PBL 教學(xué)模式在大學(xué)物理教學(xué)中的探索

唐淑紅

(湖南人文科技學(xué)院 物理與信息工程系，湖南 婁底 417000)

構(gòu)建和應(yīng)用何種教學(xué)模式進(jìn)行有效教學(xué)，是我國高等學(xué)校本科教育研究領(lǐng)域中一個重要的問題。目前，高校教學(xué)實踐改革力度還不是很大，同當(dāng)前全國正在進(jìn)行的轟轟烈烈的基礎(chǔ)教育改革形成了鮮明的對比。高等教育如何更好地與基礎(chǔ)教育接軌，如何培養(yǎng)社會所需要的具有獨立學(xué)習(xí)、思考與解決問題能力的創(chuàng)新人才，值得深思。

就目前來看，在大學(xué)物理教學(xué)中，傳統(tǒng)的教學(xué)模式依然是主流，對學(xué)生發(fā)現(xiàn)和探索問題的能力引導(dǎo)不夠，缺乏對學(xué)生問題意識的培養(yǎng)。課堂上主要以教師講授為主，授課教師是教學(xué)活動的中心，學(xué)生處于被動接受知識的地位，整個教學(xué)過程基本上是教師的獨角戲。另外，在學(xué)業(yè)評價方面，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的考試成績，忽視對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評價，導(dǎo)致學(xué)生把學(xué)習(xí)的重點放在應(yīng)付期末考試上，使得培養(yǎng)出來的學(xué)生缺乏發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力，很難將自己所學(xué)的知識用于解決實際問題。“基于問題學(xué)習(xí)(Problem-Based Learning，以下簡稱PBL)的教學(xué)模式”值得我們思考與實踐。

一 PBL 教學(xué)模式

PBL 教學(xué)模式是在建構(gòu)主義、“認(rèn)識—發(fā)現(xiàn)”學(xué)習(xí)及人本主義學(xué)習(xí)等理論基礎(chǔ)上，構(gòu)建的以注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題能力的教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，是一種以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)模式。“基于問題的學(xué)習(xí)”是以問題為核心，讓學(xué)生圍繞問題展開知識建構(gòu)過程，以此過程促進(jìn)學(xué)生靈活地掌握基礎(chǔ)知識，發(fā)展高層次的思維技能、解決問題的能力及自主學(xué)習(xí)的能力［1］。

最早開發(fā)和研究PBL 教學(xué)模式的是美國醫(yī)學(xué)教授霍華德·巴羅斯。在國外，世界范圍內(nèi)的高校都在不同程度上對PBL 教學(xué)模式進(jìn)行嘗試［2］，應(yīng)用廣度不斷擴(kuò)展，從醫(yī)學(xué)院研究生教育的PBL模式推廣到其它學(xué)科領(lǐng)域，將適用于精英教育的PBL 模式推廣到非精英的常規(guī)教育等。研究者對把PBL 教學(xué)模式運用于不同教育階段、不同地域文化情境等領(lǐng)域進(jìn)行了實驗、創(chuàng)新、總結(jié)和反思，絕大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為PBL 教學(xué)模式比傳統(tǒng)教學(xué)模式更具有優(yōu)越性，但仍需不斷發(fā)展和完善。

在我國，PBL 教學(xué)模式研究歷史還比較短，其研究內(nèi)容主要是“基于問題學(xué)習(xí)”模式的理論基礎(chǔ)、介紹和說明，“基于問題學(xué)習(xí)”在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中、在基礎(chǔ)教育中各學(xué)科教學(xué)以及醫(yī)學(xué)院中的應(yīng)用。在高校中，PBL 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域人才培養(yǎng)中的應(yīng)用取得了一定的成效。但在其它領(lǐng)域中對PBL 的研究還比較薄弱，尤其是實證研究力度不大。為此，在大學(xué)物理教學(xué)中，我們嘗試選取力、熱、電篇章中的部分內(nèi)容進(jìn)行PBL 教學(xué)實踐研究，取得了一定的成效。下面以力學(xué)中的“剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量定理和角動量守恒定律”為例作簡要介紹。

二 案例

(一)教學(xué)目標(biāo)

知識目標(biāo)：掌握剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量定理和角動量守恒定律，并能應(yīng)用其解釋實際問題。

