指向物理學科關鍵能力的實踐性任務學習設計與應用

摘" 要：物理學科關鍵能力的培養是高中物理教學中落實學科核心素養的重點和難點。實踐性任務學習具有源自真實情境、強調學生體驗、重視知識整合的特點，能有效培養學生的物理學科關鍵能力，并能克服目前教學中在培養物理學科關鍵能力上的不足。結合高中物理教學實例，介紹指向高中物理學科關鍵能力的實踐性任務學習的設計思路、實施原則與應用。

關鍵詞：實踐性任務學習；物理學科關鍵能力；教學設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）2-0031-5

物理學科關鍵能力是指學習者在面對與物理學科相關的生活實踐或學習探索類問題時，高質量地認識問題、分析問題、解決問題所必須具備的能力，是物理學科核心素養具體化、顯性化的表達。高中物理學科關鍵能力主要包括理解能力、推理論證能力、模型建構能力、實驗探究能力和創新能力五個方面［1］。教師以培養學生物理學科關鍵能力為核心制訂教學目標，設計和組織能有效發展物理學科核心素養的教學活動。

實踐性任務學習在高中物理教學中的應用是發展學生物理學科關鍵能力的載體。實踐性任務學習指的是能將高中物理知識和真實生活實踐聯系起來的學習活動，如科學探究、設計制作、實驗驗證、設計方案解決實際問題等［2］。通過參與實踐性任務學習，學生能在真實情境下經歷模型抽象、模型應用、邏輯推理、實驗設計、證據解釋等過程，把情境與知識建立聯系，獲得能解決真實問題的物理學科關鍵能力。

1" " 實踐性任務學習的設計思路與實施原則

在教學中開展實踐性任務學習活動，要關注實踐性任務與高中物理學科知識、學科關鍵能力的聯系，避免只重任務結果而忽視學生思維能力發展的教學活動。教師可以按圖1所示的流程圖進行實踐性任務學習的開發。

教師在設計任務主題內容時要以課程標準為依據，充分考慮學習者的知識和能力水平，明確任務學習活動重點指向的物理學科關鍵能力，并以此為基礎設計實踐性任務學習情境。教師需要挖掘教材、實驗、生活等可用資源，分析任務價值和可行性，設計實踐性任務情境。實踐性任務學習目標應明確體現學生的學科關鍵能力在任務中的外顯表現。在目標的基礎上，教師對學生完成任務的思維路徑進行預期設計，通過任務具體表述和任務問題設計為學生搭建合適的思維腳手架。任務評價環節要讓學生對任務的完成情況進行充分表達和交流，并在教師的引導下歸納和建立物理概念，對物理學科思維和學科方法形成較深刻的認識。教師需要整理實踐性任務學習實施過程中的經驗和教訓，調整和完善實踐性任務學習的目標。

在明確任務情境的情況下，教師可以通過填表的方式提高實踐性任務學習設計的效率。如在認識洛倫茲力及其方向的教學中，教師以陰極射線管中電子在磁場中的偏轉實驗（圖2）作為實踐性任務學習情境，在正確理解課標要求的基礎上，填寫表格（表1）完成指向學生推理論證能力的實踐性任務學習設計。填表過程中，教師參考學生的推理論證能力，明確學生在本實踐性任務學習過程中具體的行為表現目標，完成對實踐性任務學習內容及問題的設計。

這樣的設計過程，使教師在教授物理知識的同時，還能兼顧教學活動中學生的思維過程，促進學生物理學科關鍵能力的發展。任務表述和問題應該簡明有效，過多的鋪墊會降低學生的思維量，限制學生的思維上限，而表格幫助教師預設了學生在實踐性任務學習過程中體現物理學科關鍵能力的思維過程，有效避免了任務表述或教師教學語言中用過多鋪墊“代替”學生思維的問題。教學中，教師通過學生行為表現目標達成情況，判斷學生對物理知識及方法的掌握情況，評價學生的關鍵能力水平。

為保證實踐性任務學習能在教學中達到促進學生物理學科關鍵能力發展的目的，設計和實施實踐性任務學習應遵循學科知識性、情境生活化、思路多樣化的原則。

1.1" " 學科知識性原則

設計和實施實踐性任務學習的本質是完善和優化高中物理知識和方法的學習，為學生物理學科關鍵能力的培養提供有效的實現方式。實踐性任務學習的設計要以課程標準的要求為基礎，對應具體的高中物理學科知識和方法。因此，實踐性任務學習必須要具有知識性和科學性。

