計(jì)單元教學(xué)目標(biāo)

將單元學(xué)習(xí)整體性目標(biāo)設(shè)置為：學(xué)習(xí)帶電體在磁場(chǎng)中所受的力及其應(yīng)用.將單元整體性學(xué)習(xí)目標(biāo)拆分為：通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)安培力和洛倫茲力，能判斷二者的方向、計(jì)算其大小，能解釋相關(guān)現(xiàn)象和實(shí)際問(wèn)題；經(jīng)歷安培力和洛倫茲力表達(dá)式的得出過(guò)程，體會(huì)歸納推理、演繹推理、矢量分析的方法；了解磁場(chǎng)對(duì)帶電體的相互作用在日常生活中的應(yīng)用，如磁電式電流表、顯像管的工作原理，體會(huì)物理知識(shí)與科學(xué)技術(shù)的關(guān)系[4].

2.2.2?設(shè)計(jì)單元學(xué)習(xí)問(wèn)題

PBL教學(xué)模式下的教學(xué)活動(dòng)圍繞問(wèn)題展開(kāi)，學(xué)生在經(jīng)歷問(wèn)題解決的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，因此在確定教學(xué)目標(biāo)后進(jìn)行問(wèn)題的設(shè)計(jì).一個(gè)學(xué)習(xí)單元的內(nèi)容通常可以提煉成幾個(gè)核心問(wèn)題或者概括性較高的大問(wèn)題，教學(xué)過(guò)程中把核心問(wèn)題或者概括性較高的問(wèn)題拆分成一系列的具體問(wèn)題，通過(guò)一系列具體問(wèn)題的解決過(guò)程學(xué)習(xí)知識(shí)、促進(jìn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化形成，提高問(wèn)題解決能力.本文將單元學(xué)習(xí)中的問(wèn)題分為單元核心問(wèn)題、驅(qū)動(dòng)問(wèn)題以及子問(wèn)題.在“磁場(chǎng)中的相互作用”單元中，主要解決的問(wèn)題是磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體和電荷的作用有什么規(guī)律，以及帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)有什么規(guī)律等問(wèn)題[5].

2.2.3?設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)目標(biāo)

PBL教學(xué)模式下的單元學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)目標(biāo)的主要依據(jù)是學(xué)生問(wèn)題解決能力的發(fā)展、知識(shí)結(jié)構(gòu)化形成和思想與方法的構(gòu)建三方面，結(jié)合問(wèn)題設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)作出較全面的評(píng)價(jià).學(xué)生對(duì)單元學(xué)習(xí)問(wèn)題解決方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施以及完成情況；安培力與洛倫茲力的理解、計(jì)算及應(yīng)用其解釋相關(guān)物理現(xiàn)象的水平，帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析與計(jì)算；安培力、洛倫茲力學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)歸納推理、演繹推理、模型建構(gòu)、矢量分析等思想與方法的建構(gòu)與應(yīng)用.

2.2.4?設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)

學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成依托教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)或?qū)嵤?，PBL教學(xué)模式下的學(xué)習(xí)活動(dòng)的主體是學(xué)生，學(xué)生參與具體的學(xué)習(xí)活動(dòng)來(lái)達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo). PBL教學(xué)模式下的單元教學(xué)活動(dòng)主要是圍繞問(wèn)題來(lái)開(kāi)展，提高學(xué)生學(xué)習(xí)自主性、主體性及參與性.

以安培力方向的探究教學(xué)活動(dòng)為例.

（1）創(chuàng)設(shè)情境、提出問(wèn)題

教師活動(dòng)?展示電動(dòng)汽車(chē)視頻，向?qū)W生講述國(guó)家提倡新能源汽車(chē)，電動(dòng)汽車(chē)能耗低、環(huán)保能滿(mǎn)足日常出勤需求.電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力裝置是電動(dòng)機(jī)，在初中的時(shí)候我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了電動(dòng)機(jī)的工作原理是利用磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力，這個(gè)力就是我們今天學(xué)習(xí)的安培力.提出問(wèn)題：電動(dòng)汽車(chē)向前或者向后行駛時(shí)動(dòng)力的方向有什么特點(diǎn)？在平直的公路上行駛和爬坡時(shí)需要的動(dòng)力大小如何？

學(xué)生活動(dòng)?思考并回答問(wèn)題：向前行駛的時(shí)候需要向前的動(dòng)力，倒車(chē)的時(shí)候需要向后的動(dòng)力，在平直公路上行駛時(shí)的動(dòng)力比爬坡時(shí)小.

教師活動(dòng)?繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生，從上述問(wèn)題中我們可以發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生不同方向、不同大小的力，說(shuō)明通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中所受的力的大小和方向都可以改變，那么磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力的方向和哪些因素有關(guān)呢？在關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)知道磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線所受作用力與導(dǎo)體中電流大小、導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度有關(guān)，除此之外還與哪些因素有關(guān)，它們之間又是怎樣的關(guān)系？

學(xué)生活動(dòng)?小組討論，提出猜想：磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線作用力的方向可能與磁場(chǎng)方向、電流方向有關(guān)；所受力的大小可能與磁場(chǎng)強(qiáng)度、電流大小、導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度有關(guān).

