任務(wù)分析在規(guī)律教學(xué)設(shè)計中的應(yīng)用

孫佳琪+陳剛

摘 要：任務(wù)分析法是教學(xué)設(shè)計中非常有效的一種方法。本文以《牛頓第二定律》課堂教學(xué)設(shè)計為例，說明任務(wù)分析法在物理規(guī)律教學(xué)方案的設(shè)計時，實驗方案、實驗裝置、實驗數(shù)據(jù)、測量方式的選擇時，教學(xué)方法的選取時都具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵字：任務(wù)分析；規(guī)律教學(xué)；教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）9（S）-0063-5

一般教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計、決定教學(xué)決策的過程中往往以教材內(nèi)容、課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)經(jīng)驗為基準(zhǔn)，但這類傳統(tǒng)的做法可能會帶來一些弊端。例如：教了本來可以不用教的東西，反而由于混亂的教學(xué)內(nèi)容使學(xué)生不能集中精力解決中心任務(wù)；又或是遺漏了一些關(guān)鍵的先決條件：作為學(xué)科領(lǐng)域“專家”的教師看待問題的視角不同于該領(lǐng)域還是“新手”的學(xué)生，教師從經(jīng)驗出發(fā)往往會忽視學(xué)生在完成該學(xué)習(xí)內(nèi)容習(xí)的過程中先決條件的不足。

而任務(wù)分析法正好規(guī)避了這些弊端，有效幫助教師站在學(xué)生的立場上，以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體，更加細(xì)致地考慮教學(xué)規(guī)劃、教學(xué)傳遞以及教學(xué)診斷三個方面的教學(xué)決策。

本文以“人教版”《物理》必修一《第四章》第三節(jié)《牛頓第二定律》為例說明任務(wù)分析法在學(xué)生實驗教學(xué)設(shè)計中的實施。

1 物理規(guī)律教學(xué)與任務(wù)分析

物理規(guī)律是物理現(xiàn)象、過程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展與變化的必然趨勢及其本質(zhì)聯(lián)系的反映。物理現(xiàn)象和物理過程存在著各種聯(lián)系，有些聯(lián)系是必然的、本質(zhì)的，但有些聯(lián)系是片面的、偶然的。而物理規(guī)律正是描述有關(guān)的物理概念之間的必然聯(lián)系。

例如：本文中設(shè)計的《牛頓第二定律》，牛頓第二定律是描述質(zhì)點、力、質(zhì)量、加速度等概念之間的關(guān)系。從現(xiàn)象來看，一個物體的加速度是否為零與這個物體的質(zhì)量、材料、大小、形狀、所處環(huán)境、受力情況等都有著千絲萬縷的關(guān)系，但細(xì)想之下，這些關(guān)系中有的只起到片面的、不穩(wěn)定的、偶然的作用；只有“受到一個不為零的合外力作用才會產(chǎn)生不為零的加速度”才是物體加速度與合外力間的本質(zhì)關(guān)系。

在應(yīng)用任務(wù)分析進(jìn)行物理規(guī)律教學(xué)時，一般遵循以下步驟：

1.1 寫出圖式

1781年，德國哲學(xué)康德（Kant）在《純粹理性批判》中提出了“圖式”概念，認(rèn)為“先驗圖式”是把感性直觀與知性純粹概念聯(lián)系起來的第三者。在皮連生教授的《學(xué)與教的心理學(xué)》中指出：圖式如同圍繞某個主題組織起來的認(rèn)知框架或認(rèn)知結(jié)構(gòu)，是一些觀念及其關(guān)系的集合。而在陳剛教授的《物理教學(xué)設(shè)計》中對物理規(guī)律圖式加以了總結(jié)，按照圖式迅速捕捉規(guī)律的關(guān)鍵點，一一填入對應(yīng)的位置。于是，對物理規(guī)律的認(rèn)識，可從以下幾個方面入手：

內(nèi)容： 。

物理對象或過程： 。

存在規(guī)律： 。

表達(dá)式： 。

適用范圍： 。

應(yīng)用實例： 。

1.2 分析獲得結(jié)論

1.2.1 結(jié)論獲得的邏輯過程

在獲得所要習(xí)得的物理規(guī)律的圖式之后，我們要進(jìn)行分析教學(xué)任務(wù)最終所要獲得的結(jié)論，此時要注意分析結(jié)論獲得的邏輯過程。

