邱清芽 劉堅(jiān)輝 張曉璇 鄭衛(wèi)峰
摘? ?要:將PBL教學(xué)模式應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),以探究安培力方向教學(xué)為例,針對(duì)傳統(tǒng)教材中實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足,選用自制教具“旋轉(zhuǎn)的液體”進(jìn)行基于PBL教學(xué)模式的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì),以此更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生的探究式學(xué)習(xí)。
關(guān)鍵詞:PBL教學(xué)模式;自制教具;物理實(shí)驗(yàn);安培力
引言
《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中提到在物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)過程中,建議一線教師開展生動(dòng)活潑的實(shí)驗(yàn)課堂以及通過問題解決促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成[ 1 ]。因此以問題為導(dǎo)向進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),有利于促進(jìn)學(xué)生能力的培養(yǎng)和提升,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效進(jìn)行,落實(shí)物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。PBL教學(xué)模式(Problem Based Learning,基于問題的學(xué)習(xí))是以學(xué)生為主體,讓學(xué)習(xí)過程處于復(fù)雜的、有意義的問題情境中,以小組的形式進(jìn)行互相討論、交流,以此解決相關(guān)問題,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、問題解決能力的教學(xué)策略[ 2 ]。因此,本文以旋轉(zhuǎn)的液體探究安培力方向教學(xué)為例,將PBL教學(xué)模式應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,更好地達(dá)到核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。
1? 基于PBL教學(xué)模式的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本環(huán)節(jié)
應(yīng)用PBL教學(xué)模式將物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為創(chuàng)設(shè)情境、問題驅(qū)動(dòng)、制定方案、合作探究和評(píng)價(jià)總結(jié)五個(gè)環(huán)節(jié)。構(gòu)建基于PBL模式的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本環(huán)節(jié)(如表1所示),分別指出各環(huán)節(jié)中教師與學(xué)生活動(dòng)主線內(nèi)容。
2? 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)
現(xiàn)魯科版高中物理選擇性必修第二冊(cè)教材中第1章第1節(jié)的內(nèi)容為“安培力及其應(yīng)用”,安培力的方向是該部分中的一個(gè)主要內(nèi)容。關(guān)于“安培力方向”的教學(xué),教材中呈現(xiàn)的是以鋁箔“天橋”實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行探究。但是,該部分是讓學(xué)生按部就班進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,這樣的教學(xué)模式顯然不能實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)性化和創(chuàng)造力的發(fā)展。并且,在實(shí)際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn),教材中鋁箔紙高度不夠,很難同時(shí)觀察到拱起和下凹現(xiàn)象,且實(shí)驗(yàn)過程中如要改變電流方向,操作繁瑣,不易實(shí)現(xiàn)[ 3 ]。針對(duì)以上的問題,本文應(yīng)用PBL模式,選用自制改進(jìn)的教具“旋轉(zhuǎn)的液體”來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),以此更好促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展,提高科學(xué)探究能力。
3? 學(xué)生學(xué)情分析
學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容前,已經(jīng)學(xué)習(xí)并了解了電流周圍存在磁場,知道磁場對(duì)通電導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生作用力。并且在之前學(xué)習(xí)牛頓第二定律時(shí)已經(jīng)進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)探究,因此掌握了一些物理實(shí)驗(yàn)研究方法,具備了實(shí)驗(yàn)探究的能力。
4? 教學(xué)流程
以PBL教學(xué)模式為理論框架,以根據(jù)“旋轉(zhuǎn)的液體探究安培力方向”的實(shí)驗(yàn)為教學(xué)內(nèi)容,設(shè)計(jì)了本節(jié)課的教學(xué)流程(如圖1)。
5? 教學(xué)過程
5.1? 創(chuàng)設(shè)情境,激發(fā)探究欲望
首先,教師播放視頻《旋轉(zhuǎn)的液體》(如圖2)。學(xué)生通過觀看視頻,發(fā)現(xiàn)液體在通電之后發(fā)生旋轉(zhuǎn),提出疑問:為什么沒有看到有外力的借助下,藍(lán)色溶液會(huì)旋轉(zhuǎn)?
