PBL教學模式下的高中物理單元教學設計

張永貴 郝艷玲

【摘要】在物理新高考中，著重考查學生從物理情景中提煉相關物理知識解決問題的能力，這對高中物理教學提出了新的要求.PBL教學模式以學生為主體，教師的主要作用是輔助學生學習，學生在教師創設的問題情景中自主學習，在問題解決的過程中掌握知識、發展能力.將PBL教學模式與單元學習進行整合，在促進學生能力發展的同時有利于知識結構化的形成.本文以“安培力與洛倫茲力”這一學習單元為例，研究PBL教學模式下的高中物理單元教學設計.

【關鍵詞】高中物理；課堂教學；PBL教學模式

新高考改革不僅對教師的專業素養有著更高的要求，也倡導教師嘗試新的教學模式[1].首先，傳統的教學模式下，教師大多采取講授的方式進行授課，學生往往是被動的、機械性地掌握知識，學生很難將所學的物理知識應用到實際情景中去解決問題[1]；其次，在進行教學安排時，教師通常是按照課時設計進行，容易忽略知識間的相互聯系，使得學生掌握的知識比較零散，缺乏對知識系統性、整體性的理解.PBL教學模式可以讓學生在問題解決的過程中掌握知識與應用，單元教學可以較好地促進學生對所學知識形成整體的認知，因此將二者結合起來對物理教學具有較積極的探索意義.

1?PBL教學模式下的高中物理單元教學設計流程

鐘啟泉教授認為單元設計一般遵循“ADDIE模型”，即分析（Analysis）、設計（Design）、開發（Development）、實施（Implement）、評價（Evaluation）[2].本文在ADDIE模型的基礎上，根據PBL教學模式的特點探討了PBL教學模式下的高中物理單元教學設計流程（見圖1）.

2?PBL教學模式下的“安培力與洛倫茲力”單元教學設計

2.1?分析

PBL教學模式下的分析環節主要是對課程標準、學習內容和學習者的情況進行分析.在分析教學內容的基礎上確定單元教學主題后，教師根據課程標準、教學內容和學習者學習情況，確定教學過程中的重難點，對教學內容進行重構，構建學習單元，為后續的設計環節做鋪墊.

在“安培力與洛倫茲力”單元中，其主要學習內容是要求通過實驗認識安培力，會判斷安培的方向和利用公式計算其大??；通過實驗認識洛倫茲力，能判斷洛倫茲力的方向及大小計算，并能根據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”的學習，拓展學生對磁場的認識，加深學生對運動與相互作用多樣性的理解.通過課程標準和教材內容的分析，確定本單元的教學重點：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律；教學難點為安培力方向的判斷.本單元的知識內容結構如圖2所示.

學生在本單元學習之前已經學習了磁場的基本性質以及牛頓運動定律，知道磁場中的相互作用是通過磁場產生的，在進行教學時主要是對磁場中相互作用和運動形式從定性學習轉變為定量學習.通過課程標準、教材內容以及學生情況的分析可以確定本單元的學習主題“磁場中的相互作用”.

2.2?設計

2.2.1?設計單元教學目標

將單元學習整體性目標設置為：學習帶電體在磁場中所受的力及其應用.將單元整體性學習目標拆分為：通過實驗認識安培力和洛倫茲力，能判斷二者的方向、計算其大小，能解釋相關現象和實際問題；經歷安培力和洛倫茲力表達式的得出過程，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技術的關系[4].

2.2.2?設計單元學習問題

PBL教學模式下的教學活動圍繞問題展開，學生在經歷問題解決的過程中實現教學目標的達成，因此在確定教學目標后進行問題的設計.一個學習單元的內容通?？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習知識、促進知識結構化形成，提高問題解決能力.本文將單元學習中的問題分為單元核心問題、驅動問題以及子問題.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體和電荷的作用有什么規律，以及帶電粒子在勻強磁場中的運動有什么規律等問題[5].

2.2.3?設計評價目標

PBL教學模式下的單元學習評價目標的主要依據是學生問題解決能力的發展、知識結構化形成和思想與方法的構建三方面，結合問題設計的學習內容對學生的學習作出較全面的評價.學生對單元學習問題解決方案的設計、實施以及完成情況；安培力與洛倫茲力的理解、計算及應用其解釋相關物理現象的水平，帶電粒子在磁場中的運動分析與計算；安培力、洛倫茲力學習過程中對歸納推理、演繹推理、模型建構、矢量分析等思想與方法的建構與應用.

