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(jié)《變壓器》的教學(xué)為例，闡述了通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)和和探究實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的科學(xué)思維能力、科學(xué)探究能力，內(nèi)化物理觀念，形成正確的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，使學(xué)生的物理核心素養(yǎng)得到發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】高中物理;任務(wù)驅(qū)動(dòng);問(wèn)題;情境

物理學(xué)是基于觀察與實(shí)驗(yàn)，建構(gòu)物理模型，通過(guò)科學(xué)推理和論證，形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對(duì)物理教學(xué)的建議及要求是：基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)確定教學(xué)的目標(biāo)和內(nèi)容;在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施過(guò)程中重視情境的創(chuàng)設(shè);重視科學(xué)探究能力的培養(yǎng);通過(guò)問(wèn)題解決促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)：學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)必須與任務(wù)或問(wèn)題相結(jié)合，以探索問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)和維持學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)，創(chuàng)建真實(shí)的教學(xué)環(huán)境，讓學(xué)生帶著真實(shí)的任務(wù)學(xué)習(xí)，以使學(xué)生擁有學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)。所以，在物理教學(xué)中，教師需要精心設(shè)計(jì)課堂教學(xué)內(nèi)容與流程，引導(dǎo)學(xué)生緊緊圍繞一個(gè)共同的任務(wù)活動(dòng)中心，在強(qiáng)烈的問(wèn)題動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，積極主動(dòng)應(yīng)用學(xué)習(xí)資源，進(jìn)行自主探索和互動(dòng)協(xié)作的學(xué)習(xí)，從而對(duì)物理概念和規(guī)律進(jìn)行逐層遞進(jìn)學(xué)習(xí)、系統(tǒng)反思和遷移應(yīng)用，加強(qiáng)物理觀念的內(nèi)化;引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷物理概念的建構(gòu)過(guò)程和物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，提升科學(xué)思維與科學(xué)探究能力;引導(dǎo)學(xué)生在運(yùn)用物理規(guī)律解決生活實(shí)際問(wèn)題過(guò)程中形成正確的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，從而促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)，是遠(yuǎn)距離輸電不可缺少的裝置，也大量應(yīng)用在各種電器設(shè)備中。在學(xué)習(xí)變壓器教材內(nèi)容過(guò)程中，學(xué)生已經(jīng)掌握電磁感應(yīng)的理論基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上建構(gòu)新的知識(shí)，探究理想變壓器工作規(guī)律，然后應(yīng)用在遠(yuǎn)距離輸電電路中，符合知識(shí)的認(rèn)知規(guī)律。本文將以粵教版選擇性必修二第三章第三節(jié)《變壓器》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)型教學(xué)策略的操作程序，探索如何基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。教學(xué)設(shè)計(jì)整體思路如圖1所示。

一、創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生興趣，幫助學(xué)生萌生科學(xué)探究的動(dòng)機(jī)

讓學(xué)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(duì)比設(shè)疑的方式，分析總結(jié)出變壓器的作用。（原線圈200匝，副線圈400匝，接8V直流穩(wěn)壓輸出，串聯(lián)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(shí)，燈泡中是否有電流通過(guò)？為什么？

2.原線圈電流變化時(shí)，燈泡中是否有電流通過(guò)？為什么？

3.能否用所學(xué)過(guò)的有關(guān)知識(shí)解釋上述現(xiàn)象？

解析：以原線圈接入直流電壓為8V為例

1.燈泡中沒(méi)有電流通過(guò)。原因是：S保持閉合（電壓恒定為8V）和S保持?jǐn)嚅_(kāi)（電壓恒定為0V）時(shí)，燈泡都不亮。

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

3.教師引導(dǎo)學(xué)生用感應(yīng)電流產(chǎn)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(wú)電流通過(guò)，可以使學(xué)生分析問(wèn)題時(shí)，能更快速確切地建構(gòu)起S閉合時(shí)鐵芯中有磁場(chǎng)這個(gè)情境。開(kāi)關(guān)S的閉合斷開(kāi)狀態(tài)組合成4種情況，則運(yùn)用了比較法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生的思維細(xì)節(jié)變得更加慎密，思維視角更加寬廣，使學(xué)生對(duì)變壓器的電磁感應(yīng)的本質(zhì)有了更直觀深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的認(rèn)知也更加豐富全面。這樣通過(guò)設(shè)置觀察任務(wù)與問(wèn)題驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生理解物理概念與規(guī)律的本質(zhì)、形成科學(xué)思維習(xí)慣、增強(qiáng)科學(xué)探究能力，是符合高中物理課程的基本理念的。

