任务分析在规律教学设计中的应用

孙佳琪+陈刚

摘 要：任务分析法是教学设计中非常有效的一种方法。本文以《牛顿第二定律》课堂教学设计为例，说明任务分析法在物理规律教学方案的设计时，实验方案、实验装置、实验数据、测量方式的选择时，教学方法的选取时都具有指导意义。

关键字：任务分析；规律教学；教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）9（S）-0063-5

一般教师在进行教学设计、决定教学决策的过程中往往以教材内容、课程标准、教学经验为基准，但这类传统的做法可能会带来一些弊端。例如：教了本来可以不用教的东西，反而由于混乱的教学内容使学生不能集中精力解决中心任务；又或是遗漏了一些关键的先决条件：作为学科领域“专家”的教师看待问题的视角不同于该领域还是“新手”的学生，教师从经验出发往往会忽视学生在完成该学习内容习的过程中先决条件的不足。

而任务分析法正好规避了这些弊端，有效帮助教师站在学生的立场上，以学生为学习主体，更加细致地考虑教学规划、教学传递以及教学诊断三个方面的教学决策。

本文以“人教版”《物理》必修一《第四章》第三节《牛顿第二定律》为例说明任务分析法在学生实验教学设计中的实施。

1 物理规律教学与任务分析

物理规律是物理现象、过程在一定条件下发生、发展与变化的必然趋势及其本质联系的反映。物理现象和物理过程存在着各种联系，有些联系是必然的、本质的，但有些联系是片面的、偶然的。而物理规律正是描述有关的物理概念之间的必然联系。

例如：本文中设计的《牛顿第二定律》，牛顿第二定律是描述质点、力、质量、加速度等概念之间的关系。从现象来看，一个物体的加速度是否为零与这个物体的质量、材料、大小、形状、所处环境、受力情况等都有着千丝万缕的关系，但细想之下，这些关系中有的只起到片面的、不稳定的、偶然的作用；只有“受到一个不为零的合外力作用才会产生不为零的加速度”才是物体加速度与合外力间的本质关系。

在应用任务分析进行物理规律教学时，一般遵循以下步骤：

1.1 写出图式

1781年，德国哲学康德（Kant）在《纯粹理性批判》中提出了“图式”概念，认为“先验图式”是把感性直观与知性纯粹概念联系起来的第三者。在皮连生教授的《学与教的心理学》中指出：图式如同围绕某个主题组织起来的认知框架或认知结构，是一些观念及其关系的集合。而在陈刚教授的《物理教学设计》中对物理规律图式加以了总结，按照图式迅速捕捉规律的关键点，一一填入对应的位置。于是，对物理规律的认识，可从以下几个方面入手：

内容： 。

物理对象或过程： 。

存在规律： 。

表达式： 。

适用范围： 。

应用实例： 。

1.2 分析获得结论

1.2.1 结论获得的逻辑过程

在获得所要习得的物理规律的图式之后，我们要进行分析教学任务最终所要获得的结论，此时要注意分析结论获得的逻辑过程。

物理规律反映了物理概念间的本质或因果关系，学生在学习物理规律时需要通过自己的思维活动主动建立这些概念的本质或形成概念间的因果关系。而在物理学习中，学生需要运用特定的推理方式来建立这些联系（表1）。

习得物理规律意义的推理方式有两种，一为归纳推理，二为演绎推理。对于归纳推理，十九世纪英国逻辑学家穆勒提出了探究因果关系时的五种推理方法，即穆勒五法。包括求同法、差异法、共变法、求同求异法、剩余法。对于演绎推理，最基本的是三段论。三段论分别由大前提、小前提、结论三个命题构成。一般有两种形式：

①肯定前件式

大前提： P→q

小前提： P

结论： q

②否定后件式

大前提： P→q

小前提： -q

结论： -P

例如：“牛顿第二定律”最终需要获得的结论是“物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。”由于此规律涉及物体质量、运动加速度、合外力等多变量之间的关系，根据之前习得的经验，我们自然而然会选择用控制变量法进行实验，以获得必要的信息。

1.2 分析信息来源的途径、各环节子任务及其策略

在明确需要获得的结论以及获得该结论的逻辑过程之后，我们需要考虑获得这个结论需要怎样的信息，这些信息应当在怎样的条件下通过何种过程获取，这些信息经过什么加工方式才能转化为学生认知结构中的一部分，被学生意义习得。

换言之，在任务分析中，除了要分析课堂教学的最终目的，也要分析、明确该教学目标所必要的先行条件（即，各个使能目标）及其顺序关系。加涅把学习条件分为必要条件和支持性条件，通过对先决条件加以分析，将学习目标与任务转换为层级形式，这种“自下而上”的分析目的在于保证学习始终处于学生的最近发展区。

