紀(jì)雯婷 許 英

(湖南科技大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院 湖南 湘潭 411100)

1 理論背景

起源于建構(gòu)主義教學(xué)理論的任務(wù)驅(qū)動型教學(xué)法的含義是學(xué)生在教師的引導(dǎo)下,完成根據(jù)需要學(xué)習(xí)的知識制定的教學(xué)任務(wù),在完成任務(wù)的過程中實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)[1].任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的基本環(huán)節(jié)包括:創(chuàng)設(shè)情境,設(shè)定任務(wù),自主和協(xié)作學(xué)習(xí),效果評價.它要求確定明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和創(chuàng)建真實的問題情境,使學(xué)生帶著任務(wù)在情境中進(jìn)行自主探索和互助協(xié)作的學(xué)習(xí).在這一方法下,學(xué)生成為了知識的主動建構(gòu)者,而不是被動的吸收者[2].這與《新課標(biāo)》所提出的教學(xué)理念,即“將課堂還給學(xué)生,使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人”相一致.羅均等人的研究發(fā)現(xiàn),任務(wù)驅(qū)動法的應(yīng)用,不僅符合高中生的探究需求,還能培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生物理水平得到有效發(fā)展[2].研究者們十分認(rèn)可將任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法應(yīng)用在物理教學(xué)中能夠更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理.然而,當(dāng)前對于如何應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法去培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面的研究卻還不足.因此,本文試從任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法這一新視角出發(fā)去培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng).

2 通過任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法推動培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)

將任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法運(yùn)用到課堂教學(xué)中能夠推動新課標(biāo)的落實與物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng).物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念,科學(xué)思維,科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任[4].筆者挖掘并整理了通過任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法來培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)在邏輯關(guān)系,如圖1所示.

圖1 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法與培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)在關(guān)系圖

在創(chuàng)設(shè)情境環(huán)節(jié),可通過生活實例激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究物理的興趣和求知欲,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度;在設(shè)定任務(wù)環(huán)節(jié),可通過共同制定探究任務(wù),培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維;在自主和協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)節(jié),可通過分組協(xié)作進(jìn)行獨(dú)立實驗,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力;在效果評價環(huán)節(jié),可通過自主評價總結(jié)課堂收獲,培養(yǎng)學(xué)生物理觀念.因此,抓好任務(wù)驅(qū)動法的4個基本環(huán)節(jié)對于培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要意義.

3 教學(xué)設(shè)計思路

接下來,筆者以人教版必修1第三章第2節(jié)“摩擦力”一節(jié)為例,以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為目標(biāo),基于任務(wù)驅(qū)動型教學(xué)法來進(jìn)行了課堂教學(xué)設(shè)計.

摩擦力的學(xué)習(xí)是人教版必修一第三章的重點(diǎn)和難點(diǎn),正確認(rèn)識摩擦力對于后面研究力的特點(diǎn)與規(guī)律,分析物體運(yùn)動狀態(tài)具有重要意義.學(xué)生在初中時已經(jīng)初步接觸了摩擦力,但難點(diǎn)在于不能做好靜摩擦力和動摩擦力的區(qū)分.筆者運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法,以“認(rèn)識和理解摩擦力”為主線,明確好本節(jié)課的探究任務(wù)并以此為依據(jù)制定了探究計劃.探究計劃中包括了創(chuàng)設(shè)情境、設(shè)定任務(wù)、自主和協(xié)作學(xué)習(xí)、效果評價4個部分.學(xué)生圍繞任務(wù)展開學(xué)習(xí),再以任務(wù)的完成成效查驗和反思學(xué)習(xí)過程.通過一個個任務(wù)的不斷達(dá)成,學(xué)生逐漸增強(qiáng)自信心,激發(fā)出更大的求知欲望,構(gòu)建起良性的循環(huán),逐步形成科學(xué)的思維方法和自主學(xué)習(xí)的能力.因此,運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動型教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計能促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)物理時具有實驗探究的欲望與意識,形成嚴(yán)密的科學(xué)思維模式和正確的科學(xué)思維方法,分析論證.學(xué)生通過采用各種方法自主協(xié)作完成任務(wù),不斷地鍛煉和培養(yǎng)未來發(fā)展所需要的必備品格與關(guān)鍵能力.

