指向物理學(xué)科關(guān)鍵能力的實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘" 要：物理學(xué)科關(guān)鍵能力的培養(yǎng)是高中物理教學(xué)中落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)具有源自真實(shí)情境、強(qiáng)調(diào)學(xué)生體驗(yàn)、重視知識(shí)整合的特點(diǎn)，能有效培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科關(guān)鍵能力，并能克服目前教學(xué)中在培養(yǎng)物理學(xué)科關(guān)鍵能力上的不足。結(jié)合高中物理教學(xué)實(shí)例，介紹指向高中物理學(xué)科關(guān)鍵能力的實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)思路、實(shí)施原則與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)；物理學(xué)科關(guān)鍵能力；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " 文章編號(hào)：1003-6148（2024）2-0031-5

物理學(xué)科關(guān)鍵能力是指學(xué)習(xí)者在面對(duì)與物理學(xué)科相關(guān)的生活實(shí)踐或?qū)W習(xí)探索類問題時(shí)，高質(zhì)量地認(rèn)識(shí)問題、分析問題、解決問題所必須具備的能力，是物理學(xué)科核心素養(yǎng)具體化、顯性化的表達(dá)。高中物理學(xué)科關(guān)鍵能力主要包括理解能力、推理論證能力、模型建構(gòu)能力、實(shí)驗(yàn)探究能力和創(chuàng)新能力五個(gè)方面［1］。教師以培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科關(guān)鍵能力為核心制訂教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)和組織能有效發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)活動(dòng)。

實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用是發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科關(guān)鍵能力的載體。實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)指的是能將高中物理知識(shí)和真實(shí)生活實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，如科學(xué)探究、設(shè)計(jì)制作、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、設(shè)計(jì)方案解決實(shí)際問題等［2］。通過(guò)參與實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)，學(xué)生能在真實(shí)情境下經(jīng)歷模型抽象、模型應(yīng)用、邏輯推理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、證據(jù)解釋等過(guò)程，把情境與知識(shí)建立聯(lián)系，獲得能解決真實(shí)問題的物理學(xué)科關(guān)鍵能力。

1" " 實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)思路與實(shí)施原則

在教學(xué)中開展實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)活動(dòng)，要關(guān)注實(shí)踐性任務(wù)與高中物理學(xué)科知識(shí)、學(xué)科關(guān)鍵能力的聯(lián)系，避免只重任務(wù)結(jié)果而忽視學(xué)生思維能力發(fā)展的教學(xué)活動(dòng)。教師可以按圖1所示的流程圖進(jìn)行實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)的開發(fā)。

教師在設(shè)計(jì)任務(wù)主題內(nèi)容時(shí)要以課程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，充分考慮學(xué)習(xí)者的知識(shí)和能力水平，明確任務(wù)學(xué)習(xí)活動(dòng)重點(diǎn)指向的物理學(xué)科關(guān)鍵能力，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)情境。教師需要挖掘教材、實(shí)驗(yàn)、生活等可用資源，分析任務(wù)價(jià)值和可行性，設(shè)計(jì)實(shí)踐性任務(wù)情境。實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)應(yīng)明確體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)科關(guān)鍵能力在任務(wù)中的外顯表現(xiàn)。在目標(biāo)的基礎(chǔ)上，教師對(duì)學(xué)生完成任務(wù)的思維路徑進(jìn)行預(yù)期設(shè)計(jì)，通過(guò)任務(wù)具體表述和任務(wù)問題設(shè)計(jì)為學(xué)生搭建合適的思維腳手架。任務(wù)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)要讓學(xué)生對(duì)任務(wù)的完成情況進(jìn)行充分表達(dá)和交流，并在教師的引導(dǎo)下歸納和建立物理概念，對(duì)物理學(xué)科思維和學(xué)科方法形成較深刻的認(rèn)識(shí)。教師需要整理實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)實(shí)施過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，調(diào)整和完善實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

