基于科學探究能力培養的初中物理PBL教學模式初探

楊洪云 李秀燕

摘? ?要：以八年級物理“空氣的‘力量”中的“大氣壓強的存在”這一教學片斷的設計為例，運用PBL教學模式，采用層層設問的方式引導學生通過分組合作探究的方式，在貼近生活的問題情境中解決問題、獲取知識，從而培養學生的科學探究能力。

關鍵詞：初中物理;大氣壓強;PBL教學模式;科學探究

1? 引言

《義務教育物理課程標準（2011年版）》的課程性質中指出：“義務教育階段的物理課程應注意讓學生經歷實驗探究的過程，學習科學知識和科學探究的方法?！盵 1 ]基于此，有學者提出PBL（Problem-Based Learning）教學法，它是于1966年由Evans與Mustard等人提出的一種教學法，是以問題式或項目式學習為基礎的教學方法[ 2-4 ]。它強調把知識的學習設置在貼近生活的“問題”情境中，學生通過分組合作探究的方式，解決創設的問題并提出新的問題，學生在一系列問題的探究過程中學習了隱含在問題背后的科學知識，構建了物理知識框架，發展了合作探究的能力，培養了科學探究的意識和科學探究的能力，從而提高了學生的科學素養，可見這一教學模式符合課標要求，是進行物理教學的有效手段。

空氣的“力量”是滬科版初中八年級第八章壓強第三節的主要內容，課標對該節的要求是：知道大氣壓強及其與人類生活的關系[ 1 ]。這一節內容與日常生活緊密聯系，適合開展PBL教學。

2? 教學設計

基于以上分析，現以“大氣壓強的存在”的教學片斷為載體，圍繞如何開展PBL教學法設計了如圖1所示的教學流程。其中，最關鍵的步驟是如何層層設問以及如何引導學生針對問題進行有效的合作探究、排疑解惑。

2.1? 創設情境，引入新課

首先以抗擊“新型冠狀病毒”，醫護人員用針管將藥瓶中的藥液吸入針筒運用了什么物理知識作為新課引入。

師：為什么注射器能將藥液吸起？

生：受大氣壓強的作用。

提出問題：如何證明大氣壓強的存在？

為了探究問題的需要，教師可根據學生的學習情況，進行合理分組，并讓學生自行選擇實驗器材和實驗方案來驗證大氣壓強的存在。

經組內討論以及資料的查閱后，不同組別的學生可設計出不同的簡易實驗來證明大氣壓強的存在，部分個案如圖2所示，有大氣壓壓扁易拉罐實驗、收納袋被壓扁實驗、吸盤實驗、瓶口吞蛋實驗以及覆杯實驗等。學生通過在組內成員間的討論與實踐，以及組間成員的分享與交流，觸類旁通，對大氣壓強的存在以及大氣壓強的作用有了真實的體驗，加深了對概念的理解。

而學生科學探究能力的培養還涉及能否通過實驗現象的觀察，提出有效問題、進行合理的猜想與假設、設計實驗并從實驗中進行分析與論證所提出的問題。因此，結合PBL教學法，通過層層設問，可正確引導學生通過有效的合作探究發現新問題，提出新方案，共同尋找問題的答案。

2.2? 層層設問，鼓勵嘗試

PBL教學法中的設問應提出具有一定的挑戰性、趣味性和可操作性的問題，因此，教師可針對學生提出的“覆杯實驗”做進一步的分析與探究，先讓學生對靜止在礦泉水瓶瓶口的乒乓球進行受力分析，知道乒乓球不會掉下來，是因為上下壓力相等的緣故，此時教師再提出相關問題。

師：乒乓球是被水黏住了呢？還是被大氣壓強托住了呢？如何證明呢？

針對老師提出的問題，通過師生共同分析，有了如表1所示的探究過程。

而要營造一個真空的環境，卻存在實驗操作繁瑣、真空不容易實現等問題。因此，教師需要和學生另辟蹊徑。因此教師又拋出一個問題。

師：不用真空裝置，能否排除大氣壓強的干擾？

針對這個發散的問題，教師先要鼓勵學生嘗試不同的方案，尋找解決問題的突破口。但是，為了能提高課堂效率，需要教師進行有效的指導，將學生及時帶到“正確軌道”上來。

2.3? 適時點撥，正確引導

首先，如圖4（a）所示，教師先讓學生拿起一個氣球在空氣中輕松吹鼓起來;接著如圖4（b）所示，讓另一個學生嘗試能否將放置在礦泉水瓶內的氣球吹鼓起來。結果發現，在礦泉水瓶的氣球無法吹大。原因何在？與本節課知識點是否相關等問題，就需要教師進行適時點撥，正確引導。

