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[摘要]采用以问题为导向（ Problem-Based Learning）的教学模式开展教学，需要教师能够把控课堂教学中最重要的资源——学生。实际教学中，教师可以通过情境设计问题，引导学生从观察生活现象、实验现象出发，引导学生学习相关物理知识。文章以“自由落体运动”教学为例，对以问题为导向的物理教学进行分析。
[关键词]以问题为导向;自由落体运动;物理教学
[中图分类号]G633.7
[文献标识码] A
[文章编号] 1674-6058（ 2020） 35-0040-03
一、以问题为导向的教学模式
以问题为导向（Problem-Based Learning，以下简称PBL）的教学模式是在教学过程中，以问题为中心，以学生小组合作讨论解决问题的方式开展教学[1]。自然界中的落体运动纷繁复杂，在这些现象的背后竟然隐藏着简洁的规律，让我们不得不感叹自然界的神奇，不得不佩服科学家敏锐的洞察力。学生面对真实复杂的落体运动，在教师指导下，通过自主探究、小组合作构建自由落体运动的理想模型，在不断探索总结的过程中，主动建构新知，发展关键能力。
二、PBL课堂教学设计思路
PBL课堂教学设计思路如图l所示。
在PBL课堂教学中教师仿佛是项链设计师，根据教学目标，拟定主题，设计好各教学环节，费尽心思将这些环节、主题打磨成精致的一颗颗“珠宝”，串起来成为一条美丽的“项链”。同一个主题，项链设计师总能设计出不同且惊艳的款式;同一节课，教师也要有能力打造出不同魅力的课堂。自由落体运动是对生活中常见的落体运动的观察和研究后得出的理想模型，它源于生活，高于生活。通过情境设计问题，引导学生从观察生活现象和实验现象出发，不断探索，不断总结，直至理想模型的建立，形成物理观念。如何引导学生利用已经掌握的知识巧妙设计实验，研究物体自由下落规律，体验探究过程并获得相应规律，是本节课的难点，也是培养学生科学探究、科学思维素养的抓手。鼓励学生把所学知识运用于实际问题，学以致用则是本节课的目的。让学生主动参与探究实验设计、数据处理等环节，让学生在实验探究过程中，逐步建构新的知识，在新的情境中運用自由落体运动规律。
三、基于PBL的“自由落体运动”课堂教学实践
1.创设情境，生成问题
[环节一]展示常见的落体运动。
[问题]伟大的哲学家亚里士多德对落体运动有怎样的观点？
[学生设计实验]通过实验证明“重的物体比轻的物体下落快”是错误的。
[教师演示实验]两根外形几乎一样的羽毛下落快慢不一样，引发学生思考。
[问题]提出疑惑：两根羽毛所受的空气阻力近似相同，重的羽毛比轻的羽毛下落快，也就说明亚里士多德的观点是正确的，对不对？
[设计意图]落体运动是自然界中比较普遍的现象，学生的前概念里已经有了轻重不同的物体同时落地的印象，认为亚里士多德的说法都是错误的，通过实验引发认知冲突，发现物体的下落是非常复杂的，亚里士多德的观点也是符合很多实验现象的，通过演示实验认识到空气阻力对轻重不同物体的影响程度不一样，使学生认识到空气阻力是影响轻重不同物体下落快慢的因素，培养学生的批判性思维。
2.问题分层，细化过程
[问题]当物体所受的空气阻力跟它的重力相比非常非常小时，轻重不同的物体下落快慢是怎样的呢？
[牛顿管演示实验]（1）里面有空气;（2）当场抽出部分空气;（3）再次抽出更多空气;（4）播放央视视频，慢放镜头，对比羽毛和铁球下落快慢;（5）播放视频：月球上铁锤、羽毛自由下落。
[学生总结]观察实验，进一步感受轻重不同物体下落快慢的影响因素，总结自由落体运动概念。
