张超狄

【摘要】本文以粤教版物理选择性必修二第三章第三节《变压器》的教学为例，阐述了通过任务驱动和和探究实验提高学生的科学思维能力、科学探究能力，内化物理观念，形成正确的科学态度与责任，使学生的物理核心素养得到发展。

【关键词】高中物理;任务驱动;问题;情境

物理学是基于观察与实验，建构物理模型，通过科学推理和论证，形成系统的研究方法和理论体系的一门基础学科。《普通高中物理课程标准（2017年版）》对物理教学的建议及要求是：基于物理学科核心素养确定教学的目标和内容;在教学设计和教学实施过程中重视情境的创设;重视科学探究能力的培养;通过问题解决促进物理学科核心素养的达成。建构主义学习理论强调：学生的学习活动必须与任务或问题相结合，以探索问题来引导和维持学习者的学习兴趣和动机，创建真实的教学环境，让学生带着真实的任务学习，以使学生拥有学习的主动权。所以，在物理教学中，教师需要精心设计课堂教学内容与流程，引导学生紧紧围绕一个共同的任务活动中心，在强烈的问题动机的驱动下，积极主动应用学习资源，进行自主探索和互动协作的学习，从而对物理概念和规律进行逐层递进学习、系统反思和迁移应用，加强物理观念的内化;引导学生经历物理概念的建构过程和物理规律的发现过程，提升科学思维与科学探究能力;引导学生在运用物理规律解决生活实际问题过程中形成正确的科学态度与责任，从而促进学生物理学科核心素养的发展。

变压器的工作原理是电磁感应，是远距离输电不可缺少的装置，也大量应用在各种电器设备中。在学习变压器教材内容过程中，学生已经掌握电磁感应的理论基础，在此基础上建构新的知识，探究理想变压器工作规律，然后应用在远距离输电电路中，符合知识的认知规律。本文将以粤教版选择性必修二第三章第三节《变压器》的实验教学为例，应用任务驱动型教学策略的操作程序，探索如何基于任务驱动优化课堂教学设计，发展学生的物理学科核心素养。教学设计整体思路如图1所示。

一、创设问题情境，激发学生兴趣，帮助学生萌生科学探究的动机

让学生操作控制如图2所示的电路并观察和记录小灯泡的亮暗情况（如表1），用对比设疑的方式，分析总结出变压器的作用。（原线圈200匝，副线圈400匝，接8V直流稳压输出，串联0-5A电流表，灯泡2.5V 0.3A）

讨论与交流：

1.原线圈电流不变时，灯泡中是否有电流通过？为什么？

2.原线圈电流变化时，灯泡中是否有电流通过？为什么？

3.能否用所学过的有关知识解释上述现象？

解析：以原线圈接入直流电压为8V为例

1.灯泡中没有电流通过。原因是：S保持闭合（电压恒定为8V）和S保持断开（电压恒定为0V）时，灯泡都不亮。

2.灯泡中有电流通过。原因是：S闭合瞬间（电压由0V变为8V）或断开（电压由8V变为0V）瞬间，灯泡亮了。

3.教师引导学生用感应电流产生的条件去解释。

接入交流电流表的目的是为了直观显示原线圈回路有无电流通过，可以使学生分析问题时，能更快速确切地建构起S闭合时铁芯中有磁场这个情境。开关S的闭合断开状态组合成4种情况，则运用了比较法进行实验探究，让学生的思维细节变得更加慎密，思维视角更加宽广，使学生对变压器的电磁感应的本质有了更直观深刻的认识，对电磁感应现象的认知也更加丰富全面。这样通过设置观察任务与问题驱动引导学生理解物理概念与规律的本质、形成科学思维习惯、增强科学探究能力，是符合高中物理课程的基本理念的。

二、问题搭桥，任务分解，引导学生实现思维进阶

基于如图2所示的电路，教师继续提出疑问，设置任务：刚才实验中灯泡亮起来的时间是一瞬间的，有没有办法把灯泡的很短的亮光延长，甚至一直保持光亮呢？学生思考得到方法：迅速不停地断开、闭合S，灯泡能一直保持着光亮。然后学生操作演示，验证了猜想的结果。

教师提出疑问，设置任务：迅速不停地断开、闭合S的目的是什么？有没有更好的方法来代替迅速不停地断开、闭合S这个动作？学生思考得到方法：将原线圈改接学生电源的交流输出，灯泡就能一直保持光亮了。然后学生操作演示，得出了在原线圈两端加上交变电压，如果在副线圈两端接入负载构成闭合回路，回路中就形成交变电流的结论。

笔者设计了迅速不停地断开、闭合S这个实验过程，目的是通过具体的操作动作呈现出原线圈接通了不断变化的电压这个情境，使学生对变化的电压有了更全面深刻的认识，为后面的“在原线圈两端加上交变电压”这个实验操作铺设了台阶，这时学生观察到灯泡一直保持光亮下去的直观现象，学生会因为探究成功而感到喜悦。接着运用了等效替代的探究方法，迁移到验证变压器能改变交变电压的情境中去，這样可以使学生更容易理解和领悟物理规律。