因此，在《牛顿第二定律》一课的任务分析中，我们也需要进行如下环节：

【猜测】

物体运动的加速度大小与合外力有关、与质量有关。

【规划方案】

运用控制变量法研究运动加速度大小分别与合外力大小、物体质量之间的关系（表2）。

1.3 设计规律教学方案

如何实现最终目标：提供信息获得的条件，设计信息获得的过程是这一阶段的重中之重。呈现怎样的物理现象才能承载需要习得的物理规律，通过何种方式控制物理现象从而研究物理规律，如何从现实体验中获取抽象理性的信息进行加工……这些都是设计教学方案时需要着重思考的问题。

2 物理规律的必要信息来源

必要的科学探究活动为教学提供了各种信息来源，科学探究活动一般具有七个要素：①提出问题；②猜想与假设；③制定计划与设计实验；④进行实验与收集证据；⑤分析与论证；⑥评估；⑦交流与合作。

物理学科中的科学探究活动即为物理实验。根据探究活动的几个要素可以获得物理实验几个必不可缺的过程：①提出问题；②猜想与假设；③规划方案，确定实验步骤；④收集、记录数据；⑤处理数据，分析数据，得出结论。

合理的物理实验在规律课堂教学中为结论的获得提供了必要的信息，同时物理实验的逻辑过程也为规律课堂的教学方案设计提供了恰当的思路。而任务分析法又在实验装置、教学方法的选择过程中起着指导作用。

3 实验设计中的任务分析

物理实验提供了获得结论的必要信息，但由于物理原理不同，物理量呈现方式不同，物理量的测量原理，不同的数据处理方式不同等等原因会形成各种形式的实验设计方案。任务分析法便可以有效指导教师在这些多样的实验设计方案中进行选择。

以《牛顿第二定律》为例，可以运用控制变量法，引导学生分别设计实验，探究物体运动的加速度分别与物体质量以及物体所受合外力之间的关系。引导学生运用图像法来直观描述加速度与力、质量之间的关系。并利用实验结果，根据已有的认知策略归纳出实验结论。

【设计实验】（表3）

这个实验中的难点便在于如何获得与测量加速度。我们可以直接测量加速度，也可以通过转换法间接测量加速度。我们可以利用加速度传感器直接测量加速度，也可以通过时间、位移之间的数量关系间接得到运动过程中加速度的大小。

不同的测量工具可以提供不同的测量方法，例如，“人教版”教材中采用电磁打点计时器进行测量，而“沪科版”教材提供使用传感器测量加速度的方法。此时，教师可以利用任务分析法来研究究竟采用哪种测量方法。

首先，由于学生并没有接触过传感器，并不了解传感器复杂的工作原理，不清楚运动信号或是力信号是如何转化为电信号，又是如何在计算机中转化为图像信号显示出来的。除非教师将传感器的工作原理事先分析清楚，才能采取利用传感器测量的方法进行课堂教学，否则，实验得到的数据无法让学生信服就是此次运动的加速度或速度与时间的数量关系。

而在之前运动学的学习过程中，学生已经学习了电磁打点计时器的工作原理，也确信纸带上的点即为小车加速运动过程中相同时间间隔时的运动位移。因此可以得到如下的实验步骤与测量方法（表4）。

【处理数据，获得结论】

不同的实验数据处理原理也提供了不同的数据处理方法与思路，此时同样可以运用任务分析法进行比较，从而选择最为合适的数据处理方法。

（1）数据整理

在获得类似于表5所示的加速度与外力、质量的数据之后，我们可以运用作图法进行数据整理，以便得到科学的结论。物理学中常用作图法研究物理量间关系，对实验数据进行整理。作图法的基本步骤如下：

①在方格纸上（如条件允许）画出一条水平线（x轴）和一条垂直线（y轴）。

②给x轴标上自变量名称，给y轴标上应变量名称，并标明单位。

③在两条轴上分别标上刻度，注意单位数值的间距要相同，数值范围要能包含所有实验数据。

④把每一个数据在图中所对应点标出。

⑤用实线连接各个数据点。在某些情况下，可能需要画出一条能反映数据总趋势的直线，这条线应处于所有点的中间，使线上、下的点大致相同。

⑥如果是曲线，那么可以设法对其中一个物理量做变换（如：1/m），然后将变换后的物理量与另一个待研究物理量，通过作图，观察是否是直线来确定两个物理量间的关系。

如果曲线近似双曲线，那选择一个量的变化方式取倒数，若图线变为直线，说明其是与倒数成正比；

如果曲线近似抛物线，那选择一个量的变化方式取平方、开方、立方等，若图像变为直线，则其与平方、开方成正比。

（2）获得结论（演绎、归纳等）

4 小 结

任务分析可以将复杂的学习任务分解成一系列子任务，并梳理出完成各项子任务所需要的必要技能，以学生的起点能力为着力点，生长出新的知识技能，使新技能与学生心理结构形成实质性非人为联系。

