基于物理挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈教學(xué)的實踐研究

居津，臧濤成

摘? ?要：“問題鏈”可以促進高效教學(xué)，而如何設(shè)計好“基于挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈”是值得廣大教師深度研究的課題。文章闡述了物理挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈的含義和特點，通過對“拋體運動的規(guī)律”的教學(xué)實踐探索，闡明了此類問題鏈的設(shè)計思路、實施策略和評價方法，并進行了教學(xué)反思。

關(guān)鍵詞：挑戰(zhàn)性任務(wù);問題鏈;新教材

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）11-0064-5

《普通高中物理課程標準（2017年版）》中明確指出，物理課程教學(xué)可以通過問題解決的方式，促進學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達成[1]。問題導(dǎo)向已經(jīng)成為現(xiàn)今教學(xué)方式的主流，好的問題可以促進高效教學(xué)，為學(xué)生提供有效學(xué)習(xí)支架，而“問題鏈”對學(xué)生學(xué)法的形成則更具導(dǎo)向作用。基于“挑戰(zhàn)性任務(wù)”的物理教學(xué)，多以真實情境為背景，解決實際問題為驅(qū)，以學(xué)生主動參與、建構(gòu)和創(chuàng)造為方式，注重學(xué)生知識內(nèi)化、技能運用和思維的高階發(fā)展。“物理挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈”教學(xué)是將教材知識轉(zhuǎn)化為對學(xué)生而言具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，通過教師提出的一連串具有情境性、適度性、關(guān)聯(lián)性和開放性問題的引導(dǎo)從而完成任務(wù)的教學(xué)過程。如何設(shè)計好“物理挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈”是一門藝術(shù)，值得廣大教師深度研究。

1? ? 物理挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈的界定及其設(shè)計要求

1.1? ? 物理挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈的含義

挑戰(zhàn)性任務(wù)，是指教師根據(jù)教學(xué)目標，通過分析學(xué)生學(xué)情，將教材知識轉(zhuǎn)化為具有一定挑戰(zhàn)性且可獨立或合作完成的學(xué)習(xí)任務(wù)。這樣的學(xué)習(xí)任務(wù)僅靠知識的記憶與題海的訓(xùn)練是無法完成的，需要學(xué)生有一定的邏輯思維能力、學(xué)習(xí)遷移能力等。物理挑戰(zhàn)性任務(wù)與維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”和馬斯洛的“認知需求”理論緊密相關(guān)。給學(xué)生設(shè)置略高于現(xiàn)有水平的任務(wù)項目，調(diào)動學(xué)生的積極性，將被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為實現(xiàn)自身價值的主動需求，是一種具有高水平認知需要的教學(xué)任務(wù)。

物理挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈指為實現(xiàn)學(xué)生知識的內(nèi)化和應(yīng)用，將物理知識轉(zhuǎn)化為挑戰(zhàn)性任務(wù)，以問題鏈的形式呈現(xiàn)給學(xué)生。“問題鏈”是一問接一問，一環(huán)扣一環(huán)的。從目標上看，它步步深入，由此及彼;從內(nèi)容上看，它問問相連，環(huán)環(huán)相扣[2];從過程上看，它層次鮮明，螺旋上升;從效果上看，它次次飛躍，逐步升華。

物理挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈包含兩類任務(wù)：一是最終需要達成的終極任務(wù);二是為完成終極任務(wù)而分解出來的若干個子任務(wù)。這些子任務(wù)圍繞終極任務(wù)而設(shè)計，又包含了諸多有關(guān)聯(lián)的問題鏈，從而構(gòu)成貫穿整個課堂的問題線索。

物理挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2? ? 物理挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈的特點

挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈以完成任務(wù)為目標，是知識的應(yīng)用過程。這個過程基于已經(jīng)掌握基本知識的前提之上，主要通過不斷轉(zhuǎn)化問題進行學(xué)習(xí)、思維方法的遷移和應(yīng)用。其特點主要包括以下幾個方面：

①情境性。挑戰(zhàn)性任務(wù)通過設(shè)置問題鏈要保證學(xué)生能夠最終完成任務(wù)，所以這個任務(wù)必然是學(xué)生相對熟悉的生產(chǎn)生活中的實際問題。

②適度性。挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈的設(shè)置應(yīng)當始終處于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，這樣才能更有效地激發(fā)學(xué)生完成任務(wù)的積極性。通過子任務(wù)的引導(dǎo)，鼓勵學(xué)生深入思考，逐步培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

