PBL-CBL教學方法在高中物理課堂的應用

陳培蘭 朱巧萍 陳榮達

摘 要：物理學是一門科學學科，在于培養學生科學思維.文中基于PBL-CBL，對“離心運動”進行物理課堂教學設計，在教學課堂中培養學生發現問題、知識整合、實驗創新等能力.

關鍵詞：PBL;CBL;離心運動;教學設計

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）21-0035-03

基金項目：教育部高等學校教學研究項目“大學物理‘對分課堂教學模式的實踐探索及效果評價研究”（項目編號：DJZW201915xb）.

作者簡介：陳培蘭（1995-），女，廣東人，研究生，研究方向：中學物理教學;

陳榮達（1996-），男，安徽人，研究生，研究方向：電力系統通信技術.

通訊作者：朱巧萍（1979-），女，寧夏西吉人，碩士，副教授，研究方向：課程與教學論.

物理學是一門科學學科，《普通高中物理課程標準（2017年版）》課程目標要求學生掌握物理概念、規律的同時要學會適應社會發展，學會發現生活中的物理問題，科學分析與探究，獲得終身發展與生存的能力[1].愛因斯坦曾說過“提出一個問題，有時比解決一個問題更重要”.物理教學過程中，最重要的是培養學生解釋物理現象和分析物理問題的能力，為實現這一目標，要牢牢抓住問題是學生思維的引擎，關鍵是問題的質量和深度，核心是學生的思維[2]，而PBL-CBL致力于將學生置于一個明確的情景中，引導學生發現問題，以小組形式進行探討，尋求答案，有利于科學思維的發展和科學探究能力的培養.

1 概念簡述

1.1 PBL與CBL模式簡述

PBL（Problem-Based Learning）是以問題為導向的教學模式，1969 年由美國的神經病學教授 Barrows 在加拿大的麥克馬斯特大學首創，一開始應用于醫學的教學，現已成為各類學科所推崇的一種教學方法.PBL強調把學生置于一個目的明確的問題情境中，學生以小組的形式合作探討，整合學科知識，尋找問題的答案[3].整個學習過程激發學生興趣，掌握學習的方法與技巧，培養自主學習能力，提升學生綜合思維和創新能力.PBL因材施教，是目前實現精英教育的最佳方法[4].

CBL（Case-Based Learning）是以案例為導向的學習，是基于PBL發展而來的教學模式，以案例為基礎，以師生討論為核心的教學模式[5].在CBL教學過程中，教師根據教學目標設計案例，學生在真實的情境中進行自主探索研究發現問題，找到方法技巧從而解決問題.其中，案例必須是生活化且貼近學生的生活，給予學生熟悉的案例可以實現教學目標，引導學生在發現問題、分析問題、解決問題中充分運用學科知識，提高發現、分析與解決問題的能力.

1.2 PBL與CBL教學方法的聯合

PBL教學模式要求問題要有情境性，進而引起學生學習興趣與好奇心; CBL教學模式為學生創造一個富有情境性的教學環境.其次，CBL教學模式要求學生對于知識要有整體的認識與掌握;PBL教學模式在課前拋出問題，學生根據問題查找相關資料，為下節課的“發現問題”環節打下基礎.PBL-CBL教學模式聯合，引導學生透過現象看科學本質，運用科學態度認識與理解常見的生活現象，主動承擔社會責任等;PBL-CBL教學模式常用于醫學領域的教學，力求培養具有一定臨床經驗與思維的實用人才，物理學是科學學科的基石，應用PBL-CBL教學模式順應了學科要求，有助于培養學生的科學思維，建構物理模型，進行科學分析、推理、質疑、創新等.

2 “離心現象與應用”的PBL-CBL教學設計

2.1 PBL-CBL教學模式課堂教學設計思路（如圖1）

2.2 “離心運動”PBL-CBL教學設計

在實際教學中， PBL-CBL教學模式應該如何應用，本文以人教版高中物理必修第二冊第六章第4節“生活中的圓周運動”中第4小節“離心運動”為例，設計如下.

2.2.1 拋出問題（Problem）——啟發思考，整合知識

教師在前一節課拋出與下一節課相關的問題，布置相關的學習任務.

問題1：（1）彎道超車的原理是什么？（2）街舞的轉圈為什么比較難學？（3）鏈球比賽的原理是什么？（4）廚房蔬菜水果清洗甩干機原理是什么？（5）宿舍懶人手動洗衣機的工作原理是什么？

設計意圖：此環節中教師總結勻速圓周運動與向心力知識，并拋出五個問題，要求學生課后自行選擇并以小組形式進行探究和思考.學生自主選擇問題進行探討以達到因材施教的目的，進而激發學生的積極性，鼓勵學生積極參與，樂于探究，善于發現與解決問題.