設(shè)計(jì)意圖:通過液體旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象設(shè)置問題情境,使學(xué)生發(fā)生認(rèn)知沖突,必定會(huì)吸引學(xué)生的注意,引起學(xué)生進(jìn)行思考,提出猜想。
5.2? 問題驅(qū)動(dòng),促進(jìn)深入探究
(1)深入剖析,建構(gòu)概念
在學(xué)生進(jìn)行猜想的基礎(chǔ)上,教師給學(xué)生展示“旋轉(zhuǎn)的液體”教具實(shí)物,帶領(lǐng)學(xué)生一起來探索液體旋轉(zhuǎn)的奧秘。讓學(xué)生觀察討論并思考該教具到底有什么神奇的力量讓溶液旋轉(zhuǎn)起來。在學(xué)生的思維集中之時(shí),教師引導(dǎo)學(xué)生分析:教具由哪些材料構(gòu)成,每個(gè)部分都有什么用途。在學(xué)生進(jìn)行交流討論的基礎(chǔ)上,教師與學(xué)生一起進(jìn)行分析并歸納到表格當(dāng)中(如表2)。
學(xué)生了解制作原理之后,教師再告知學(xué)生教具是通過改進(jìn)教材上某個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置得來的,給學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)裝置的相關(guān)資料(如圖3),以及給學(xué)生講解改進(jìn)思路(如表3)。
通過學(xué)生對(duì)教具的由來和原理有了充分的認(rèn)知之后,教師再次引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“旋轉(zhuǎn)的液體”進(jìn)行物理建模,試著分析其轉(zhuǎn)動(dòng)的原因,將表2中的信息通過圖呈現(xiàn)出來(如圖4)。
學(xué)生在圖表中的事實(shí)證據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行分析就可以解釋藍(lán)色溶液為什么在通電之后會(huì)旋轉(zhuǎn),歸納得出:磁場對(duì)硫酸銅溶液中產(chǎn)生的電流有力的作用。旋轉(zhuǎn)的方向就是力的方向。
教師順勢(shì)給出安培力的概念:磁場對(duì)通電導(dǎo)線產(chǎn)生的力稱為安培力。
設(shè)計(jì)意圖:引導(dǎo)學(xué)生剖析教具的構(gòu)造,將獲取的證據(jù)整合到表格當(dāng)中,并對(duì)情境現(xiàn)象進(jìn)行模型建構(gòu),實(shí)現(xiàn)思維可視化,以此促進(jìn)學(xué)生基于圖表中的事實(shí)證據(jù)分析、歸納得出總結(jié)。使學(xué)生經(jīng)歷“觀察—分析論證—總結(jié)歸納”的思維活動(dòng),為本節(jié)課合作探究環(huán)節(jié)打下基礎(chǔ)。讓學(xué)生了解教師改進(jìn)教具的思路,能夠培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題,解決問題的能力,并且在溶液改進(jìn)部分,不僅做到跨學(xué)科教學(xué),而且提高學(xué)生環(huán)保意識(shí)。
(2)明確探究問題
學(xué)生建構(gòu)安培力概念之后,教師更加深入地提問:液體旋轉(zhuǎn)的方向能否改變?怎么改變?