将任务分析应用于学生实验教学设计中，可以将复杂的实验过程简单化，以合理的顺序进行各个实验子过程，并明确各过程之间的关系。

将学生起点能力与教学重点能力之间建构起意义联系，无论是由教师传授还是由学生自主探究，不同的教学组织形式只是不同的建构途径或者不同的信息承载方式。教师教学活动的目标在于学生能在已有的认知结构中提取相关的必要技能，并能识别出相关概念与能力，调取相应认知方法，将学习终点能力吸纳入认知结构，并能表现出习得该能力的外显行为。

任务分析法不仅有助于教师设计规律课的教学组织过程，帮助教师了解学生的起点能力，规划合理有效的路径，巩固各使能目标的必要技能，提高新知识习得过程的有效性。同时还能帮助教师及时发现学生必要技能的不足或起点能力的高低，以便做出及时合理的补救措施，在万事具备的基础上进行合理教学。任务分析法也有利于学生对自我能力的分析，增强实验过程的逻辑性，更好的学习、掌握新技能。

参考文献：

[1]盛群力.教学设计[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]皮连生.学与教的心理学[M].上海：华东师范大学出版社，2003.

[3]陈刚.物理教学设计[M].上海：华东师范大学出版社， 2009.

[4]吴红耕，皮连生.任务分析与教师的教学技能成长[J].心理科学，2004，（1）：66.

[5]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理必修第一册 [M].北京：人民教育出版社，2010.

[6]束炳如，何润伟.普通高中课程标准实验教科书物理共同必修第一册 [M].上海：上海科技教育出版社，2007.

（栏目编辑 邓 磊）

必要的科学探究活动为教学提供了各种信息来源，科学探究活动一般具有七个要素：①提出问题；②猜想与假设；③制定计划与设计实验；④进行实验与收集证据；⑤分析与论证；⑥评估；⑦交流与合作。

物理学科中的科学探究活动即为物理实验。根据探究活动的几个要素可以获得物理实验几个必不可缺的过程：①提出问题；②猜想与假设；③规划方案，确定实验步骤；④收集、记录数据；⑤处理数据，分析数据，得出结论。

合理的物理实验在规律课堂教学中为结论的获得提供了必要的信息，同时物理实验的逻辑过程也为规律课堂的教学方案设计提供了恰当的思路。而任务分析法又在实验装置、教学方法的选择过程中起着指导作用。

3 实验设计中的任务分析

物理实验提供了获得结论的必要信息，但由于物理原理不同，物理量呈现方式不同，物理量的测量原理，不同的数据处理方式不同等等原因会形成各种形式的实验设计方案。任务分析法便可以有效指导教师在这些多样的实验设计方案中进行选择。

以《牛顿第二定律》为例，可以运用控制变量法，引导学生分别设计实验，探究物体运动的加速度分别与物体质量以及物体所受合外力之间的关系。引导学生运用图像法来直观描述加速度与力、质量之间的关系。并利用实验结果，根据已有的认知策略归纳出实验结论。

【设计实验】（表3）

这个实验中的难点便在于如何获得与测量加速度。我们可以直接测量加速度，也可以通过转换法间接测量加速度。我们可以利用加速度传感器直接测量加速度，也可以通过时间、位移之间的数量关系间接得到运动过程中加速度的大小。

不同的测量工具可以提供不同的测量方法，例如，“人教版”教材中采用电磁打点计时器进行测量，而“沪科版”教材提供使用传感器测量加速度的方法。此时，教师可以利用任务分析法来研究究竟采用哪种测量方法。

首先，由于学生并没有接触过传感器，并不了解传感器复杂的工作原理，不清楚运动信号或是力信号是如何转化为电信号，又是如何在计算机中转化为图像信号显示出来的。除非教师将传感器的工作原理事先分析清楚，才能采取利用传感器测量的方法进行课堂教学，否则，实验得到的数据无法让学生信服就是此次运动的加速度或速度与时间的数量关系。

而在之前运动学的学习过程中，学生已经学习了电磁打点计时器的工作原理，也确信纸带上的点即为小车加速运动过程中相同时间间隔时的运动位移。因此可以得到如下的实验步骤与测量方法（表4）。