③關(guān)聯(lián)性。挑戰(zhàn)性任務(wù)分為終極任務(wù)和一系列子任務(wù)。子任務(wù)之間的縱向問題設(shè)置和每個子任務(wù)內(nèi)的橫向問題設(shè)置需要有一定的關(guān)聯(lián)性和系統(tǒng)性，目標均指向終極任務(wù)的完成。

④開放性。終極任務(wù)是課前教師的一個預(yù)設(shè)，課堂上學(xué)生一起進行“頭腦風暴”，必然會有意想不到的解決方法。學(xué)生完成挑戰(zhàn)任務(wù)的過程也是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維、創(chuàng)新能力的大好時機。

2? ? 基于物理挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈的教學(xué)實踐

設(shè)計合適的挑戰(zhàn)性任務(wù)和符合學(xué)生最近發(fā)展區(qū)的問題鏈，能有效地引導(dǎo)學(xué)生沿著問題情境去思考和探究，給學(xué)生一個可以攀登的問題階梯，滿足學(xué)生的認知需求，達到培養(yǎng)能力、提升學(xué)科核心素養(yǎng)的目標。基于教學(xué)實踐，結(jié)合人教版新教材“拋體運動的規(guī)律”一課，來說明問題鏈的設(shè)計、實施和評價。

2.1? ? 問題鏈的設(shè)計——從關(guān)注“知識”轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注“學(xué)生”

2.1.1? ? 確定問題鏈的問題導(dǎo)向

問題鏈的設(shè)置應(yīng)該具有明確的指向性和針對性，不能隨意設(shè)置。要明確教學(xué)目標和學(xué)生已有水平，把握好完成任務(wù)要達到何種目的，取得怎樣的效果[3]。可以圍繞“WPHE”四個導(dǎo)向進行設(shè)計，即“What”（是什么）指挑戰(zhàn)性任務(wù)是什么;“Possess”（具有什么）指學(xué)生已經(jīng)會什么;“How”（怎么做）指怎么設(shè)置問題鏈;“Effect”（什么效果）指挑戰(zhàn)性任務(wù)的達成效果。“拋體運動的規(guī)律”的“WPHE”問題導(dǎo)向如表1所示。問題導(dǎo)向的分析關(guān)系到整節(jié)課的走向和目標達成情況，所以在設(shè)計挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈前分析清楚本節(jié)課的問題導(dǎo)向至關(guān)重要。

2.1.2? ? 確定問題鏈的關(guān)聯(lián)知識

人教版新教材關(guān)于“曲線運動”一章的改動較大：將原來的一章拆分成兩章，把“拋體運動”作為單獨一章與“圓周運動”區(qū)分開來。其目的是讓學(xué)生體會兩種不同的處理曲線運動的方法。“拋體運動的規(guī)律”是“拋體運動”一章的最后一節(jié)，旨在讓學(xué)生將所學(xué)的物理知識應(yīng)用到實際生產(chǎn)生活中去。學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容時已經(jīng)了解了什么是曲線運動，以及曲線運動的常用處理方法——運動的合成與分解，并通過實驗掌握了平拋運動的特點。拋體運動規(guī)律的學(xué)習(xí)是在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生學(xué)會應(yīng)用所學(xué)知識解決問題，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，逐步形成物理觀念。圖2是學(xué)生已有知識與本節(jié)將要學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)圖。

從此知識關(guān)聯(lián)圖來看，在設(shè)置拋體運動規(guī)律的挑戰(zhàn)性問題鏈時，要以學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的直線運動規(guī)律、運動的合成與分解的規(guī)律為問題臺階，逐步引導(dǎo)，層層深入，讓學(xué)生學(xué)會應(yīng)用知識，使用規(guī)律，完成任務(wù)。

2.1.3? ? 設(shè)計挑戰(zhàn)性任務(wù)與子任務(wù)

澳大利亞新南威爾士大學(xué)的認知心理學(xué)家約翰·斯威勒在1988年提出的認知負荷理論表明[4]：處理具體任務(wù)時加在學(xué)習(xí)者認知負荷上的系統(tǒng)是多維結(jié)構(gòu)，包括：①任務(wù)的特征，如復(fù)雜程度、任務(wù)形式、時間壓力、教學(xué)步驟等;②學(xué)習(xí)者特征，如知識水平、年齡、空間能力等;③心理負荷，即任務(wù)和主體交互，認知和主體的先驗估計;④心理努力，即認識負荷中實際分配的用于容納任務(wù)所加需求的認知容量。鑒于上述理論，挑戰(zhàn)性任務(wù)的最終達成需要若干個提示性子任務(wù)來支撐[4]。