在明確任務(wù)情境的情況下，教師可以通過(guò)填表的方式提高實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的效率。如在認(rèn)識(shí)洛倫茲力及其方向的教學(xué)中，教師以陰極射線管中電子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)（圖2）作為實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)情境，在正確理解課標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，填寫表格（表1）完成指向?qū)W生推理論證能力的實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)。填表過(guò)程中，教師參考學(xué)生的推理論證能力，明確學(xué)生在本實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)過(guò)程中具體的行為表現(xiàn)目標(biāo)，完成對(duì)實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)內(nèi)容及問題的設(shè)計(jì)。

這樣的設(shè)計(jì)過(guò)程，使教師在教授物理知識(shí)的同時(shí)，還能兼顧教學(xué)活動(dòng)中學(xué)生的思維過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科關(guān)鍵能力的發(fā)展。任務(wù)表述和問題應(yīng)該簡(jiǎn)明有效，過(guò)多的鋪墊會(huì)降低學(xué)生的思維量，限制學(xué)生的思維上限，而表格幫助教師預(yù)設(shè)了學(xué)生在實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)過(guò)程中體現(xiàn)物理學(xué)科關(guān)鍵能力的思維過(guò)程，有效避免了任務(wù)表述或教師教學(xué)語(yǔ)言中用過(guò)多鋪墊“代替”學(xué)生思維的問題。教學(xué)中，教師通過(guò)學(xué)生行為表現(xiàn)目標(biāo)達(dá)成情況，判斷學(xué)生對(duì)物理知識(shí)及方法的掌握情況，評(píng)價(jià)學(xué)生的關(guān)鍵能力水平。

為保證實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)能在教學(xué)中達(dá)到促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科關(guān)鍵能力發(fā)展的目的，設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)應(yīng)遵循學(xué)科知識(shí)性、情境生活化、思路多樣化的原則。

1.1" " 學(xué)科知識(shí)性原則

設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)的本質(zhì)是完善和優(yōu)化高中物理知識(shí)和方法的學(xué)習(xí)，為學(xué)生物理學(xué)科關(guān)鍵能力的培養(yǎng)提供有效的實(shí)現(xiàn)方式。實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)要以課程標(biāo)準(zhǔn)的要求為基礎(chǔ)，對(duì)應(yīng)具體的高中物理學(xué)科知識(shí)和方法。因此，實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)必須要具有知識(shí)性和科學(xué)性。

案例1 模擬手機(jī)無(wú)線充電原理

任務(wù)問題：能實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電的手機(jī)及充電器內(nèi)部都有線圈（圖3）?，F(xiàn)有兩個(gè)線圈，其中一個(gè)連接一個(gè)發(fā)光二極管，另一個(gè)與干電池相連（圖4）。將兩個(gè)線圈疊放，嘗試模擬手機(jī)無(wú)線充電的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中二極管不亮。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材或操作，使二極管發(fā)光，并解釋這樣做的原因。

任務(wù)問題解決：學(xué)生根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生條件，能分析手機(jī)無(wú)線充電的原理是手機(jī)線圈中磁通量的變化。充電器內(nèi)部的線圈接通交流電使其產(chǎn)生的磁場(chǎng)不斷變化，從而讓手機(jī)中的線圈能產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。學(xué)生將模擬實(shí)驗(yàn)中的電池改為學(xué)生電源中的交流電，或在與電源相連的電路中串聯(lián)一個(gè)小電動(dòng)機(jī)使電流變化，二極管就可以發(fā)光；也有學(xué)生不改變電源線圈電路，而在電源線圈附近不斷移動(dòng)連接二極管的線圈，通過(guò)不斷變換二極管線圈所處位置實(shí)現(xiàn)該線圈中磁通量的變化，也能讓二極管發(fā)光。

學(xué)生未來(lái)面對(duì)的是實(shí)際問題，需要擁有解決真實(shí)問題的能力。本任務(wù)中學(xué)生將生活中的手機(jī)無(wú)線充電與模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，把實(shí)際情境和知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，將實(shí)際場(chǎng)景抽象為物理模型。學(xué)生需要正確理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生條件，才能在實(shí)際情境中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問題。針對(duì)物理學(xué)科知識(shí)的實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)，能更好地評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解程度，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性。