4 課程教學(xué)目標(biāo)與重難點(diǎn)分析

4.1 教學(xué)目標(biāo)

(1)物理觀念:清楚影響摩擦力大小的因素,會計算和判斷摩擦力的大小,方向和作用點(diǎn).

(2)科學(xué)思維:從生活實例中認(rèn)真思考,大膽猜想影響摩擦力的因素,仔細(xì)制定實驗方案,通過實驗探究影響摩擦力大小的因素;鍛煉學(xué)生的邏輯思維,觀察思考,質(zhì)疑創(chuàng)新等能力.

(3)科學(xué)探究:學(xué)生經(jīng)歷摩擦力影響因素關(guān)系以及摩擦力的方向和大小的判斷與計算實驗,掌握用控制變量法研究多因素問題;通過獨(dú)立制定實驗方案,收集數(shù)據(jù),利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析,得到實驗結(jié)論來破除原有思維誤區(qū).

(4)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任: 學(xué)生列舉與生活情境相關(guān)的實例,體會物理與生活的緊密聯(lián)系;學(xué)會通過構(gòu)建起來的物理觀念思考與解釋自然現(xiàn)象.如:魚的身體表面分泌的粘液的作用;綜合應(yīng)用物理知識思考摩擦力在生活中的危害與幫助.

4.2 教學(xué)重難點(diǎn)

(1)教學(xué)重點(diǎn):清楚影響摩擦力大小的因素,掌握摩擦力的方向和大小的判斷和計算.

(2)教學(xué)難點(diǎn):明晰靜摩擦力與滑動摩擦力區(qū)別和聯(lián)系,通過實驗數(shù)據(jù)圖像理解靜摩擦力并非永遠(yuǎn)小于滑動摩擦力.

5 教學(xué)過程

5.1 創(chuàng)設(shè)情境 引入新課

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法強(qiáng)調(diào)要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實有趣的情境.學(xué)生在真實的情境中自然地喚醒已有認(rèn)知,進(jìn)一步形成新舊認(rèn)知沖突,引入本節(jié)課內(nèi)容的同時也為后續(xù)任務(wù)設(shè)置做好鋪墊.教師通過設(shè)置真實有趣的情境,也自然地培養(yǎng)了學(xué)生樂于探究現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)態(tài)度,激發(fā)其學(xué)習(xí)和研究物理現(xiàn)象的好奇心與求知欲.

創(chuàng)設(shè)情境:教師提前將兩本書逐頁相互疊在一起(圖2)帶到課堂之中.

圖2 不會掉落的書本

教師活動:教師提問學(xué)生猜想兩本書是否會分開并思考原因.接著請?zhí)岢霾煌f法的兩位同學(xué)上臺拉兩本書的書脊,親自驗證自己的猜想.

學(xué)生活動:學(xué)生在拉動書后發(fā)現(xiàn)無法將兩本書分開.在教師引導(dǎo)以及在初中對摩擦力有基本認(rèn)知的前提下,學(xué)生思考得到是摩擦力阻礙兩本書分開.接著,教師引導(dǎo)他們分享生活中常見的摩擦力現(xiàn)象并帶領(lǐng)學(xué)生回顧初中所學(xué)摩擦力的知識.

5.2 明確任務(wù) 展開新課

在前期鋪設(shè)的情境下,設(shè)置與學(xué)習(xí)主題緊密聯(lián)系的探究任務(wù)作為本節(jié)課的中心內(nèi)容,為新課展開提供指向性.教師與學(xué)生共同精心設(shè)計進(jìn)階性挑戰(zhàn)任務(wù)群,優(yōu)化學(xué)習(xí)路徑,進(jìn)行深度學(xué)習(xí),把握知識的本質(zhì)和意義[3].在這一過程中,學(xué)生需要運(yùn)用帶有批判性、創(chuàng)造性和邏輯性思維去設(shè)置具有深度意義的任務(wù),從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力.

