PBL教学模式下的高中物理单元教学设计

张永贵 郝艳玲

【摘要】在物理新高考中，着重考查学生从物理情景中提炼相关物理知识解决问题的能力，这对高中物理教学提出了新的要求.PBL教学模式以学生为主体，教师的主要作用是辅助学生学习，学生在教师创设的问题情景中自主学习，在问题解决的过程中掌握知识、发展能力.将PBL教学模式与单元学习进行整合，在促进学生能力发展的同时有利于知识結构化的形成.本文以“安培力与洛伦兹力”这一学习单元为例，研究PBL教学模式下的高中物理单元教学设计.

【关键词】高中物理；课堂教学；PBL教学模式

新高考改革不仅对教师的专业素养有着更高的要求，也倡导教师尝试新的教学模式[1].首先，传统的教学模式下，教师大多采取讲授的方式进行授课，学生往往是被动的、机械性地掌握知识，学生很难将所学的物理知识应用到实际情景中去解决问题[1]；其次，在进行教学安排时，教师通常是按照课时设计进行，容易忽略知识间的相互联系，使得学生掌握的知识比较零散，缺乏对知识系统性、整体性的理解.PBL教学模式可以让学生在问题解决的过程中掌握知识与应用，单元教学可以较好地促进学生对所学知识形成整体的认知，因此将二者结合起来对物理教学具有较积极的探索意义.

1 PBL教学模式下的高中物理单元教学设计流程

钟启泉教授认为单元设计一般遵循“ADDIE模型”，即分析（Analysis）、设计（Design）、开发（Development）、实施（Implement）、评价（Evaluation）[2].本文在ADDIE模型的基础上，根据PBL教学模式的特点探讨了PBL教学模式下的高中物理单元教学设计流程（见图1）.

2 PBL教学模式下的“安培力与洛伦兹力”单元教学设计

2.1 分析

PBL教学模式下的分析环节主要是对课程标准、学习内容和学习者的情况进行分析.在分析教学内容的基础上确定单元教学主题后，教师根据课程标准、教学内容和学习者学习情况，确定教学过程中的重难点，对教学内容进行重构，构建学习单元，为后续的设计环节做铺垫.

在“安培力与洛伦兹力”单元中，其主要学习内容是要求通过实验认识安培力，会判断安培的方向和利用公式计算其大小；通过实验认识洛伦兹力，能判断洛伦兹力的方向及大小计算，并能根据洛伦兹力分析带电粒子在磁场中的运动[3]；通过对“安培力与洛伦兹力”的学习，拓展学生对磁场的认识，加深学生对运动与相互作用多样性的理解.通过课程标准和教材内容的分析，确定本单元的教学重点：安培力与洛伦兹力大小计算与方向判断；分析带电粒子在匀强磁场中的运动规律；教学难点为安培力方向的判断.本单元的知识内容结构如图2所示.

学生在本单元学习之前已经学习了磁场的基本性质以及牛顿运动定律，知道磁场中的相互作用是通过磁场产生的，在进行教学时主要是对磁场中相互作用和运动形式从定性学习转变为定量学习.通过课程标准、教材内容以及学生情况的分析可以确定本单元的学习主题“磁场中的相互作用”.

2.2 设计

2.2.1 设计单元教学目标

将单元学习整体性目标设置为：学习带电体在磁场中所受的力及其应用.将单元整体性学习目标拆分为：通过实验认识安培力和洛伦兹力，能判断二者的方向、计算其大小，能解释相关现象和实际问题；经历安培力和洛伦兹力表达式的得出过程，体会归纳推理、演绎推理、矢量分析的方法；了解磁场对带电体的相互作用在日常生活中的应用，如磁电式电流表、显像管的工作原理，体会物理知识与科学技术的关系[4].

2.2.2 设计单元学习问题

PBL教学模式下的教学活动围绕问题展开，学生在经历问题解决的过程中实现教学目标的达成，因此在确定教学目标后进行问题的设计.一个学习单元的内容通常可以提炼成几个核心问题或者概括性较高的大问题，教学过程中把核心问题或者概括性较高的问题拆分成一系列的具体问题，通过一系列具体问题的解决过程学习知识、促进知识结构化形成，提高问题解决能力.本文将单元学习中的问题分为单元核心问题、驱动问题以及子问题.在“磁场中的相互作用”单元中，主要解决的问题是磁场对通电导体和电荷的作用有什么规律，以及带电粒子在匀强磁场中的运动有什么规律等问题[5].

2.2.3 设计评价目标

PBL教学模式下的单元学习评价目标的主要依据是学生问题解决能力的发展、知识结构化形成和思想与方法的构建三方面，结合问题设计的学习内容对学生的学习作出较全面的评价.学生对单元学习问题解决方案的设计、实施以及完成情况；安培力与洛伦兹力的理解、计算及应用其解释相关物理现象的水平，带电粒子在磁场中的运动分析与计算；安培力、洛伦兹力学习过程中对归纳推理、演绎推理、模型建构、矢量分析等思想与方法的建构与应用.

2.2.4 设计学习活动

学习目标的达成依托教学活动的设计或实施，PBL教学模式下的学习活动的主体是学生，学生参与具体的学习活动来达成学习目标. PBL教学模式下的单元教学活动主要是围绕问题来开展，提高学生学习自主性、主体性及参与性.

