任務(wù)驅(qū)動法在高中物理探究教學(xué)中的應(yīng)用
——以“氣體的等溫變化”為例

(江蘇省贛榆縣城頭高級中學(xué),江蘇 連云港 222131)

1 引言

任務(wù)驅(qū)動法在探究教學(xué)中的應(yīng)用,主要是以一個或幾個探究任務(wù)為教學(xué)的核心,在明確任務(wù)目標(biāo)的情況下,推動教學(xué)活動有序開展。在高中物理探究教學(xué)中應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動法，使教師的角色有了一些新的變化,需要從學(xué)生“學(xué)”的角度來設(shè)計任務(wù)，開展教學(xué)活動,不再是以教師的“教”為主,也就是從單向靜態(tài)灌輸方式朝著多向動態(tài)互動方式轉(zhuǎn)變。整個探究教學(xué)活動主要以解決任務(wù)為目標(biāo),師生依托合作、交流、互動的方式來完成任務(wù),學(xué)生能夠充分體驗到物理知識生成的過程,同時也有了更多實踐的機(jī)會。本文以“探究氣體等溫變化的規(guī)律”為例,探討任務(wù)驅(qū)動法在高中物理探究教學(xué)中的應(yīng)用策略,以培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新的能力,提高學(xué)生的科學(xué)思維以及實驗探究能力。

2 教學(xué)內(nèi)容和探究方法

探究“氣體等溫變化的規(guī)律”是人教版高中物理選修3-3中的教學(xué)內(nèi)容,裝置如圖1所示，實驗中用注射器封閉一定質(zhì)量的氣體,在溫度不變的情況下,研究壓強(qiáng)和體積的關(guān)系。但在實際教學(xué)中實驗效果并不理想,對于玻璃管外側(cè)的刻度,后面的學(xué)生很難看清楚,對于實驗操作過程中的一些注意事項,學(xué)生也無法感同身受。為此筆者嘗試采用分組實驗、任務(wù)驅(qū)動的方式,對實驗教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)。

圖1

在探究過程中主要引導(dǎo)學(xué)生對實驗裝置、獲取實驗數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行分析和改進(jìn)，通過分組活動讓學(xué)生完成以下任務(wù)：如何確定研究對象?如何控制溫度和氣體的質(zhì)量都不變?如何改變被封氣體的體積、壓強(qiáng)?空氣柱的橫截面積S是否需要測量?測量體積時誤差主要出現(xiàn)在哪里？怎樣減少這種誤差?通過具體的實驗操作,考查學(xué)生的動手操作能力和數(shù)據(jù)處理能力,發(fā)現(xiàn)問題并逐一進(jìn)行改進(jìn)。

3 實驗探究的任務(wù)分析

3.1 探究動機(jī)

有的學(xué)生對實驗探究本身就存在畏難情緒,并且還要在具體操作過程中找到實驗誤差的來源,改進(jìn)實驗裝置才能更準(zhǔn)確地獲取實驗數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)處理才能發(fā)現(xiàn)實驗規(guī)律。教師要多對學(xué)生進(jìn)行鼓勵,同時要設(shè)置貼近生活的物理情境,比如教師展示一個打足氣的氣球在高溫下炸裂的視頻，提問：用什么方法可使癟了的乒乓球恢復(fù)原狀？讓學(xué)生親自動手做一做,激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。

3.2 探究目標(biāo)

探究目標(biāo)就是學(xué)生要達(dá)到的終點，在探究中要以活動的目標(biāo)為依據(jù)展開教學(xué),安排探究的進(jìn)程等。探究教學(xué)的目標(biāo)根據(jù)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求可分為4個方面。

物理觀念:理解一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時壓強(qiáng)與體積的關(guān)系,學(xué)會通過實驗的手段研究問題,探究物理規(guī)律。

科學(xué)思維:培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力,敢于質(zhì)疑創(chuàng)新。

科學(xué)探究:通過實驗探究，發(fā)現(xiàn)問題并改進(jìn),獲取實驗數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評估,探究物理規(guī)律。

科學(xué)態(tài)度和責(zé)任:培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與實事求是的科學(xué)精神,在實驗探究過程中培養(yǎng)學(xué)生相互協(xié)作的精神,培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。

為了達(dá)到這4個方面的教學(xué)目標(biāo),將探究目標(biāo)拆分成如圖2所示的任務(wù)。

圖2

為了更好地達(dá)成目標(biāo),可把目標(biāo)任務(wù)1分成3個小任務(wù):(1) 分析要測量的物理量;(2) 設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格;(3) 分析數(shù)據(jù)的可靠性。前兩個任務(wù)學(xué)生很容易完成,第三個由于學(xué)生第一次接觸到壓力表,教師要適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生完成。目標(biāo)任務(wù)2也分成3個子任務(wù):(1) 測量體積時,誤差主要出在哪里？怎樣減少這種誤差?(2) 用壓力表測量壓強(qiáng)時誤差又在哪里?(3) 如何改進(jìn)實驗裝置，減小誤差?