從剛剛所舉的例子,可以知道生活中無處不存在摩擦力,了解和應(yīng)用摩擦力的知識能夠幫助我們解決生活中許多問題.為了更深入理解摩擦力,教師與學(xué)生共同制定核心任務(wù)與分任務(wù),通過完成進(jìn)階式自主探究活動去達(dá)成核心任務(wù).

核心任務(wù):認(rèn)識和理解摩擦力.

分任務(wù):

(1)了解滑動摩擦力的方向和作用點(diǎn).

(2)滑動摩擦力大小的計算.

(3)靜摩擦力的大小和方向探究.

(4)動摩擦力與靜摩擦力的區(qū)別與聯(lián)系.

進(jìn)階性挑戰(zhàn)任務(wù)圖如圖3所示.

圖3 進(jìn)階性挑戰(zhàn)任務(wù)圖

5.3 自主探究 協(xié)作學(xué)習(xí)

物理課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念指出,高中物理課程要通過創(chuàng)設(shè)學(xué)生積極參與、樂于探究、善于實驗、勤于思考的學(xué)習(xí)情境,培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力[4].學(xué)生在此階段根據(jù)所設(shè)置的核心任務(wù)與分任務(wù)開展探究活動,經(jīng)歷探究活動的自主學(xué)習(xí),小組任務(wù)的交流合作,新舊知識結(jié)構(gòu)的同化順應(yīng)和科學(xué)實驗的嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真.從而驅(qū)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,科學(xué)探究能力,與他人合作交流能力等多方面意愿與能力的提升.

5.3.1 探究任務(wù)一:了解滑動摩擦力的方向和作用點(diǎn)

學(xué)生在親身實驗中感受到滑動摩擦力的存在,為探究任務(wù)提供豐富的感性認(rèn)識.在此過程中激發(fā)學(xué)生聯(lián)系到原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中有關(guān)的知識,經(jīng)驗及表象,從而能夠同化新知識,補(bǔ)充完善已有認(rèn)知結(jié)構(gòu).

小實驗:學(xué)生將手掌貼于桌面上,在桌面平行滑動,感受桌面對手掌的阻礙.

教師活動:引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗,并提問學(xué)生:

(1)當(dāng)手掌相對桌面用力前后滑動時,是否在接觸面上感覺到有阻礙相對運(yùn)動的力,這種力是什么力?

(2)翻開書本,看看書本對滑動摩擦力的定義是什么?

(3)滑動摩擦力的作用點(diǎn)在哪里?

(4)既然滑動摩擦力是阻礙手掌向前運(yùn)動的力,那這個力的方向是與相對運(yùn)動方向相同還是相反呢?

(5)選擇多位同學(xué)回答問題,講述其實驗和思考所得結(jié)果.

學(xué)生活動:學(xué)生進(jìn)行實驗,感覺到在先前推動時,桌面給手的摩擦力.在翻閱書本后,了解到滑動摩擦力的概念:兩個相互接觸的物體,當(dāng)它們相對滑動時,在接觸面上會產(chǎn)生一種阻礙相對運(yùn)動的力,這種力叫作滑動摩擦力.學(xué)生從實驗中也理解了概念中所描述的摩擦力的作用點(diǎn)在接觸面上,方向與相對運(yùn)動方向相反.

注意: “相對運(yùn)動方向”與“運(yùn)動方向”容易混淆,可以結(jié)合參考系去幫助學(xué)生理解.

5.3.2 探究任務(wù)二:滑動摩擦力大小的計算.

教師引導(dǎo)學(xué)生列舉生活例子并提問學(xué)生影響摩擦力的因素是什么?學(xué)生發(fā)散思維,進(jìn)行猜想與假設(shè).學(xué)生成為了課堂的主人,獨(dú)立自主進(jìn)行思考學(xué)習(xí),進(jìn)行思維的鍛煉.

教師活動:教師在PPT中列舉幾個關(guān)于摩擦力大小與接觸面的粗糙程度以及壓力關(guān)系的不同的例子,如圖4所示,再引導(dǎo)學(xué)生舉出生活中類似的例子.提問學(xué)生:有什么因素會影響摩擦力的大小?