物理規(guī)律反映了物理概念間的本質(zhì)或因果關(guān)系，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理規(guī)律時需要通過自己的思維活動主動建立這些概念的本質(zhì)或形成概念間的因果關(guān)系。而在物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要運用特定的推理方式來建立這些聯(lián)系（表1）。

習(xí)得物理規(guī)律意義的推理方式有兩種，一為歸納推理，二為演繹推理。對于歸納推理，十九世紀(jì)英國邏輯學(xué)家穆勒提出了探究因果關(guān)系時的五種推理方法，即穆勒五法。包括求同法、差異法、共變法、求同求異法、剩余法。對于演繹推理，最基本的是三段論。三段論分別由大前提、小前提、結(jié)論三個命題構(gòu)成。一般有兩種形式：

①肯定前件式

大前提： P→q

小前提： P

結(jié)論： q

②否定后件式

大前提： P→q

小前提： -q

結(jié)論： -P

例如：“牛頓第二定律”最終需要獲得的結(jié)論是“物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。”由于此規(guī)律涉及物體質(zhì)量、運動加速度、合外力等多變量之間的關(guān)系，根據(jù)之前習(xí)得的經(jīng)驗，我們自然而然會選擇用控制變量法進(jìn)行實驗，以獲得必要的信息。

1.2 分析信息來源的途徑、各環(huán)節(jié)子任務(wù)及其策略

在明確需要獲得的結(jié)論以及獲得該結(jié)論的邏輯過程之后，我們需要考慮獲得這個結(jié)論需要怎樣的信息，這些信息應(yīng)當(dāng)在怎樣的條件下通過何種過程獲取，這些信息經(jīng)過什么加工方式才能轉(zhuǎn)化為學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的一部分，被學(xué)生意義習(xí)得。

換言之，在任務(wù)分析中，除了要分析課堂教學(xué)的最終目的，也要分析、明確該教學(xué)目標(biāo)所必要的先行條件（即，各個使能目標(biāo)）及其順序關(guān)系。加涅把學(xué)習(xí)條件分為必要條件和支持性條件，通過對先決條件加以分析，將學(xué)習(xí)目標(biāo)與任務(wù)轉(zhuǎn)換為層級形式，這種“自下而上”的分析目的在于保證學(xué)習(xí)始終處于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)。

因此，在《牛頓第二定律》一課的任務(wù)分析中，我們也需要進(jìn)行如下環(huán)節(jié)：

【猜測】

物體運動的加速度大小與合外力有關(guān)、與質(zhì)量有關(guān)。

【規(guī)劃方案】

運用控制變量法研究運動加速度大小分別與合外力大小、物體質(zhì)量之間的關(guān)系（表2）。

1.3 設(shè)計規(guī)律教學(xué)方案

如何實現(xiàn)最終目標(biāo)：提供信息獲得的條件，設(shè)計信息獲得的過程是這一階段的重中之重。呈現(xiàn)怎樣的物理現(xiàn)象才能承載需要習(xí)得的物理規(guī)律，通過何種方式控制物理現(xiàn)象從而研究物理規(guī)律，如何從現(xiàn)實體驗中獲取抽象理性的信息進(jìn)行加工……這些都是設(shè)計教學(xué)方案時需要著重思考的問題。

2 物理規(guī)律的必要信息來源

必要的科學(xué)探究活動為教學(xué)提供了各種信息來源，科學(xué)探究活動一般具有七個要素：①提出問題；②猜想與假設(shè)；③制定計劃與設(shè)計實驗；④進(jìn)行實驗與收集證據(jù)；⑤分析與論證；⑥評估；⑦交流與合作。

物理學(xué)科中的科學(xué)探究活動即為物理實驗。根據(jù)探究活動的幾個要素可以獲得物理實驗幾個必不可缺的過程：①提出問題；②猜想與假設(shè)；③規(guī)劃方案，確定實驗步驟；④收集、記錄數(shù)據(jù)；⑤處理數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

合理的物理實驗在規(guī)律課堂教學(xué)中為結(jié)論的獲得提供了必要的信息，同時物理實驗的邏輯過程也為規(guī)律課堂的教學(xué)方案設(shè)計提供了恰當(dāng)?shù)乃悸?。而任?wù)分析法又在實驗裝置、教學(xué)方法的選擇過程中起著指導(dǎo)作用。

