任务驱动法在高中物理探究教学中的应用——以“气体的等温变化”为例

(江苏省赣榆县城头高级中学,江苏 连云港 222131)

1 引言

任务驱动法在探究教学中的应用,主要是以一个或几个探究任务为教学的核心,在明确任务目标的情况下,推动教学活动有序开展。在高中物理探究教学中应用任务驱动法，使教师的角色有了一些新的变化,需要从学生“学”的角度来设计任务，开展教学活动,不再是以教师的“教”为主,也就是从单向静态灌输方式朝着多向动态互动方式转变。整个探究教学活动主要以解决任务为目标,师生依托合作、交流、互动的方式来完成任务,学生能够充分体验到物理知识生成的过程,同时也有了更多实践的机会。本文以“探究气体等温变化的规律”为例,探讨任务驱动法在高中物理探究教学中的应用策略,以培养学生自主创新的能力,提高学生的科学思维以及实验探究能力。

2 教学内容和探究方法

探究“气体等温变化的规律”是人教版高中物理选修3-3中的教学内容,装置如图1所示，实验中用注射器封闭一定质量的气体,在温度不变的情况下,研究压强和体积的关系。但在实际教学中实验效果并不理想,对于玻璃管外侧的刻度,后面的学生很难看清楚,对于实验操作过程中的一些注意事项,学生也无法感同身受。为此笔者尝试采用分组实验、任务驱动的方式,对实验教学进行改进。

图1

在探究过程中主要引导学生对实验装置、获取实验数据的方法进行分析和改进，通过分组活动让学生完成以下任务：如何确定研究对象?如何控制温度和气体的质量都不变?如何改变被封气体的体积、压强?空气柱的横截面积S是否需要测量?测量体积时误差主要出现在哪里？怎样减少这种误差?通过具体的实验操作,考查学生的动手操作能力和数据处理能力,发现问题并逐一进行改进。

3 实验探究的任务分析

3.1 探究动机

有的学生对实验探究本身就存在畏难情绪,并且还要在具体操作过程中找到实验误差的来源,改进实验装置才能更准确地获取实验数据,通过数据处理才能发现实验规律。教师要多对学生进行鼓励,同时要设置贴近生活的物理情境,比如教师展示一个打足气的气球在高温下炸裂的视频，提问：用什么方法可使瘪了的乒乓球恢复原状？让学生亲自动手做一做,激发学生的好奇心和求知欲。

3.2 探究目标

探究目标就是学生要达到的终点，在探究中要以活动的目标为依据展开教学,安排探究的进程等。探究教学的目标根据物理学科核心素养的培养要求可分为4个方面。

物理观念:理解一定质量的气体在温度不变时压强与体积的关系,学会通过实验的手段研究问题,探究物理规律。

科学思维:培养学生的科学思维能力,敢于质疑创新。

科学探究:通过实验探究，发现问题并改进,获取实验数据,对数据进行分析和评估,探究物理规律。

科学态度和责任:培养学生严谨的科学态度与实事求是的科学精神,在实验探究过程中培养学生相互协作的精神,培养学生理论联系实际的能力。

为了达到这4个方面的教学目标,将探究目标拆分成如图2所示的任务。

图2

为了更好地达成目标,可把目标任务1分成3个小任务:(1) 分析要测量的物理量;(2) 设计记录数据的表格;(3) 分析数据的可靠性。前两个任务学生很容易完成,第三个由于学生第一次接触到压力表,教师要适当引导学生完成。目标任务2也分成3个子任务:(1) 测量体积时,误差主要出在哪里？怎样减少这种误差?(2) 用压力表测量压强时误差又在哪里?(3) 如何改进实验装置，减小误差?

3.3 探究内容

探究的内容有三方面：(1) 测量封闭气体的体积和压强;(2) 对教科书给出的实验装置进行分析,分析误差来源,进而改进实验装置；(3) 根据所得的数据找出等温变化的规律。其中测量体积方法很简单,测量气体压强的方法有多种,比如教科书给的案例是利用压力表,可改用压强传感器直接得到数据。学生前面已经接触到不少用图像法处理数据的实验,教师稍做引导,学生就会想到除了表格法,还可以用图像法处理本实验的数据。

探究任务的难易程度会对学生所花费的时间产生直接影响,倘若任务过于简单,则可能达不到预期的教学目标;倘若任务难度太大,则学生可能无法在有限的时间完成,并影响学生的自信心和学习积极性。因此,在确定探究任务时,要充分了解学情，具体分析如下。

(1) 学生对科学探究的过程已有一定的基础,了解科学探究的一般方法和程序。能用控制变量法研究压强、体积、温度之间的关系,并能够猜想温度一定时压强和体积的关系，对运用图像法处理数据有一定了解。

3.4 探究过程

实验探究过程如图3所示，探究过程是新知识生成的过程,在这个过程中教师要因势利导,保证探究任务的顺利完成,同时,教师要及时对学生进行评价,保证学习效果,特别是对探究任务完成后得出的规律要及时应用,以保证目标任务的完成,达到更好的学习效果。

图3

4 任务完成情况

4.1 数据误差的主要来源

根据实验的目的,我们可以用注射器封闭一段空气柱,然后用橡胶套把开口端密封,这样就得到了一定质量的气体,同时可以通过注射器上刻度直接读出气体的体积。被封气体的温度与室温近似相等,实验时注意不能用手接触玻璃器壁,以免影响注射器内气体的温度。另外要缓慢拉动活塞,尽量保持气体温度不变。

4.2 改进装置后进行实验

改进后的实验装置如图4所示。改用容积大一些的注射器,可以得到多组体积的数据。测量压强采用压强传感器，可利用计算机直接记录和分析数据。同时利用DIS软件的作图功能画出合适的图像,通过数据拟合，可直接得到气体等温变化的规律。当然这个装置也有误差(注射器和传感器连接部分的体积),减小误差的方法是用容积较大的注射器。

图4

探究过程是新知识生成的过程,在这个过程中教师要因势利导,保证探究任务的顺利完成,同时,教师要及时对学生的表现进行评价，对探究任务完成后得出的规律要及时应用,保证目标任务的完成,以便达到更好的学习效果。

通过分析终点目标,发现学生任务完成情况较好,通过练习题检测学生对等温变化规律的理解程度,发现学生掌握得不错,说明任务驱动法在探究课中应用有较好的效果。

5 结语

在物理探究教学中应用任务驱动法，注重引导学生自主“发现”物理规律,教师在任务的选择和布置时要根据学生的实际情况，进行适时的指导,确保学生能够紧紧围绕任务开展活动,为达到终点目标架起桥梁。