（黑龍江省實驗中學(xué) 黑龍江·哈爾濱 150001）

1 項目式教學(xué)法與任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法

項目教學(xué)法是一種以學(xué)習(xí)者的能力為本，以發(fā)展學(xué)習(xí)者的核心素養(yǎng)為本的活動教學(xué)法。它是以完成真實的事情或任務(wù)為目標(biāo)，是教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，精心構(gòu)造和設(shè)計實際情景，并設(shè)置相應(yīng)的問題或任務(wù)，讓學(xué)生能夠完全融入特定或真實的項目情景中去進行研究式、探究式、體驗式、合作式乃至創(chuàng)新式學(xué)習(xí)的教學(xué)方法。在項目式教學(xué)中，學(xué)生成為積極的探索者，主動參與者，深度思考者。

項目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生圍繞一個富有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，整合學(xué)科內(nèi)甚至是跨學(xué)科的學(xué)習(xí)內(nèi)容，促進學(xué)生綜合理解，實現(xiàn)學(xué)生的綜合發(fā)展。項目式學(xué)習(xí)能夠有效地改變以往以知識傳授為主線的教學(xué)方式，用更真實、更綜合的項目引導(dǎo)學(xué)生展開學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在問題解決中實現(xiàn)學(xué)用合一。項目式學(xué)習(xí)強調(diào)學(xué)生的自主建構(gòu)和實踐創(chuàng)新，讓學(xué)生在探究與創(chuàng)作中或形成一定的作品，或建構(gòu)出富有邏輯的知識體系與思維體系。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是基于建構(gòu)主義教學(xué)理論，將教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)分解成一個個富有趣味性、挑戰(zhàn)性的真實任務(wù)，學(xué)習(xí)者通過完成對應(yīng)任務(wù)從而獲取相關(guān)知識與技能的一種開放式、探究式教學(xué)模式，它能夠有效激發(fā)學(xué)習(xí)者完成學(xué)習(xí)任務(wù)的動機和潛能。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法強調(diào)問題導(dǎo)向原則和任務(wù)驅(qū)動機制，教師需要精心設(shè)計特定的教學(xué)任務(wù)，并將教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)知識點融合進去，學(xué)生通過完成這些具體任務(wù)，掌握任務(wù)中隱含的教學(xué)內(nèi)容，從而實現(xiàn)總體教學(xué)目標(biāo)。這種教學(xué)模式將徹底改變以教師講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)方式，取而代之的是混合式教學(xué)模式，強調(diào)學(xué)生主動探究式、協(xié)作式完成任務(wù)，教師進行適當(dāng)引導(dǎo)和有效組織。它通過“任務(wù)”來激發(fā)學(xué)生原始的內(nèi)在動力，使枯燥乏味的知識點學(xué)習(xí)目標(biāo)變成更明確、更具體，學(xué)習(xí)過程也更有體驗感和參與感。

基于任務(wù)驅(qū)動的項目式教學(xué)是任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法和項目式教學(xué)法在真實或模擬項目教學(xué)中深度融合的成果性教學(xué)模式。在普通高中教育教學(xué)中，這種教學(xué)模式以項目為載體，將項目分解成一個個的真實任務(wù)，在逐步完成任務(wù)中將相應(yīng)理論知識、基本原理、技術(shù)及其應(yīng)用有機融合在項目的學(xué)習(xí)與研究中，從而構(gòu)建知識體系、思維體系和實踐技能。

經(jīng)過長期實踐，基于任務(wù)驅(qū)動的項目式學(xué)習(xí)一般具有的步驟：創(chuàng)設(shè)實際問題情境→提取學(xué)習(xí)主題→建構(gòu)物理模型→展開問題化教與學(xué)→建構(gòu)知識體系→回扣實際情境解決問題→延伸到課下的學(xué)習(xí)暨走向高階思維。

下面以《帶電粒子在電場中的運動》為例，呈現(xiàn)基于任務(wù)驅(qū)動的項目式教學(xué)法。

2 基于任務(wù)驅(qū)動的項目式學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計《帶電粒子在電場中的運動》

本課旨在通過基于任務(wù)驅(qū)動的項目式教學(xué)方式把抽象的理論知識蘊含在分析和解決實際問題中進行學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的深度思考，培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維能力、運用知識解決問題的能力以及模型建構(gòu)、知識體系建構(gòu)等能力。

本節(jié)教學(xué)設(shè)計從展示實際的科學(xué)研究儀器示波器入手，演示其應(yīng)用，引發(fā)學(xué)生對該科學(xué)儀器的興趣。然后層層剖析其內(nèi)部核心元件示波管的構(gòu)造，用問題驅(qū)動來啟發(fā)學(xué)生利用所學(xué)知識分析其工作原理。從而使學(xué)生在知識上進一步學(xué)會帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)的分析方法，又深刻體會物理基本知識在實際生活和科學(xué)技術(shù)中的重大應(yīng)用。受課時限制，本課采用問題為導(dǎo)向的半開放式的研究方式，強化學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和對知識的綜合運動用能力，以期全方位提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。