圖4 生活實例

學(xué)生活動:學(xué)生根據(jù)幻燈片展示的對比圖片進(jìn)行了新舊認(rèn)知沖突,改變了原有的認(rèn)知誤區(qū):物體所受滑動摩擦力大小與其重力相關(guān).他們重新建構(gòu)起新的認(rèn)知,即影響摩擦力大小的因素包括接觸面的粗糙程度與所受正壓力的大小.接觸面粗糙程度、物體所受正壓力與滑動摩擦力大小呈正相關(guān).

學(xué)生意識到自己對于滑動摩擦力的認(rèn)識僅停留在定性階段,滑動摩擦力的大小與其影響因素之間的定量關(guān)系尚未清楚.因此,學(xué)生自然且自發(fā)開始對滑動摩擦力進(jìn)行定量探究.

教師活動:

(1)教師展示探究滑動摩擦力大小及其影響因素定量關(guān)系實驗的器材:思邁Prodigy-Lab數(shù)據(jù)采集器,力傳感器,摩擦力實驗器,鉤碼,計算機(jī)等.將學(xué)生分成多個小組,引導(dǎo)他們進(jìn)行實驗設(shè)計.學(xué)生代表描述該組的實驗方案,教師與學(xué)生加以補(bǔ)充說明實驗注意事項,最后匯總確定實驗方案.

(2)教師設(shè)置問題,學(xué)生根據(jù)問題明確實驗方向,進(jìn)行實驗和觀察所呈現(xiàn)實驗結(jié)果圖.

(3)教師進(jìn)行演示實驗,并強(qiáng)調(diào)實驗中需要注意的事項.

(4)教師引入數(shù)學(xué)的正比公式,將動摩擦因數(shù)μ作為數(shù)學(xué)正比公式的比例常數(shù)k來介紹,并說明不同接觸面,其μ不一樣.

問題:

(1)思考對于多變量因素,應(yīng)當(dāng)用什么實驗方法進(jìn)行實驗?

(2)摩擦力與摩擦因數(shù)和正壓力分別呈什么數(shù)學(xué)關(guān)系呢?

(3)根據(jù)實驗結(jié)果,得到摩擦力的計算公式是怎樣的?

學(xué)生活動:

(1)各小組根據(jù)所展示的實驗工具制定實驗方案并一起確定最終方案.

(2)學(xué)生進(jìn)行實驗并觀察思考實驗結(jié)果圖(圖5),較容易驗證得到滑動摩擦力大小與動摩擦因數(shù)以及物體所受正壓力呈正比f=μF壓,并舉手作答.

圖5 摩擦力與正壓力函數(shù)圖像

5.3.3 探究任務(wù)三:靜摩擦力大小和方向的探究

經(jīng)歷前面對滑動摩擦力的定性和定量探究之后,學(xué)生對于摩擦力有了一定的認(rèn)識.這時候,教師進(jìn)一步拓展學(xué)生思維,讓學(xué)生思考相互接觸的物體處于相對靜止時是否也可能存在摩擦力?

教師引導(dǎo)學(xué)生對圖6所示的手握瓶情境進(jìn)行分析,以此引入靜摩擦力.根據(jù)二力平衡原理,學(xué)生能比較容易判斷瓶子受到了與所受重力大小相等,方向相反的力.接著,教師自然地引入書本中有關(guān)靜摩擦力完整的概念與大小的計算.

圖6 手握瓶

理解書本對滑動摩擦力方向的定義以及滑動摩擦力與靜摩擦力方向判斷上的不同,即“相對運(yùn)動”和“相對運(yùn)動趨勢的不同”.引導(dǎo)學(xué)生分析概念中的難理解的點(diǎn)——“相對運(yùn)動趨勢”.首先假設(shè)手不握住瓶子或接觸面光滑,則瓶子一定會向下滑落.這個“向下滑落”的方向就是瓶子相對接觸面的相對運(yùn)動趨勢,而靜摩擦力的方向與這個相對運(yùn)動趨勢相反.