[问题]生活中是否有自由落体运动？
[设计意图]通过现场对牛顿管抽气的对比实验，培养学生的极限思维，通过实验归纳，使学生感受“突出主要因素，忽略次要因素”的科学方法，培养学生的抽象思维能力，建立理想模型的科学思维，学生自主建构出自由落体运动的观念。虽然它是一种理想化模型，在自然界中并不真实存在。实际生活中，在重力比空阻力大得多，空气阻力对物体下落影响很小的情况下，物体从静止开始下落可以近似看作自由落体运动。举出生活中的自由落体运动实例引导学生切实体验建立物理模型的过程，提炼出物体可以看成自由落体运动的条件。
3.自主研究，探索规律
[问题]自由落体运动作为最简单的落体运动，它的运动性质是怎样的呢？
[猜想]初速度为零的匀加速直线运动。
[学生自主设计实验方案]小组合作讨论，设计实验，展示实验方案：（1）使用打点计时器;（2）使用频闪照片;（3）使用光电门。
[方案优化]（1）和学生一起梳理每种实验方案需要哪些实验器材，实验步骤是什么？优缺点有哪些？（2）指导学生分组实验：用打点计时器验证自由落体运动的性质。
4.小组合作，科学实验
[学生]小组合作，用打点计时器探究自由落体运动规律，记录实验数据，将实验数据输入电脑的excel表格，生成物体自由下落的v-t图像，展示实验结果，探讨自由落体运动的性质。
[教师]（1）巡视，指导;（2）评析各小组实验操作、实验数据等情况。
[实验结论]大量精确的实验表明，自由落体运动的确是初速度为零的匀加速直线运动。
[设计意图]（1）在协同合作中完成实验，观察思考，收集数据，分析数据，得到自由落体运动规律。培养学生观察实验现象的能力，及进行归纳和总结的能力，引导结合合理的逻辑推理，逐步掌握探索自然规律的方法，增强科学探究能力;（2）重物除了常见的铁锤，教师有意识地准备了带夹子的装满水的矿泉水瓶，通过对实验数据的对比分析，进一步强化自由落体运动观念。结合匀变速直线运动的规律设计实验验证自由落体运动性质，计算出自由落体加速度，为自由落体运动的应用打下基础。
[关键词]以问题为导向;自由落体运动;物理教学
[中图分类号]G633.7
[文献标识码] A
[文章编号] 1674-6058（ 2020） 35-0040-03
一、以问题为导向的教学模式
以问题为导向（Problem-Based Learning，以下简称PBL）的教学模式是在教学过程中，以问题为中心，以学生小组合作讨论解决问题的方式开展教学[1]。自然界中的落体运动纷繁复杂，在这些现象的背后竟然隐藏着简洁的规律，让我们不得不感叹自然界的神奇，不得不佩服科学家敏锐的洞察力。学生面对真实复杂的落体运动，在教师指导下，通过自主探究、小组合作构建自由落体运动的理想模型，在不断探索总结的过程中，主动建构新知，发展关键能力。
二、PBL课堂教学设计思路
PBL课堂教学设计思路如图l所示。
在PBL课堂教学中教师仿佛是项链设计师，根据教学目标，拟定主题，设计好各教学环节，费尽心思将这些环节、主题打磨成精致的一颗颗“珠宝”，串起来成为一条美丽的“项链”。同一个主题，项链设计师总能设计出不同且惊艳的款式;同一节课，教师也要有能力打造出不同魅力的课堂。自由落体运动是对生活中常见的落体运动的观察和研究后得出的理想模型，它源于生活，高于生活。通过情境设计问题，引导学生从观察生活现象和实验现象出发，不断探索，不断总结，直至理想模型的建立，形成物理观念。如何引导学生利用已经掌握的知识巧妙设计实验，研究物体自由下落规律，体验探究过程并获得相应规律，是本节课的难点，也是培养学生科学探究、科学思维素养的抓手。鼓励学生把所学知识运用于实际问题，学以致用则是本节课的目的。让学生主动参与探究实验设计、数据处理等环节，让学生在实验探究过程中，逐步建构新的知识，在新的情境中運用自由落体运动规律。