3 實驗設(shè)計中的任務(wù)分析

物理實驗提供了獲得結(jié)論的必要信息，但由于物理原理不同，物理量呈現(xiàn)方式不同，物理量的測量原理，不同的數(shù)據(jù)處理方式不同等等原因會形成各種形式的實驗設(shè)計方案。任務(wù)分析法便可以有效指導(dǎo)教師在這些多樣的實驗設(shè)計方案中進(jìn)行選擇。

以《牛頓第二定律》為例，可以運用控制變量法，引導(dǎo)學(xué)生分別設(shè)計實驗，探究物體運動的加速度分別與物體質(zhì)量以及物體所受合外力之間的關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生運用圖像法來直觀描述加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系。并利用實驗結(jié)果，根據(jù)已有的認(rèn)知策略歸納出實驗結(jié)論。

【設(shè)計實驗】（表3）

這個實驗中的難點便在于如何獲得與測量加速度。我們可以直接測量加速度，也可以通過轉(zhuǎn)換法間接測量加速度。我們可以利用加速度傳感器直接測量加速度，也可以通過時間、位移之間的數(shù)量關(guān)系間接得到運動過程中加速度的大小。

不同的測量工具可以提供不同的測量方法，例如，“人教版”教材中采用電磁打點計時器進(jìn)行測量，而“滬科版”教材提供使用傳感器測量加速度的方法。此時，教師可以利用任務(wù)分析法來研究究竟采用哪種測量方法。

首先，由于學(xué)生并沒有接觸過傳感器，并不了解傳感器復(fù)雜的工作原理，不清楚運動信號或是力信號是如何轉(zhuǎn)化為電信號，又是如何在計算機(jī)中轉(zhuǎn)化為圖像信號顯示出來的。除非教師將傳感器的工作原理事先分析清楚，才能采取利用傳感器測量的方法進(jìn)行課堂教學(xué)，否則，實驗得到的數(shù)據(jù)無法讓學(xué)生信服就是此次運動的加速度或速度與時間的數(shù)量關(guān)系。

而在之前運動學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電磁打點計時器的工作原理，也確信紙帶上的點即為小車加速運動過程中相同時間間隔時的運動位移。因此可以得到如下的實驗步驟與測量方法（表4）。

【處理數(shù)據(jù)，獲得結(jié)論】

不同的實驗數(shù)據(jù)處理原理也提供了不同的數(shù)據(jù)處理方法與思路，此時同樣可以運用任務(wù)分析法進(jìn)行比較，從而選擇最為合適的數(shù)據(jù)處理方法。

（1）數(shù)據(jù)整理

在獲得類似于表5所示的加速度與外力、質(zhì)量的數(shù)據(jù)之后，我們可以運用作圖法進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，以便得到科學(xué)的結(jié)論。物理學(xué)中常用作圖法研究物理量間關(guān)系，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。作圖法的基本步驟如下：

①在方格紙上（如條件允許）畫出一條水平線（x軸）和一條垂直線（y軸）。

②給x軸標(biāo)上自變量名稱，給y軸標(biāo)上應(yīng)變量名稱，并標(biāo)明單位。

③在兩條軸上分別標(biāo)上刻度，注意單位數(shù)值的間距要相同，數(shù)值范圍要能包含所有實驗數(shù)據(jù)。

④把每一個數(shù)據(jù)在圖中所對應(yīng)點標(biāo)出。

⑤用實線連接各個數(shù)據(jù)點。在某些情況下，可能需要畫出一條能反映數(shù)據(jù)總趨勢的直線，這條線應(yīng)處于所有點的中間，使線上、下的點大致相同。

⑥如果是曲線，那么可以設(shè)法對其中一個物理量做變換（如：1/m），然后將變換后的物理量與另一個待研究物理量，通過作圖，觀察是否是直線來確定兩個物理量間的關(guān)系。

如果曲線近似雙曲線，那選擇一個量的變化方式取倒數(shù)，若圖線變?yōu)橹本€，說明其是與倒數(shù)成正比；

如果曲線近似拋物線，那選擇一個量的變化方式取平方、開方、立方等，若圖像變?yōu)橹本€，則其與平方、開方成正比。

（2）獲得結(jié)論（演繹、歸納等）

4 小 結(jié)

任務(wù)分析可以將復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)分解成一系列子任務(wù)，并梳理出完成各項子任務(wù)所需要的必要技能，以學(xué)生的起點能力為著力點，生長出新的知識技能，使新技能與學(xué)生心理結(jié)構(gòu)形成實質(zhì)性非人為聯(lián)系。

