運(yùn)用教學(xué)任務(wù)分析 優(yōu)化物理課堂教學(xué)

鄧宗茂

摘 要：教學(xué)任務(wù)分析是一種教學(xué)設(shè)計技術(shù)，它是連接教與學(xué)的橋梁，能夠幫助教師明確學(xué)生的學(xué)習(xí)起點(diǎn)，合理制定教學(xué)目標(biāo)，確定教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)，科學(xué)設(shè)計學(xué)生學(xué)習(xí)路徑，有效地進(jìn)行教學(xué)評價。本文以《動量定理》為例說明如何運(yùn)用教學(xué)任務(wù)分析優(yōu)化高中物理課堂教學(xué)。

關(guān)鍵詞：任務(wù)分析；高中物理；教學(xué)設(shè)計；課堂教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）12-0007-4

物理學(xué)是一門系統(tǒng)的學(xué)科，學(xué)科知識之間存在著非常緊密的聯(lián)系。而我國當(dāng)前高中物理傳統(tǒng)的課堂教學(xué)往往是教師經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)物，教師在教學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，形成對學(xué)生能力和教學(xué)可能發(fā)展方向的預(yù)見，在此基礎(chǔ)上設(shè)計教學(xué)過程，選擇教學(xué)策略。這樣的教學(xué)安排缺少科學(xué)的學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)，與學(xué)習(xí)理論脫節(jié)，缺乏基于學(xué)習(xí)理論的思考，導(dǎo)致教學(xué)安排的理論依據(jù)不清，不可避免地會存在一定程度的隨意性和盲目性。

本文所指的教學(xué)任務(wù)分析是指建立在美國教育心理學(xué)家羅伯特·加涅的學(xué)習(xí)理論之上的教學(xué)設(shè)計技術(shù)。羅伯特·加涅按學(xué)習(xí)結(jié)果將學(xué)習(xí)分為五種類型：言語信息、智慧技能、認(rèn)知策略、動作技能和態(tài)度，他認(rèn)為不同的學(xué)習(xí)類型有不同的內(nèi)部過程和外部條件，適合使用不同的教學(xué)策略和方法。教學(xué)任務(wù)分析是指從教學(xué)目標(biāo)開始，運(yùn)用逆向設(shè)問法，反復(fù)提出這樣的問題：學(xué)生要獲得這樣的知識或技能，他們首先需要具備哪些簡單的知識或技能，要具備這些簡單的知識或技能，還需要具備哪些更簡單的知識或技能，這樣一直分析到學(xué)生的起點(diǎn)能力為止。通過這樣的教學(xué)任務(wù)分析能夠清晰地了解教學(xué)的終點(diǎn)目標(biāo)、使能目標(biāo)、學(xué)習(xí)起點(diǎn)，再按照各個使能目標(biāo)的學(xué)習(xí)類型及學(xué)習(xí)層次設(shè)計與相適應(yīng)的教學(xué)策略、方法和步驟，同時做好基于證據(jù)收集的教學(xué)評價，使教學(xué)按照優(yōu)化的程序通向教學(xué)終點(diǎn)目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)終點(diǎn)目標(biāo)。教學(xué)任務(wù)分析能夠揭示學(xué)生從起點(diǎn)能力到終點(diǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)過程中的邏輯結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)的重要節(jié)點(diǎn)以及學(xué)習(xí)需要的內(nèi)部條件，使教學(xué)過程中的教學(xué)事件與學(xué)生學(xué)習(xí)的每個內(nèi)部加工階段一一對應(yīng)起來，也揭示出教學(xué)中影響學(xué)生學(xué)習(xí)的各種可控因素，這樣可以使教師明確教學(xué)活動的目的性，提高課堂語言的針對性，增加教學(xué)步驟的清晰度。也有助于教師理解教學(xué)任務(wù)的結(jié)構(gòu)和學(xué)生學(xué)習(xí)所需的條件，可以更加合理、有針對性地安排教學(xué)活動，作出適合教學(xué)的決策，減小教師教學(xué)的隨意性和盲目性，從而使教師的“教”更好地為學(xué)生的“學(xué)”服務(wù)。教學(xué)設(shè)計建立在科學(xué)心理學(xué)理論之上，從而讓我們物理教師以“教學(xué)目標(biāo)”為終點(diǎn)，合理地設(shè)計“教學(xué)活動”，有效地進(jìn)行“教學(xué)評價”，打造出高效的物理課堂。