其中項目一和項目二課上完成，項目三由學(xué)生課下完成。項目四是本課學(xué)習(xí)之后為學(xué)生提供的使用示波器研究實際問題的研究性學(xué)習(xí)課題。

【學(xué)習(xí)準(zhǔn)備】將學(xué)生每四人分成一個學(xué)習(xí)小組。

【器材準(zhǔn)備】J2459型學(xué)生示波器、MIC話筒放大/咪頭傳感器、阻值為20的滑動變阻器、1.5V干電池四節(jié)、電鍵、導(dǎo)線若干。

項目研究一：從實際情境和問題出發(fā)，建立物理模型，進入理論探究。

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)實際情境，激發(fā)興趣，引發(fā)思考。

向?qū)W生展示示波器。在示波器的信號端接入一咪頭傳感器，請學(xué)生對著話筒說話或者唱歌，觀察和感受示波器屏幕上的波形隨學(xué)生聲音變化情況。提出問題：

問題1：你認(rèn)為屏上顯示的是什么信號的波形呢？

問題2：你見過類似的儀器嗎？在哪里見過？

問題3：這個儀器是怎么把我們要研究的信號反映出來的呢？

環(huán)節(jié)二：研究核心部件示波管構(gòu)造，猜想其工作原理 ，提取學(xué)習(xí)主題。

讓學(xué)生觀察內(nèi)部核心部件示波管（有條件展示，無條件可不做）。向?qū)W生介紹示波管內(nèi)部構(gòu)造，并提取管內(nèi)核心要素，簡化構(gòu)造圖如圖所示。猜想：

問題4：電子槍的作用是什么？

問題5：兩個偏轉(zhuǎn)電極的放置方式和作用是什么？

問題6：若想讓電子打在熒光屏的中央采取什么措施？打在屏的右側(cè)呢？打在屏的上方呢？打在第一象限呢？

請同學(xué)們利用手中的示波器及提供的器材來證實所想。（此處教師要告訴學(xué)生：掃描范圍放到“外X”。小組討論研究怎樣在兩個偏轉(zhuǎn)電極上加電壓。）

可見，示波器屏幕之所以能顯示出信號的波形，跟帶電粒子在電場中的運動有關(guān)。

問題7：這里面只有一個電子嗎？

問題8：剛才屏上顯示的都是一個點，這個點是怎么形成的？怎樣才能讓屏幕上出現(xiàn)線條呢？

帶著這樣的問題繼續(xù)下面的研究。

環(huán)節(jié)三：變情境化問題為非情境化問題，構(gòu)建物理模型，進入理論分析與研究。

問題9：一個電子打在熒光屏上的位置跟什么因素有關(guān)呢？請構(gòu)建一個方便我們進行理論探究的情境。

提示同學(xué)們：問題的研究往往從簡單的入手，由淺入深，由表及里。

問題10：在這個情境中，我們應(yīng)該設(shè)置哪些量？哪些量是不變的，哪些量是可變的？要研究的對象又是誰？

構(gòu)建之后的圖景及研究：

探究性問題11：若電子從金屬絲中出來時速度可認(rèn)為是0，則電子從電子槍中射出時速率是多大？這個問題能用運動學(xué)公式求解嗎？為什么？

體會分析物體運動過程的重要性，形成相互作用與運動觀念以及能量觀念。

探究性問題12：探究電子在偏轉(zhuǎn)電場中的的偏移量y和速度的偏轉(zhuǎn)角 。

引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建電子的運動模型：電子質(zhì)量為m，電荷量為q，以初速度0垂直電場方向進入勻強電場，不計其受到的重力作用，分析其從電場中射出時的偏移量y和速度的偏轉(zhuǎn)角 。如圖所示。

問題分解：（1）粒子將做什么運動？

（2）研究這種運動的基本方法是什么？

（3）定量列出方程進行求解。（已知板間距d、極板長l、板間偏轉(zhuǎn)電壓U2。）

探究性問題13：粒子從偏轉(zhuǎn)電場中射出后打在熒光屏上的位置和什么因素有關(guān)？

此處通過討論研究，電子飛出偏轉(zhuǎn)電場后運動性質(zhì)及規(guī)律發(fā)生了變化，再次體會分析物體運動過程的重要性，強化相互作用與運動觀念。同時體會研究電子在偏轉(zhuǎn)電場中的偏移量及速度偏轉(zhuǎn)角的重大意義。