案例1 模擬手機無線充電原理

任務問題：能實現無線充電的手機及充電器內部都有線圈（圖3）。現有兩個線圈，其中一個連接一個發光二極管，另一個與干電池相連（圖4）。將兩個線圈疊放，嘗試模擬手機無線充電的過程，發現實驗中二極管不亮。改進實驗器材或操作，使二極管發光，并解釋這樣做的原因。

任務問題解決：學生根據電磁感應現象的產生條件，能分析手機無線充電的原理是手機線圈中磁通量的變化。充電器內部的線圈接通交流電使其產生的磁場不斷變化，從而讓手機中的線圈能產生電磁感應現象。學生將模擬實驗中的電池改為學生電源中的交流電，或在與電源相連的電路中串聯一個小電動機使電流變化，二極管就可以發光；也有學生不改變電源線圈電路，而在電源線圈附近不斷移動連接二極管的線圈，通過不斷變換二極管線圈所處位置實現該線圈中磁通量的變化，也能讓二極管發光。

學生未來面對的是實際問題，需要擁有解決真實問題的能力。本任務中學生將生活中的手機無線充電與模擬實驗進行對比，把實際情境和知識聯系起來，將實際場景抽象為物理模型。學生需要正確理解電磁感應現象的產生條件，才能在實際情境中應用所學知識解決問題。針對物理學科知識的實踐性任務學習，能更好地評價學生對所學知識的理解程度，增加學生學習的趣味性。

1.2" " 情境生活化原則

高中物理知識在生活場景中的應用很多，若以貼近學生生活的各類物品、材料設計情境，組織實踐性任務學習，能讓學生感到熟悉和親切，更好地體會物理知識與實際生活應用的聯系。

案例2" 研究電動車充電器中的變壓器

任務問題：電動車充電器可以將220 V的交流電變為48 V的直流電給電動車電池充電。觀察充電器中的電路板，你認為哪一個部件可能起到了改變電壓的作用？設計方案，并想辦法證明該元件有變壓的作用。

任務問題解決：電動車充電器電路板上的元件較為簡單，學生能排除電容器、電阻等學過的元件，找到比較明顯的變壓器元件（圖5）。一部分學生通過實驗來判斷該元件是否能變壓。學生需考慮其他元件的影響和實驗安全，將元件從電路板中拆下進行實驗。學生自主選擇實驗器材和設計實驗方案，在不明確輸入、輸出端的情況下限制學生電源的最大電壓不超過8 V，根據輸入和輸出的電壓值不等證明該元件有變壓的作用。也有學生進一步拆開元件（圖6），觀察其內部結構來認識和研究這一元件。學生能看到其基本結構是兩個互相絕緣的線圈纏繞在鐵芯上，學生調動已學的物理知識，會觀察到兩個線圈纏繞的匝數不同，利用電磁感應定律、互感等知識來解釋該元件能變壓的原理。

本任務中的電動車充電器與學生的日常生活相關度較高，能引起學生的學習興趣。在任務學習過程中，學生通過實驗和理論分析兩種方法認識變壓器。設計實驗、拆解和解釋變壓器變壓原理的過程體現了學生的實驗探究能力、模型建構能力、推理論證能力。本任務也為本節課的學生實驗“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”作鋪墊。教師演示實驗儀器（圖7）結構與學生實驗儀器（圖8）結構有差異，導致一些學生在進行學生實驗時不能明確辨認原、副線圈。而電動車充電器中的變壓器結構與學生實驗儀器類似，學生先在生活情境中認識變壓器結構，能提高后續學生實驗的效率，也能幫助學生理解演示實驗的原理。

1.3" " 思路多樣化原則

實踐性任務學習是培養學生創新能力的有效方式。在組織實踐性任務學習時，教師應避免用提示性的語言限制學生的問題解決思路。為了鍛煉獨立的邏輯思維，應鼓勵學生不同問題解決思路的表達，從而培養學生的邏輯推理能力和創新思維。

