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)物理知識解決問題的能力，這對高中物理教學(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)的問題情景中自主學(xué)習(xí)，在問題解決的過程中掌握知識、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)展的同時有利于知識結(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.

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

新高考改革不僅對教師的專業(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)生往往是被動的、機械性地掌握知識，學(xué)生很難將所學(xué)的物理知識應(yīng)用到實際情景中去解決問題[1]；其次，在進(jìn)行教學(xué)安排時，教師通常是按照課時設(shè)計進(jìn)行，容易忽略知識間的相互聯(lián)系，使得學(xué)生掌握的知識比較零散，缺乏對知識系統(tǒng)性、整體性的理解.PBL教學(xué)模式可以讓學(xué)生在問題解決的過程中掌握知識與應(yīng)用，單元教學(xué)可以較好地促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)知識形成整體的認(rèn)知，因此將二者結(jié)合起來對物理教學(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)計流程

鐘啟泉教授認(rèn)為單元設(shè)計一般遵循“ADDIE模型”，即分析（Analysis）、設(shè)計（Design）、開發(fā)（Development）、實施（Implement）、評價（Evaluation）[2].本文在ADDIE模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)PBL教學(xué)模式的特點探討了PBL教學(xué)模式下的高中物理單元教學(xué)設(shè)計流程（見圖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

2.1?分析

PBL教學(xué)模式下的分析環(huán)節(jié)主要是對課程標(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)過程中的重難點，對教學(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)容是要求通過實驗認(rèn)識安培力，會判斷安培的方向和利用公式計算其大??；通過實驗認(rèn)識洛倫茲力，能判斷洛倫茲力的方向及大小計算，并能根據(jù)洛倫茲力分析帶電粒子在磁場中的運動[3]；通過對“安培力與洛倫茲力”的學(xué)習(xí)，拓展學(xué)生對磁場的認(rèn)識，加深學(xué)生對運動與相互作用多樣性的理解.通過課程標(biāo)準(zhǔn)和教材內(nèi)容的分析，確定本單元的教學(xué)重點：安培力與洛倫茲力大小計算與方向判斷；分析帶電粒子在勻強磁場中的運動規(guī)律；教學(xué)難點為安培力方向的判斷.本單元的知識內(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)了磁場的基本性質(zhì)以及牛頓運動定律，知道磁場中的相互作用是通過磁場產(chǎn)生的，在進(jìn)行教學(xué)時主要是對磁場中相互作用和運動形式從定性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)槎繉W(xué)習(xí).通過課程標(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“磁場中的相互作用”.

2.2?設(shè)計

2.2.1?設(shè)計單元教學(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：通過實驗認(rèn)識安培力和洛倫茲力，能判斷二者的方向、計算其大小，能解釋相關(guān)現(xiàn)象和實際問題；經(jīng)歷安培力和洛倫茲力表達(dá)式的得出過程，體會歸納推理、演繹推理、矢量分析的方法；了解磁場對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，體會物理知識與科學(xué)技術(shù)的關(guān)系[4].

2.2.2?設(shè)計單元學(xué)習(xí)問題

PBL教學(xué)模式下的教學(xué)活動圍繞問題展開，學(xué)生在經(jīng)歷問題解決的過程中實現(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)行問題的設(shè)計.一個學(xué)習(xí)單元的內(nèi)容通?？梢蕴釤挸蓭讉€核心問題或者概括性較高的大問題，教學(xué)過程中把核心問題或者概括性較高的問題拆分成一系列的具體問題，通過一系列具體問題的解決過程學(xué)習(xí)知識、促進(jìn)知識結(jié)構(gòu)化形成，提高問題解決能力.本文將單元學(xué)習(xí)中的問題分為單元核心問題、驅(qū)動問題以及子問題.在“磁場中的相互作用”單元中，主要解決的問題是磁場對通電導(dǎo)體和電荷的作用有什么規(guī)律，以及帶電粒子在勻強磁場中的運動有什么規(guī)律等問題[5].

2.2.3?設(shè)計評價目標(biāo)

PBL教學(xué)模式下的單元學(xué)習(xí)評價目標(biāo)的主要依據(jù)是學(xué)生問題解決能力的發(fā)展、知識結(jié)構(gòu)化形成和思想與方法的構(gòu)建三方面，結(jié)合問題設(shè)計的學(xué)習(xí)內(nèi)容對學(xué)生的學(xué)習(xí)作出較全面的評價.學(xué)生對單元學(xué)習(xí)問題解決方案的設(shè)計、實施以及完成情況；安培力與洛倫茲力的理解、計算及應(yīng)用其解釋相關(guān)物理現(xiàn)象的水平，帶電粒子在磁場中的運動分析與計算；安培力、洛倫茲力學(xué)習(xí)過程中對歸納推理、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)計學(xué)習(xí)活動

學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成依托教學(xué)活動的設(shè)計或?qū)嵤琍BL教學(xué)模式下的學(xué)習(xí)活動的主體是學(xué)生，學(xué)生參與具體的學(xué)習(xí)活動來達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo). PBL教學(xué)模式下的單元教學(xué)活動主要是圍繞問題來開展，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)活動為例.