對于本節(jié)課，首先，制定一個挑戰(zhàn)性終極任務(wù)，即拋體運動規(guī)律的應(yīng)用（槍擊球瓶）;其次，將終極任務(wù)分為若干個潛在學(xué)習(xí)目標（子任務(wù)）;再次，將理想情境實際化，讓學(xué)生學(xué)會處理更普通的實際問題，最終完成挑戰(zhàn)性任務(wù)。基于以上考慮，本節(jié)課的終極任務(wù)和子任務(wù)設(shè)計如圖3所示。

通過明確問題導(dǎo)向，厘清問題鏈的關(guān)聯(lián)知識，明確學(xué)生已有水平，設(shè)計終極任務(wù)和相關(guān)子任務(wù)。將以往的關(guān)注“知識”轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注“學(xué)生”，使學(xué)生真正成為課堂的主體，充分發(fā)揮其主觀能動性，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2? ? 問題鏈的實施——從“主導(dǎo)”走向“合作”

提出終極任務(wù)作為課堂引入：槍擊球瓶（圖4）。教師演示，請學(xué)生體驗槍擊球瓶。

問題1：請大家仔細觀察子彈飛出槍口后的運動軌跡，是一條直線嗎？

問題1.1：子彈離開槍口后，做什么運動？

問題1.2：如何處理平拋運動？

問題1.3：平拋運動的水平方向和豎直方向分別是什么運動？

問題1.4：這兩個分運動具有什么特點？

問題1及其子問題是對挑戰(zhàn)性任務(wù)的初步感知，傳遞本節(jié)課將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容與上節(jié)課中研究過的平拋運動有關(guān)的信息，并用打槍擊中球瓶的方式呈現(xiàn)，引起學(xué)生興趣，激發(fā)求知欲。同時，讓學(xué)生經(jīng)歷“歸納現(xiàn)象—提取信息—建立模型—解決問題”的一般科學(xué)研究過程，促進學(xué)生建模能力、問題解決能力的培養(yǎng)。

問題2：觀察剛才那位同學(xué)打槍，子彈并未擊中球瓶。如果保持槍口水平，出射位置只在豎直方向做怎樣的調(diào)整，有可能擊中目標？

問題2.1：豎直高度的改變直接影響平拋運動的哪個物理量？

問題2.2：如果子彈從球瓶的上方掠過，在保持槍口水平、子彈出射的初速度和出射的水平間距不變的條件下，豎直方向應(yīng)該增加高度還是減小高度？

問題3：如果保持槍口水平，出射位置只在水平方向做怎樣的調(diào)整，才有可能擊中目標？

問題3.1：不改變出射位置的豎直高度意味著哪個物理量保持不變？

問題3.2：如果子彈從球瓶的下方掠過，在保持槍口水平、子彈出射的初速度和出射的豎直高度不變的條件下，水平方向應(yīng)該增加距離還是減小距離？

問題2、3及其子問題設(shè)置的目的是通過具體的實例讓學(xué)生理解和應(yīng)用平拋運動規(guī)律，給出具體問題讓學(xué)生解決，幫助學(xué)生逐步從形象思維轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄笏季S，為后面即將要學(xué)習(xí)的平拋運動的速度、位移和軌跡作鋪墊。

問題4：若槍口位置保持水平，出射位置同時在水平和豎直方向進行調(diào)整，可以擊中目標嗎？

問題4是一個開放性的問題，是問題2和問題3的延伸和提升。旨在進一步內(nèi)化平拋運動規(guī)律，將挑戰(zhàn)性任務(wù)進行聚焦，引導(dǎo)學(xué)生逐步提出利用平拋運動軌跡完成任務(wù)的核心問題，并為斜拋運動問題的提出作準備。

問題5：對于問題4的解決方法，你的方案與周圍同學(xué)的方案相同嗎？小組討論，交流匯報，分享解決問題的過程。

問題5一方面讓部分依舊不能解決問題的學(xué)生在同學(xué)的幫助下掌握知識，應(yīng)用規(guī)律，另一方面讓大家意識到問題4答案并非唯一。在培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作能力、交流表達能力的同時，也培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。