（2）分析物理問(wèn)題、制訂解決方案

教師活動(dòng)?給予學(xué)生引導(dǎo)，提問(wèn)學(xué)生在探究多個(gè)變量之間的關(guān)系時(shí)應(yīng)該使用什么實(shí)驗(yàn)方法.學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，使用安培力演示儀實(shí)驗(yàn)探究并記錄下實(shí)驗(yàn)過(guò)程.

學(xué)生活動(dòng)?實(shí)驗(yàn)?探究安培力的方向

經(jīng)歷改變磁場(chǎng)方向和電流方向?qū)Π才嗔Ψ较蛴绊懙膶?shí)驗(yàn)探究過(guò)程，得出結(jié)論，安培力的方向與磁場(chǎng)方向和電流方向有關(guān).

教師活動(dòng)?學(xué)生經(jīng)歷安培力方向影響因素的實(shí)驗(yàn)探究后，教師要引導(dǎo)幫助學(xué)生總結(jié)歸納各影響因素之間的關(guān)系.在總結(jié)判斷安培力方向的影響因素時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生畫(huà)出磁場(chǎng)方向、電流方向、安培力方向的關(guān)系圖，讓學(xué)生觀察歸納三者之間的關(guān)系.由于安培力的方向與磁場(chǎng)方向和電流方向并不在一個(gè)空間，因此進(jìn)行左手定則的總結(jié)歸納過(guò)程會(huì)有一定難度，視情況可以提供一些實(shí)驗(yàn)器材輔助學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí).

學(xué)生活動(dòng)?通過(guò)實(shí)驗(yàn)記錄畫(huà)出電流方向、磁場(chǎng)方向、安培力方向三者關(guān)系圖，可以得出安培力的方向與電流方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向所構(gòu)成的平面垂直.

教師活動(dòng)?在學(xué)生得出結(jié)論后進(jìn)一步提問(wèn)，安培力垂直于電流方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向所形成的平面，那么如何判斷安培的具體指向呢？引導(dǎo)學(xué)生按照如圖3所示，伸出左手，讓磁感線垂直穿過(guò)掌心，四指指向電流方向，則拇指所指方向就是安培力方向.讓學(xué)生用此方法檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)記錄，看看此方法對(duì)判斷安培力方向是否具有普適性.

學(xué)生活動(dòng)?按照左手定則的方法，去驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中記錄的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向、電流方向、安培力方向是否適用該方法.

2.3?開(kāi)發(fā)

教學(xué)活動(dòng)的實(shí)施需要一定教學(xué)資源支撐，教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)和利用主要是教師根據(jù)教學(xué)活動(dòng)需求尋找或者開(kāi)發(fā).教學(xué)活動(dòng)中的資源既可使用已有的，教師也可以依靠自己尋找開(kāi)發(fā).如在安培力教學(xué)中，安培力演示儀是學(xué)校已有器材，可以直接使用，但是汽車(chē)的演示視頻資源則需要教師自己去尋找.

2.4?實(shí)施

教師依據(jù)前面的分析與教學(xué)設(shè)計(jì)開(kāi)展教學(xué)活動(dòng).與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，PBL教學(xué)模式下的單元教學(xué)以學(xué)生為教學(xué)活動(dòng)主體，教師在教學(xué)活動(dòng)中扮演輔助者和引導(dǎo)者的角色，在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中適時(shí)給予幫助.

2.5?評(píng)價(jià)

教師主要針對(duì)單元學(xué)習(xí)目標(biāo)的完成情況對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)價(jià).如在對(duì)學(xué)生解決通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中所受的力與哪些因素有關(guān)及其相關(guān)應(yīng)用的學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，教師可以對(duì)學(xué)生在問(wèn)題提出、方案制訂、方案實(shí)施、交流討論、結(jié)果展示等方面進(jìn)行表現(xiàn)性評(píng)價(jià)，主要是評(píng)價(jià)學(xué)生問(wèn)題解決能力的發(fā)展.在交流討論、結(jié)果展示后對(duì)學(xué)生進(jìn)行問(wèn)答或筆試測(cè)評(píng)，對(duì)學(xué)生單元知識(shí)整體的掌握情況進(jìn)行評(píng)價(jià).教師根據(jù)教學(xué)過(guò)程和教學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行教學(xué)反思總結(jié)，從而改進(jìn)教學(xué).

3?結(jié)語(yǔ)

PBL教學(xué)模式符合當(dāng)下物理新高考中對(duì)學(xué)生從物理情境中提煉相關(guān)物理問(wèn)題，利用已學(xué)物理知識(shí)解決相關(guān)問(wèn)題的考查方向.單元教學(xué)注重知識(shí)間的整體性、連貫性、層級(jí)關(guān)系，與當(dāng)下教育改革中核心素養(yǎng)達(dá)成的培養(yǎng)方案不謀而合.因此，將PBL教學(xué)模式與單元教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行融合，對(duì)促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)達(dá)成與提高教師教學(xué)能力均有一定的實(shí)際意義.

【基金：貴州師范大學(xué)—興義民族師范學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)研究生創(chuàng)新基金（基金編號(hào)：LPYJS-2022-12）】

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