基于任務驅動發展核心素養的教學實踐

張超狄

【摘要】本文以粵教版物理選擇性必修二第三章第三節《變壓器》的教學為例，闡述了通過任務驅動和和探究實驗提高學生的科學思維能力、科學探究能力，內化物理觀念，形成正確的科學態度與責任，使學生的物理核心素養得到發展。

【關鍵詞】高中物理;任務驅動;問題;情境

物理學是基于觀察與實驗，建構物理模型，通過科學推理和論證，形成系統的研究方法和理論體系的一門基礎學科。《普通高中物理課程標準（2017年版）》對物理教學的建議及要求是：基于物理學科核心素養確定教學的目標和內容;在教學設計和教學實施過程中重視情境的創設;重視科學探究能力的培養;通過問題解決促進物理學科核心素養的達成。建構主義學習理論強調：學生的學習活動必須與任務或問題相結合，以探索問題來引導和維持學習者的學習興趣和動機，創建真實的教學環境，讓學生帶著真實的任務學習，以使學生擁有學習的主動權。所以，在物理教學中，教師需要精心設計課堂教學內容與流程，引導學生緊緊圍繞一個共同的任務活動中心，在強烈的問題動機的驅動下，積極主動應用學習資源，進行自主探索和互動協作的學習，從而對物理概念和規律進行逐層遞進學習、系統反思和遷移應用，加強物理觀念的內化;引導學生經歷物理概念的建構過程和物理規律的發現過程，提升科學思維與科學探究能力;引導學生在運用物理規律解決生活實際問題過程中形成正確的科學態度與責任，從而促進學生物理學科核心素養的發展。

變壓器的工作原理是電磁感應，是遠距離輸電不可缺少的裝置，也大量應用在各種電器設備中。在學習變壓器教材內容過程中，學生已經掌握電磁感應的理論基礎，在此基礎上建構新的知識，探究理想變壓器工作規律，然后應用在遠距離輸電電路中，符合知識的認知規律。本文將以粵教版選擇性必修二第三章第三節《變壓器》的實驗教學為例，應用任務驅動型教學策略的操作程序，探索如何基于任務驅動優化課堂教學設計，發展學生的物理學科核心素養。教學設計整體思路如圖1所示。

一、創設問題情境，激發學生興趣，幫助學生萌生科學探究的動機

讓學生操作控制如圖2所示的電路并觀察和記錄小燈泡的亮暗情況（如表1），用對比設疑的方式，分析總結出變壓器的作用。（原線圈200匝，副線圈400匝，接8V直流穩壓輸出，串聯0-5A電流表，燈泡2.5V 0.3A）

討論與交流：

1.原線圈電流不變時，燈泡中是否有電流通過？為什么？

2.原線圈電流變化時，燈泡中是否有電流通過？為什么？

3.能否用所學過的有關知識解釋上述現象？

解析：以原線圈接入直流電壓為8V為例

1.燈泡中沒有電流通過。原因是：S保持閉合（電壓恒定為8V）和S保持斷開（電壓恒定為0V）時，燈泡都不亮。

2.燈泡中有電流通過。原因是：S閉合瞬間（電壓由0V變為8V）或斷開（電壓由8V變為0V）瞬間，燈泡亮了。

3.教師引導學生用感應電流產生的條件去解釋。

接入交流電流表的目的是為了直觀顯示原線圈回路有無電流通過，可以使學生分析問題時，能更快速確切地建構起S閉合時鐵芯中有磁場這個情境。開關S的閉合斷開狀態組合成4種情況，則運用了比較法進行實驗探究，讓學生的思維細節變得更加慎密，思維視角更加寬廣，使學生對變壓器的電磁感應的本質有了更直觀深刻的認識，對電磁感應現象的認知也更加豐富全面。這樣通過設置觀察任務與問題驅動引導學生理解物理概念與規律的本質、形成科學思維習慣、增強科學探究能力，是符合高中物理課程的基本理念的。

二、問題搭橋，任務分解，引導學生實現思維進階

基于如圖2所示的電路，教師繼續提出疑問，設置任務：剛才實驗中燈泡亮起來的時間是一瞬間的，有沒有辦法把燈泡的很短的亮光延長，甚至一直保持光亮呢？學生思考得到方法：迅速不停地斷開、閉合S，燈泡能一直保持著光亮。然后學生操作演示，驗證了猜想的結果。

教師提出疑問，設置任務：迅速不停地斷開、閉合S的目的是什么？有沒有更好的方法來代替迅速不停地斷開、閉合S這個動作？學生思考得到方法：將原線圈改接學生電源的交流輸出，燈泡就能一直保持光亮了。然后學生操作演示，得出了在原線圈兩端加上交變電壓，如果在副線圈兩端接入負載構成閉合回路，回路中就形成交變電流的結論。

