基于問題的學習（PBL）在高中物理實驗專題復習課的應用——以人教版高中物理必修Ⅰ“探究加速度與力、質量的關系”為例

左祥勝

（江蘇省宿遷中學，江蘇 宿遷 223800）

建構主義學習觀強調學習不簡單是知識由外到內的轉移和傳遞，而是學習者主動地建構自己的知識經驗過程，即通過新經驗與原有知識經驗的雙向的相互作用，來充實、豐富和改造自已的知識經驗.在整個教學過程中，以學生為中心，教師起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用，利用情境、協作、會話等學習環境要素充分發揮學生的主動性、積極性和首創精神，最終達到使學生有效地實現對當前所學知識的意義建構的目的.“基于問題的學習”（problem-based learning，簡稱PBL）是隨著建構主義思潮的影響而發展起來的一種新型教學模式和學習方法.其主要特征是以問題為導向，學習者為中心，教師指導、小組合作的一種教學方式.通過把學習置于復雜的、有意義的問題情境中，讓學習者以小組合作的形式共同解決復雜的、實際的真實的問題，來學習隱含于問題背后的科學知識，發展解決問題能力的一種教學模式.其旨在通過引導學習者解決復雜的實際生活中的問題，使學習者建構寬廣而靈活的知識基礎，從而培養和激發學習者內部的學習動機，發展有效的問題解決能力、合作能力、自主學習和終生學習的能力.

1 實驗專題復習課的特點

首先，學生對基本的實驗內容已經學過，這為學生自主學習整合知識奠定了基礎，但對已有知識的簡單重現缺少興趣，學習的積極性不高；其次，高三復習階段很難安排充足的時間給學生進實驗室進行具體的操作和探究.因此，在實驗復習課的設計上我們必須多動腦筋，多花心思，要改變紙上談兵的現狀.要立足教材，讓學生領悟教材的編寫意圖，引導學生從基本原理入手，理解教材中實驗思想和實驗方法.同時，要從學生的實際情況出發，弄清學生對一部分知識的認知障礙，抓住學生學習中存在的問題，特別是學生錯誤原因和學生真實的困難.通過創設有效的問題情境，以“問題”為線索，把學習設置到有意義、真實的問題情境中去.讓學生在問題情境中提高學習的熱情，在問題解決中掌握知識，從而將已學過的知識形成網絡，提高分析問題、解決問題的能力.

2 實驗專題復習課教學設計

2.1 教學內容分析

本專題是在學生高一學習的基礎上，努力讓學生體會探究的實質.一要學生明確通過控制變量法探究加速度與力、質量的定量關系的實驗方法和注意事項；二要從有利于減小誤差角度進行分析采取圖像法處理數據的必要性；三要從簡單、方便的原則體會安排打點計時器進行實驗和測量加速度的可行性；四要在真正掌握現有知識基礎上有一定的遷移能力.

2.2 教學目標定位

（1）理解探究加速度與力、質量的關系的合理性和必要性.

（2）理解實驗思路的合理性，以及用圖像處理實驗數據的有效性.

（3）經歷實驗的操作和測量過程，以及通過圖像處理實驗數據的過程，體現如何平衡阻力、減小系統誤差的操作方法.

（4）體會整個探究過程的科學嚴謹和合理性.

2.3 教學實施過程

師：同學們，今天我們來復習實驗“探究加速度與力、質量的關系”，下面我們一起來回憶這個實驗.

問題1（師）：請同學們回憶，完成本實驗通常需要哪些實驗器材？

生1：電磁打點計時器、復寫紙片和紙帶、一端有定滑輪的長木板、小車、小盤、低壓交流電源、天平、砝碼、刻度尺、導線等.

生2（補充）：也可以用電火花計時器，當然此時電源為220V交變電流.

天葬臺上，天葬師正一點點直起身子，手中的天葬刀，一縷鮮血正慢慢地洇入刀身，在亮起一陣紅芒之后，鮮血已消失無蹤。他低頭望了眼插在胸前的半截節足，伸手握住，猛力一拔，那節足便從天葬臺和他的體內拔出。

生3（補充）：還可以采用圖1所示的裝置來驗證加速度與力、質量的關系，此時對加速度的測量需要通過轉化為對位移的測量.

圖1

師：生1、生2、生3都說得很好，知識掌握得很鞏固，特別是生3，為我們探究加速度與力、質量關系提供了行之有效的另外一種方法.