二、問(wèn)題搭橋，任務(wù)分解，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階

基于如圖2所示的電路，教師繼續(xù)提出疑問(wèn)，設(shè)置任務(wù)：剛才實(shí)驗(yàn)中燈泡亮起來(lái)的時(shí)間是一瞬間的，有沒(méi)有辦法把燈泡的很短的亮光延長(zhǎng)，甚至一直保持光亮呢？學(xué)生思考得到方法：迅速不停地?cái)嚅_(kāi)、閉合S，燈泡能一直保持著光亮。然后學(xué)生操作演示，驗(yàn)證了猜想的結(jié)果。

教師提出疑問(wèn)，設(shè)置任務(wù)：迅速不停地?cái)嚅_(kāi)、閉合S的目的是什么？有沒(méi)有更好的方法來(lái)代替迅速不停地?cái)嚅_(kāi)、閉合S這個(gè)動(dòng)作？學(xué)生思考得到方法：將原線圈改接學(xué)生電源的交流輸出，燈泡就能一直保持光亮了。然后學(xué)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(fù)載構(gòu)成閉合回路，回路中就形成交變電流的結(jié)論。

筆者設(shè)計(jì)了迅速不停地?cái)嚅_(kāi)、閉合S這個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，目的是通過(guò)具體的操作動(dòng)作呈現(xiàn)出原線圈接通了不斷變化的電壓這個(gè)情境，使學(xué)生對(duì)變化的電壓有了更全面深刻的認(rèn)識(shí)，為后面的“在原線圈兩端加上交變電壓”這個(gè)實(shí)驗(yàn)操作鋪設(shè)了臺(tái)階，這時(shí)學(xué)生觀察到燈泡一直保持光亮下去的直觀現(xiàn)象，學(xué)生會(huì)因?yàn)樘骄砍晒Χ械较矏偂＝又\(yùn)用了等效替代的探究方法，遷移到驗(yàn)證變壓器能改變交變電壓的情境中去，這樣可以使學(xué)生更容易理解和領(lǐng)悟物理規(guī)律。

上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置了觀察任務(wù)和思考任務(wù)，使學(xué)生以原有的物理知識(shí)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)物理概念和規(guī)律的逐步學(xué)習(xí)、知識(shí)重組和遷移應(yīng)用，促進(jìn)物理觀念的內(nèi)化，使學(xué)生經(jīng)歷物理概念的建構(gòu)過(guò)程和物理規(guī)律的形成過(guò)程，促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

三、創(chuàng)設(shè)任務(wù)導(dǎo)向的真實(shí)情境，讓學(xué)生具身體驗(yàn)理想模型建立過(guò)程

教師設(shè)計(jì)了演示實(shí)驗(yàn)的電路如圖3所示。這個(gè)電路利用生活生產(chǎn)中的儀器，可以測(cè)量實(shí)際變壓器原副線圈的功率、頻率、電壓、電流等數(shù)據(jù)。

教師實(shí)驗(yàn)演示測(cè)量可拆變壓器和實(shí)驗(yàn)室用調(diào)壓變壓器的原副線圈的功率、頻率數(shù)據(jù)（如圖4）。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中向?qū)W生布置任務(wù)：

1.在實(shí)驗(yàn)中如實(shí)讀取記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.客觀分析所讀取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.思考在數(shù)據(jù)中顯示的差異性、規(guī)律性的原因。

表2所示是學(xué)生測(cè)得的一組數(shù)據(jù)，可以得到兩個(gè)變壓器的效率分別是50%和80%，接著布置任務(wù)讓學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)檢索資料認(rèn)識(shí)到其它大型變壓器的效率可以達(dá)到95%以上（如圖5），由此引入理想變壓器的效率為100%，讓學(xué)生循序漸進(jìn)地構(gòu)建出理想變壓器這個(gè)模型，深刻認(rèn)識(shí)到理想變壓器的主要特點(diǎn)是輸出功率等于輸入功率。