2.2.4?設計學習活動

學習目標的達成依托教學活動的設計或實施，PBL教學模式下的學習活動的主體是學生，學生參與具體的學習活動來達成學習目標. PBL教學模式下的單元教學活動主要是圍繞問題來開展，提高學生學習自主性、主體性及參與性.

以安培力方向的探究教學活動為例.

（1）創設情境、提出問題

教師活動?展示電動汽車視頻，向學生講述國家提倡新能源汽車，電動汽車能耗低、環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學習了電動機的工作原理是利用磁場對通電導線的作用力，這個力就是我們今天學習的安培力.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?繼續引導學生，從上述問題中我們可以發現，電動機能產生不同方向、不同大小的力，說明通電導體在磁場中所受的力的大小和方向都可以改變，那么磁場對通電導線的作用力的方向和哪些因素有關呢？在關于磁感應強度的學習中我們已經知道磁場中通電導線所受作用力與導體中電流大小、導體在磁場中的長度有關，除此之外還與哪些因素有關，它們之間又是怎樣的關系？

學生活動?小組討論，提出猜想：磁場對通電導線作用力的方向可能與磁場方向、電流方向有關；所受力的大小可能與磁場強度、電流大小、導線在磁場中的長度有關.

（2）分析物理問題、制訂解決方案

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

學生活動?實驗?探究安培力的方向

經歷改變磁場方向和電流方向對安培力方向影響的實驗探究過程，得出結論，安培力的方向與磁場方向和電流方向有關.

教師活動?學生經歷安培力方向影響因素的實驗探究后，教師要引導幫助學生總結歸納各影響因素之間的關系.在總結判斷安培力方向的影響因素時，引導學生畫出磁場方向、電流方向、安培力方向的關系圖，讓學生觀察歸納三者之間的關系.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，因此進行左手定則的總結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生進行學習.

學生活動?通過實驗記錄畫出電流方向、磁場方向、安培力方向三者關系圖，可以得出安培力的方向與電流方向和磁感應強度方向所構成的平面垂直.

教師活動?在學生得出結論后進一步提問，安培力垂直于電流方向和磁感應強度方向所形成的平面，那么如何判斷安培的具體指向呢？引導學生按照如圖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.

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

2.3?開發

教學活動的實施需要一定教學資源支撐，教學資源的開發和利用主要是教師根據教學活動需求尋找或者開發.教學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.如在安培力教學中，安培力演示儀是學校已有器材，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

教師依據前面的分析與教學設計開展教學活動.與傳統教學模式相比，PBL教學模式下的單元教學以學生為教學活動主體，教師在教學活動中扮演輔助者和引導者的角色，在學生學習過程中適時給予幫助.

2.5?評價

教師主要針對單元學習目標的完成情況對學生的學習情況進行評價.如在對學生解決通電導體在磁場中所受的力與哪些因素有關及其相關應用的學習目標進行評價時，教師可以對學生在問題提出、方案制訂、方案實施、交流討論、結果展示等方面進行表現性評價，主要是評價學生問題解決能力的發展.在交流討論、結果展示后對學生進行問答或筆試測評，對學生單元知識整體的掌握情況進行評價.教師根據教學過程和教學評價結果進行教學反思總結，從而改進教學.

3?結語

PBL教學模式符合當下物理新高考中對學生從物理情境中提煉相關物理問題，利用已學物理知識解決相關問題的考查方向.單元教學注重知識間的整體性、連貫性、層級關系，與當下教育改革中核心素養達成的培養方案不謀而合.因此，將PBL教學模式與單元教學設計進行融合，對促進學生物理學科核心素養達成與提高教師教學能力均有一定的實際意義.

【基金：貴州師范大學—興義民族師范學院聯合培養研究生創新基金（基金編號：LPYJS-2022-12）】

參考文獻：

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

[2]鐘啟泉.學會單元設計[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準（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.基于深度學習的高中物理PBL教學模式研究[J].物理教學探討，2022，40（12）：7-12.

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