PBL教學模式下高中物理課堂師生有效互動初探

汪飛 鄭赟

摘 要：在新課程新教材新高考來臨之際，如何應對高中物理教學的新形勢、改進高中物理課堂教學方法、提高課堂教學質量是每一位高中物理教師急需解決的問題。PBL教學法為教師與學生帶來了全新的視角，激發(fā)學生的學習熱情，促進師生的交流，達到更加高效的課堂互動。

關鍵詞：PBL教學模式；高中物理；師生有效互動

《普通高中物理課程標準》（下文簡稱《課標》）指出：物理教學不應僅僅專注于讓學生獲得知識，而應該是融教師教學與學生學習為一體的過程[1]。物理課堂教學作為高中物理教學的主陣地，師生之間的交往互動是實現物理教學活動最基本的途徑。PBL教學模式注重發(fā)揮學生在教學中的主體性，促進師生之間的有效互動，通過師生密切配合共同解決實際問題，讓教學效果最優(yōu)化。

一、PBL教學模式概述

（一）PBL教學模式簡介

PBL（Problem-Based Learning）教學模式，最早在20世紀60年代左右應用于臨床醫(yī)學教育領域，之后逐漸在國內外其他的教育領域開始進行嘗試和實踐，發(fā)揮了重要作用。PBL教學模式是一種問題探究式教學模式，即將學生置于真實的、有意義的問題情境中，讓學生在教師的引導和同學的配合下，逐步理解問題、探索問題，最終解決問題，在這過程中學生不僅能構建自己新的知識體系，還能獲得解決實際問題的經驗，提高分析歸納總結的能力以及合作學習的技能[2]。

1.理解問題：遇到問題→分析已知未知→陳述、定義問題。

2.探索問題：收集信息→交流、分享信息→產生可能解決問題的方案。

3.解決問題：比較解決方案→選擇最好的解決方案→總結匯報。

（二）PBL教學模式的特點

學習的目的不只是單純地獲得知識，而是通過獲得知識的過程去培養(yǎng)和鍛煉學生發(fā)現問題、解決問題的能力，自主學習、交流合作的能力以及深層次的思維能力。但在傳統(tǒng)的灌輸式教學模式中，學生往往是被動、單純地接受教師傳遞的知識信息，而省去了分析和思考的過程。PBL教學模式則可以消除傳統(tǒng)的灌輸式教學模式中的弊端。

1.PBL教學模式是以問題為中心。PBL教學模式就是通過設置問題情境，圍繞解決問題來開展課堂教學活動，讓學生在解決問題的過程中收獲新知，引導學生探索、分析和總結，培養(yǎng)他們的創(chuàng)造力和獨立性。

2.PBL教學模式是以學生為主體。PBL教學模式旨在讓學生在探索和實踐中獲得更多的知識，擺脫被動接受知識的局面，成為一個主動的學習者和思考者。

3.PBL教學模式是以教師為促進者。PBL教學模式使得教師從單純的知識傳遞者變成了一個有效的引導者，他們負責提出有效的方案，指導學生的學習，激發(fā)他們的潛能，提高整個課程的效率。

傳統(tǒng)講授法主要采取教師講解傳授知識，教學過程平鋪直敘、索然無趣，缺乏認知挑戰(zhàn)；PBL教學法主要通過師生互動激活思維，教學過程曲徑通幽、引人入勝，激發(fā)思維、收獲智慧。

（三）PBL教學模式的優(yōu)勢

《課標》中提到：要關注學生的個性發(fā)展， 注重培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。PBL教學模式強調學生的參與度，通過讓學生參與到教學過程當中，鼓勵他們勇于挑戰(zhàn)、主動探究，通過互相學習、共享知識、共擔責任，來促進學生學習效果，激發(fā)學生學習主動性，提高他們的主動探究、分析、解決問題的能力。

二、高中物理課堂師生互動的重要性

《課標》倡導培養(yǎng)學生的語言表述能力和交流合作能力，為了更好地實現這一目標，在高中物理課上加強探索性的實踐，要營造出一個充滿機會的師生互動環(huán)境，以增強雙方的溝通與協(xié)調。

第一，活躍課堂氣氛。通過有效的師生互動，可以喚醒學生的學習興趣，激勵他們勇于探索，培養(yǎng)他們的主觀能動性，與教師一起進行有效的教學活動，營造良好的課堂氣氛。

第二，建立良好的自我學習意識。教師應該積極給予學生充分的鼓勵與贊賞，來增強學生的自信，鼓勵他們不斷地提高，提升他們的學習能力[3]。

第三，形成良好師生關系。課堂教學中師生的有效互動，讓學生和教師之間的關系更為融洽，這樣教師才能更好地教、學生才能更好地學，最終達到師生教學相長。

三、基于PBL模式下師生互動的教學實踐

“問題”作為PBL教學模式的基礎，其中“問題”與“問題鏈”的設計對于激起學生的探索求知欲、提升興趣、提高成績至關重要。良好的問題設計能夠極大地加強師生之間的互動，提升物理教學的效果。為了提升高中物理課堂上的交流和合作，本文提出PBL問題構建的策略和要求如下：

