王賢勇 喻 斌

（貴州畢節(jié)市第一中學(xué)，貴州畢節(jié) 551700）

1 POE和PBL簡(jiǎn)介

POE教學(xué)策略是由Predict（預(yù)測(cè)）、Observe（觀察）、Explain（解釋）這3個(gè)英文首字母簡(jiǎn)化組合而成的.該策略是從學(xué)生理解科學(xué)的探究方法中轉(zhuǎn)演來的，它是建立在“觀察滲透”理論哲學(xué)觀念和建構(gòu)主義、前概念、概念轉(zhuǎn)變等教育理論基礎(chǔ)上的一種教學(xué)策略.其基本程序是：創(chuàng)設(shè)情境→學(xué)生預(yù)測(cè)→演示觀察→（教師引導(dǎo)）學(xué)生解釋.

PBL 是Problem-Based-Learning 的縮寫，它是指以問題為導(dǎo)向的一種教學(xué)方法.強(qiáng)調(diào)在真實(shí)情境中，以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、問題為導(dǎo)向來展開教學(xué)活動(dòng).在PBL的學(xué)習(xí)中，知識(shí)的獲得來源于對(duì)問題認(rèn)識(shí)和解決的過程.［1］以問題為導(dǎo)向，問題本身推動(dòng)了解決問題和推理技能的應(yīng)用，同時(shí)也激發(fā)學(xué)生查找信息，以學(xué)習(xí)關(guān)于此問題的知識(shí)結(jié)構(gòu)，以及解決問題的方法.其基本程序是：創(chuàng)設(shè)情境→提出問題→尋找證據(jù)→解釋評(píng)估.

POE 教學(xué)策略和PBL 問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)的共性是以學(xué)生為中心，教師只是引導(dǎo)者.之所以要把兩者結(jié)合是因?yàn)椋篜BL強(qiáng)調(diào)的是以問題為導(dǎo)向，即提出（發(fā)現(xiàn)）一個(gè)有價(jià)值的問題是最核心的，然后才是以該問題為導(dǎo)向展開學(xué)習(xí)，最終要進(jìn)行評(píng)估交流；而POE教學(xué)策略注重從實(shí)驗(yàn)出發(fā)，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最后解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.故POE 和PBL 的融合，有利于培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境中提出問題的能力，有利于提升學(xué)生透過現(xiàn)象分析本質(zhì)的能力，有利于發(fā)展學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生合作、溝通和交流的能力.二者均是以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)體系，利于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維.

2 緊扣教材，由淺入深開展深度學(xué)習(xí)

如圖1和圖2所示，教師演示實(shí)驗(yàn)：等質(zhì)量鋼球碰撞（先不要告知學(xué)生鋼球質(zhì)量相等）.目的是創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，演示前先讓學(xué)生進(jìn)行預(yù)測(cè)，會(huì)看到什么現(xiàn)象.教師開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，如實(shí)驗(yàn)2：從一邊拉起一個(gè)球，由靜止釋放，另一邊就彈起一個(gè)球，中間的小球幾乎不動(dòng)；［2］從一邊分別拉起2個(gè)或3個(gè)小球，碰撞之后另一邊也相應(yīng)地彈起等量小球，且振幅相等.學(xué)生看到此現(xiàn)象時(shí)，安靜的教室就像平靜的湖面被一塊石頭激起陣陣的漣漪，學(xué)生驚呼、好奇.教師把圖3裝置按小組發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生自己演示、體驗(yàn)、觀察，然后提出問題.最后教師收集學(xué)生問題，經(jīng)過篩選、提煉出核心問題.即該實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)是什么，并確定為探究學(xué)習(xí)的主題.

圖1 彈性碰撞演示裝置

圖2 彈性碰撞演示裝置

圖3 彈性碰撞演示裝置

2.1 數(shù)學(xué)推演與結(jié)果分析

以教材為例，學(xué)生自主學(xué)習(xí)彈性碰撞的概念，教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理情境.如圖4，光滑水平面上，一個(gè)質(zhì)量為m1的小球以速度v1與一個(gè)質(zhì)量為m2的靜止小球發(fā)生彈性正碰，分析碰后兩球的速度.教師巡查課堂，引導(dǎo)學(xué)生解答問題，題目涉及的原理和方法有：動(dòng)量守恒、動(dòng)能守恒、解方程組，針對(duì)不同小組提示的關(guān)鍵詞不盡相同.

圖4 彈性碰撞模型

學(xué)生解出碰撞后兩小球的速度分別為

小組交流評(píng)估：若m1=m2時(shí)，v1′=0，v2′=v1；若m1?m2時(shí)，v1′=v1，v2′=2v1；若m1?m2時(shí)，v1′=-v1，v2′=0.

教師引導(dǎo)：學(xué)生們的數(shù)學(xué)分析結(jié)論是否正確，需要用實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證.