1.2" " 情境生活化原則

高中物理知識(shí)在生活場(chǎng)景中的應(yīng)用很多，若以貼近學(xué)生生活的各類物品、材料設(shè)計(jì)情境，組織實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)，能讓學(xué)生感到熟悉和親切，更好地體會(huì)物理知識(shí)與實(shí)際生活應(yīng)用的聯(lián)系。

案例2" 研究電動(dòng)車充電器中的變壓器

任務(wù)問題：電動(dòng)車充電器可以將220 V的交流電變?yōu)?8 V的直流電給電動(dòng)車電池充電。觀察充電器中的電路板，你認(rèn)為哪一個(gè)部件可能起到了改變電壓的作用？設(shè)計(jì)方案，并想辦法證明該元件有變壓的作用。

任務(wù)問題解決：電動(dòng)車充電器電路板上的元件較為簡(jiǎn)單，學(xué)生能排除電容器、電阻等學(xué)過(guò)的元件，找到比較明顯的變壓器元件（圖5）。一部分學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)判斷該元件是否能變壓。學(xué)生需考慮其他元件的影響和實(shí)驗(yàn)安全，將元件從電路板中拆下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在不明確輸入、輸出端的情況下限制學(xué)生電源的最大電壓不超過(guò)8 V，根據(jù)輸入和輸出的電壓值不等證明該元件有變壓的作用。也有學(xué)生進(jìn)一步拆開元件（圖6），觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)認(rèn)識(shí)和研究這一元件。學(xué)生能看到其基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)互相絕緣的線圈纏繞在鐵芯上，學(xué)生調(diào)動(dòng)已學(xué)的物理知識(shí)，會(huì)觀察到兩個(gè)線圈纏繞的匝數(shù)不同，利用電磁感應(yīng)定律、互感等知識(shí)來(lái)解釋該元件能變壓的原理。

本任務(wù)中的電動(dòng)車充電器與學(xué)生的日常生活相關(guān)度較高，能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在任務(wù)學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論分析兩種方法認(rèn)識(shí)變壓器。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、拆解和解釋變壓器變壓原理的過(guò)程體現(xiàn)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力、模型建構(gòu)能力、推理論證能力。本任務(wù)也為本節(jié)課的學(xué)生實(shí)驗(yàn)“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”作鋪墊。教師演示實(shí)驗(yàn)儀器（圖7）結(jié)構(gòu)與學(xué)生實(shí)驗(yàn)儀器（圖8）結(jié)構(gòu)有差異，導(dǎo)致一些學(xué)生在進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)不能明確辨認(rèn)原、副線圈。而電動(dòng)車充電器中的變壓器結(jié)構(gòu)與學(xué)生實(shí)驗(yàn)儀器類似，學(xué)生先在生活情境中認(rèn)識(shí)變壓器結(jié)構(gòu)，能提高后續(xù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的效率，也能幫助學(xué)生理解演示實(shí)驗(yàn)的原理。

1.3" " 思路多樣化原則

實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效方式。在組織實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)時(shí)，教師應(yīng)避免用提示性的語(yǔ)言限制學(xué)生的問題解決思路。為了鍛煉獨(dú)立的邏輯思維，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生不同問題解決思路的表達(dá)，從而培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力和創(chuàng)新思維。

案例3" 制作正弦交流發(fā)電裝置

任務(wù)問題：用傳感器測(cè)出手搖發(fā)電機(jī)的輸出電壓（圖9）不是正弦交流電。分析手搖發(fā)電機(jī)模型輸出的不是正弦交流電的原因。設(shè)計(jì)并制作能產(chǎn)生正弦交流電的裝置［3］。