通過(guò)布置任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)原線圈的功率大于副線圈的功率，認(rèn)識(shí)到能量在傳遞過(guò)程中是會(huì)有損耗的，并引導(dǎo)學(xué)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(shí)有震動(dòng)聲）。然后通過(guò)計(jì)算變壓器的傳輸效率，發(fā)現(xiàn)不同的變壓器的效率是不同的，將“效率”這個(gè)抽象概念包含的本質(zhì)內(nèi)涵形象地顯示出來(lái)，加深了學(xué)生物理觀念的內(nèi)化。同時(shí)通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，使學(xué)生經(jīng)歷了從實(shí)際變壓器到理想變壓器這個(gè)理想化模型的構(gòu)建的過(guò)程，能很好地引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，并利用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題，能更好地發(fā)展科學(xué)思維，提高學(xué)生將物理知識(shí)應(yīng)用于社會(huì)生活實(shí)際的意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的發(fā)展。

四、布置探究任務(wù)，將課堂還給學(xué)生，促進(jìn)物理核心素養(yǎng)的發(fā)展

引導(dǎo)學(xué)生分析先前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（圖4）發(fā)現(xiàn)變壓器在轉(zhuǎn)換電能過(guò)程中，電壓、電流一般都發(fā)生變化，然后提出問(wèn)題：變壓器原副線圈兩端電壓大小之間有什么關(guān)系？原副線圈兩端電壓大小關(guān)系與匝數(shù)是否有關(guān)？確定探究任務(wù)：探究變壓器的原副線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系。

1.理論探究

引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律與理想變壓器模型結(jié)合進(jìn)行理論探究。學(xué)生在理論探究的實(shí)踐中，通過(guò)對(duì)已掌握的法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行遷移應(yīng)用，可以深刻體會(huì)到磁場(chǎng)是一種物質(zhì)、電磁之間相互有聯(lián)系、電場(chǎng)磁場(chǎng)可以儲(chǔ)存能量這些現(xiàn)象，促使物理觀念往更深的層次內(nèi)化，學(xué)生利用原有知識(shí)，運(yùn)用邏輯推理來(lái)生成新知識(shí)，體驗(yàn)到物理的科學(xué)思維和方法，并學(xué)會(huì)用這些新知識(shí)解釋自然現(xiàn)象，解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

2.實(shí)驗(yàn)探究

教師提供器材，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，檢驗(yàn)上述理論探究得出的結(jié)論是否正確，針對(duì)不同物理量選擇合適的測(cè)量?jī)x器，利用可拆變壓器不同匝數(shù)的接線頭以改變?cè)?、副線圈匝數(shù)，利用學(xué)生電源提供4V8V的交流電壓，利用交流電壓表測(cè)量副線圈兩端的輸出電壓。學(xué)生開(kāi)始設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，小組合作測(cè)量數(shù)據(jù)，總結(jié)得出變壓規(guī)律。這是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任意識(shí)的很重要的環(huán)節(jié)：實(shí)驗(yàn)要有明確目的;器材工具要正確使用和維護(hù);數(shù)據(jù)要如實(shí)記錄;實(shí)驗(yàn)過(guò)程要按照步驟規(guī)范操作;實(shí)驗(yàn)結(jié)論要根據(jù)數(shù)據(jù)得出;同組者要協(xié)作;誤差要如實(shí)分析;實(shí)驗(yàn)不成功，要找到原因，解決問(wèn)題，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，直至成功，絕對(duì)不能弄虛作假。使學(xué)生從無(wú)意識(shí)到有意識(shí)，從不自覺(jué)到自覺(jué)，逐步樹(shù)立起科學(xué)的態(tài)度與責(zé)任，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

教材提供的參考實(shí)驗(yàn)方案電路原理圖如圖6、表3所示。

五、結(jié)束語(yǔ)

指向深度學(xué)習(xí)的高中物理教學(xué)方式變革的策略說(shuō)明：可以從創(chuàng)設(shè)具身體驗(yàn)的問(wèn)題情境，設(shè)計(jì)有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)著力提高課堂效率。學(xué)生在解決任務(wù)的過(guò)程中習(xí)得知識(shí)及內(nèi)在邏輯，發(fā)展自己的“認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)”，培養(yǎng)自己的科學(xué)思維能力。上述以《變壓器》為例，以實(shí)驗(yàn)探究為點(diǎn)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)為線的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，在實(shí)際教學(xué)中取得了良好的效果，促進(jìn)了學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。我們會(huì)在今后的課堂教學(xué)中著力于任務(wù)驅(qū)動(dòng)這個(gè)抓手，不斷嘗試，勇于創(chuàng)新，為落實(shí)立德樹(shù)人培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人而努力。

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責(zé)任編輯? 楊? 杰