學(xué)生論證：對(duì)m1=m2的驗(yàn)證，給學(xué)生提供天平，讓學(xué)生自己測(cè)出實(shí)驗(yàn)小球的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)小球質(zhì)量相等，當(dāng)碰撞滿足動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒定律時(shí)，小球能量交換.再根據(jù)對(duì)稱性，推導(dǎo)出左右擺動(dòng)的小球數(shù)目相同、振幅相等，這就是開始學(xué)生們看到的圖1和圖2的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

對(duì)m1≠m2的驗(yàn)證用圖5 的實(shí)驗(yàn)裝置來完成.教師指導(dǎo)學(xué)生把氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，［3］教會(huì)學(xué)生讀取、記錄光電門的讀數(shù)，然后由學(xué)生自行選擇滿足兩種情況下不同質(zhì)量的滑塊來完成實(shí)驗(yàn)論證.

圖5 氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證彈性碰撞

教師總結(jié)：學(xué)生們理論計(jì)算得出的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的，證明理論是可靠的.學(xué)生們?nèi)绻M(jìn)行類似的探究學(xué)習(xí)，也可采用相同的方法.

而究其原因，是單爺最會(huì)攥弄書道子（評(píng)書底本），他能把不同的幾個(gè)故事套子一拼接，就能編出一部新書來。一部《白眉大俠》以前不是接在《三俠五義》故事的后面，但他梳理了人物關(guān)系，把《三俠劍》的書道子挪到這里用，而到真說《三俠劍》時(shí)繼續(xù)編新的。他能從徐良這一輩的俠客，說到各門各派祖師爺那里，前后能說出五六代人，最后出場(chǎng)的人物都有一百歲的老劍客。里面的人名和綽號(hào)都瘋了：銅金剛鐵羅漢磨成大力佛歐陽(yáng)普中、橫推八百無對(duì)手軒轅重出武圣人于和于九蓮……但每位劍客的形象、性格、武功、兵器、為人都十分鮮明，這足令寫小說的羞愧。而這還算完，他還給續(xù)了個(gè)《龍虎風(fēng)云會(huì)》，幾乎是白眉大俠的“同人小說”。

2.2 模型建構(gòu)與推理論證

學(xué)生們經(jīng)歷了上面的學(xué)習(xí)之后，對(duì)彈性碰撞已經(jīng)有了初步的認(rèn)識(shí).提升學(xué)習(xí)深度，如果圖4中的m2是以v2向右運(yùn)動(dòng)的，其中v1＞v2，又如何分析碰撞后兩球的速度呢？筆者巡查課堂發(fā)現(xiàn)，學(xué)生依然從解方程的思想來思考問題，而且很多小組很快推導(dǎo)出

此時(shí)引導(dǎo)學(xué)生把得出的（3）式進(jìn)行移項(xiàng)，變?yōu)?/p>

分析（4）式得出：發(fā)生彈性碰撞的過程中，球1靠近球2的速度等于球2遠(yuǎn)離球1的速度，可簡(jiǎn)單總結(jié)為碰撞過程相對(duì)速度相等.為了加深對(duì)（4）式的理解，尤其是速度矢量性的理解，在此處增加一個(gè)例題.

例1.如圖6，質(zhì)量為m1的小球與質(zhì)量為m2的小球發(fā)生正碰，碰撞時(shí)間極短，兩球碰撞前后的速度-時(shí)間圖像如圖7，下列說法正確的是

圖6

圖7

（A）碰撞過程動(dòng)量不守恒.

（C）該碰撞為彈性碰撞.

（D）兩球的質(zhì)量關(guān)系滿足3m1=m2.

要求學(xué)生在1min之內(nèi)完成分析.筆者在課堂巡查中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生依舊從動(dòng)量守恒和動(dòng)能守恒的角度來進(jìn)行分析，1min之內(nèi)根本分析不出結(jié)果.但小組內(nèi)已經(jīng)有學(xué)生利用（4）式來分析問題，此時(shí)教師再給學(xué)生們2min時(shí)間，要求學(xué)生們?cè)诮M內(nèi)展開討論，優(yōu)化解決問題的方法.筆者繼續(xù)巡查課堂，適度參與一些“問題小組”討論，注重引導(dǎo)，例如（4）式成立的條件是什么，與質(zhì)量有關(guān)嗎？在筆者的引導(dǎo)之下，學(xué)生們很快總結(jié)出了（4）式的物理含義：與物體質(zhì)量沒有關(guān)系，并且能夠快速判斷碰撞是不是彈性的.

經(jīng)過討論發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)（4）式的理解還不夠深刻，尤其是對(duì)相對(duì)速度相等的理解還是處于一知半解的狀態(tài).繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)：發(fā)生彈性碰撞的過程中兩球的形變是先增大后減少.為了便于學(xué)生理解，構(gòu)建如圖8 的模型，表述為：小球2與一輕質(zhì)彈簧連接，小球1從接觸彈簧開始，彈簧形變逐漸變大，當(dāng)兩球共速時(shí)形變最大，然后彈簧逐漸恢復(fù)原長(zhǎng)，最終兩球分離.