上述两个实验设置了观察任务和思考任务，使学生以原有的物理知识为基础，通过对物理概念和规律的逐步学习、知识重组和迁移应用，促进物理观念的内化，使学生经历物理概念的建构过程和物理规律的形成过程，促进了学生科学思维的发展。

三、创设任务导向的真实情境，让学生具身体验理想模型建立过程

教师设计了演示实验的电路如图3所示。这个电路利用生活生产中的仪器，可以测量实际变压器原副线圈的功率、频率、电压、电流等数据。

教师实验演示测量可拆变压器和实验室用调压变压器的原副线圈的功率、频率数据（如图4）。在实验过程中向学生布置任务：

1.在实验中如实读取记录实验数据。

2.客观分析所读取的实验数据。

3.思考在数据中显示的差异性、规律性的原因。

表2所示是学生测得的一组数据，可以得到两个变压器的效率分别是50%和80%，接着布置任务让学生通过网络检索资料认识到其它大型变压器的效率可以达到95%以上（如图5），由此引入理想变压器的效率为100%，让学生循序渐进地构建出理想变压器这个模型，深刻认识到理想变压器的主要特点是输出功率等于输入功率。

通过布置任务引导学生发现原线圈的功率大于副线圈的功率，认识到能量在传递过程中是会有损耗的，并引导学生分析变压器功率损耗的原因（铁芯、线圈变暖，接可拆变压器时有震动声）。然后通过计算变压器的传输效率，发现不同的变压器的效率是不同的，将“效率”这个抽象概念包含的本质内涵形象地显示出来，加深了学生物理观念的内化。同时通过任务驱动，使学生经历了从实际变压器到理想变压器这个理想化模型的构建的过程，能很好地引导学生在实践中发现问题、提出问题，并利用所学知识解决问题，能更好地发展科学思维，提高学生将物理知识应用于社会生活实际的意识，促进学生科学态度与责任的发展。

四、布置探究任务，将课堂还给学生，促进物理核心素养的发展

引导学生分析先前的实验数据（图4）发现变压器在转换电能过程中，电压、电流一般都发生变化，然后提出问题：变压器原副线圈两端电压大小之间有什么关系？原副线圈两端电压大小关系与匝数是否有关？确定探究任务：探究变压器的原副线圈两端电压与匝数的关系。

1.理论探究

引导学生运用法拉第电磁感应定律与理想变压器模型结合进行理论探究。学生在理论探究的实践中，通过对已掌握的法拉第电磁感应定律进行迁移应用，可以深刻体会到磁场是一种物质、电磁之间相互有联系、电场磁场可以储存能量这些现象，促使物理观念往更深的层次内化，学生利用原有知识，运用逻辑推理来生成新知识，体验到物理的科学思维和方法，并学会用这些新知识解释自然现象，解决生产生活中的实际问题，培养严谨认真的科学态度。

2.实验探究

教师提供器材，让学生设计实验方案，检验上述理论探究得出的结论是否正确，针对不同物理量选择合适的测量仪器，利用可拆变压器不同匝数的接线头以改变原、副线圈匝数，利用学生电源提供4V8V的交流电压，利用交流电压表测量副线圈两端的输出电压。学生开始设计实验，小组合作测量数据，总结得出变压规律。这是培养学生科学态度与责任意识的很重要的环节：实验要有明确目的;器材工具要正确使用和维护;数据要如实记录;实验过程要按照步骤规范操作;实验结论要根据数据得出;同组者要协作;误差要如实分析;实验不成功，要找到原因，解决问题，继续实验，直至成功，绝对不能弄虚作假。使学生从无意识到有意识，从不自觉到自觉，逐步树立起科学的态度与责任，促进学科核心素养的发展。

教材提供的参考实验方案电路原理图如图6、表3所示。

五、结束语

指向深度学习的高中物理教学方式变革的策略说明：可以从创设具身体验的问题情境，设计有挑战性的学习任务着力提高课堂效率。学生在解决任务的过程中习得知识及内在逻辑，发展自己的“认知网络”，培养自己的科学思维能力。上述以《变压器》为例，以实验探究为点，任务驱动为线的课堂教学设计，在实际教学中取得了良好的效果，促进了学生物理学科核心素养的发展。我们会在今后的课堂教学中着力于任务驱动这个抓手，不断尝试，勇于创新，为落实立德树人培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人而努力。

参考文献：

[1]廖伯琴.普通高中物理课程标准（2017年版）解读[M].高等教育出版社，2018.

[2]任虎虎.指向深度学习的高中物理教学研究[M].中国科学技术大学出版社，2019.

[3]李友兴.凸显学科核心素养的高中物理教学策略[J].物理教学，2020（7）：23-27.

[4]黃晶.利用教材习题开发物理实验，提高教学效率[J].物理教师，2015（1）：18-20.

责任编辑  杨  杰