能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作探究的能力，培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力。

情感目標(biāo)：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中體驗成功的快樂，培養(yǎng)學(xué)生的自信心。

(二)創(chuàng)設(shè)問題情境，描述問題

情境一：首先請一位學(xué)生坐在茹可夫斯基轉(zhuǎn)椅上，兩手各握一只啞鈴，平舉雙臂，并使他與轉(zhuǎn)椅一道以一定的角速度旋轉(zhuǎn)，然后放下兩臂，要求學(xué)生觀察平舉雙臂和放下雙臂時人與轉(zhuǎn)椅轉(zhuǎn)動的快慢是否相同。

情境二：播放一段優(yōu)美的花樣滑冰，運動員在加速旋轉(zhuǎn)時雙臂是收攏的，停止轉(zhuǎn)動時，雙臂是打開的。

情境三：播放跳水運動員跳水的過程，在空中翻轉(zhuǎn)時，運動員的臂和腿是蜷縮的，接近水面時，他的臂和腿是伸直的。

在這樣的情境中，學(xué)生提出了諸如以下種種問題：平舉雙臂和放下雙臂時轉(zhuǎn)椅轉(zhuǎn)動快慢為什么不同？為什么兩手要握啞鈴，不握啞鈴，會怎樣？花樣滑冰運動員怎樣才能不依靠外界的幫助，使自身的轉(zhuǎn)速隨著音樂的節(jié)奏時快時慢？跳水運動員在接近水面時，必須伸直臂和腿嗎？如果沒來得及伸直，對他的成績會有影響嗎？為保證運動員的安全，對水池的深度有什么要求？這些問題有些可以用原來的知識解決，有些則不行。

這一過程，使學(xué)生在建構(gòu)和重構(gòu)已有知識的過程中，發(fā)現(xiàn)已有知識無法解釋現(xiàn)象或問題時，會意識到自己知識的欠缺，就必然會產(chǎn)生學(xué)習(xí)的內(nèi)部動機(jī)。

(三)分析和討論問題

各小組列出了解決問題的所需知識：角速度，角加速度，角量和線量的關(guān)系，力矩、轉(zhuǎn)動慣量的概念，剛體的定軸轉(zhuǎn)動定律，角動量的概念，質(zhì)點運動學(xué)和動力學(xué)相關(guān)知識，并把質(zhì)點的運動和剛體的定軸轉(zhuǎn)動作對比分析。教師引導(dǎo)學(xué)生從已學(xué)過的剛體對定軸的角動量入手，利用數(shù)學(xué)工具找出理論依據(jù)，再進(jìn)一步解釋提出的問題。

討論中我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生可以推導(dǎo)出角動量定理和角動量守恒定律，但在利用定律解釋現(xiàn)象時存在問題。比如在討論“為什么兩手要握啞鈴”時，暴露出學(xué)生對轉(zhuǎn)動慣量概念的理解有問題，不清楚質(zhì)量的分布對轉(zhuǎn)動慣量的影響；還有的學(xué)生沒有從物理意義上理解定律，而單純從數(shù)學(xué)的角度考慮，還不能將抽象的物理規(guī)律具體化。

(四)展示、總結(jié)與反思

每個小組推薦自己的代表上臺進(jìn)行展示、總結(jié)，講解他們對提出問題的探究過程及結(jié)果。對角動量定理和角動量守恒定律學(xué)生采用了講解、圖表文字的方法。對茹可夫斯基轉(zhuǎn)椅實驗中為什么兩手要握啞鈴，采用了實驗體驗的方法。同時提出了其他問題，如能否自己控制轉(zhuǎn)椅的轉(zhuǎn)動和停止，并提出了設(shè)計方案，即用一個可以繞軸轉(zhuǎn)動的輪子，先讓輪子轉(zhuǎn)起來，再手握這個轉(zhuǎn)輪坐在茹可夫斯基轉(zhuǎn)椅上，通過改變軸的方向來使自己轉(zhuǎn)動或停止，并進(jìn)行了試驗驗證。

這一階段，各小組對問題結(jié)果、知識重建、知識建構(gòu)所采用的方法等進(jìn)行了總結(jié)。這樣的展示、總結(jié)活動一方面增強(qiáng)了學(xué)生對問題的理解程度，另一方面可以用來評價學(xué)生對有關(guān)內(nèi)容的掌握水平、小組成員的合作探究精神和表達(dá)能力。