三、基于PBL的“自由落体运动”课堂教学实践
1.创设情境，生成问题
[环节一]展示常见的落体运动。
[问题]伟大的哲学家亚里士多德对落体运动有怎样的观点？
[学生设计实验]通过实验证明“重的物体比轻的物体下落快”是错误的。
[教师演示实验]两根外形几乎一样的羽毛下落快慢不一样，引发学生思考。
[问题]提出疑惑：两根羽毛所受的空气阻力近似相同，重的羽毛比轻的羽毛下落快，也就说明亚里士多德的观点是正确的，对不对？
[设计意图]落体运动是自然界中比较普遍的现象，学生的前概念里已经有了轻重不同的物体同时落地的印象，认为亚里士多德的说法都是错误的，通过实验引发认知冲突，发现物体的下落是非常复杂的，亚里士多德的观点也是符合很多实验现象的，通过演示实验认识到空气阻力对轻重不同物体的影响程度不一样，使学生认识到空气阻力是影响轻重不同物体下落快慢的因素，培养学生的批判性思维。
2.问题分层，细化过程
[问题]当物体所受的空气阻力跟它的重力相比非常非常小时，轻重不同的物体下落快慢是怎样的呢？
[牛顿管演示实验]（1）里面有空气;（2）当场抽出部分空气;（3）再次抽出更多空气;（4）播放央视视频，慢放镜头，对比羽毛和铁球下落快慢;（5）播放视频：月球上铁锤、羽毛自由下落。
[学生总结]观察实验，进一步感受轻重不同物体下落快慢的影响因素，总结自由落体运动概念。
[问题]生活中是否有自由落体运动？
[设计意图]通过现场对牛顿管抽气的对比实验，培养学生的极限思维，通过实验归纳，使学生感受“突出主要因素，忽略次要因素”的科学方法，培养学生的抽象思维能力，建立理想模型的科学思维，学生自主建构出自由落体运动的观念。虽然它是一种理想化模型，在自然界中并不真实存在。实际生活中，在重力比空阻力大得多，空气阻力对物体下落影响很小的情况下，物体从静止开始下落可以近似看作自由落体运动。举出生活中的自由落体运动实例引导学生切实体验建立物理模型的过程，提炼出物体可以看成自由落体运动的条件。
3.自主研究，探索规律
[问题]自由落体运动作为最简单的落体运动，它的运动性质是怎样的呢？
[猜想]初速度为零的匀加速直线运动。
[学生自主设计实验方案]小组合作讨论，设计实验，展示实验方案：（1）使用打点计时器;（2）使用频闪照片;（3）使用光电门。
[方案优化]（1）和学生一起梳理每种实验方案需要哪些实验器材，实验步骤是什么？优缺点有哪些？（2）指导学生分组实验：用打点计时器验证自由落体运动的性质。
4.小组合作，科学实验
[学生]小组合作，用打点计时器探究自由落体运动规律，记录实验数据，将实验数据输入电脑的excel表格，生成物体自由下落的v-t图像，展示实验结果，探讨自由落体运动的性质。
[教师]（1）巡视，指导;（2）评析各小组实验操作、实验数据等情况。
[实验结论]大量精确的实验表明，自由落体运动的确是初速度为零的匀加速直线运动。
[设计意图]（1）在协同合作中完成实验，观察思考，收集数据，分析数据，得到自由落体运动规律。培养学生观察实验现象的能力，及进行归纳和总结的能力，引导结合合理的逻辑推理，逐步掌握探索自然规律的方法，增强科学探究能力;（2）重物除了常见的铁锤，教师有意识地准备了带夹子的装满水的矿泉水瓶，通过对实验数据的对比分析，进一步强化自由落体运动观念。结合匀变速直线运动的规律设计实验验证自由落体运动性质，计算出自由落体加速度，为自由落体运动的应用打下基础。