問題6：除了可以改變出射位置的水平距離和豎直距離之外，還有別的擊中方案嗎？

問題6.1：經(jīng)過一系列的討論，利用眾多調(diào)整方案，大家都想辦法擊中了球瓶，子彈擊中球瓶時速度方向相同嗎？

問題6.2：能否通過理論計算的方法預(yù)測合適的出射位置和對應(yīng)的初速度？

問題6和子問題的設(shè)置是在問題5的基礎(chǔ)上將平拋運動規(guī)律的易錯點融入實際問題中，旨在引發(fā)學(xué)生深度思考，將實際問題抽象為物理問題進行解決，引導(dǎo)學(xué)生對此類問題進行歸納、總結(jié)。逐步將物理知識、規(guī)律進行內(nèi)化，幫助學(xué)生構(gòu)建更完善的知識網(wǎng)絡(luò)，通過問題的提煉，利用數(shù)形結(jié)合為學(xué)生的高階思維提供良好的載體。

問題7：如果槍口未保持水平，能否擊中球瓶？

問題7.1：如果槍口出射方向斜向上，出射子彈的軌跡有何特點與運動規(guī)律？

問題7.2：如果槍口出射方向斜向下，出射子彈的軌跡有何特點與運動規(guī)律？

問題7.3：三種拋體運動的軌跡和運動規(guī)律有何異同？

問題7.4：任意拋體運動擊中球瓶的一般方法是什么？

問題7及其子問題的設(shè)置是終極任務(wù)的達成方案，起到首尾呼應(yīng)的課堂效果，也是本節(jié)課所學(xué)知識的總結(jié)與應(yīng)用。本節(jié)課的知識在設(shè)置的挑戰(zhàn)性任務(wù)中自然產(chǎn)生，在完成任務(wù)中通過問題鏈的方式自然解決。雖然是一節(jié)規(guī)律應(yīng)用課，但學(xué)生并無枯燥無味的感覺。從授課內(nèi)容來看，理論聯(lián)系實際，注重應(yīng)用規(guī)律，物理結(jié)合數(shù)學(xué);從授課方式來看，有終極任務(wù)貫穿始終，有子任務(wù)逐步推進;從課堂互動來看，學(xué)生既有思維體驗，又有操作體驗;從達成效果來看，學(xué)生既掌握了知識，又學(xué)會了應(yīng)用，既鍛煉了思維，又培養(yǎng)了能力。整節(jié)課突出了學(xué)生的主體地位，強調(diào)了團隊合作，體現(xiàn)了育人思想，物理學(xué)科核心素養(yǎng)在本節(jié)課中展現(xiàn)得淋漓盡致。

2.3? ? 問題鏈的評價——從“單一”轉(zhuǎn)向“多元”

通過教學(xué)實踐，筆者進行了專家訪談和師生認可度調(diào)查問卷。從挑戰(zhàn)性任務(wù)的設(shè)置和問題鏈在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的地位、作用兩方面進行評價，制作了“物理挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈”教學(xué)有效性評價表（表2）[5]。從評價表不難發(fā)現(xiàn)，教學(xué)有效性評價表將評價標準從“單一”轉(zhuǎn)向“多元”。此評價表為一線教師設(shè)計物理挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈提供了一定的指導(dǎo)作用。

3? ? 教學(xué)實踐的反思

以具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)作為教學(xué)邏輯主線，配合問題鏈作為學(xué)習(xí)腳手架，應(yīng)用到“拋體運動的規(guī)律”的教學(xué)中。該教學(xué)案例有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、建模能力和解決問題的能力，有利于發(fā)展學(xué)生的發(fā)散思維、創(chuàng)新思維等高階思維，有利于落實學(xué)科核心素養(yǎng)。案例中涉及的問題鏈的設(shè)計思路、實施策略和評價方法等可以供同行借鑒和參考。然而，挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈是否適用于所有物理課型，是否有更高效、更合理的問題鏈設(shè)計方案等問題還未得到解決。還需要特別說明的是，2.3中的評價表是筆者對專家進行訪談和師生問卷調(diào)查制作而成，尚未經(jīng)過信度及效度的科學(xué)檢驗，對物理挑戰(zhàn)性任務(wù)問題鏈的有效評價還有待進一步的探究。

參考文獻：

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（欄目編輯? ? 賈偉堯）