（1）創(chuàng)設(shè)情境、提出問題

教師活動?展示電動汽車視頻，向?qū)W生講述國家提倡新能源汽車，電動汽車能耗低、環(huán)保能滿足日常出勤需求.電動汽車的動力裝置是電動機，在初中的時候我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了電動機的工作原理是利用磁場對通電導(dǎo)線的作用力，這個力就是我們今天學(xué)習(xí)的安培力.提出問題：電動汽車向前或者向后行駛時動力的方向有什么特點？在平直的公路上行駛和爬坡時需要的動力大小如何？

學(xué)生活動?思考并回答問題：向前行駛的時候需要向前的動力，倒車的時候需要向后的動力，在平直公路上行駛時的動力比爬坡時小.

教師活動?繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生，從上述問題中我們可以發(fā)現(xiàn)，電動機能產(chǎn)生不同方向、不同大小的力，說明通電導(dǎo)體在磁場中所受的力的大小和方向都可以改變，那么磁場對通電導(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)強度的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)知道磁場中通電導(dǎo)線所受作用力與導(dǎo)體中電流大小、導(dǎo)體在磁場中的長度有關(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?小組討論，提出猜想：磁場對通電導(dǎo)線作用力的方向可能與磁場方向、電流方向有關(guān)；所受力的大小可能與磁場強度、電流大小、導(dǎo)線在磁場中的長度有關(guān).

（2）分析物理問題、制訂解決方案

教師活動?給予學(xué)生引導(dǎo)，提問學(xué)生在探究多個變量之間的關(guān)系時應(yīng)該使用什么實驗方法.學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，使用安培力演示儀實驗探究并記錄下實驗過程.

學(xué)生活動?實驗?探究安培力的方向

經(jīng)歷改變磁場方向和電流方向?qū)Π才嗔Ψ较蛴绊懙膶嶒炋骄窟^程，得出結(jié)論，安培力的方向與磁場方向和電流方向有關(guān).

教師活動?學(xué)生經(jīng)歷安培力方向影響因素的實驗探究后，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，引導(dǎo)學(xué)生畫出磁場方向、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方向和電流方向并不在一個空間，因此進(jìn)行左手定則的總結(jié)歸納過程會有一定難度，視情況可以提供一些實驗器材輔助學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí).

學(xué)生活動?通過實驗記錄畫出電流方向、磁場方向、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)強度方向所構(gòu)成的平面垂直.

教師活動?在學(xué)生得出結(jié)論后進(jìn)一步提問，安培力垂直于電流方向和磁感應(yīng)強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)生用此方法檢驗實驗中的實驗記錄，看看此方法對判斷安培力方向是否具有普適性.

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

2.3?開發(fā)

教學(xué)活動的實施需要一定教學(xué)資源支撐，教學(xué)資源的開發(fā)和利用主要是教師根據(jù)教學(xué)活動需求尋找或者開發(fā).教學(xué)活動中的資源既可使用已有的，教師也可以依靠自己尋找開發(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，但是汽車的演示視頻資源則需要教師自己去尋找.

2.4?實施

教師依據(jù)前面的分析與教學(xué)設(shè)計開展教學(xué)活動.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)活動主體，教師在教學(xué)活動中扮演輔助者和引導(dǎo)者的角色，在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中適時給予幫助.

2.5?評價

教師主要針對單元學(xué)習(xí)目標(biāo)的完成情況對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評價.如在對學(xué)生解決通電導(dǎo)體在磁場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)行評價時，教師可以對學(xué)生在問題提出、方案制訂、方案實施、交流討論、結(jié)果展示等方面進(jìn)行表現(xiàn)性評價，主要是評價學(xué)生問題解決能力的發(fā)展.在交流討論、結(jié)果展示后對學(xué)生進(jìn)行問答或筆試測評，對學(xué)生單元知識整體的掌握情況進(jìn)行評價.教師根據(jù)教學(xué)過程和教學(xué)評價結(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

PBL教學(xué)模式符合當(dāng)下物理新高考中對學(xué)生從物理情境中提煉相關(guān)物理問題，利用已學(xué)物理知識解決相關(guān)問題的考查方向.單元教學(xué)注重知識間的整體性、連貫性、層級關(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)計進(jìn)行融合，對促進(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：LPYJS-2022-12）】

參考文獻(xiàn)：

[1]李之軍.高中地理非選擇題解答“五步法”初探[J].教學(xué)管理與教育研究，2020，5（09）：67-68.

[2]鐘啟泉.學(xué)會單元設(shè)計[J].新教育，2017（14）：1.

[3]中華人民共和國教育部制.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S]．北京：人民教育出版社，2018.

[4]侯語嫣，李德安.基于深度學(xué)習(xí)的高中物理PBL教學(xué)模式研究[J].物理教學(xué)探討，2022，40（12）：7-12.

[5]李東朝，林健.基于PBL模式的高中物理教學(xué)實踐與應(yīng)用初探[J].高考，2022（28）：151-154.