案例3" 制作正弦交流發電裝置

任務問題：用傳感器測出手搖發電機的輸出電壓（圖9）不是正弦交流電。分析手搖發電機模型輸出的不是正弦交流電的原因。設計并制作能產生正弦交流電的裝置［3］。

任務問題解決：學生將推導正弦交流電規律所用的理論模型和交流發電機實驗模型進行對比。實驗模型與理論模型的差異主要是手搖不能保證勻速，且實驗中磁鐵相對線圈較小，無法保證線圈所在位置為勻強磁場。一些學生能在手搖發電機實驗模型的基礎上進行實驗條件的改進：有的學生制作等大、正對的兩個串聯直流通電線圈，利用線圈中間區域獲得勻強磁場；有的學生直接將小線圈所在位置的地磁場近似為勻強磁場，利用小風扇、電動螺絲刀等工具中的轉軸帶動線圈實現勻速轉動（圖10）［3］；還有一些學生能想到用旋轉磁極的方式來獲得正弦交流電，他們將強磁鐵粘貼在小風扇、打蛋器等勻速轉動物體的轉軸上，線圈固定不動也能利用微電流傳感器測出輸出端的正弦交流電。學生還制作出不同大小、匝數的線圈，配合打蛋器的不同轉速獲得峰值大小不同的正弦交流電（圖11）［3］。

本任務中學生能用旋轉線圈和旋轉磁極兩種不同的思路來設計發電裝置，在改進勻強磁場條件時也有不同的方法。教師可以利用兩種發電裝置的不同思路，引導學生進一步認識生活中存在旋轉電樞和旋轉磁極的兩類發電機。很多問題不只一種解決方式，教師不給學生的問題解決思路設限，就能在教學中更多地發現和培養學生的創新能力。

2" " 實踐性任務學習在教學中實施的反思

基于《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》［4-5］，教師為了促進學生物理學科關鍵能力的發展，在教學過程中，讓學生經歷物理概念、規律的建構和研究過程，創設真實的實踐情境，讓學生發現事物或問題的本質特征，建構物理模型，科學推理論證，發展創新思維，形成用物理知識解決真實問題的能力。實踐性任務學習作為一種實踐性的教學方式，具有學習情境真實、強調學習體驗、重視知識整合的特點，能有效培養和發展學生的物理學科關鍵能力。

通過指向高中物理學科關鍵能力的實踐性任務學習，學生能在任務問題解決的過程中培養科學探究意識、增強邏輯推理能力、形成物理觀念，體會將物理知識應用于生活實踐的過程。教師在實踐性任務學習的設計和實施過程中，應指導學生關注和反思任務問題的解決過程，總結問題解決背后的物理思想和物理方法。實踐性任務學習的開發并不是一蹴而就的，教師應正確分析學生物理學科實際學情，不斷總結實踐性任務學習實施的經驗，調整和優化實踐性任務學習的設計和實施，讓所有能力層次的學生都能積極參與，形成物理學科關鍵能力，發展物理學科核心素養。

參考文獻：

［1］張春麗.對“基于高考評價體系的五種關鍵能力”含義界定的嘗試［J］.物理教學探討，2020，38（6）：41-45.

［2］許幫正.“知”“行”合一：初中物理探究教學實踐路徑——以“機械運動和力”單元學習為例［J］.物理教師，2022，43（10）：37-40，45.

［3］趙博，張廣宏.實踐性任務學習 培養物理學科關鍵能力——以“交變電流”教學為例［J］.物理教學，2023，45（6）：30-32.

［4］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［5］廖伯琴.普通高中物理課程標準（2017年版）解讀［M］.北京：高等教育出版社，2018.

［6］格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰格.追求理解的教學設計［M］.上海：華東師范大學出版社，2017.

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

（欄目編輯" " 鄧" "磊）

收稿日期：2023-10-11

基金項目：江蘇省中小學教學研究“十四五”立項課題“指向高中物理學科關鍵能力的實踐性任務學習的設計與實施”（2021JY14-L24）；江蘇省教育科學“十四五”規劃2021年度重點課題“普通高中指向學科核心素養的典型學習任務研究”（B/2021/02/208）。

作者簡介：趙博（1988-），女，中學一級教師，主要從事高中物理教學工作。