下面以高中物理選修3-5（魯科版）第一章第一節(jié)《動量定理》為例，說明教學(xué)任務(wù)分析在優(yōu)化物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

【教材分析】

動量定理是由牛頓第二定律F=ma和勻變速直線運(yùn)動的速度公式vt=v0+at推導(dǎo)出來的，但從學(xué)生的思維發(fā)展來說，動量定理的學(xué)習(xí)比牛頓第二定律的層次更高。動量定理與動量守恒定律是研究宏觀微觀物體所必需的知識，是解決力學(xué)問題的新途徑，是本章的核心內(nèi)容，也是高中階段的重點(diǎn)內(nèi)容。牛頓第二定律是學(xué)習(xí)動量定理的使能目標(biāo)，而動量定理又是學(xué)習(xí)動量守恒定律的使能目標(biāo)，可見動量定理是本章乃至高中物理中的重點(diǎn)內(nèi)容。

【教學(xué)目標(biāo)】

1.理解動量的概念，知道沖量的定義，知道動量、沖量都是矢量。

2.知道動量的變化也是矢量，會正確計算一維的動量變化。

3.理解動量定理的確切含義和表達(dá)式，知道動量定理也適用于變力。

4.能從牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式推導(dǎo)出動量定理的表達(dá)式。

5.會用動量定理解釋有關(guān)現(xiàn)象和處理有關(guān)問題。

6.滲透物理學(xué)研究方法教育，培養(yǎng)學(xué)生的推理能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】

教學(xué)重點(diǎn)：理解動量的概念，通過理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出動量定理，理解動量定理的圖式，用動量定理解釋有關(guān)現(xiàn)象。

教學(xué)難點(diǎn)：理解動量定理的圖式，理解動量、沖量的方向。

【學(xué)習(xí)層級分析】

如圖1所示。

【學(xué)習(xí)類型和學(xué)習(xí)條件分析】

學(xué)習(xí)類型：本課的重點(diǎn)是“通過理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出動量定理，理解動量定理的圖式”。因此，本課屬于規(guī)律課學(xué)習(xí)。

學(xué)習(xí)條件：學(xué)習(xí)條件分為必要條件和支持性條件。

①必要條件：其中“力”“時間”“質(zhì)量”“速度”“牛頓第二定律”“速度的變化”是學(xué)生的起點(diǎn)知識，理解沖量、動量、動量的變化的概念是本節(jié)課的使能目標(biāo)，難點(diǎn)是知道動量的變化是不同于初動量與末動量的第三個物理量，它是兩個矢量的求差得出的第三個矢量。

②支持性條件：獲得動量定理的演繹推理能力、實(shí)驗(yàn)觀察能力及數(shù)據(jù)分析能力，速度的變化的概念知識。

【教學(xué)過程】

1.創(chuàng)設(shè)問題情境，引入動量的概念

①以10 m/s的速度運(yùn)動的足球和鉛球，能不能用頭去頂？

因?yàn)殂U球質(zhì)量太大，所以足球可以用頭去頂，鉛球不能用頭去頂。

②質(zhì)量很小的子彈高速飛過來能不能用手去接？

因?yàn)樽訌椀乃俣忍?，所以高速飛過來的子彈不能用手去接。

設(shè)計意圖：通過創(chuàng)設(shè)這樣的聯(lián)系生活的情境，使學(xué)生理解運(yùn)動物體的作用效果，既與物體的質(zhì)量有關(guān)，也與物體的速度有關(guān)，水到渠成地引入動量的概念。