將任務(wù)分析應(yīng)用于學(xué)生實驗教學(xué)設(shè)計中，可以將復(fù)雜的實驗過程簡單化，以合理的順序進(jìn)行各個實驗子過程，并明確各過程之間的關(guān)系。

將學(xué)生起點能力與教學(xué)重點能力之間建構(gòu)起意義聯(lián)系，無論是由教師傳授還是由學(xué)生自主探究，不同的教學(xué)組織形式只是不同的建構(gòu)途徑或者不同的信息承載方式。教師教學(xué)活動的目標(biāo)在于學(xué)生能在已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中提取相關(guān)的必要技能，并能識別出相關(guān)概念與能力，調(diào)取相應(yīng)認(rèn)知方法，將學(xué)習(xí)終點能力吸納入認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并能表現(xiàn)出習(xí)得該能力的外顯行為。

任務(wù)分析法不僅有助于教師設(shè)計規(guī)律課的教學(xué)組織過程，幫助教師了解學(xué)生的起點能力，規(guī)劃合理有效的路徑，鞏固各使能目標(biāo)的必要技能，提高新知識習(xí)得過程的有效性。同時還能幫助教師及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生必要技能的不足或起點能力的高低，以便做出及時合理的補(bǔ)救措施，在萬事具備的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理教學(xué)。任務(wù)分析法也有利于學(xué)生對自我能力的分析，增強(qiáng)實驗過程的邏輯性，更好的學(xué)習(xí)、掌握新技能。

參考文獻(xiàn)：

[1]盛群力.教學(xué)設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]皮連生.學(xué)與教的心理學(xué)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2003.

[3]陳剛.物理教學(xué)設(shè)計[M].上海：華東師范大學(xué)出版社， 2009.

[4]吳紅耕，皮連生.任務(wù)分析與教師的教學(xué)技能成長[J].心理科學(xué)，2004，（1）：66.

[5]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理必修第一冊 [M].北京：人民教育出版社，2010.

[6]束炳如，何潤偉.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理共同必修第一冊 [M].上海：上海科技教育出版社，2007.

（欄目編輯 鄧 磊）

必要的科學(xué)探究活動為教學(xué)提供了各種信息來源，科學(xué)探究活動一般具有七個要素：①提出問題；②猜想與假設(shè)；③制定計劃與設(shè)計實驗；④進(jìn)行實驗與收集證據(jù)；⑤分析與論證；⑥評估；⑦交流與合作。

物理學(xué)科中的科學(xué)探究活動即為物理實驗。根據(jù)探究活動的幾個要素可以獲得物理實驗幾個必不可缺的過程：①提出問題；②猜想與假設(shè)；③規(guī)劃方案，確定實驗步驟；④收集、記錄數(shù)據(jù)；⑤處理數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

合理的物理實驗在規(guī)律課堂教學(xué)中為結(jié)論的獲得提供了必要的信息，同時物理實驗的邏輯過程也為規(guī)律課堂的教學(xué)方案設(shè)計提供了恰當(dāng)?shù)乃悸贰６蝿?wù)分析法又在實驗裝置、教學(xué)方法的選擇過程中起著指導(dǎo)作用。

3 實驗設(shè)計中的任務(wù)分析

物理實驗提供了獲得結(jié)論的必要信息，但由于物理原理不同，物理量呈現(xiàn)方式不同，物理量的測量原理，不同的數(shù)據(jù)處理方式不同等等原因會形成各種形式的實驗設(shè)計方案。任務(wù)分析法便可以有效指導(dǎo)教師在這些多樣的實驗設(shè)計方案中進(jìn)行選擇。

以《牛頓第二定律》為例，可以運用控制變量法，引導(dǎo)學(xué)生分別設(shè)計實驗，探究物體運動的加速度分別與物體質(zhì)量以及物體所受合外力之間的關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生運用圖像法來直觀描述加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系。并利用實驗結(jié)果，根據(jù)已有的認(rèn)知策略歸納出實驗結(jié)論。

【設(shè)計實驗】（表3）

這個實驗中的難點便在于如何獲得與測量加速度。我們可以直接測量加速度，也可以通過轉(zhuǎn)換法間接測量加速度。我們可以利用加速度傳感器直接測量加速度，也可以通過時間、位移之間的數(shù)量關(guān)系間接得到運動過程中加速度的大小。