以安培力方向的探究教学活动为例.

（1）创设情境、提出问题

教师活动 展示电动汽车视频，向学生讲述国家提倡新能源汽车，电动汽车能耗低、环保能满足日常出勤需求.电动汽车的动力装置是电动机，在初中的时候我们已经学习了电动机的工作原理是利用磁场对通电导线的作用力，这个力就是我们今天学习的安培力.提出问题：电动汽车向前或者向后行驶时动力的方向有什么特点？在平直的公路上行驶和爬坡时需要的动力大小如何？

学生活动 思考并回答问题：向前行驶的时候需要向前的动力，倒车的时候需要向后的动力，在平直公路上行驶时的动力比爬坡时小.

教师活动 继续引导学生，从上述问题中我们可以发现，电动机能产生不同方向、不同大小的力，说明通电导体在磁场中所受的力的大小和方向都可以改变，那么磁场对通电导线的作用力的方向和哪些因素有关呢？在关于磁感应强度的学习中我们已经知道磁场中通电导线所受作用力与导体中电流大小、导体在磁场中的长度有关，除此之外还与哪些因素有关，它们之间又是怎样的关系？

学生活动 小组讨论，提出猜想：磁场对通电导线作用力的方向可能与磁场方向、电流方向有关；所受力的大小可能与磁场强度、电流大小、导线在磁场中的长度有关.

（2）分析物理问题、制订解决方案

教师活动 给予学生引导，提问学生在探究多个变量之间的关系时应该使用什么实验方法.学生在教师的引导下，使用安培力演示仪实验探究并记录下实验过程.

学生活动 实验 探究安培力的方向

经历改变磁场方向和电流方向对安培力方向影响的实验探究过程，得出结论，安培力的方向与磁场方向和电流方向有关.

教师活动 学生经历安培力方向影响因素的实验探究后，教师要引导帮助学生总结归纳各影响因素之间的关系.在总结判断安培力方向的影响因素时，引导学生画出磁场方向、电流方向、安培力方向的关系图，让学生观察归纳三者之间的关系.由于安培力的方向与磁场方向和电流方向并不在一个空间，因此进行左手定则的总结归纳过程会有一定难度，视情况可以提供一些实验器材辅助学生进行学习.

学生活动 通过实验记录画出电流方向、磁场方向、安培力方向三者关系图，可以得出安培力的方向与电流方向和磁感应强度方向所构成的平面垂直.

教师活动 在学生得出结论后进一步提问，安培力垂直于电流方向和磁感应强度方向所形成的平面，那么如何判断安培的具体指向呢？引导学生按照如图3所示，伸出左手，让磁感线垂直穿过掌心，四指指向电流方向，则拇指所指方向就是安培力方向.讓学生用此方法检验实验中的实验记录，看看此方法对判断安培力方向是否具有普适性.

学生活动 按照左手定则的方法，去验证实验中记录的磁感应强度方向、电流方向、安培力方向是否适用该方法.

2.3 开发

教学活动的实施需要一定教学资源支撑，教学资源的开发和利用主要是教师根据教学活动需求寻找或者开发.教学活动中的资源既可使用已有的，教师也可以依靠自己寻找开发.如在安培力教学中，安培力演示仪是学校已有器材，可以直接使用，但是汽车的演示视频资源则需要教师自己去寻找.

2.4 实施

教师依据前面的分析与教学设计开展教学活动.与传统教学模式相比，PBL教学模式下的单元教学以学生为教学活动主体，教师在教学活动中扮演辅助者和引导者的角色，在学生学习过程中适时给予帮助.

2.5 评价

教师主要针对单元学习目标的完成情况对学生的学习情况进行评价.如在对学生解决通电导体在磁场中所受的力与哪些因素有关及其相关应用的学习目标进行评价时，教师可以对学生在问题提出、方案制订、方案实施、交流讨论、结果展示等方面进行表现性评价，主要是评价学生问题解决能力的发展.在交流讨论、结果展示后对学生进行问答或笔试测评，对学生单元知识整体的掌握情况进行评价.教师根据教学过程和教学评价结果进行教学反思总结，从而改进教学.

3 结语

PBL教学模式符合当下物理新高考中对学生从物理情境中提炼相关物理问题，利用已学物理知识解决相关问题的考查方向.单元教学注重知识间的整体性、连贯性、层级关系，与当下教育改革中核心素养达成的培养方案不谋而合.因此，将PBL教学模式与单元教学设计进行融合，对促进学生物理学科核心素养达成与提高教师教学能力均有一定的实际意义.

【基金：贵州师范大学—兴义民族师范学院联合培养研究生创新基金（基金编号：LPYJS-2022-12）】

参考文献：

[1]李之军.高中地理非选择题解答“五步法”初探[J].教学管理与教育研究，2020，5（09）：67-68.

[2]钟启泉.学会单元设计[J].新教育，2017（14）：1.

[3]中华人民共和国教育部制.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S]．北京：人民教育出版社，2018.

[4]侯语嫣，李德安.基于深度学习的高中物理PBL教学模式研究[J].物理教学探讨，2022，40（12）：7-12.

[5]李东朝，林健.基于PBL模式的高中物理教学实践与应用初探[J].高考，2022（28）：151-154.