動量：物理學(xué)把物體的質(zhì)量與速度的乘積叫做動量。

p=mv

速度是矢量，質(zhì)量是標(biāo)量，它們的乘積動量是矢量，既有大小又有方向，動量的方向與速度的方向相同。

2.運(yùn)用類比的方法，引入動量變化的概念

一個質(zhì)量50 g的網(wǎng)球以30 m/s的速率水平向右飛行，又以30 m/s的速率被水平打回。endprint

①網(wǎng)球被擊打前后速度有變化嗎？若有變化請求出速度變化的大小和方向。

選取水平向右方向?yàn)檎较?/p>

打回前的速度v1=30 m/s

打回后的速度v2=-30 m/s

打回前后的速度變化

Δv=v2-v1=-30-30 m/s=-60 m/s

Δv為負(fù)值，表示其方向與規(guī)定的正方向相反，即打球前后的速度變化方向水平向左。

②求出網(wǎng)球的動量變化大小和方向。

選取水平向右方向?yàn)檎较?/p>

打回前的動量

p1=mv1=0.05×30 kg·m/s=1.5 kg·m/s

打回后的動量

p2=mv2=-0.05×30 kg·m/s=-1.5 kg·m/s

打回前后的動量變化

Δp=p2-p1=（-1.5-1.5） kg·m/s=-3.0 kg·m/s

Δp為負(fù)值，表示其方向與規(guī)定的正方向相反，即打球前后的動量變化方向水平向左。

設(shè)計意圖：通過呈現(xiàn)實(shí)際問題情境，激活并重現(xiàn)學(xué)生原有的關(guān)于速度變化的知識，并通過對原有知識的運(yùn)用順理成章地引入動量變化的概念，實(shí)現(xiàn)速度變化概念對動量變化概念的同化。

3.探究動量變化的原因與量度，引入沖量概念

由以上問題可知，網(wǎng)球運(yùn)動員擊球時，球拍的作用力使網(wǎng)球的動量發(fā)生了變化。那么，物體的動量變化與哪些因素有關(guān)呢？

由牛頓第二定律可知： F=ma=m

上式變形得：Ft=mv2-mv1

變形式表明：力與力的作用時間的乘積等于物體的動量變化。

沖量的概念：物理學(xué)中，我們把力與力的作用時間的乘積叫做這個力的沖量，用符號I來表示。

I=Ft

力是矢量，時間是標(biāo)量，它們的乘積沖量是矢量，既有大小又有方向，沖量的方向與力的方向相同。

動量定理：物體所受的外力的沖量等于物體的動量變化。

I=p2-p1

或者I=Δp

注意：上式是個矢量表達(dá)式，外力的沖量與物體的動量變化這兩個矢量大小相等，方向相同。

設(shè)計意圖：通過合理設(shè)計教學(xué)順序，使課堂教學(xué)展開符合學(xué)生的認(rèn)知思維邏輯，注重與學(xué)生學(xué)習(xí)起點(diǎn)的牛頓第二定律的銜接。培養(yǎng)了學(xué)生的演繹推理能力，同時平順地引入了沖量的概念，避免了不管沖量概念的來龍去脈的生硬引入。

4.演示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證動量定理

實(shí)驗(yàn)器材：朗威DISLab、計算機(jī)、DISLab力學(xué)軌道和附件、天平、小沙桶、配重片等。

實(shí)驗(yàn)原理：用小沙桶拉動小車在軌道上滑動，如果小沙桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力等于小沙桶及配重片的重力。測出小車通過兩光電門的時間和在兩光電門之間的運(yùn)行時間，通過計算得出沖量和動量變化（裝置如圖2）。