3.3 探究內(nèi)容

探究的內(nèi)容有三方面：(1) 測量封閉氣體的體積和壓強(qiáng);(2) 對教科書給出的實驗裝置進(jìn)行分析,分析誤差來源,進(jìn)而改進(jìn)實驗裝置；(3) 根據(jù)所得的數(shù)據(jù)找出等溫變化的規(guī)律。其中測量體積方法很簡單,測量氣體壓強(qiáng)的方法有多種,比如教科書給的案例是利用壓力表,可改用壓強(qiáng)傳感器直接得到數(shù)據(jù)。學(xué)生前面已經(jīng)接觸到不少用圖像法處理數(shù)據(jù)的實驗,教師稍做引導(dǎo),學(xué)生就會想到除了表格法,還可以用圖像法處理本實驗的數(shù)據(jù)。

探究任務(wù)的難易程度會對學(xué)生所花費的時間產(chǎn)生直接影響,倘若任務(wù)過于簡單,則可能達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo);倘若任務(wù)難度太大,則學(xué)生可能無法在有限的時間完成,并影響學(xué)生的自信心和學(xué)習(xí)積極性。因此,在確定探究任務(wù)時,要充分了解學(xué)情，具體分析如下。

(1) 學(xué)生對科學(xué)探究的過程已有一定的基礎(chǔ),了解科學(xué)探究的一般方法和程序。能用控制變量法研究壓強(qiáng)、體積、溫度之間的關(guān)系,并能夠猜想溫度一定時壓強(qiáng)和體積的關(guān)系，對運(yùn)用圖像法處理數(shù)據(jù)有一定了解。

3.4 探究過程

實驗探究過程如圖3所示，探究過程是新知識生成的過程,在這個過程中教師要因勢利導(dǎo),保證探究任務(wù)的順利完成,同時,教師要及時對學(xué)生進(jìn)行評價,保證學(xué)習(xí)效果,特別是對探究任務(wù)完成后得出的規(guī)律要及時應(yīng)用,以保證目標(biāo)任務(wù)的完成,達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

圖3

4 任務(wù)完成情況

4.1 數(shù)據(jù)誤差的主要來源

根據(jù)實驗的目的,我們可以用注射器封閉一段空氣柱,然后用橡膠套把開口端密封,這樣就得到了一定質(zhì)量的氣體,同時可以通過注射器上刻度直接讀出氣體的體積。被封氣體的溫度與室溫近似相等,實驗時注意不能用手接觸玻璃器壁,以免影響注射器內(nèi)氣體的溫度。另外要緩慢拉動活塞,盡量保持氣體溫度不變。

4.2 改進(jìn)裝置后進(jìn)行實驗

改進(jìn)后的實驗裝置如圖4所示。改用容積大一些的注射器,可以得到多組體積的數(shù)據(jù)。測量壓強(qiáng)采用壓強(qiáng)傳感器，可利用計算機(jī)直接記錄和分析數(shù)據(jù)。同時利用DIS軟件的作圖功能畫出合適的圖像,通過數(shù)據(jù)擬合，可直接得到氣體等溫變化的規(guī)律。當(dāng)然這個裝置也有誤差(注射器和傳感器連接部分的體積),減小誤差的方法是用容積較大的注射器。

圖4

探究過程是新知識生成的過程,在這個過程中教師要因勢利導(dǎo),保證探究任務(wù)的順利完成,同時,教師要及時對學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行評價，對探究任務(wù)完成后得出的規(guī)律要及時應(yīng)用,保證目標(biāo)任務(wù)的完成,以便達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

通過分析終點目標(biāo),發(fā)現(xiàn)學(xué)生任務(wù)完成情況較好,通過練習(xí)題檢測學(xué)生對等溫變化規(guī)律的理解程度,發(fā)現(xiàn)學(xué)生掌握得不錯,說明任務(wù)驅(qū)動法在探究課中應(yīng)用有較好的效果。

5 結(jié)語

在物理探究教學(xué)中應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動法，注重引導(dǎo)學(xué)生自主“發(fā)現(xiàn)”物理規(guī)律,教師在任務(wù)的選擇和布置時要根據(jù)學(xué)生的實際情況，進(jìn)行適時的指導(dǎo),確保學(xué)生能夠緊緊圍繞任務(wù)開展活動,為達(dá)到終點目標(biāo)架起橋梁。