2.2.2 設置情景（Case）——發現問題，猜想假設

教師帶棉花糖機進入課堂，并在恰當時機巧妙引導學生發現問題：棉花糖機的秘密是什么？注意看棉花糖是從哪里出來的？討論棉花糖機的工作原理是什么？

設計意圖：趣味課堂導入，激發學生的學習興趣.學生在此環節中被棉花糖機吸引，在教師的引導下不斷產生新的問題，同時進行小組討論、分析，提出猜想與假設，進而引導學生發現事物的本質，實現“科學探究”的第一步，基于現象觀察提出物理問題、形成猜想與假設，培養科學思維.

2.2.3 啟發思考——科學推理，建構模型

問題2：棉花糖絲的附著過程像游樂場里面的哪一種游樂設施呢？

設計意圖：學生就教師提出的問題進行激烈討論，直到提出“旋轉飛椅”;教師引出離心現象概念“勻速圓周運動的物體在所受合力突然消失或不足以提供圓周運動所需的向心力的情況下，就會做逐漸遠離圓心的運動，這種現象稱為離心現象”.從生活現象過渡到物理模式，深化學生科學推理能力，建構物理模型，提升學生的科學思維，運用物理知識對物理現象建構物理模型，尋找證據解釋物理現象.

2.2.4 點撥提醒——設計實驗，驗證假設

問題3：如果合外力突然消失其運動軌跡怎樣？

問題4：如果合外力不足以提供所需的向心力其運動軌跡怎樣？

學生根據實驗臺上的實驗儀器自行進行實驗，探究離心現象中的兩種情況（見表1）.

演示3數學演算如下.

證明：繩子作用在小球上的力始終通過中心O點，是有心力，此力對O點的力矩始終為零.因此，在繩子變長過程中，質點的動量矩守恒，設小球距管心距離為r2時速度為v2，故有

Mv1r1=Mv2r2①

所以

v2=v1r1r2②

由圓周運動規律得

在r1處時有

F1=mv21r1③

在r2處時有

F2=mv22r2④

將②式代入④式中得

F2=mv21r21r32=mv21r2（r1r2）2⑤

由于r1

則

mv21r2

r1r22<1⑦

即F2

設計意圖：培養學生的科學探究、搜集證據、實驗驗證和分析解釋的能力.實驗設計是對猜想與假設的驗證，數學演算將物理現象進行量化，使其科學推理更加具有科學性，增加說服力，同時實現跨學科（物理、數學）的聯系.

問題5：可否讓運動軌跡顯示出來？

（1）將水寫布放置在轉盤上，利用針筒將水注入在乒乓球中，并用玻璃杯罩住在水寫布上轉動，突然拿起玻璃杯——乒乓球飛出，同時顯示出一條切線，如圖5所示.

（2）在圓心滴上水滴，轉動轉盤，并且不斷加速，會出現一條逐漸遠離圓心的曲線，如圖6所示.

設計意圖：利用水寫布的特性將離心運動的軌跡呈現出來，加深學生對離心現象的理解，培養學生對物理現象的進一步研究與分析，同時呈現運動的軌跡，增加說服力，認識科學本質，逐漸形成探索自然的內在動力，培養嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態度[1].

2.2.5 總結概括——討論分析，問題解決

教師引導學生對整節課進行總結概括，形成屬于學生自己的思維框架.

設計意圖：回顧本節課所學知識，梳理實驗現象得出實驗結論，將課堂知識系統化，形成屬于學生自己的知識框架，提升學生對于零散知識的歸納能力，鍛煉學生對所見所聞、所思所悟的總結能力，為學生后期物理的學習奠定基礎.

3 結束語

高中物理課程標準更加注重物理在教學中的育人價值，發展素質教育，進一步體現課程的時代性、科學性與思想性.PBL-CBL相結合的教學設計與新課程標準所倡導的核心素養相契合，有利于在教學中全面推進核心素養的改革.在適當的物理教學過程中采用PBL-CBL教學模式，幫助學生發現科學的本質，鍛煉學生的科學思維與科學探究能力，培養學生對于科學的質疑與創新能力，又因PBL-CBL中的問題與情景都源于生活，反過來更加容易引起學生對于科學、技術、社會、環境（STSE）發展的關注.

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（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2]戎杰，梁旭.落實深度教學 提升核心素養——以“生活中的圓周運動”為例[J].物理教師，2020，41（08）：22-24+29.

[3]呂磊.PBL導向下“力的分解”的課堂教學[J].物理教師，2019，40（08）：13-16.

[4]劉雅芳，田旭升，程偉.PBL教學法與CBL教學法的比較研究[J].河北農業大學學報（農林教育版），2016，18（03）：62-65.

[5]盧超，陳景鮮，李春閣，王國霞，陳剛.PBL和CBL教學模式在《生物化學》課程教學改革中的探索[J].生命的化學，2019，39（06）：1275-1278.

（收稿日期：2021-07-05）