三 教學(xué)實踐總結(jié)

我們選取了剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量定理和角動量守恒定律、理想氣體的壓強(qiáng)、電磁感應(yīng)定律等內(nèi)容為例，實施了PBL 教學(xué)，現(xiàn)總結(jié)如下。第一，教師在教學(xué)過程中，首先要了解學(xué)生頭腦中的前概念，并根據(jù)學(xué)生的實際情況制定合適的教學(xué)目標(biāo)，不但要注重知識目標(biāo)和能力目標(biāo)，也要注重情感體驗、價值觀目標(biāo)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中體驗成功的喜悅，感受到自身的價值，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神。第二，設(shè)計的問題情境要來自于生活實際，這樣才能有效地激發(fā)學(xué)生探究和解決問題的學(xué)習(xí)動機(jī)。第三，重視討論、展示、總結(jié)與反思。我們發(fā)現(xiàn)討論會促使學(xué)生找出解決問題的相關(guān)知識點，還能夠相互激活小組成員原本難以提取的信息，建立已有知識和所需知識的聯(lián)系，梳理相關(guān)信息。由于不同學(xué)生的知識、思維、各種能力等存在差異性，對問題的解釋是多樣的，因此經(jīng)過多次交流、啟發(fā)、批判，學(xué)生會對知識進(jìn)行重新建構(gòu)，加深對問題理解的深度，能夠形成有說服力、合理的問題解釋。展示、總結(jié)與反思有助于學(xué)生概括和理解新知識的應(yīng)用情境，能拓寬學(xué)生的研究思路，深化理解知識，保證知識建構(gòu)的持久性和穩(wěn)固性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。第四，我們對學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示有62.34%的學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到問題時，愿意參與同學(xué)間的討論，有63.64%的學(xué)生對課上教師提出的問題進(jìn)行了積極思考，有61.04%的學(xué)生喜歡教師的教學(xué)方法，這些數(shù)據(jù)都說明大部分學(xué)生喜歡以合作討論的方式解決問題，對師生提出的問題采取了積極的態(tài)度，也認(rèn)可這樣的教學(xué)模式。

當(dāng)然，也存在一些問題，比如有些同學(xué)沒有真正參與，問卷調(diào)查顯示有9.09%的學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到問題時聽之任之。有些學(xué)生課前預(yù)習(xí)應(yīng)付了事，課堂討論當(dāng)看客，合作探究事不關(guān)己，展示提升不敢上臺。還有些同學(xué)性格內(nèi)向，在小組討論中沉默不語。為此，教師必須想方設(shè)法激勵這些學(xué)生自愿參與討論，要營造一種令學(xué)生無所顧慮的環(huán)境，要使學(xué)生感受到成功的喜悅，自己的價值。另外，實施PBL 教學(xué)對教師提出了更高的要求，要求教師具備全面的學(xué)科知識，對學(xué)生提出的問題要有預(yù)見性，要有很強(qiáng)的應(yīng)變能力；同時，教師要對知識學(xué)習(xí)的結(jié)果、學(xué)習(xí)的過程、學(xué)生的問題解決能力、反思的過程等進(jìn)行評價，評價要把握好尺度。再者，教學(xué)課時不足，教學(xué)班級過大也會影響教學(xué)效果。這些都是我們在下一步教學(xué)實踐中要繼續(xù)研究解決的問題。

隨著我國高等教育改革的深入，各高校都在積極探索新的課堂教學(xué)模式，努力提升課堂效率和教學(xué)質(zhì)量。在PBL 教學(xué)改革過程中，我們必須把教育教學(xué)理論運用到日常教學(xué)當(dāng)中，做一些教學(xué)改革的嘗試，從實踐中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，為高校的有效教學(xué)提供一定的理論和實踐指導(dǎo)。

［1］劉儒德.問題式學(xué)習(xí)：一條集中體現(xiàn)建構(gòu)主義思想的教學(xué)改革思路［J］.教育理論與實踐，2001，21(5)：53－56.

［2］DELIS R.問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)在課堂教學(xué)中的運用［M］.方彤，譯.北京：中國輕工業(yè)出版社，2004：10－55.