不同的測量工具可以提供不同的測量方法，例如，“人教版”教材中采用電磁打點計時器進(jìn)行測量，而“滬科版”教材提供使用傳感器測量加速度的方法。此時，教師可以利用任務(wù)分析法來研究究竟采用哪種測量方法。

首先，由于學(xué)生并沒有接觸過傳感器，并不了解傳感器復(fù)雜的工作原理，不清楚運動信號或是力信號是如何轉(zhuǎn)化為電信號，又是如何在計算機(jī)中轉(zhuǎn)化為圖像信號顯示出來的。除非教師將傳感器的工作原理事先分析清楚，才能采取利用傳感器測量的方法進(jìn)行課堂教學(xué)，否則，實驗得到的數(shù)據(jù)無法讓學(xué)生信服就是此次運動的加速度或速度與時間的數(shù)量關(guān)系。

而在之前運動學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電磁打點計時器的工作原理，也確信紙帶上的點即為小車加速運動過程中相同時間間隔時的運動位移。因此可以得到如下的實驗步驟與測量方法（表4）。

【處理數(shù)據(jù)，獲得結(jié)論】

不同的實驗數(shù)據(jù)處理原理也提供了不同的數(shù)據(jù)處理方法與思路，此時同樣可以運用任務(wù)分析法進(jìn)行比較，從而選擇最為合適的數(shù)據(jù)處理方法。

（1）數(shù)據(jù)整理

在獲得類似于表5所示的加速度與外力、質(zhì)量的數(shù)據(jù)之后，我們可以運用作圖法進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，以便得到科學(xué)的結(jié)論。物理學(xué)中常用作圖法研究物理量間關(guān)系，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。作圖法的基本步驟如下：

①在方格紙上（如條件允許）畫出一條水平線（x軸）和一條垂直線（y軸）。

②給x軸標(biāo)上自變量名稱，給y軸標(biāo)上應(yīng)變量名稱，并標(biāo)明單位。

③在兩條軸上分別標(biāo)上刻度，注意單位數(shù)值的間距要相同，數(shù)值范圍要能包含所有實驗數(shù)據(jù)。

④把每一個數(shù)據(jù)在圖中所對應(yīng)點標(biāo)出。

⑤用實線連接各個數(shù)據(jù)點。在某些情況下，可能需要畫出一條能反映數(shù)據(jù)總趨勢的直線，這條線應(yīng)處于所有點的中間，使線上、下的點大致相同。

⑥如果是曲線，那么可以設(shè)法對其中一個物理量做變換（如：1/m），然后將變換后的物理量與另一個待研究物理量，通過作圖，觀察是否是直線來確定兩個物理量間的關(guān)系。

如果曲線近似雙曲線，那選擇一個量的變化方式取倒數(shù)，若圖線變?yōu)橹本€，說明其是與倒數(shù)成正比；

如果曲線近似拋物線，那選擇一個量的變化方式取平方、開方、立方等，若圖像變?yōu)橹本€，則其與平方、開方成正比。

（2）獲得結(jié)論（演繹、歸納等）

4 小 結(jié)

任務(wù)分析可以將復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)分解成一系列子任務(wù)，并梳理出完成各項子任務(wù)所需要的必要技能，以學(xué)生的起點能力為著力點，生長出新的知識技能，使新技能與學(xué)生心理結(jié)構(gòu)形成實質(zhì)性非人為聯(lián)系。

將任務(wù)分析應(yīng)用于學(xué)生實驗教學(xué)設(shè)計中，可以將復(fù)雜的實驗過程簡單化，以合理的順序進(jìn)行各個實驗子過程，并明確各過程之間的關(guān)系。

將學(xué)生起點能力與教學(xué)重點能力之間建構(gòu)起意義聯(lián)系，無論是由教師傳授還是由學(xué)生自主探究，不同的教學(xué)組織形式只是不同的建構(gòu)途徑或者不同的信息承載方式。教師教學(xué)活動的目標(biāo)在于學(xué)生能在已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中提取相關(guān)的必要技能，并能識別出相關(guān)概念與能力，調(diào)取相應(yīng)認(rèn)知方法，將學(xué)習(xí)終點能力吸納入認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并能表現(xiàn)出習(xí)得該能力的外顯行為。

任務(wù)分析法不僅有助于教師設(shè)計規(guī)律課的教學(xué)組織過程，幫助教師了解學(xué)生的起點能力，規(guī)劃合理有效的路徑，鞏固各使能目標(biāo)的必要技能，提高新知識習(xí)得過程的有效性。同時還能幫助教師及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生必要技能的不足或起點能力的高低，以便做出及時合理的補(bǔ)救措施，在萬事具備的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理教學(xué)。任務(wù)分析法也有利于學(xué)生對自我能力的分析，增強(qiáng)實驗過程的邏輯性，更好的學(xué)習(xí)、掌握新技能。

參考文獻(xiàn)：

[1]盛群力.教學(xué)設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]皮連生.學(xué)與教的心理學(xué)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2003.

