任务分析在高中物理教学设计中的实践与思考
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）6-0036-4
1 问题提出
长期以来，一线教师在进行教学设计时，不考虑学生的原有水平和所能达到的水平，以经验为基础，从教师的主观意愿出发，教学设计与教学心理学相脱节，几乎成为教师们的教学习惯和普遍现象。但是，要对学习任务以及学生将来可能达到的水平有更清晰的了解和把握，只靠经验是远远不够的。要达到教学设计的最终目标，教师必须深入、系统地研究教学心理规律，这既是提高教学质量和课堂教学效率的关键，也是实施素质教育的要求。近十年的探索研究表明，教学心理学是开启教学智慧的金钥匙。
教学任务分析理论作为教学心理学的一部分，最初是在行为主义心理学基础上发展而来的，如今已成为教学设计中的一项专门技术，越来越多的一线教师进行了教学任务分析技术培训，并将这门技术应用于教学实践中。教学任务分析以学生为中心，是沟通“教”与“学”的桥梁，有效地帮助教师站在学生的立场上，使教学行为更加符合学生的学习规律，帮助教师制定合理的教学目标，确定教学的重点，科学安排教学顺序，从而更加有效地对物理教学进行评价。[1]
实际上，虽然对一线教师进行的教学任务分析技术的培训越来越多，但并未引起教师们足够的重视，教师还没有真正把它作为一种教学习惯，离实践应用的学科化和系列化更有一段距离。本文拟通过一个教学案例，说明教学任务分析方法在教学设计中的实施。期盼能抛砖引玉，与同行共同探讨。
2 教学任务分析理论和方法
教学任务分析从任务分析演变而来，是基于学习心理学发展起来的一项教学设计技术，教学任务分析是教学设计中的一个重要环节，其理论和技术的发展主要归功于加涅（R.M.Gagne）。加涅按学习的结果将学习分为五类，即言语信息、智慧技能、认知策略、动作技能和态度。他认为，教学是为学习的发生创造外部条件，不同类型学习的外部条件一旦被阐明了，那么教学方法的设计便有了可靠的基础。依据不同类型学习结果的不同内部和外部条件，进行相应的教学设计，是加涅的教学论的灵魂。[2]
20世纪后期，教学任务分析思想有很大发展，如乔纳森等三人系统地总结了21种已得到认可的任务分析方法[3]。可见，任务分析是一门非常复杂的教学设计技术，有多少学习理论就会产生多少相应的任务分析方法。笔者在对众多专家和学者的“任务分析”理论进行研究的基础上，结合教学实践，提出高中物理教学设计的教学任务分析采用如下过程：
（1）通过对教材与学生的分析，确定单元或课时的教学目标。
（2）对教学目标中的学习结果进行分类。
（3）根据教学目标进行层级分析，确定学生的起点状态，分析使能目标和子目标，分析学习的条件。
（4）安排教学顺序，设计教学方案。
3 教学案例与分析
下面以高中物理选修3-5（粤教版）第一章第二节《动量守恒定律》为例，说明教学任务分析如何在教学设计中实施。
【教材分析】
动量守恒定律是自然界中的基本守恒定律之一，是研究微观粒子所必须的知识，是本章的核心内容，是高中阶段的重点内容，也是高考的必考内容。 “动量守恒定律”的学习主要是在前面动量定理的学习和理解中引出问题，进行实验探究和理论推演的方法，得到系统中各物体的动量关系，引导学生得出动量守恒定律[4]。
【教学目标】
（1）能在具体情境中正确区分系统的内力和外力；
（2）通过实验探究和运用牛顿第三定律推导得出动量守恒定律，理解动量守恒定律的图式（物理意义、表达式、适用条件）；
（3）会应用动量守恒定律解释现象和计算有关问题。
【教学重点与难点】
教学重点：通过实验探究和理论推导得出动量守恒定律，理解动量守恒定律的图式（物理意义、表达式、适用条件）。
教学难点：理解动量守恒定律的图式。
【学习层级分析】（如图1所示）
【学习类型和学习条件分析】
学习类型：本课的学习重点是“通过实验归纳和理论推导得出动量守恒定律，理解动量守恒定律的确切含义和表达式，知道定律的适用条件”。因此，本课主要属于规律课（习得）的学习。
学习条件：
（1）必要条件：
①理解和掌握系统、内力、外力、合外力、动量等概念，其中“力”是学生的起点知识；“合外力”“内力”和“外力”是“力”的下位概念，不难学习，难点是能在具体情境中判断、区分和计算。
②理解和掌握牛顿第三定律，并且能在具体情境中运用。
（2）支持性条件是：获得动量守恒定律的实验观察能力、数据分析能力以及演绎推理能力。
【教学流程】
回忆原有知识→引入新课→实验探究→理论推导→得出结论→巩固应用→课堂小结
【教学过程】
1.回忆原有知识
（1）教师提问：①动量是怎样定义的？它的表达式、性质和单位如何？②动量定理的内容和表达式如何？式子中“F”指的是什么力？