師：為什么置于礦泉水瓶內的氣球吹不大？

生：可能與壓強的作用相關。

師：能否將礦泉水瓶進行適當的改造，使氣球能成功被吹鼓？

在探究如何將瓶中的氣球吹鼓起來的過程中，學生會嘗試不同方法，但并不一定會成功。此時，教師可適時提醒。

師：如果提供一個工字釘，能否實現呢？

學生嘗試后發現如圖4（c）所示，用工字釘在瓶子底部打上小孔后，就可將氣球吹起來。正當學生興奮之余，教師又適時提出新的問題讓學生嘗試。

師：用工字釘堵住小孔并停止吹氣

生：看到被吹大的氣球能保持體積不變。

師：再次拔出工字釘后，會觀察到什么現象？

生：氣球立即又變小了。

師：如何利用壓強的知識點來解釋這兩個現象的原因？

通過教師引導，學生對該問題的認識不斷深入，最終理解：在礦泉水瓶里套進氣球以后，瓶子內部空間被氣球分成如圖5所示的兩部分，把它們分別叫作“球內空間”和“球外空間”。當在沒扎孔的瓶子內吹氣球時，由于“球外空間”的空氣不能被排出礦泉水瓶外，相當于一個密閉的空間，此時球內空間的壓力不能達到超過球外空間的壓力，氣球就鼓不大;而在瓶底扎出一個小孔后，“球外空間”的空氣可以自由地排出瓶外，內部壓力大于大氣壓，從而能把“球內空間”吹得幾乎和瓶子一樣大。而如果用工字釘將小孔堵上，會再次阻斷了空氣自由進出的通道，從而使“球外空間”再次回到密閉，而導致“球外空間”的氣體壓強保持不變，迫使“球內空間”必須保持在原先吹大的狀態;而當再次將工字釘拔出，空氣又能從小孔自由進出瓶內，“球外空間”的氣體壓強可以達到和外界相同，而氣球也能靠自身的彈性收縮力將“球內空間”的一部分氣體排出來，使“球內空間”和“球外空間”的氣體壓強相同。37DAB6FE-B559-41FB-96A7-25F1D2F163B0

通過對“吹氣球”現象的解釋，解決了如何不用真空裝置，就能排除大氣壓強的干擾這一問題。轉而思考如何將該思維方法遷移到“覆杯實驗”，引導學生不用真空裝置就能排除大氣壓強干擾，從而探究是不是水黏住了乒乓球。

2.4? 合作探究，排疑解惑

通過對“瓶內吹氣球”現象分析論證，學生獲悉：當工字釘拔出后，空氣能自由從小孔進出瓶內，使吹好的氣球的“球內空間”和“球外空間”保持相等的大氣壓強。引導學生將思想擴展到覆杯實驗。

提出猜想：當水充滿了礦泉水瓶，此時瓶內沒有空氣，瓶外的大氣壓強將大于瓶內水的壓強。當用工字釘在礦泉水瓶上扎一個小孔，空氣能從小孔自由進出瓶內，此時瓶內壓強和瓶外的大氣壓強相同，使得乓乓球與放在空氣中的情形無異，利用工字釘扎孔、拔出，觀察乒乓球的狀態就可以分析該問題。

進行實驗：先把工字釘扎在礦泉水瓶底部，接著將礦泉水瓶裝滿水，并在瓶口放一個乒乓球，再將礦泉水瓶倒置過來，將工字釘拔出，發現乒乓球下落。

得出結論：確實是大氣壓強托住了乒乓球，而不是水黏住了乒乓球。

對于本片斷的教學，常規的做法是由教師羅列出相關的實驗現象，直接點明這些現象與大氣壓強的存在相關，屬于“輸入”式的教學方式，學生在被動接受知識的過程中，只能對相應的課程內容形成粗淺的認知層次。而本案例采用的是PBL教學法，學生通過自已動手、合作探究、現象觀察、理論解釋等一系列活動之后，經歷了認知沖突，激發了求知欲望，從而在知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三個維度上都高質量地實現了相應的教學目標。

3? 結束語

本教學設計采用PBL教學法，將“大氣壓強的存在”這一知識點的學習設置在貼近生活的一系列“問題”情境中，讓學生通過觀察到的現象去分析其中的物理原理，通過分組合作探究的方式，逐一解決教師創設的問題并發現新的探究點。學生在一系列問題的探究過程中不僅學習了隱含在問題背后的物理知識、構建了與大氣壓強的存在相關的清晰的知識框架、加深了對知識的深層理解，培養了學生善于質疑和勤于思考的學習習慣，而且還提高了學生的科學探究的意識和科學探究的能力、從而提升了學生的科學素養，也加強了學生之間的團隊協作能力。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部. 義務教育物理課程標準（2011年版）[S]. 北京： 北京師范大學出版社， 2012.

[2] 譚東麗. PBL活動設計的探討——以大學物理為例[J]. 欽州學院學報， 2011， 26（6）： 41-43.

[3] 劉燕輝. PBL教學模式在高中物理教學中的應用研究[D]. 廣州： 廣州大學， 2017.

[4] 周新， 肖青. PBL教學法在物理課程教學中的應用[J]. 物理通報， 2015（5）： 2-3.37DAB6FE-B559-41FB-96A7-25F1D2F163B0