[3]陳剛.物理教學(xué)設(shè)計[M].上海：華東師范大學(xué)出版社， 2009.

[4]吳紅耕，皮連生.任務(wù)分析與教師的教學(xué)技能成長[J].心理科學(xué)，2004，（1）：66.

[5]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理必修第一冊 [M].北京：人民教育出版社，2010.

[6]束炳如，何潤偉.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理共同必修第一冊 [M].上海：上?？萍冀逃霭嫔?，2007.

（欄目編輯 鄧 磊）

必要的科學(xué)探究活動為教學(xué)提供了各種信息來源，科學(xué)探究活動一般具有七個要素：①提出問題；②猜想與假設(shè)；③制定計劃與設(shè)計實驗；④進(jìn)行實驗與收集證據(jù)；⑤分析與論證；⑥評估；⑦交流與合作。

物理學(xué)科中的科學(xué)探究活動即為物理實驗。根據(jù)探究活動的幾個要素可以獲得物理實驗幾個必不可缺的過程：①提出問題；②猜想與假設(shè)；③規(guī)劃方案，確定實驗步驟；④收集、記錄數(shù)據(jù)；⑤處理數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

合理的物理實驗在規(guī)律課堂教學(xué)中為結(jié)論的獲得提供了必要的信息，同時物理實驗的邏輯過程也為規(guī)律課堂的教學(xué)方案設(shè)計提供了恰當(dāng)?shù)乃悸?。而任?wù)分析法又在實驗裝置、教學(xué)方法的選擇過程中起著指導(dǎo)作用。

3 實驗設(shè)計中的任務(wù)分析

物理實驗提供了獲得結(jié)論的必要信息，但由于物理原理不同，物理量呈現(xiàn)方式不同，物理量的測量原理，不同的數(shù)據(jù)處理方式不同等等原因會形成各種形式的實驗設(shè)計方案。任務(wù)分析法便可以有效指導(dǎo)教師在這些多樣的實驗設(shè)計方案中進(jìn)行選擇。

以《牛頓第二定律》為例，可以運用控制變量法，引導(dǎo)學(xué)生分別設(shè)計實驗，探究物體運動的加速度分別與物體質(zhì)量以及物體所受合外力之間的關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生運用圖像法來直觀描述加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系。并利用實驗結(jié)果，根據(jù)已有的認(rèn)知策略歸納出實驗結(jié)論。

【設(shè)計實驗】（表3）

這個實驗中的難點便在于如何獲得與測量加速度。我們可以直接測量加速度，也可以通過轉(zhuǎn)換法間接測量加速度。我們可以利用加速度傳感器直接測量加速度，也可以通過時間、位移之間的數(shù)量關(guān)系間接得到運動過程中加速度的大小。

不同的測量工具可以提供不同的測量方法，例如，“人教版”教材中采用電磁打點計時器進(jìn)行測量，而“滬科版”教材提供使用傳感器測量加速度的方法。此時，教師可以利用任務(wù)分析法來研究究竟采用哪種測量方法。

首先，由于學(xué)生并沒有接觸過傳感器，并不了解傳感器復(fù)雜的工作原理，不清楚運動信號或是力信號是如何轉(zhuǎn)化為電信號，又是如何在計算機(jī)中轉(zhuǎn)化為圖像信號顯示出來的。除非教師將傳感器的工作原理事先分析清楚，才能采取利用傳感器測量的方法進(jìn)行課堂教學(xué)，否則，實驗得到的數(shù)據(jù)無法讓學(xué)生信服就是此次運動的加速度或速度與時間的數(shù)量關(guān)系。

而在之前運動學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電磁打點計時器的工作原理，也確信紙帶上的點即為小車加速運動過程中相同時間間隔時的運動位移。因此可以得到如下的實驗步驟與測量方法（表4）。