【处理数据，获得结论】

不同的实验数据处理原理也提供了不同的数据处理方法与思路，此时同样可以运用任务分析法进行比较，从而选择最为合适的数据处理方法。

（1）数据整理

在获得类似于表5所示的加速度与外力、质量的数据之后，我们可以运用作图法进行数据整理，以便得到科学的结论。物理学中常用作图法研究物理量间关系，对实验数据进行整理。作图法的基本步骤如下：

①在方格纸上（如条件允许）画出一条水平线（x轴）和一条垂直线（y轴）。

②给x轴标上自变量名称，给y轴标上应变量名称，并标明单位。

③在两条轴上分别标上刻度，注意单位数值的间距要相同，数值范围要能包含所有实验数据。

④把每一个数据在图中所对应点标出。

⑤用实线连接各个数据点。在某些情况下，可能需要画出一条能反映数据总趋势的直线，这条线应处于所有点的中间，使线上、下的点大致相同。

⑥如果是曲线，那么可以设法对其中一个物理量做变换（如：1/m），然后将变换后的物理量与另一个待研究物理量，通过作图，观察是否是直线来确定两个物理量间的关系。

如果曲线近似双曲线，那选择一个量的变化方式取倒数，若图线变为直线，说明其是与倒数成正比；

如果曲线近似抛物线，那选择一个量的变化方式取平方、开方、立方等，若图像变为直线，则其与平方、开方成正比。

（2）获得结论（演绎、归纳等）

4 小 结

任务分析可以将复杂的学习任务分解成一系列子任务，并梳理出完成各项子任务所需要的必要技能，以学生的起点能力为着力点，生长出新的知识技能，使新技能与学生心理结构形成实质性非人为联系。

将任务分析应用于学生实验教学设计中，可以将复杂的实验过程简单化，以合理的顺序进行各个实验子过程，并明确各过程之间的关系。

将学生起点能力与教学重点能力之间建构起意义联系，无论是由教师传授还是由学生自主探究，不同的教学组织形式只是不同的建构途径或者不同的信息承载方式。教师教学活动的目标在于学生能在已有的认知结构中提取相关的必要技能，并能识别出相关概念与能力，调取相应认知方法，将学习终点能力吸纳入认知结构，并能表现出习得该能力的外显行为。

任务分析法不仅有助于教师设计规律课的教学组织过程，帮助教师了解学生的起点能力，规划合理有效的路径，巩固各使能目标的必要技能，提高新知识习得过程的有效性。同时还能帮助教师及时发现学生必要技能的不足或起点能力的高低，以便做出及时合理的补救措施，在万事具备的基础上进行合理教学。任务分析法也有利于学生对自我能力的分析，增强实验过程的逻辑性，更好的学习、掌握新技能。

参考文献：

[1]盛群力.教学设计[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]皮连生.学与教的心理学[M].上海：华东师范大学出版社，2003.

[3]陈刚.物理教学设计[M].上海：华东师范大学出版社， 2009.

[4]吴红耕，皮连生.任务分析与教师的教学技能成长[J].心理科学，2004，（1）：66.

[5]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理必修第一册 [M].北京：人民教育出版社，2010.

[6]束炳如，何润伟.普通高中课程标准实验教科书物理共同必修第一册 [M].上海：上海科技教育出版社，2007.

（栏目编辑 邓 磊）

必要的科学探究活动为教学提供了各种信息来源，科学探究活动一般具有七个要素：①提出问题；②猜想与假设；③制定计划与设计实验；④进行实验与收集证据；⑤分析与论证；⑥评估；⑦交流与合作。

物理学科中的科学探究活动即为物理实验。根据探究活动的几个要素可以获得物理实验几个必不可缺的过程：①提出问题；②猜想与假设；③规划方案，确定实验步骤；④收集、记录数据；⑤处理数据，分析数据，得出结论。

合理的物理实验在规律课堂教学中为结论的获得提供了必要的信息，同时物理实验的逻辑过程也为规律课堂的教学方案设计提供了恰当的思路。而任务分析法又在实验装置、教学方法的选择过程中起着指导作用。

3 实验设计中的任务分析

物理实验提供了获得结论的必要信息，但由于物理原理不同，物理量呈现方式不同，物理量的测量原理，不同的数据处理方式不同等等原因会形成各种形式的实验设计方案。任务分析法便可以有效指导教师在这些多样的实验设计方案中进行选择。

以《牛顿第二定律》为例，可以运用控制变量法，引导学生分别设计实验，探究物体运动的加速度分别与物体质量以及物体所受合外力之间的关系。引导学生运用图像法来直观描述加速度与力、质量之间的关系。并利用实验结果，根据已有的认知策略归纳出实验结论。