可見，若加速電壓U1確定，電子打在屏幕上的位置與加在上的偏轉(zhuǎn)電壓U2成正比。

探究性問題14：若電子從加速電場中飛出后只進入XX'偏轉(zhuǎn)電場，電子經(jīng)加速和偏轉(zhuǎn)后，打在屏幕上的位置和什么因素有關(guān)？

探究性問題15：若兩個偏轉(zhuǎn)電極上同時加上了電壓，且電子經(jīng)加速電場后先進入YY'偏轉(zhuǎn)電場，飛出后進入XX'偏轉(zhuǎn)電場，又怎樣運動？

此問題是前面問題思維的綜合與升華。學(xué)生在此處思維更受挑戰(zhàn)，進一步體會分析相互作用與運動觀念的運動及運動合成與分解的基本知識的使用。

探究性問題16：物體運動的平面由什么因素來決定？如何將運動分解問題的研究變得簡單？

探究性問題17：再次思考，電子打在屏幕上的位置由什么因素來決定？

項目研究二：理論探究的結(jié)果應(yīng)用于實際，進入體驗式研究階段。

環(huán)節(jié)四：問題的深層次的探究，引發(fā)深度思考與綜合分析：探究示波管屏幕上的波形是如果顯示出來的。

這個環(huán)節(jié)的問題通過理論研究得出結(jié)論后，在示波器上操作來驗證同學(xué)們的結(jié)論。

問題18：如何讓示波管屏幕上顯示一條水平亮線？又如何使其拉長或縮短？

問題19：如何讓示波管屏幕上顯示一條豎直亮線？又如何使其拉長或縮短？

問題20：如果在電極YY′之間所加的電壓按圖(b)所示的規(guī)律變化，在電極XX′之間所加的電壓按圖(c)所示的規(guī)律變化，則在熒光屏上會看到的圖形是哪一個？

問題 21：如何讓示波管屏幕上顯示出兩個完整的正弦波？兩個偏轉(zhuǎn)電極的周期應(yīng)該怎樣匹配才能使示波管熒光屏顯示穩(wěn)定的圖形？

問題22：若要讓示波管屏幕上顯示出我們的聲音信號隨時間變化的波形，我們需要在兩個偏轉(zhuǎn)電極加上怎樣的電壓？

問題23：熒光屏上的線條是一個電子的運動形成的嗎？在前面進行的理論探究中我們做了怎樣的近似處理？這樣的處理合理嗎？用示波器操作的結(jié)果跟近似處理之后的結(jié)果是否相符？

項目研究三：總結(jié)歸納，構(gòu)建知識體系及學(xué)習(xí)效果測評。

環(huán)節(jié)五：總結(jié)歸納，構(gòu)建知識體系。

通過本課的學(xué)習(xí)、討論、研究和體驗，我們體會到了科學(xué)知識在技術(shù)上的應(yīng)用，體會到了科學(xué)知識的重要性。下面我們來提取和歸納本課的要點，構(gòu)建本節(jié)課的知識網(wǎng)絡(luò)。

問題24：課用到的物理知識和基本思維方法是什么？

問題25：示波管的工作基礎(chǔ)是什么？示波管的應(yīng)用中我們應(yīng)該提取哪些要點？

學(xué)生以小組為單位，共同建構(gòu)本課知識網(wǎng)絡(luò)。教師選出構(gòu)建較好的展示給全體同學(xué)，并指出好在哪里。下面給出一參考案例：

帶電粒子在電場中的運動：

研究對象：微觀帶電粒子，不計重力影響。

粒子飛出偏轉(zhuǎn)電場的偏移量y求解：

粒子飛出偏轉(zhuǎn)電場時速度的偏轉(zhuǎn)角 求解：

帶電粒子在電場中的運動應(yīng)用：示波管的工作原理：

示波管構(gòu)造：（1）電子槍；（2）偏轉(zhuǎn)極板；（3）熒光屏。

工作原理：

由此可見示波管的工作基礎(chǔ)：當(dāng)電子槍中加速電壓U1確定時，電子無論在水平方向還是豎直方向的偏轉(zhuǎn)位移均與對應(yīng)的偏轉(zhuǎn)電壓成正比。

在科學(xué)研究中，示波器這樣使用：

（1）YY′上加的是待顯示的信號電壓，XX′上是機器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓，叫作掃描電壓，如圖所示。

（2）觀察到的現(xiàn)象：

①如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′和YY′之間都沒有加電壓，則電子槍射出的電子沿直線運動，打在熒光屏中心，在那里產(chǎn)生一個亮斑。

②若所加掃描電壓和信號電壓的周期相等，就可以在熒光屏上得到待測信號在一個周期內(nèi)隨時間變化的穩(wěn)定圖像。

環(huán)節(jié)六：學(xué)習(xí)效果測評。

【題目一】如圖甲，某裝置由多個橫截面積相同的金屬圓筒依次排列，其中心軸線在同一直線上，圓筒的長度依照一定的規(guī)律依次增加。序號為奇數(shù)的圓筒和交變電源的一個極相連，序號為偶數(shù)的圓筒和該電源的另一個極相連。