（2）系统、内力和外力。
教师由动量定理的复习中引出“系统”概念：存在相互作用的几个物体所组成的整体称为系统，系统可按解决问题的需要灵活选取。由系统的受力情况区分“内力和外力”。内力：系统内各个物体间相互作用力称为内力；外力：系统外其他物体作用在系统内任何一个物体上的力称为外力。 设计意图：温故知新，为动量守恒定律的适用范围和引出问题作准备。
2.引入新课
教师提出问题：根据动量定理Ft=p′-p=mv′-mv，当一个物体F合=0，p'=p动量不变，那么当一个系统，其合外力F合=0，系统的总动量是否改变？
设计意图：通过合理外推，提出问题激发学生的好奇心。
3.实验探究
实验器材：气垫导轨、光电门计时器两个、滑块两个、交流电源等。
实验情境：如图2，在同一水平面上的滑块1和滑块2，滑块1以速度v1碰撞静止的滑块2，碰后滑块1的速度为v1′，滑块2的速度为v2′，比较碰撞前后滑块1和滑块2组成的系统总动量。
实验结论： 。
设计意图：通过实验探究，培养学生实验观察、数据处理和分析的能力，同时领悟物理研究问题的科学方法。
4.理论推导
问题情境：如图3所示，在光滑水平面上做匀速运动的两个小球，质量分别是m1和m2，沿着同一直线向相同方向运动，速度分别是v1和v2，且v2>v1，当第二个小球追上第一个小球时两球相碰，碰后的速度分别为v1′和v2′，试根据牛顿运动定律和运动学公式证明两球碰撞前的动量之和等于碰撞后的动量之和。
设计意图：在实验探究的基础上，再通过问题情境引领学生运用动力学观点推导动量守恒定律，培养学生严谨的科学态度以及分析问题、解决问题的能力和思维能力，领悟物理研究问题的科学方法。
5.得出结论
综合实验探究和理论推导得出的结论，再进行合理外推，可得出自然界普遍适用的动量守恒定律：
（1）内容：一个系统不受外力或者所受外力之和为零，这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律。
（2）表达式：m1v1+m2v2=m1v'1+m2v'2。
（3）适用条件：系统不受外力或者所受外力之和为零。
6.巩固应用
（1）关于动量守恒的条件，下列说法中正确的是（ ）
A.只要系统受到弹力作用，动量不可能守恒
B.只要系统做加速运动，动量就不守恒
C.只要系统所受外力的合力为零，动量守恒
D.只要系统所受合外力恒定，动量守恒
设计意图：针对动量守恒定律适用条件进行检测评价。
（2）A物体在光滑的水平地面上运动，与静止在同一水平面的B物体相碰，碰后A物体继续沿原方向运动，但速度减为原来的一半，已知A、B两物体质量之比是2：1，则碰后两物体的速度之比是（ ）
A.1：1 B.1：2
C.1：4 D.2：1
设计意图：针对动量守恒定律的简单应用进行检测评价。
7.课堂小结
系统：由相互作用的物体组成。
内力：系统中各物体间的相互作用力。
外力：外部其他物体对系统的作用力。
动量守恒定律：一个系统不受外力或外力之和为零， 系统的总动量保持不变。
m1v1+m2v2=m1v'1+m2v'2。
定律成立条件：系统不受外力或所受外力之和为零。
设计意图：通过总结反思，理清本节课的知识要点和研究问题的方法，实现认识的提升。
4 教学成效与反思
本课是一节物理规律的习得课，与传统教学做法不同的是，教学设计时进行了详细的教学任务分析，在明确本节课的学习类型和学习条件的基础上，按照规律习得的方法，理清了教学的程序，明确了教学的方法和手段，规律的习得过程以科学取向教学论为指导，流畅自然，逻辑性强，遵循学生的认知规律。
教学时先通过典型碰撞情境，借助气垫导轨、光电门（测定速度）等实验器材，通过实验探究得出碰撞前后系统总动量相等的结论，再通过两球碰撞的理论推导，进一步论证碰撞前后总动量不变，从而得出动量守恒定律。教学方式多样化，较好地整合了多媒体和先进的实验资源，问题和问题情境设计针对性、思维性强，较好地激发了学生的学习兴趣，培养了学生分析问题、解决问题的思维能力，既突出了学生的主体参与地位，也凸显了教师的主导作用，学生学习积极性高，很好地达成了本节课的教学目标。
笔者尝试运用教学任务分析优化教学设计，经过近两年的实践，发现恰当运用教学任务分析，能较好地克服教学的盲目性和随意性，给教师教学设计提供清晰的“技术路线”。并且由于任务分析方法能够基于学生的起点能力进行教学，充分尊重学生的心理认知发展水平，使学生在扎实掌握知识的同时，有效提高学生的学习成绩和物理学习兴趣。
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