“任務(wù)中心”：基于核心素養(yǎng)的初中科學(xué)教學(xué)設(shè)計
——以“浮力”復(fù)習(xí)課為例

□葛元鐘

（杭州市行知中學(xué)，浙江杭州 310014）

2014 年教育部印發(fā)《關(guān)于全面深化課程改革 落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》，提出“將組織研究提出各學(xué)段學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系，明確學(xué)生應(yīng)具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力”[1]?？茖W(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受科學(xué)教育過程中逐步形成的，是科學(xué)學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)。

問題解決能力是適應(yīng)個人終身發(fā)展的關(guān)鍵能力。如果我們的課堂能設(shè)計一些學(xué)生通過所學(xué)知識可以完成的任務(wù)，會明顯提高學(xué)生的探究熱情和探索興趣，有效防止假探究。

梅瑞爾教授于2002年正式提出了首要教學(xué)原理，并多年致力于課堂有效教學(xué)的研究[2]。為了提高課堂教學(xué)有效性，我們汲取首要教學(xué)理論，嘗試建立以任務(wù)為中心的課堂教學(xué)設(shè)計：教師帶領(lǐng)學(xué)生使用核心知識點(diǎn)，利用一定的科學(xué)思維，解決日常情境中的實(shí)際問題，促使學(xué)生對科學(xué)觀念的深度理解和靈活應(yīng)用。進(jìn)行基于任務(wù)的教學(xué)設(shè)計一般在學(xué)生初步掌握科學(xué)知識后效果更好。

一、“任務(wù)中心”課堂的特征和設(shè)計原則

（一）“任務(wù)中心”課堂的特征

“初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)”指出：“教師要注意從學(xué)生熟悉的和感興趣的事物出發(fā)，聯(lián)系生活實(shí)際，充分利用各種器具和材料開展活動；重視學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，關(guān)注他們的思維過程和行為方式，引導(dǎo)他們‘動手’和‘動腦’相結(jié)合，主動思考問題，自己設(shè)計研究方案，思考事實(shí)證據(jù)和科學(xué)結(jié)論之間的關(guān)系”[3]。本文所指的任務(wù)應(yīng)有以下幾個特征。

任務(wù)的情境應(yīng)來源于生活，任務(wù)中所需要解決的問題是基于生活提出的。學(xué)生通過完成任務(wù)加深科學(xué)知識在生活實(shí)際中的應(yīng)用體驗(yàn)。

任務(wù)包含核心知識。核心知識是知識的主干，是課標(biāo)上要求達(dá)到理解和應(yīng)用級別的，對今后的學(xué)習(xí)會產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，是形成關(guān)鍵能力過程中必須掌握的。課堂中完成任務(wù)的前提是對核心知識深刻理解，這是順利完成任務(wù)的保障。

任務(wù)蘊(yùn)含著科學(xué)思維和科學(xué)方法。科學(xué)思維是物理核心素養(yǎng)的重要方面，包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素[4]。在任務(wù)中心教學(xué)設(shè)計中除了關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，也要注重培養(yǎng)觀察、分類、推測、測量、模型、比較、類比等科學(xué)方法。

（二）“任務(wù)中心”課堂的設(shè)計原則

課堂中所設(shè)計的任務(wù)要有吸引力。一個來自學(xué)生生活場景、平時沒有深入研究的任務(wù)容易引起學(xué)生注意，引發(fā)思維沖突，從而激發(fā)完成任務(wù)的強(qiáng)烈動機(jī)。

課堂中所設(shè)計的任務(wù)要有一定難度，具有挑戰(zhàn)性。學(xué)生在掌握核心知識、理解科學(xué)方法后需要融會貫通才能去解決問題，完成任務(wù)。任務(wù)之間要有關(guān)聯(lián)，難度逐漸增加，思維逐漸深入，具有遞進(jìn)的挑戰(zhàn)性任務(wù)能加快學(xué)生大腦中知識和方法的融合。

二、“任務(wù)中心”課堂的應(yīng)用

（一）確立基于核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)