任務(wù)問題解決：學(xué)生將推導(dǎo)正弦交流電規(guī)律所用的理論模型和交流發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c理論模型的差異主要是手搖不能保證勻速，且實(shí)驗(yàn)中磁鐵相對(duì)線圈較小，無(wú)法保證線圈所在位置為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一些學(xué)生能在手搖發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)條件的改進(jìn)：有的學(xué)生制作等大、正對(duì)的兩個(gè)串聯(lián)直流通電線圈，利用線圈中間區(qū)域獲得勻強(qiáng)磁場(chǎng)；有的學(xué)生直接將小線圈所在位置的地磁場(chǎng)近似為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，利用小風(fēng)扇、電動(dòng)螺絲刀等工具中的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)線圈實(shí)現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（圖10）［3］；還有一些學(xué)生能想到用旋轉(zhuǎn)磁極的方式來(lái)獲得正弦交流電，他們將強(qiáng)磁鐵粘貼在小風(fēng)扇、打蛋器等勻速轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)軸上，線圈固定不動(dòng)也能利用微電流傳感器測(cè)出輸出端的正弦交流電。學(xué)生還制作出不同大小、匝數(shù)的線圈，配合打蛋器的不同轉(zhuǎn)速獲得峰值大小不同的正弦交流電（圖11）［3］。

本任務(wù)中學(xué)生能用旋轉(zhuǎn)線圈和旋轉(zhuǎn)磁極兩種不同的思路來(lái)設(shè)計(jì)發(fā)電裝置，在改進(jìn)勻強(qiáng)磁場(chǎng)條件時(shí)也有不同的方法。教師可以利用兩種發(fā)電裝置的不同思路，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)生活中存在旋轉(zhuǎn)電樞和旋轉(zhuǎn)磁極的兩類發(fā)電機(jī)。很多問題不只一種解決方式，教師不給學(xué)生的問題解決思路設(shè)限，就能在教學(xué)中更多地發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2" " 實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)在教學(xué)中實(shí)施的反思

基于《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》［4-5］，教師為了促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科關(guān)鍵能力的發(fā)展，在教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生經(jīng)歷物理概念、規(guī)律的建構(gòu)和研究過(guò)程，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的實(shí)踐情境，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)事物或問題的本質(zhì)特征，建構(gòu)物理模型，科學(xué)推理論證，發(fā)展創(chuàng)新思維，形成用物理知識(shí)解決真實(shí)問題的能力。實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)作為一種實(shí)踐性的教學(xué)方式，具有學(xué)習(xí)情境真實(shí)、強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)體驗(yàn)、重視知識(shí)整合的特點(diǎn)，能有效培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科關(guān)鍵能力。

通過(guò)指向高中物理學(xué)科關(guān)鍵能力的實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)，學(xué)生能在任務(wù)問題解決的過(guò)程中培養(yǎng)科學(xué)探究意識(shí)、增強(qiáng)邏輯推理能力、形成物理觀念，體會(huì)將物理知識(shí)應(yīng)用于生活實(shí)踐的過(guò)程。教師在實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生關(guān)注和反思任務(wù)問題的解決過(guò)程，總結(jié)問題解決背后的物理思想和物理方法。實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)的開發(fā)并不是一蹴而就的，教師應(yīng)正確分析學(xué)生物理學(xué)科實(shí)際學(xué)情，不斷總結(jié)實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整和優(yōu)化實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，讓所有能力層次的學(xué)生都能積極參與，形成物理學(xué)科關(guān)鍵能力，發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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［7］李紅偉.基于問題解決的科學(xué)思維培養(yǎng)教學(xué)策略思考［J］.物理教師，2023，44（5）：9-15.

（欄目編輯" " 鄧" "磊）

收稿日期：2023-10-11

基金項(xiàng)目：江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究“十四五”立項(xiàng)課題“指向高中物理學(xué)科關(guān)鍵能力的實(shí)踐性任務(wù)學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與實(shí)施”（2021JY14-L24）；江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度重點(diǎn)課題“普通高中指向?qū)W科核心素養(yǎng)的典型學(xué)習(xí)任務(wù)研究”（B/2021/02/208）。

作者簡(jiǎn)介：趙博（1988-），女，中學(xué)一級(jí)教師，主要從事高中物理教學(xué)工作。