交變電源兩極間電勢差的變化規(guī)律如圖乙所示。在t＝0時，奇數(shù)圓筒相對偶數(shù)圓筒的電勢差為正值，此時位于和偶數(shù)圓筒相連的金屬圓板（序號為0）中央的一個電子，在圓板和圓筒1之間的電場中由靜止開始加速，沿中心軸線沖進圓筒1。

為使電子運動到圓筒與圓筒之間各個間隙中都能恰好使靜電力的方向跟運動方向相同而不斷加速，圓筒長度的設(shè)計必須遵照一定的規(guī)律。若已知電子的質(zhì)量為m、電子電荷量為e、電壓的絕對值為u，周期為T，電子通過圓筒間隙的時間可以忽略不計。則金屬圓筒的長度和它的序號之間有什么定量關(guān)系？第n個金屬圓筒的長度應(yīng)該是多少？

本題目測試學(xué)生的力與相互作用觀念、能量觀念，以及學(xué)生的科學(xué)思維能力。同時讓學(xué)生了解一種獲得高能粒子的方法，知道電場知識在科學(xué)與技術(shù)中的重要應(yīng)用。

【題目二】若在示波管的兩個偏轉(zhuǎn)電極分別加上如圖所示的電壓，試討論熒光屏上可能顯示的圖形。

項目研究四：延伸到課后的研究性學(xué)習(xí)。

環(huán)節(jié)六：課后研究性課題（本環(huán)節(jié)為有進一步研究欲望的學(xué)生設(shè)置，選擇性研究）。

課題：使用示波器觀察限幅電路波形。

3 案例評鑒

《帶電粒子在電場中的運動》在知識上屬先前所學(xué)直線運動規(guī)律與勻變速曲線運動規(guī)律的應(yīng)用，從學(xué)生已經(jīng)獲得的能力水平來講是容易理解和接受的。由于微觀帶電粒子本身及其運動學(xué)生不能直接看到和感知，學(xué)習(xí)起來比較枯燥。如何使本課的教學(xué)能充分調(diào)動學(xué)生的深層思維和激發(fā)內(nèi)在動機，從而達到培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目的，成為本課設(shè)計的探討點。設(shè)計者在此將它設(shè)計成一種基于任務(wù)驅(qū)動的項目式學(xué)習(xí)方式，采用開放式的學(xué)習(xí)和研究方式，強調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)和體驗式學(xué)習(xí)，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為本、以能力為本、以發(fā)展核心素養(yǎng)為本的理念。

本案例從展示實際的科學(xué)研究儀器入手，演示其應(yīng)用，引發(fā)學(xué)生對該科學(xué)儀器的興趣。然后層層剖析其內(nèi)部核心元件示波管的構(gòu)造，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識分析其工作原理。從而使學(xué)生在知識上進一步學(xué)會帶電粒子在電場中加速和偏轉(zhuǎn)的分析方法，又深刻體會物理基本知識在實際生活和科學(xué)技術(shù)中的重大應(yīng)用。

以問題啟發(fā)為導(dǎo)向，讓實驗探究貫穿學(xué)生學(xué)習(xí)的始終，將摸不著、看不見的微觀粒子和場以及微觀粒子的運動通過示波器實驗變得“可視化”，抽象的知識變得形象化、具體化。在分析與探究的過程中幫助學(xué)生形成物質(zhì)觀、相互作用與運動觀以及能量觀念。

本案例的設(shè)計沒有將核心素養(yǎng)的要素分割開來，而是在各個環(huán)節(jié)中充分體現(xiàn)物理核心素養(yǎng)四個要素的相互作用，全方位滲透科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培育。設(shè)計中共提出25個問題，問題由淺入深，層層遞進，挑戰(zhàn)性逐漸增強。這樣的學(xué)習(xí)不難想象會激發(fā)學(xué)生的思維活力和享受完成挑戰(zhàn)后發(fā)自內(nèi)心的喜悅。

設(shè)計還使學(xué)生的學(xué)習(xí)延申到了課后，為學(xué)生提供了“使用示波器觀察限幅電路”的研究性學(xué)習(xí)題目。參與研究的學(xué)生既要依據(jù)掌握的原理去研究具體怎樣操作示波器，又通過觀察限幅電路的信號激發(fā)研究和探索該電路原理的欲望，產(chǎn)生進一步學(xué)習(xí)的動機與行動；既使學(xué)習(xí)到的知識和實踐技能得到了進一步的鞏固和練習(xí)，又使學(xué)習(xí)走向更高層次：知識的整體建構(gòu)、有效遷移與高階思維的逐步形成。