（一）有趣問題場景的引入，是課堂師生有效互動的“開局”

興趣是一種無窮的動力，它可以促使學生探索新事物，產生新想法。在高中物理課堂上，可以采用PBL模式，讓學生通過自己的興趣來探索知識，通過提出有意義的問題來激發(fā)他們的主觀能動性。

例如：在講解高中物理必修第一冊第一章中“加速度”概念的時候，“加速度”對于剛邁入高中門檻的學生而言，著實有點難度，因為它比較抽象。為了讓學生更好地認知，筆者在新課一開始的引入環(huán)節(jié)，利用“筆者和本班數學教師的汽車百公里加速時間的不同”作為興趣起點創(chuàng)設問題情境，結合教學目標，設計如下三個問題：

1.能否用“速度大”“速度變化大”描述這種不同？

2.用什么樣的物理量來描述？

3.怎么樣去描述？

（我的汽車0—100km/h加速時間為12.6s，數學教師的汽車0—100km/h加速時間為9.8s。）

討論這樣的問題，學生都很開心，極大地激發(fā)了學生構建知識的興趣，通過討論、分析，在教師引導下都得出了正確的結論——引出“加速度”的概念。最后，筆者讓學生通過“加速度”的角度，將上例情境中兩輛汽車進行對比，將課堂自然過渡到下個環(huán)節(jié)：“加速度”定義式的應用，學生仍然興趣高漲，師生互動頻繁，學習氛圍很濃厚。

（二）有效問題情境的創(chuàng)設，是課堂師生有效互動的“載體”

將學習內容轉換為問題情境，讓學生在教師的指導下，積極參與課堂活動，探索知識的深層含義，挑戰(zhàn)自我，激發(fā)學習熱情，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。

為了更好地講授“勻變速直線運動的速度與時間的關系”這一知識點，教師可以使用PBL教學法來進行教學過程的設計。

1.設置情境：某天下班途中，李華開車在某一平直路面以某一速度正常行駛，突然路邊躥出一條小狗，李華立即剎車。汽車剎車的最大加速度為6m/s2。為避免撞上小狗，必須讓車在2s內停下來。請大家討論此場景下，汽車正常行駛時的速度最高不能超過多少？

（學生提出：實際情境下剎車加速度可能會發(fā)生變化。教師明確：為簡化問題假設汽車剎車以最大加速度6m/S2做勻變速直線運動）

2.分析問題：學生分組，每組學生結合設置的問題情境，從已知物理量、待求物理量、已知物理量與待求物理量之間的聯(lián)系這三個方面進行問題分析，形成問題解決的初步方案。

3.研究問題：根據剛才的初步方案，每組學生再圍繞“接下來還需要做什么”“具體怎么做”進行交流討論，提出最終解決這類問題的辦法，即找到勻變速直線運動末速度與初速度的關系。

4.匯報評價：每組學生分別展示自己的解決方案，大家進行討論評價。

5.教師總結：教師對學生提出的各種方案進行比較和評價，對本節(jié)重點內容速度時間關系式的矢量性做進一步的說明。

6.問題解決：教師結合速度時間關系式，板書前面提出問題的解題過程，提醒學生注意解題的規(guī)范。同時根據計算的結果，告知學生要注意交通安全，安全第一。

拓展問題：汽車在某平直路面以20m/s的速度勻速行駛，現以5.0m/s2的加速度開始剎車，則剎車后6s末的速度是多少？（學生課后思考，提醒學生注意剎車問題要與實際過程相符）

通過設置生活情境，提出問題，師生互動交流討論，最終形成一個比較好的此類問題解決方案：即找出勻變速直線運動的速度公式。在教學過程中，教師重在引導，學生分組合作探究，最后教師進行完善，幫助學生形成準確的物理觀念和科學思維，提高學生科學探究能力，養(yǎng)成學生正確的科學態(tài)度與責任，這也正是培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)的基本要求。

（三）整體觀視角下課堂問題鏈的設計，是課堂師生有效互動的“保障”

課堂是一個整體， 設計好一節(jié)課的問題鏈框架，就能整體把握這節(jié)課的走向，讓學生根據問題與問題之間的層次結構、邏輯關系和先后順序，運用已有知識，通過質疑、分析或推理，逐步探究，主動地形成新的知識框架，構建物理模型。