“初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)”要求學(xué)生掌握阿基米德原理和浮沉條件，并提出活動建議：探究物體受到的浮力大小與哪些因素有關(guān)，制作“升空氣球”。由于“浮沉子”可以用來演示液體浮力、可以說明氣體具有可壓縮性，同時也顯示液體對壓強(qiáng)的傳遞，因此，我們嘗試增加“沉浮子的制作”進(jìn)行浮力的復(fù)習(xí)，達(dá)到比較好的效果。

在設(shè)計任務(wù)前要基于核心素養(yǎng)明確教學(xué)目標(biāo)，如表1所示。

表1 基于核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)

（二）根據(jù)目標(biāo)設(shè)計可操作的任務(wù)組

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，精心設(shè)計一些學(xué)生能進(jìn)行實(shí)際操作、教師能及時評價指導(dǎo)、有梯度的任務(wù)。在“浮沉子的制作”教學(xué)中，可以設(shè)計以下三個任務(wù)。

任務(wù)一 用小藍(lán)瓶、礦泉水瓶制作一個簡易浮沉子

（1）觀察教師的簡易浮沉子演示，如圖1A所示。實(shí)驗(yàn)以魔術(shù)的方式呈現(xiàn)，旨在吸引學(xué)生的注意，并引導(dǎo)學(xué)生觀察浮沉子上下移動和手的擠壓之間的關(guān)系。

（2）對浮沉子中的小藍(lán)瓶進(jìn)行受力分析。將小藍(lán)瓶和瓶內(nèi)空氣看成一個整體，作為研究對象進(jìn)行受力分析，設(shè)計表格進(jìn)行記錄和研究。

圖1

如圖1B 所示，在礦泉水瓶沒有受到擠壓時，小藍(lán)瓶受到的重力和浮力是一對平衡力。

如圖1C 所示，當(dāng)?shù)V泉水瓶受到手的擠壓后，礦泉水瓶內(nèi)的空氣壓強(qiáng)增加，液體對壓強(qiáng)的傳遞導(dǎo)致小藍(lán)瓶內(nèi)的氣壓增加，排開液體的體積減小，浮力減小，小藍(lán)瓶通過下沉來增加排開液體的體積從而使浮力增加形成新的二力平衡，這個過程要持續(xù)到小藍(lán)瓶全部浸沒。

如圖1D 所示，浸沒后進(jìn)一步擠壓礦泉水瓶，排開液體的體積減小，受到水的浮力減小，小藍(lán)瓶的下沉不能增加排開液體的體積，浮力不變，與重力不能達(dá)到新的平衡，小藍(lán)瓶沉到礦泉水瓶的底部，獲得一個向上的支持力，再次達(dá)到平衡狀態(tài)。

浮沉子原理較為復(fù)雜，關(guān)聯(lián)到多個動態(tài)過程，教師僅僅用講授法進(jìn)行現(xiàn)象和原理的講解，難有好的教學(xué)效果。如果用表格法學(xué)生更容易整體把握實(shí)驗(yàn)過程：每個階段一行，第一列是操作，第二、三列是操作后觀察到的現(xiàn)象，第四列是對現(xiàn)象的解釋，如表2所示。

表2 以小藍(lán)瓶和瓶內(nèi)空氣為研究對象進(jìn)行分析

（3）學(xué)生動手制作簡易浮沉子。學(xué)生在浮沉子的制作和分析過程中有這樣幾個問題：手?jǐn)D壓水瓶后，藍(lán)瓶內(nèi)的氣體體積變化不明顯，導(dǎo)致學(xué)生不能準(zhǔn)確描述現(xiàn)象；對小藍(lán)瓶停留在液體內(nèi)某一位置有難度。針對問題，引出第二個任務(wù)：浮沉子實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)。

任務(wù)二 浮沉子實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

為了激發(fā)學(xué)生思維，安排了以下幾個步驟引導(dǎo)學(xué)生對浮沉子實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