筆者設計了迅速不停地斷開、閉合S這個實驗過程，目的是通過具體的操作動作呈現出原線圈接通了不斷變化的電壓這個情境，使學生對變化的電壓有了更全面深刻的認識，為后面的“在原線圈兩端加上交變電壓”這個實驗操作鋪設了臺階，這時學生觀察到燈泡一直保持光亮下去的直觀現象，學生會因為探究成功而感到喜悅。接著運用了等效替代的探究方法，遷移到驗證變壓器能改變交變電壓的情境中去，這樣可以使學生更容易理解和領悟物理規律。

上述兩個實驗設置了觀察任務和思考任務，使學生以原有的物理知識為基礎，通過對物理概念和規律的逐步學習、知識重組和遷移應用，促進物理觀念的內化，使學生經歷物理概念的建構過程和物理規律的形成過程，促進了學生科學思維的發展。

三、創設任務導向的真實情境，讓學生具身體驗理想模型建立過程

教師設計了演示實驗的電路如圖3所示。這個電路利用生活生產中的儀器，可以測量實際變壓器原副線圈的功率、頻率、電壓、電流等數據。

教師實驗演示測量可拆變壓器和實驗室用調壓變壓器的原副線圈的功率、頻率數據（如圖4）。在實驗過程中向學生布置任務：

1.在實驗中如實讀取記錄實驗數據。

2.客觀分析所讀取的實驗數據。

3.思考在數據中顯示的差異性、規律性的原因。

表2所示是學生測得的一組數據，可以得到兩個變壓器的效率分別是50%和80%，接著布置任務讓學生通過網絡檢索資料認識到其它大型變壓器的效率可以達到95%以上（如圖5），由此引入理想變壓器的效率為100%，讓學生循序漸進地構建出理想變壓器這個模型，深刻認識到理想變壓器的主要特點是輸出功率等于輸入功率。

通過布置任務引導學生發現原線圈的功率大于副線圈的功率，認識到能量在傳遞過程中是會有損耗的，并引導學生分析變壓器功率損耗的原因（鐵芯、線圈變暖，接可拆變壓器時有震動聲）。然后通過計算變壓器的傳輸效率，發現不同的變壓器的效率是不同的，將“效率”這個抽象概念包含的本質內涵形象地顯示出來，加深了學生物理觀念的內化。同時通過任務驅動，使學生經歷了從實際變壓器到理想變壓器這個理想化模型的構建的過程，能很好地引導學生在實踐中發現問題、提出問題，并利用所學知識解決問題，能更好地發展科學思維，提高學生將物理知識應用于社會生活實際的意識，促進學生科學態度與責任的發展。

四、布置探究任務，將課堂還給學生，促進物理核心素養的發展

引導學生分析先前的實驗數據（圖4）發現變壓器在轉換電能過程中，電壓、電流一般都發生變化，然后提出問題：變壓器原副線圈兩端電壓大小之間有什么關系？原副線圈兩端電壓大小關系與匝數是否有關？確定探究任務：探究變壓器的原副線圈兩端電壓與匝數的關系。

1.理論探究

引導學生運用法拉第電磁感應定律與理想變壓器模型結合進行理論探究。學生在理論探究的實踐中，通過對已掌握的法拉第電磁感應定律進行遷移應用，可以深刻體會到磁場是一種物質、電磁之間相互有聯系、電場磁場可以儲存能量這些現象，促使物理觀念往更深的層次內化，學生利用原有知識，運用邏輯推理來生成新知識，體驗到物理的科學思維和方法，并學會用這些新知識解釋自然現象，解決生產生活中的實際問題，培養嚴謹認真的科學態度。

2.實驗探究

教師提供器材，讓學生設計實驗方案，檢驗上述理論探究得出的結論是否正確，針對不同物理量選擇合適的測量儀器，利用可拆變壓器不同匝數的接線頭以改變原、副線圈匝數，利用學生電源提供4V8V的交流電壓，利用交流電壓表測量副線圈兩端的輸出電壓。學生開始設計實驗，小組合作測量數據，總結得出變壓規律。這是培養學生科學態度與責任意識的很重要的環節：實驗要有明確目的;器材工具要正確使用和維護;數據要如實記錄;實驗過程要按照步驟規范操作;實驗結論要根據數據得出;同組者要協作;誤差要如實分析;實驗不成功，要找到原因，解決問題，繼續實驗，直至成功，絕對不能弄虛作假。使學生從無意識到有意識，從不自覺到自覺，逐步樹立起科學的態度與責任，促進學科核心素養的發展。

教材提供的參考實驗方案電路原理圖如圖6、表3所示。

五、結束語

指向深度學習的高中物理教學方式變革的策略說明：可以從創設具身體驗的問題情境，設計有挑戰性的學習任務著力提高課堂效率。學生在解決任務的過程中習得知識及內在邏輯，發展自己的“認知網絡”，培養自己的科學思維能力。上述以《變壓器》為例，以實驗探究為點，任務驅動為線的課堂教學設計，在實際教學中取得了良好的效果，促進了學生物理學科核心素養的發展。我們會在今后的課堂教學中著力于任務驅動這個抓手，不斷嘗試，勇于創新，為落實立德樹人培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人而努力。

參考文獻：

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責任編輯? 楊? 杰