【设计实验】（表3）

这个实验中的难点便在于如何获得与测量加速度。我们可以直接测量加速度，也可以通过转换法间接测量加速度。我们可以利用加速度传感器直接测量加速度，也可以通过时间、位移之间的数量关系间接得到运动过程中加速度的大小。

不同的测量工具可以提供不同的测量方法，例如，“人教版”教材中采用电磁打点计时器进行测量，而“沪科版”教材提供使用传感器测量加速度的方法。此时，教师可以利用任务分析法来研究究竟采用哪种测量方法。

首先，由于学生并没有接触过传感器，并不了解传感器复杂的工作原理，不清楚运动信号或是力信号是如何转化为电信号，又是如何在计算机中转化为图像信号显示出来的。除非教师将传感器的工作原理事先分析清楚，才能采取利用传感器测量的方法进行课堂教学，否则，实验得到的数据无法让学生信服就是此次运动的加速度或速度与时间的数量关系。

而在之前运动学的学习过程中，学生已经学习了电磁打点计时器的工作原理，也确信纸带上的点即为小车加速运动过程中相同时间间隔时的运动位移。因此可以得到如下的实验步骤与测量方法（表4）。

【处理数据，获得结论】

不同的实验数据处理原理也提供了不同的数据处理方法与思路，此时同样可以运用任务分析法进行比较，从而选择最为合适的数据处理方法。

（1）数据整理

在获得类似于表5所示的加速度与外力、质量的数据之后，我们可以运用作图法进行数据整理，以便得到科学的结论。物理学中常用作图法研究物理量间关系，对实验数据进行整理。作图法的基本步骤如下：

①在方格纸上（如条件允许）画出一条水平线（x轴）和一条垂直线（y轴）。

②给x轴标上自变量名称，给y轴标上应变量名称，并标明单位。

③在两条轴上分别标上刻度，注意单位数值的间距要相同，数值范围要能包含所有实验数据。

④把每一个数据在图中所对应点标出。

⑤用实线连接各个数据点。在某些情况下，可能需要画出一条能反映数据总趋势的直线，这条线应处于所有点的中间，使线上、下的点大致相同。

⑥如果是曲线，那么可以设法对其中一个物理量做变换（如：1/m），然后将变换后的物理量与另一个待研究物理量，通过作图，观察是否是直线来确定两个物理量间的关系。

如果曲线近似双曲线，那选择一个量的变化方式取倒数，若图线变为直线，说明其是与倒数成正比；

如果曲线近似抛物线，那选择一个量的变化方式取平方、开方、立方等，若图像变为直线，则其与平方、开方成正比。

（2）获得结论（演绎、归纳等）

4 小 结

任务分析可以将复杂的学习任务分解成一系列子任务，并梳理出完成各项子任务所需要的必要技能，以学生的起点能力为着力点，生长出新的知识技能，使新技能与学生心理结构形成实质性非人为联系。

将任务分析应用于学生实验教学设计中，可以将复杂的实验过程简单化，以合理的顺序进行各个实验子过程，并明确各过程之间的关系。

将学生起点能力与教学重点能力之间建构起意义联系，无论是由教师传授还是由学生自主探究，不同的教学组织形式只是不同的建构途径或者不同的信息承载方式。教师教学活动的目标在于学生能在已有的认知结构中提取相关的必要技能，并能识别出相关概念与能力，调取相应认知方法，将学习终点能力吸纳入认知结构，并能表现出习得该能力的外显行为。

任务分析法不仅有助于教师设计规律课的教学组织过程，帮助教师了解学生的起点能力，规划合理有效的路径，巩固各使能目标的必要技能，提高新知识习得过程的有效性。同时还能帮助教师及时发现学生必要技能的不足或起点能力的高低，以便做出及时合理的补救措施，在万事具备的基础上进行合理教学。任务分析法也有利于学生对自我能力的分析，增强实验过程的逻辑性，更好的学习、掌握新技能。

参考文献：

[1]盛群力.教学设计[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]皮连生.学与教的心理学[M].上海：华东师范大学出版社，2003.

[3]陈刚.物理教学设计[M].上海：华东师范大学出版社， 2009.

[4]吴红耕，皮连生.任务分析与教师的教学技能成长[J].心理科学，2004，（1）：66.

[5]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理必修第一册 [M].北京：人民教育出版社，2010.

[6]束炳如，何润伟.普通高中课程标准实验教科书物理共同必修第一册 [M].上海：上海科技教育出版社，2007.

（栏目编辑 邓 磊）