師：基于簡單、方便的原則，現在，實驗室給每個學習小組按照生1所要求的實驗器材提供了實驗器材，請各個學習小組按照實驗操作規范組裝實驗儀器，并認真思考實驗過程中要注意哪些事項？并說出為什么要求這樣做.

圖2

生4（舉手，請求上黑板）：在黑板上畫出實驗原理圖（圖2），并說出了實驗注意事項.

（1）平衡摩擦力，使小車在不掛小桶和沙的情況下，能沿木板做勻速運動.

（2）每次釋放小車時，應靠近打點計時器；且先接通打點計時器，后釋放小車.

（3）每次小車快接近定滑輪時，用手按住小車，以免撞壞定滑輪.

（4）無論是保持小車質量還是沙和沙桶質量不變時，都要多取幾組數據.

師：生4說得很好，其他學習小組有補充的嗎？

問題2（生5）：我有一個問題，做實驗時，為什么要求小車和砝碼的總質量（M）要遠大于沙和沙桶的總質量（m）之和.

師：生5提的問題很有代表性，這時要解決的就是如何給小車提供恒力.這涉及對小車、小車所受到的合外力F（繩子對小車水平方向的拉力）與沙和小桶所受的重力之間的關系.

問題3（師）：為什么要求M?m？哪個學習小組來幫助生4解決這個問題？

生6：我們小組通過討論后一致認為，小車所受到的拉力（F）與小車所掛的沙和沙桶的所受到的重力（重物的重力mg＝F）的情形是不一樣的，后者沙和沙桶與小車一道運動、本身也要產生加速度，繩子對小車水平方向的拉力并不等于沙和沙桶所受到的重力，即mg＝（M＋m）a.對小車而言：

師：生6通過數學表達式消除了我們的疑惑，分析很到位.同學們掌聲鼓勵.同學們還有問題嗎？

師：這個問題也非常有代表性，我們平時在處理問題時也會犯同樣錯誤，誰能回答生7的困惑呢？

圖3

圖4

圖5

師：生9是學習有心人，尊重實驗數據，沒有放過作圖的任何一個小細節，值得我們學習.同學們，你們在做處理數據時遇到類似的情形嗎？請各學習小組討論，我們共同解決？

生10：我們小組討論后認為，應該與M和m有關，至于為什么后來線彎曲，我們也沒有弄明白.

師：生10分析的思路是正確的，下面我們沿著這個思路走下去，有

問題6（師）：結合我們高中物理所學知識，請同學們思考本實驗器材還可以從哪些方面進行改進與創新？請同學們各抒已見.

生11：可以用氣墊導軌代替長木板，調節氣墊導軌水平后就不用平衡摩擦力了.

生12：可以用光電門（兩個）來做實驗，通過測量兩個光電門之間的距離L和滑塊通過兩個光電門間的時間、進而計算出速度v，這樣就可以計算出加速度a.

生13：老師，我認為可以在連接小車和沙桶細繩間加上力傳感器，可以直接測量施加在小車上的合外力，此時，就不需要M?m.

師（總結）：剛才同學們討論得很激烈，也很有想法，上述幾種方法都是可行的.隨著科技的發展、時代的進步，我們一定會有更多更先進的測量方法，但是最基本實驗思想，實驗方法是相同的，是永恒不變的.

問題7（師）：（思考題）請同學們課后結合高中物理所學知識（可以上網查閱資料），本實驗裝置除了能探究加速度與力、質量之間的關系外，還可以做哪些實驗？

總之，基于問題的學習（PBL）的教學模式給物理實驗專題復習課開辟了一條新方法、新思路.只要我們從教學目標的定位、學習的切入點、師生關系及課堂組織形式進行思考與有效預設，充分發揮學生主體地位，必將有助于提高學生的綜合素質，培養學生創新、合作和遷移能力，發展學生的學科基本觀念.

1 李葆春.“基于問題的學習”的教學模式［J］.重慶科技學院學報：社會科學版，2009（11）：225－226.

2 李展華，陳曉明.高三實驗復習應如何有效開展［J］.教學實驗與儀器，2013，29（12）：44－48.

3 廖伯琴.物理教育學［M］.北京：高等教育出版社，2012.

4 物理課程教材研究開發中心.物理（必修Ⅰ）教師教學用書［M］.北京：人民教育出版社，2009.