【處理數(shù)據(jù)，獲得結(jié)論】

不同的實驗數(shù)據(jù)處理原理也提供了不同的數(shù)據(jù)處理方法與思路，此時同樣可以運用任務(wù)分析法進(jìn)行比較，從而選擇最為合適的數(shù)據(jù)處理方法。

（1）數(shù)據(jù)整理

在獲得類似于表5所示的加速度與外力、質(zhì)量的數(shù)據(jù)之后，我們可以運用作圖法進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，以便得到科學(xué)的結(jié)論。物理學(xué)中常用作圖法研究物理量間關(guān)系，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。作圖法的基本步驟如下：

①在方格紙上（如條件允許）畫出一條水平線（x軸）和一條垂直線（y軸）。

②給x軸標(biāo)上自變量名稱，給y軸標(biāo)上應(yīng)變量名稱，并標(biāo)明單位。

③在兩條軸上分別標(biāo)上刻度，注意單位數(shù)值的間距要相同，數(shù)值范圍要能包含所有實驗數(shù)據(jù)。

④把每一個數(shù)據(jù)在圖中所對應(yīng)點標(biāo)出。

⑤用實線連接各個數(shù)據(jù)點。在某些情況下，可能需要畫出一條能反映數(shù)據(jù)總趨勢的直線，這條線應(yīng)處于所有點的中間，使線上、下的點大致相同。

⑥如果是曲線，那么可以設(shè)法對其中一個物理量做變換（如：1/m），然后將變換后的物理量與另一個待研究物理量，通過作圖，觀察是否是直線來確定兩個物理量間的關(guān)系。

如果曲線近似雙曲線，那選擇一個量的變化方式取倒數(shù)，若圖線變?yōu)橹本€，說明其是與倒數(shù)成正比；

如果曲線近似拋物線，那選擇一個量的變化方式取平方、開方、立方等，若圖像變?yōu)橹本€，則其與平方、開方成正比。

（2）獲得結(jié)論（演繹、歸納等）

4 小 結(jié)

任務(wù)分析可以將復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)分解成一系列子任務(wù)，并梳理出完成各項子任務(wù)所需要的必要技能，以學(xué)生的起點能力為著力點，生長出新的知識技能，使新技能與學(xué)生心理結(jié)構(gòu)形成實質(zhì)性非人為聯(lián)系。

將任務(wù)分析應(yīng)用于學(xué)生實驗教學(xué)設(shè)計中，可以將復(fù)雜的實驗過程簡單化，以合理的順序進(jìn)行各個實驗子過程，并明確各過程之間的關(guān)系。

將學(xué)生起點能力與教學(xué)重點能力之間建構(gòu)起意義聯(lián)系，無論是由教師傳授還是由學(xué)生自主探究，不同的教學(xué)組織形式只是不同的建構(gòu)途徑或者不同的信息承載方式。教師教學(xué)活動的目標(biāo)在于學(xué)生能在已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中提取相關(guān)的必要技能，并能識別出相關(guān)概念與能力，調(diào)取相應(yīng)認(rèn)知方法，將學(xué)習(xí)終點能力吸納入認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并能表現(xiàn)出習(xí)得該能力的外顯行為。

任務(wù)分析法不僅有助于教師設(shè)計規(guī)律課的教學(xué)組織過程，幫助教師了解學(xué)生的起點能力，規(guī)劃合理有效的路徑，鞏固各使能目標(biāo)的必要技能，提高新知識習(xí)得過程的有效性。同時還能幫助教師及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生必要技能的不足或起點能力的高低，以便做出及時合理的補(bǔ)救措施，在萬事具備的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理教學(xué)。任務(wù)分析法也有利于學(xué)生對自我能力的分析，增強(qiáng)實驗過程的邏輯性，更好的學(xué)習(xí)、掌握新技能。

參考文獻(xiàn)：

[1]盛群力.教學(xué)設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]皮連生.學(xué)與教的心理學(xué)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2003.

[3]陳剛.物理教學(xué)設(shè)計[M].上海：華東師范大學(xué)出版社， 2009.

[4]吳紅耕，皮連生.任務(wù)分析與教師的教學(xué)技能成長[J].心理科學(xué)，2004，（1）：66.

[5]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理必修第一冊 [M].北京：人民教育出版社，2010.

[6]束炳如，何潤偉.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理共同必修第一冊 [M].上海：上海科技教育出版社，2007.

（欄目編輯 鄧 磊）