基于原始問題的作業設計與物理學科核心素養的培養

摘?要：以“分子動理論的初步知識”為例闡述 ：如何以物理觀念為統領、原始物理問題為驅動、探究為主線、思維為手段、滲透科學態度與責任進行作業設計，幫助學生形成學科核心素養.

關鍵詞：核心素養;分子動理論;作業設計

文章編號：1008-4134（2020）02-0024?中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：B

作者簡介：潘碧霞（1965-），女，江西南昌人，本科，中學高級教師，研究方向：初中物理和物理實驗教學.

《普通高中物理課程標準（2017版）》提出物理學科核心素養由“物理觀念”“科學探究”“科學思維”“科學態度與責任”構成.要通過物理教學活動實現物理核心素養的課程目標，關鍵是我們不僅要知道物理規律和概念的來龍去脈，經歷物理規律和概念的探究過程，還要學習如何用科學的思維方法進行探究;在此基礎上，進一步弄清楚概念和規律的含義以及概念和規律之間的聯系與區別，形成正確的物理觀念，并運用他們解釋和解決一些實際問題.作業是物理教學過程中的一個重要環節，是課堂教學的補充，能夠幫助學生鞏固、活化物理觀念以及促進科學思維和方法的內化，形成關于科學·技術·社會·環境關系的認識，激發學生觀察、思考的興趣，養成通過分析、理解來學習物理的良好習慣.

核心素養是個體在解決未知性的、復雜的現實問題時所需要的必備品格和關鍵能力，基于物理學科核心素養培養的作業設計應該準確地把握物理學科核心素養、真實情景、原始物理問題、物理知識之間的關系.具體關系如圖1所示.

根據此框架，在具體的作業設計過程中，以核心素養為導向、以2011版初中物理課程標準為依據，分析具體物理知識中所蘊含的物理學科素養的成分，在此基礎上確定素養目標維度和學習水平，再根據目標水平選擇對應的真實情景以及設計原始物理問題.具體設計思路如圖2所示，并以“分子動理論的初步知識”為例進行闡述.

1?解讀課程標準

2011版初中物理課程標準中與“分子動理論”相關的內容要求屬于一級主題“運動和相互作用”中的二級主題“多種多樣的運動形式”的具體內容.通過自然界和生活中的一些簡單熱現象，了解分子熱運動的一些特點，知道分子動理論的基本觀點.解讀課程標準：能用“分子動理論的基本觀點”解釋生產、生活中的一些常見現象.例：觀察擴散現象，能用分子動理論的觀點加以說明.

2011版初中物理課程標準中與“分子動理論”相關的活動建議：利用常用物品設計實驗，說明組成物質的微粒在不停地運動.解讀課程標準：通過經歷一系列的實驗活動，認識分子動理論的基本觀點，領會從可以直接感知的現象推測不可直接感知的事物的間接研究方法.體驗簡單的現象里可能包含深刻的物理知識，激發學生觀察、思考的興趣，養成通過分析、理解來學習物理的良好習慣.

2?明確素養目標與物理知識

依據課程標準，明確作業設計中學科核心素養的具體目標以及對應的物理知識，具體內容如下：

物理知識：知道分子動理論的基本觀點;了解擴散現象和分子熱運動，知道溫度越高，分子的無規則運動越劇烈;了解氣體、液體和固體的分子模型.

科學探究：通過經歷一系列的實驗活動，認識分子動理論的基本觀點.

科學思維：領會從可以直接感知的現象推測不可直接感知的事物的研究方法.

科學態度與責任：體驗簡單的現象里可能包含深刻的物理知識，感受科學· 技術·社會·環境關系，養成通過分析、理解來學習物理的良好習慣.

3?設計作業——選擇對應的真實情景以及設計原始物理問題

如何將學科核心素養目標有機地融入真實情景中，并在此過程中恰到好處地梳理有關分子動理論的初步知識？可采用物理觀念為統領，原始物理問題為驅動，探究為主線，思維為手段，滲透科學態度與責任.設計作業時，根據課程標準對知識的要求創設待解決的真實的問題情景，適當地增加試題的開放性、可觀察性、可操作性，多設計具有研究性、探究性的試題.下面是基于核心素養培養的物理作業設計框架（如圖3所示）.

3.1?用實驗加深物理知識的理解，并發展學生的能力

把隱藏在實驗現象中的物理知識挖掘出來，需要學生能夠透過現象看本質.在這個過程中學生一方面要把感覺器官接收到的形象和信息傳遞給大腦，另一方面又要從記憶系統中調出儲存的相關信息對接收到的形象和信息進行更深入的思維加工，使他們能夠洞察事物的本質，掌握其中內在的規律，進而有效促進學生的思維發展.把思維加工的結果以語言和文字的形式表達出來，培養學生的表達能力.

題目1?真實情景：小紅在一根試管中注入半試管水，再緩慢地注滿紅色液體，用塞子塞住試管口，上下顛倒幾次再豎起試管，顛倒試管前后的實驗現象如圖4所示.小紅根據聞到的氣味可以判斷紅色液體是酒精.

