任務驅動法在高中物理探究教學中的應用
——以“氣體的等溫變化”為例

(江蘇省贛榆縣城頭高級中學,江蘇 連云港 222131)

1 引言

任務驅動法在探究教學中的應用,主要是以一個或幾個探究任務為教學的核心,在明確任務目標的情況下,推動教學活動有序開展。在高中物理探究教學中應用任務驅動法，使教師的角色有了一些新的變化,需要從學生“學”的角度來設計任務，開展教學活動,不再是以教師的“教”為主,也就是從單向靜態灌輸方式朝著多向動態互動方式轉變。整個探究教學活動主要以解決任務為目標,師生依托合作、交流、互動的方式來完成任務,學生能夠充分體驗到物理知識生成的過程,同時也有了更多實踐的機會。本文以“探究氣體等溫變化的規律”為例,探討任務驅動法在高中物理探究教學中的應用策略,以培養學生自主創新的能力,提高學生的科學思維以及實驗探究能力。

2 教學內容和探究方法

探究“氣體等溫變化的規律”是人教版高中物理選修3-3中的教學內容,裝置如圖1所示，實驗中用注射器封閉一定質量的氣體,在溫度不變的情況下,研究壓強和體積的關系。但在實際教學中實驗效果并不理想,對于玻璃管外側的刻度,后面的學生很難看清楚,對于實驗操作過程中的一些注意事項,學生也無法感同身受。為此筆者嘗試采用分組實驗、任務驅動的方式,對實驗教學進行改進。

圖1

在探究過程中主要引導學生對實驗裝置、獲取實驗數據的方法進行分析和改進，通過分組活動讓學生完成以下任務：如何確定研究對象?如何控制溫度和氣體的質量都不變?如何改變被封氣體的體積、壓強?空氣柱的橫截面積S是否需要測量?測量體積時誤差主要出現在哪里？怎樣減少這種誤差?通過具體的實驗操作,考查學生的動手操作能力和數據處理能力,發現問題并逐一進行改進。

3 實驗探究的任務分析

3.1 探究動機

有的學生對實驗探究本身就存在畏難情緒,并且還要在具體操作過程中找到實驗誤差的來源,改進實驗裝置才能更準確地獲取實驗數據,通過數據處理才能發現實驗規律。教師要多對學生進行鼓勵,同時要設置貼近生活的物理情境,比如教師展示一個打足氣的氣球在高溫下炸裂的視頻，提問：用什么方法可使癟了的乒乓球恢復原狀？讓學生親自動手做一做,激發學生的好奇心和求知欲。

3.2 探究目標

探究目標就是學生要達到的終點，在探究中要以活動的目標為依據展開教學,安排探究的進程等。探究教學的目標根據物理學科核心素養的培養要求可分為4個方面。

物理觀念:理解一定質量的氣體在溫度不變時壓強與體積的關系,學會通過實驗的手段研究問題,探究物理規律。

科學思維:培養學生的科學思維能力,敢于質疑創新。

科學探究:通過實驗探究，發現問題并改進,獲取實驗數據,對數據進行分析和評估,探究物理規律。

科學態度和責任:培養學生嚴謹的科學態度與實事求是的科學精神,在實驗探究過程中培養學生相互協作的精神,培養學生理論聯系實際的能力。

為了達到這4個方面的教學目標,將探究目標拆分成如圖2所示的任務。

圖2

為了更好地達成目標,可把目標任務1分成3個小任務:(1) 分析要測量的物理量;(2) 設計記錄數據的表格;(3) 分析數據的可靠性。前兩個任務學生很容易完成,第三個由于學生第一次接觸到壓力表,教師要適當引導學生完成。目標任務2也分成3個子任務:(1) 測量體積時,誤差主要出在哪里？怎樣減少這種誤差?(2) 用壓力表測量壓強時誤差又在哪里?(3) 如何改進實驗裝置，減小誤差?

3.3 探究內容

探究的內容有三方面：(1) 測量封閉氣體的體積和壓強;(2) 對教科書給出的實驗裝置進行分析,分析誤差來源,進而改進實驗裝置；(3) 根據所得的數據找出等溫變化的規律。其中測量體積方法很簡單,測量氣體壓強的方法有多種,比如教科書給的案例是利用壓力表,可改用壓強傳感器直接得到數據。學生前面已經接觸到不少用圖像法處理數據的實驗,教師稍做引導,學生就會想到除了表格法,還可以用圖像法處理本實驗的數據。

探究任務的難易程度會對學生所花費的時間產生直接影響,倘若任務過于簡單,則可能達不到預期的教學目標;倘若任務難度太大,則學生可能無法在有限的時間完成,并影響學生的自信心和學習積極性。因此,在確定探究任務時,要充分了解學情，具體分析如下。

(1) 學生對科學探究的過程已有一定的基礎,了解科學探究的一般方法和程序。能用控制變量法研究壓強、體積、溫度之間的關系,并能夠猜想溫度一定時壓強和體積的關系，對運用圖像法處理數據有一定了解。

3.4 探究過程

實驗探究過程如圖3所示，探究過程是新知識生成的過程,在這個過程中教師要因勢利導,保證探究任務的順利完成,同時,教師要及時對學生進行評價,保證學習效果,特別是對探究任務完成后得出的規律要及時應用,以保證目標任務的完成,達到更好的學習效果。

圖3

4 任務完成情況

4.1 數據誤差的主要來源

根據實驗的目的,我們可以用注射器封閉一段空氣柱,然后用橡膠套把開口端密封,這樣就得到了一定質量的氣體,同時可以通過注射器上刻度直接讀出氣體的體積。被封氣體的溫度與室溫近似相等,實驗時注意不能用手接觸玻璃器壁,以免影響注射器內氣體的溫度。另外要緩慢拉動活塞,盡量保持氣體溫度不變。

4.2 改進裝置后進行實驗

改進后的實驗裝置如圖4所示。改用容積大一些的注射器,可以得到多組體積的數據。測量壓強采用壓強傳感器，可利用計算機直接記錄和分析數據。同時利用DIS軟件的作圖功能畫出合適的圖像,通過數據擬合，可直接得到氣體等溫變化的規律。當然這個裝置也有誤差(注射器和傳感器連接部分的體積),減小誤差的方法是用容積較大的注射器。

圖4

探究過程是新知識生成的過程,在這個過程中教師要因勢利導,保證探究任務的順利完成,同時,教師要及時對學生的表現進行評價，對探究任務完成后得出的規律要及時應用,保證目標任務的完成,以便達到更好的學習效果。

通過分析終點目標,發現學生任務完成情況較好,通過練習題檢測學生對等溫變化規律的理解程度,發現學生掌握得不錯,說明任務驅動法在探究課中應用有較好的效果。

5 結語

在物理探究教學中應用任務驅動法，注重引導學生自主“發現”物理規律,教師在任務的選擇和布置時要根據學生的實際情況，進行適時的指導,確保學生能夠緊緊圍繞任務開展活動,為達到終點目標架起橋梁。