圖8 彈性碰撞的過程模型

從接觸到彈簧形變最大的過程中，彈力從0到最大；從彈簧形變最大到兩球分離的過程中，彈力從最大減小到0，因此彈力的變化具有對(duì)稱性；選小球2為參考系進(jìn)行觀察，小球1 先向右運(yùn)動(dòng)靠近小球2，然后再向左運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)離小球2，運(yùn)動(dòng)具有對(duì)稱性；小球1的相對(duì)平均加速度不變，所以靠近和遠(yuǎn)離的時(shí)間不變，時(shí)間長(zhǎng)短亦具有對(duì)稱性.教師應(yīng)充分挖掘出這3 個(gè)特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)物理學(xué)的對(duì)稱之美.讓學(xué)生在同一坐標(biāo)系（以地面為參考系）中嘗試作出兩球運(yùn)動(dòng)的速度 時(shí)間圖像，最后教師提供圖9以供參考.

圖9 彈性碰撞速度時(shí)間圖像

通過圖8 和圖9 的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生繼續(xù)分析兩球分離時(shí)的速度.在課堂巡查中筆者發(fā)現(xiàn)，絕大部分學(xué)生還是運(yùn)用解方程組的思路來分析問題.筆者繼續(xù)啟發(fā)學(xué)生從對(duì)稱性的角度出發(fā)，將彈簧形變最大的狀態(tài)作為橋梁，把兩球靠近和分離的過程連接起來.經(jīng)過引導(dǎo)，學(xué)生推導(dǎo)出

對(duì)球1有

對(duì)球2有

由（5）式和（6）式的關(guān)系推知，在（3）式中始終滿足v1+v1′=v2+v2′=2v共.

在彈簧與小球接觸到彈簧形變最大的過程中，由動(dòng)量守恒有

聯(lián)立（5）～（7）式可得

為了驗(yàn)證（8）式和（9）式的正確性，筆者首先讓學(xué)生從v2=0的特例出發(fā)，求解出碰后兩球的速度，學(xué)生經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)果與（1）式和（2）式完全相同，證明了（8）式和（9）式的分析過程和結(jié)果都是可靠的.接下來筆者再讓學(xué)生繼續(xù)從解方程組的思想來求解，最后的結(jié)果也是與（1）式和（2）式完全相同的.筆者發(fā)現(xiàn)此時(shí)學(xué)生的臉上洋溢著笑容，目光中充滿了成就感和喜悅之情，猶如孩子突然得到期盼已久的玩具一樣快樂.有一個(gè)學(xué)生在小組評(píng)價(jià)中這樣說道：這種分析方法繞開了復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，猶如撥開云霧見陽(yáng)光，真是“山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村”，妙哉，妙哉！這樣的課堂教學(xué)，抓住了物理是透過實(shí)驗(yàn)悟理的本質(zhì)，可謂格物致知.讓學(xué)生體驗(yàn)到了物理的對(duì)稱之美、情境之韻，參考系選擇之巧、力和運(yùn)動(dòng)結(jié)合之準(zhǔn)、動(dòng)量與能量相結(jié)合之妙.

3 總結(jié)提升

筆者利用POE 教學(xué)策略和PBL 問題導(dǎo)向，開展了一次對(duì)彈性碰撞深度學(xué)習(xí)的嘗試，流程歸納如圖10.

圖10 POE和PBL相結(jié)合的教學(xué)流程

對(duì)圖10流程的導(dǎo)讀：POE教學(xué)策略和PBL問題導(dǎo)向下的深度學(xué)習(xí)，其根本特點(diǎn)是以學(xué)生為中心，以教材為基礎(chǔ).在開放式和自主式的學(xué)習(xí)環(huán)境中，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境（實(shí)驗(yàn)），以學(xué)生預(yù)測(cè)、觀察，尋找有價(jià)值的問題為導(dǎo)向，致力于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)機(jī).深度學(xué)習(xí)是學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，通過對(duì)知識(shí)的理解和創(chuàng)造，實(shí)現(xiàn)自身認(rèn)知結(jié)構(gòu)完善、關(guān)鍵能力發(fā)展和素養(yǎng)提升的過程.［4］作為教師，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生提出有挑戰(zhàn)性、引領(lǐng)性的問題，同時(shí)把問題導(dǎo)向物理核心素養(yǎng)目標(biāo)、把評(píng)價(jià)導(dǎo)向素養(yǎng)評(píng)價(jià)，吸引學(xué)生主動(dòng)地、聚精會(huì)神地投入學(xué)習(xí)之中，讓學(xué)生真正回歸學(xué)習(xí)主體的角色，從而感受學(xué)習(xí)的樂趣，體會(huì)學(xué)習(xí)的價(jià)值和意義，在學(xué)習(xí)中收獲成就感和效能感，進(jìn)而達(dá)到熱愛學(xué)習(xí)、理解規(guī)律、學(xué)以致用的目的.