設(shè)計(jì)意圖:學(xué)生了解了教具的原理后能對(duì)影響因素進(jìn)行合理猜想。再以問題為驅(qū)動(dòng),激發(fā)學(xué)生進(jìn)行探究驗(yàn)證猜想的欲望。
5.3? 點(diǎn)評(píng)反思,完善方案
將班級(jí)成員分為若干個(gè)小組,每個(gè)小組分配好如圖5所示的實(shí)驗(yàn)器材。
由于該教具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),可能因?yàn)楦鞣N原因使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯或者沒有現(xiàn)象,因此教師需要引導(dǎo)學(xué)生預(yù)設(shè)相關(guān)問題的解決方案。這也是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的重要一個(gè)環(huán)節(jié)。
因?yàn)榇艌鲈诒敬螌?shí)驗(yàn)中也是其中一個(gè)重要因素,而在之前的實(shí)驗(yàn)中學(xué)生沒有涉及到對(duì)磁場問題的解決方法,因此教師給學(xué)生提出解決建議,提供相關(guān)資料:可用phyphox軟件測(cè)試磁場,使用方法為打開手機(jī)phyphox軟件,選定列表當(dāng)中的“磁力計(jì)”,將手機(jī)放在需要測(cè)量磁場的地方,再按開始鍵便可以測(cè)量磁場,如圖6所示。
小組成員進(jìn)行溝通交流,根據(jù)具備的知識(shí)和能力,再借助提供的相關(guān)資料,自主選擇制定方案時(shí)所需解決的問題,并列表格當(dāng)中。以表4為例。
每個(gè)小組根據(jù)問題解決方案制定初步的實(shí)驗(yàn)方案,并對(duì)選擇的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行組裝。完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)之后,每個(gè)小組派個(gè)代表對(duì)本組的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行展示。這時(shí)教師作為參與者,與其他小組成員進(jìn)行互相點(diǎn)評(píng),對(duì)實(shí)驗(yàn)方案存在的問題做出修改,完善方案。
設(shè)計(jì)意圖:學(xué)生已經(jīng)掌握教具的制作原理并且制作過程易于操作,因此在組裝實(shí)驗(yàn)器材的環(huán)節(jié)中也加上制作教具的內(nèi)容,以此幫助學(xué)生回憶起教具中所蘊(yùn)含的物理知識(shí)。由于學(xué)生的知識(shí)有限,對(duì)于一些目前還無法進(jìn)行解決的問題,教師提出應(yīng)用軟件phyphox的解決建議和解決思路,學(xué)生不僅可以獲得解決磁場問題的方法,還能夠?qū)W到解決問題的思維方式,并且感受到信息技術(shù)的進(jìn)步。
5.4? 合作探究,得出結(jié)論
學(xué)生根據(jù)完善的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),每個(gè)小組合理分工,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,觀察假設(shè)的影響因素與安培力方向的改變情況,將結(jié)果記錄于表格當(dāng)中(如表5),再根據(jù)表中的實(shí)驗(yàn)證據(jù)進(jìn)行分析,最后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論:安培力方向與磁場方向、電流方向有關(guān)。
5.5? 經(jīng)驗(yàn)總結(jié),促進(jìn)遷移
小組間進(jìn)行成果展示,討論交流實(shí)驗(yàn)總結(jié),并提出在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題,例如:實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行通電,石墨和鋁質(zhì)易拉罐薄片處在硫酸銅溶液中的部分會(huì)有黑斑生成。通過與教師和學(xué)生探討分析,最終得以解決問題,知道黑斑是硫酸銅溶液通電進(jìn)行電解反應(yīng)生成的銅。
教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià),并進(jìn)行教學(xué)反思。
設(shè)計(jì)意圖:通過讓學(xué)生交流實(shí)驗(yàn)總結(jié)以此幫助學(xué)生將本堂課的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)遷移到其他的實(shí)驗(yàn)探究中,提高進(jìn)行第二課堂活動(dòng)的可實(shí)現(xiàn)性。
結(jié)語
本文以PBL教學(xué)模式為指導(dǎo),選用自制教具來進(jìn)行“探究安培力方向”的教學(xué),將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改成探究式實(shí)驗(yàn),激起學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的內(nèi)驅(qū)力,幫助學(xué)生深刻理解掌握物理概念和物理規(guī)律。
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