例如：筆者在對高中物理必修第二冊第七章第三節(jié)《萬有引力理論的成就》一節(jié)的教學過程設計時采用問題鏈形式，進行如下設計：

1.“稱量”地球的質量

（1）創(chuàng)設情境

（新聞引入）2021年5月15日，“天問一號”攜祝融號成功著陸火星；2021年6月17日，神舟十二號成功發(fā)射。

學生觀看天問一號成功著陸視頻和神舟十二號成功發(fā)射視頻，暢談觀看感受。感受萬有引力定律對人類探索未知世界有著巨大作用。

（2）提出問題

①為什么說卡文迪什是第一個稱量地球的人？

②如何直接測量物體質量？

③地球質量能否可以用天平直接稱量？

④可以通過萬有引力定律來“稱量”，那么如何測量？需要忽略的次要因素是什么？

閱讀教材55頁的內容，獲得利用萬有引力測地球質量的方法，加以總結，通過自己的語言表達出來。

（3）解決問題

不考慮地球自轉，地面上物體的重力等于地球對物體的引力，即mg=GMm/R2，根據G、R、g測出地球質量。

拓展：查詢月球表面重力加速度和月球半徑，測量月球的質量。

2.計算天體的質量

（1）創(chuàng)設情境

能否用稱量地球質量的方法計算天體（如太陽）的質量？

圖片：地球、火星等圍繞太陽運動。

（2）提出問題

①如何測量太陽的質量？難點在哪里？該從什么角度思考這一問題？

②環(huán)繞天體繞中心天體實際做何運動？通?？烧J為做什么運動？

③應用萬有引力定律求解天體質量的基本思路是什么？

④求出的天體質量有幾種表達式？各是什么？各有什么特點？

（3）解決問題

環(huán)繞天體在圍繞中心天體做勻速圓周運動時萬有引力充當向心力。

由GMm/r2=m（2π/T）2r得到M=4π2r3/GT2，即知道環(huán)繞天體做圓周運動的半徑和周期就可以求出中心天體的質量。

問題：能否用火星圍繞太陽運動的模型來測火星的質量？

拓展：也可以利用這種方法求地球質量，即知道衛(wèi)星圍繞地球做勻速圓周運動的半徑和周期就可以求出地球的質量。

3.發(fā)現未知天體和預言哈雷彗星回歸

（1）創(chuàng)設情境

物理學史：海王星、冥王星的發(fā)現，哈雷彗星回歸視頻。

（2）提出問題

①為什么人們稱海王星為“筆尖下發(fā)現的行星？”

②人們應用萬有引力定律發(fā)現未知天體有什么樣的意義？

（3）解決問題

①海王星的發(fā)現：英國劍橋大學的學生亞當斯和法國年輕的天文學家勒維耶根據天王星的觀測資料，利用萬有引力定律計算出天王星外“新”行星的軌道。1846年9月23日，德國的伽勒在勒維耶預言的位置附近發(fā)現了這顆行星——海王星。

②其他天體的發(fā)現：近100年來，人們在海王星的軌道之外又發(fā)現了冥王星、鬩神星等幾個較大的天體。

③哈雷彗星回歸：英國天文學家哈雷計算出在1531年、1607年和1682年出現的三顆彗星的軌道如出一轍，預言這三次出現的彗星是同一顆星，周期約為76年，還預言它將于1758年底或1759年初再次回歸。1759年3月這顆彗星如期通過了近日點，它最近一次回歸是1986年，它的下次回歸將在2061年左右。

萬有引力定律的發(fā)現有著重要的物理意義，它對物理學、天文學的發(fā)展具有深遠的影響；它把地面物體運動的規(guī)律和天體運動的規(guī)律統(tǒng)一起來；對科學文化發(fā)展起到了積極的推動作用，解放了人們的思想，給人們探索自然的奧秘建立了極大的信心，人們有能力了解天地間的各種事物。

整堂課通過知識的復習回顧及幾組相關問題的解決，進行由淺入深、循序漸進的問題探究教學，激活學生內在的求知欲，引導大家積極思考，總結模型，構建單元知識結構；通過感知教材內容、感悟知識的靈活運用，增強分析問題和解決問題的能力；教學過程滲透物理學史的思想教育，樹立創(chuàng)新的意識，培養(yǎng)學生良好的科學態(tài)度和責任感；以問題鏈貫穿教學過程，教師放手讓學生自主探索學習，主動地參與到知識形成的整個思維過程，通過有效的師生互動，使學生在積極愉快的課堂中提高自己的學習質量。

結束語

在新課程新教材新高考“三新”背景下，PBL教學模式改變了師生互動的方式，真正實現了讓課堂活起來，讓學生動起來，讓學生敢于思考，勇于創(chuàng)新，這也正符合新課程標準的要求。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準[S].北京：人民教育出版社：58.

[2]王群，侯恕.基于問題的學習（PBL）模式在中學物理課堂教學中的應用：以“人教版”初中物理教材第十九章第一節(jié)家庭電路為例[J].物理教學探討，2017，35（9）：28-30，35.

[3]劉暢.初中英語課堂師生互動的有效性初

探[J].中國教師，2018（11）：31.

本文系全國教育科學“十三五”規(guī)劃2019年度教育部重點課題“中小學智能實驗教學系統(tǒng)的構建與應用實踐研究”（DCA190327）子課題的研究成果。