（1）思考任務(wù)一中所制作的浮沉子有哪些不足。

（2）思考如何改進(jìn)從而克服不足。

（3）思考并歸納浮沉子的制作及操作要點(diǎn)。

任務(wù)二的重點(diǎn)是評價和改進(jìn)，針對任務(wù)一中的不完美，提出自己的改進(jìn)意見。

如小藍(lán)瓶內(nèi)液體變化難以清晰觀察，學(xué)生通過討論建議將小藍(lán)瓶改成膠頭滴管。膠頭滴管管子細(xì)，液體變化明顯；膠頭內(nèi)部的空氣比較多，容易壓縮，膠頭滴管停留在液體內(nèi)任一位置的操作也比較方便。實(shí)踐檢驗(yàn)改成膠頭滴管后，不僅成功率提高，所用的時間也大大縮短。

針對實(shí)驗(yàn)室提供的礦泉水瓶表面有凹凸的線條影響觀察，學(xué)生通過討論建議更換礦泉水瓶。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，更換礦泉水瓶后實(shí)驗(yàn)可視性大大提高。

在浮沉子的制作及操作要點(diǎn)這個環(huán)節(jié)中，學(xué)生提出膠頭滴管要先吸入一點(diǎn)液體，讓膠頭只是露出一點(diǎn)點(diǎn)在水面上成功率會更高。任務(wù)培養(yǎng)了學(xué)生的評價高階思維能力，由于任務(wù)更接近生產(chǎn)實(shí)際情境，因此這個環(huán)節(jié)顯得更有價值和意義。

任務(wù)三 根據(jù)器材設(shè)計浮沉子

根據(jù)課堂內(nèi)提供的大試管、吸管、細(xì)鐵絲、回形針、雙面膠等器材，要求學(xué)生根據(jù)所供器材設(shè)計并制作一個浮沉子。通過這個任務(wù)來培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。讓人欣喜的是，在這個環(huán)節(jié)中，許多學(xué)生都能夠?qū)⒆雷由系钠鞑倪M(jìn)行組合，設(shè)計并制作出一個個能夠成功展示的浮沉子。

在課堂上根據(jù)目標(biāo)設(shè)計的三個任務(wù)雖然都是制作浮沉子，但任務(wù)之間不是簡單地重復(fù)和熟練，而是經(jīng)歷了模仿、改進(jìn)、設(shè)計三個有梯度的過程，三個任務(wù)之間的關(guān)系是層層遞進(jìn)的，每個任務(wù)指向不同的核心素養(yǎng)。如表3所示，從思維維度分析，任務(wù)一著重在建立模型及現(xiàn)象的分析和推理，任務(wù)二著重在綜合分析、評價能力的培養(yǎng)，任務(wù)三則是創(chuàng)新能力培訓(xùn)和開放性思維訓(xùn)練。

表3 三個任務(wù)中的不同維度科學(xué)核心素養(yǎng)分析

（三）給任務(wù)組創(chuàng)設(shè)生活情境

任務(wù)情境必須來源于生活，好的情境可以加深學(xué)生對科學(xué)知識在生活實(shí)際中的應(yīng)用體驗(yàn)?！膀札?zhí)枴笔且凰矣芍袊孕性O(shè)計、自主集成研制的載人潛水器。2010年“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器在中國南海中最大下潛深度達(dá)到了7020米。“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器可以成為“浮沉子的制作”的導(dǎo)入情境，學(xué)了“浮沉子的制作”可以更好地理解和解釋“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器的工作原理，讓學(xué)生覺得這節(jié)課的探究學(xué)習(xí)和動手實(shí)驗(yàn)是有意義的，學(xué)到的知識、提高的能力可以創(chuàng)造更美好的未來。

科學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)不是一朝一夕能養(yǎng)成的，它是在接受科學(xué)教育過程中逐步形成的；對學(xué)生核心素養(yǎng)的評價應(yīng)該著眼學(xué)生的個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要，進(jìn)行多角度考量。基于核心素養(yǎng)進(jìn)行的科學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計，一定能在學(xué)生身上培養(yǎng)出適應(yīng)未來社會的必備品格和關(guān)鍵能力。□◢