實(shí)驗(yàn)步驟：

①小車上安裝寬度為0.020 m的“I”型擋光片，用天平稱出小車的總質(zhì)量m（kg）及小沙桶和配重片的總質(zhì)量m1（kg）。

②將兩只光電門傳感器分別接入數(shù)據(jù)采集器的第一、二通道，將傳感器固定在軌道上。

③調(diào)整軌道水平，將小沙桶懸掛在導(dǎo)軌末端下方，并通過牽引繩與小車連接，對小車施加拉力。

④打開“計算表格”，點(diǎn)擊“變量”，啟動“擋光片經(jīng)過兩個光電門的時間”功能。

⑤點(diǎn)擊“開始”，令小車從軌道的一端開始滑動，使擋光片依次通過兩光電門傳感器，則擋光片通過兩只光電門傳感器的擋光時間t1、t2和從光電門1到光電門2的運(yùn)行時間t12會記錄在表格中。

⑥增加配重片的質(zhì)量并在電子表格中輸入相應(yīng)數(shù)值，重復(fù)做若干次。

⑦分別輸入計算“拉力”“動量變化”“沖量”的表達(dá)式F=m1×9.8、△p=m×（0.020/t2-0.020/t1）、I=F×t12得出計算結(jié)果。（如表1）

實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 由表格數(shù)據(jù)可得“動量變化”和“沖量”的誤差在1.33%～4.41%之間，說明在誤差允許的范圍內(nèi)二者相等。

設(shè)計意圖：通過演示實(shí)驗(yàn)探究過程，學(xué)習(xí)運(yùn)用信息技術(shù)高效分析和處理數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀察能力和分析問題的能力，同時領(lǐng)悟物理學(xué)研究問題的科學(xué)方法。

5.鞏固運(yùn)用

（1）一個質(zhì)量為60 kg的男孩從高處跳下，以5 m/s的速度豎直落地。

①男孩落地時曲膝，用了1 s停下，求落地時受到的平均作用力。

②假如他落地時沒有曲膝，只用了0.1 s就停下，求落地時受到的平均作用力。（g=10 m/s2）

③課堂動手實(shí)驗(yàn)，每位學(xué)生課桌上放一只透明玻璃杯、一塊厚度適當(dāng)?shù)暮＞d、一只雞蛋，在透明玻璃杯底部墊好海綿，用手高舉雞蛋讓雞蛋自由下落落入杯中。把海綿墊拿走再把雞蛋舉到剛才同樣的高度自由下落落入杯中，觀察前后兩種情況下雞蛋的破損情況并用本節(jié)課所學(xué)知識作出解釋。

設(shè)計意圖：應(yīng)用動量定理解釋生活中碰撞與緩沖的實(shí)際問題，進(jìn)一步加深對動量定理的理解。

筆者認(rèn)為本節(jié)課通過詳細(xì)的教學(xué)任務(wù)分析，明確了本節(jié)課的終點(diǎn)目標(biāo)、使能目標(biāo)和學(xué)習(xí)起點(diǎn)，明確了各使能目標(biāo)的學(xué)習(xí)類型和學(xué)習(xí)條件，找到了學(xué)生的學(xué)習(xí)起點(diǎn)、學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。并且基于學(xué)生起點(diǎn)能力進(jìn)行教學(xué)，遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，理清了教學(xué)順序，明確了教學(xué)方法和手段，選擇運(yùn)用了現(xiàn)代信息技術(shù)并結(jié)合傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材，高效地實(shí)現(xiàn)了課堂實(shí)驗(yàn)探究。課堂以科學(xué)的學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，流暢自然、邏輯性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)效果良好。筆者認(rèn)為教學(xué)任務(wù)分析給高中物理教師教學(xué)設(shè)計提供了一條清晰的“技術(shù)路線”，并且根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)作出可靠的教學(xué)評價，找到改進(jìn)教學(xué)的方法，能夠較好地克服當(dāng)前高中物理教學(xué)中普遍存在的盲目性和隨意性，是優(yōu)化高中物理教學(xué)的很好策略。

參考文獻(xiàn)：

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[3]趙躍文.例談加涅任務(wù)分析圖表在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].物理教師，2013，34（5）：4-6.

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（欄目編輯 趙保鋼）endprint