5.3.4 探究任務(wù)四:動摩擦力與靜摩擦力之間的區(qū)別與聯(lián)系

學(xué)生認(rèn)為靜摩擦力和動摩擦力沒有必然聯(lián)系,或直接認(rèn)為由于拉力不斷增大,物體所受靜摩擦力不斷變大.物體進(jìn)行相對運(yùn)動,受到滑動摩擦力.因此,學(xué)生認(rèn)為物體所受滑動摩擦力比物體靜止時所受摩擦力要大.這兩種都是錯誤的想法.教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗去驗證想法.在運(yùn)用思邁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行定量研究后,得出數(shù)據(jù)結(jié)果圖,如圖7所示,搭建動靜摩擦力之間的橋梁.學(xué)生直觀感受與理解動摩擦力與靜摩擦力之間的區(qū)別與聯(lián)系,從而改變思維誤區(qū),順應(yīng)新知識的建構(gòu).

圖7 摩擦力大小隨時間變化圖像

教師提問:在圖上,我們可以看到靜摩擦力的大小隨著拉力不斷增大而怎么變化呢?

引入最大靜摩擦力后,學(xué)生注意到物體之間實際產(chǎn)生的靜摩擦力f在零與最大靜摩擦力fmax之間,即0

注意:在滑動摩擦力處線條并沒有呈直線,而是有細(xì)微的波動.這是由于人力拉動,接觸面粗糙等因素導(dǎo)致的實驗誤差.對此,教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗誤差原因分析,發(fā)散與鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維.

5.4 新課總結(jié) 協(xié)作學(xué)習(xí)

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法中的效果評價環(huán)節(jié)是學(xué)生通過自主評價總結(jié),回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容,全面有效復(fù)習(xí)本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn).再引導(dǎo)學(xué)生遷移應(yīng)用,學(xué)習(xí)從物理視角去思考日常生活中的物理現(xiàn)象,從而培養(yǎng)學(xué)生物理觀念.最后通過完成自我評價表去反思課堂中的自我表現(xiàn),從而幫助學(xué)生不斷自我提高、自我完善、自我進(jìn)階.

教師活動:

(1)提問總結(jié)本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容,滑動摩擦力的三要素,靜摩擦力,靜摩擦力與滑動摩擦力之間的區(qū)別與聯(lián)系.

(2)完成本節(jié)課教師的課后自我評價表并進(jìn)行課程反思.

學(xué)生活動:

(1)聯(lián)系生活實際,思考車輪花紋、鞋子底部的規(guī)律性條紋、魚的身體表面分泌的粘液的作用.

(2)課后繪制本節(jié)課的思維導(dǎo)圖,完成本節(jié)課的課后自我評價表(表1).

表1 課后自我評價表

6 結(jié)束語

本文對任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法進(jìn)行了介紹,從理論與實踐兩方面共同分析了任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法對于培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要意義.以摩擦力一節(jié)的課堂教學(xué)設(shè)計為例,深入探討了如何應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng).教師在應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計中,需要注重聯(lián)系學(xué)生生活實際去建立真實有趣的學(xué)習(xí)情境,喚起學(xué)生已有經(jīng)驗與認(rèn)知結(jié)構(gòu),從而激發(fā)學(xué)生的興趣與學(xué)習(xí)動力.學(xué)生與教師共同制定合理可行的進(jìn)階性挑戰(zhàn)任務(wù)群,即將核心任務(wù)拆分成多個分任務(wù),從而幫助學(xué)生逐步進(jìn)階,深入探究核心任務(wù).再引導(dǎo)學(xué)生自主協(xié)作,經(jīng)歷科學(xué)探究的全過程.最后,在教師引導(dǎo)下,學(xué)生對本節(jié)課知識進(jìn)行梳理并應(yīng)用于日常生活中的物理現(xiàn)象的探究中.課后教師和學(xué)生填寫自我評價表,反思自身在課堂之中的優(yōu)缺點(diǎn),從而不斷自我提高、自我完善、自我進(jìn)階.因此,在運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動法進(jìn)行課堂教學(xué)能夠潛移默化地推動學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng).從中培養(yǎng)學(xué)生樂于探究和勇于探究的科學(xué)態(tài)度,形成嚴(yán)密謹(jǐn)慎的科學(xué)思維,學(xué)會進(jìn)行科學(xué)探究的方法,養(yǎng)成從物理視角認(rèn)識世界的習(xí)慣,切實把學(xué)生培養(yǎng)成為具有創(chuàng)新意識和實踐能力的有用人才.