原始問題：（1）請用語言描述如圖4所示的現象，此現象隱含什么物理知識？（2）實驗過程中根據聞到的氣味可以判斷紅色液體是酒精，此現象又隱含什么物理知識？（3）實驗時為什么要先在試管中注入水再注入酒精？能不能先注入酒精再注入水？

【設計意圖】運用物理視角，觀察現象，把隱藏在現象中的物理知識挖掘出來，并體驗簡單的現象里可能包含深刻的物理知識.

題目2?真實情景：把漆包線纏在彈弓的兩邊軌道上且保證漆包線可以在軌道上自由滑動，豎直放置時漆包線處于軌道的底端（如圖5的左圖）.把銅絲框浸入肥皂水中，使它上面附著一層肥皂液膜，把銅絲框從肥皂水中提起并豎直放置，漆包線沿銅線軌道向上運動（如圖5右圖）.

原始問題：根據此現象你認識到分子間有什么特點？并闡述你的理由.

【設計意圖】考查學生能否正確地選擇觀察對象、能否運用已學的知識對實驗現象進行分析并得出結論.領會從可以直接感知的現象推測不可直接感知的事物的研究方法.解題的具體步驟：把漆包線作為研究對象，銅絲框附著一層肥皂液膜運動狀態改變，說明漆包線的受力情況發生變化，施力物體為肥皂液膜，力來自分子間的引力.激發學生觀察、思考的興趣，養成通過分析、理解來學習物理的良好習慣.

3.2?用所掌握的研究方法設計實驗證明物理知識，培養學生的科學探究能力

《普通高中物理課程標準（2017版）》中指出：“科學探究”是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設、設計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并做出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力.讓學生應用掌握的物理觀念、思想、方法以科學探究的形式體驗物理知識的發現過程，感悟物理知識中蘊含的思想和方法，使學生通過思維活動，加深對知識的理解.

題目3?真實情景：桌面上有兩瓶氣體和兩塊玻璃板，其中一瓶裝有密度比空氣大的紅棕色二氧化氮氣體，另一瓶裝有空氣，設計實驗證明氣體發生擴散.

原始問題：（1）請根據實驗要求，擬定實驗步驟;（2）根據怎樣的實驗現象可知氣體發生擴散;（3）擴散現象說明氣體分子.

【設計意圖】實驗是物理學的基礎，也是科學探究最重要的手段，讓學生應用已經掌握的知識、思想、方法設計實驗搜集證據，進行論證得出結論，落實科學探究能力的培養.

3.3?用所學的知識解釋生活現象促進知識的內化，培養學生的物理觀念

物理觀念是從具體的物理知識中抽象出來的關于物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念等的基礎認識，是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎.解決現實生活中各種真實任務是促進物理觀念內化和深化的重要途徑.根據實際情景編制原始物理問題，讓學生在綜合運用相關知識、方法、思維模式解決問題的過程中加強對知識的理解和掌握以及加深學生物理思維和方法的應用，促使知識的內化，培養學生的物理觀念.

題目4?真實情景：陸游的《村居書喜》：紅橋梅市曉山橫，白塔樊江春水生.花氣襲人知驟暖，鵲聲穿樹喜新晴.坊場酒賤貧猶醉，原野泥深老亦耕.最喜先期官賦足，經年無吏叩柴荊.

原始問題：“花氣襲人知驟暖”這句詩中隱含著什么物理知識？并設計實驗證明你的觀點.

【設計意圖】考查學生能否判斷花氣襲人說明花朵分泌的芳香油分子運動得劇烈，原因在于周邊的氣溫升高;以及設計實驗證明：分子運動的快慢與溫度有關，溫度越高，分子運動得越劇烈.讓學生經歷對問題情景去粗取精的過程，使他們能夠洞察事物的本質，挖掘現象背后的物理知識，促進知識的內化，培養學生從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的意識.激發學生觀察、思考的興趣，認識科學·技術·社會·環境關系的基礎上，逐漸形成探索自然的內在動力.

3.4?從微觀角度解釋物質的三種形態，培養學生的科學思維能力

《普通高中物理課程標準（2017版）》中指出：“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素.設計作業時，把物質的三種形態隱藏在生活、生產或自然現象中，讓學生進行分析、提煉，確定自然現象和實際問題針對什么科學現象和事實，弄清楚原始問題是什么，再通過分解、簡化、抽象等思維過程，把原始問題轉化為科學模型，最后通過定性或定量的方式解決問題.在此過程中學生需要經歷基于經驗事實建構物理模型的抽象概括的過程，也需要經歷分析綜合、推理論證等方法在解題中具體運用的過程，可以有效地培養學生的科學思維能力.

題目5?真實情景：魏焱明的《大自然的昭示》：太陽文火燉地球，灑向人間光和熱！天人互動傳能量，生命之水來做媒.太陽灑能水蒸氣，人間采能氣凝水.陽光雨露正能量，福澤蒼生眾歡騰.

原始問題：（1）這首詩描述自然界中哪個物理現象？在該現象中物質以哪些狀態存在？（2）輕輕的水流、晶瑩的冰晶、飄渺的水汽，它們的組成都是水分子，為什么它們有不同的狀態呢？物質的宏觀特征可以從其微觀結構上找到原因.請根據分子動理論的知識解釋這個問題.

【設計意圖】第一問提示學生思考真實情景針對什么科學現象和事實，弄清原始問題是什么;第二問提示學生思考如何通過分解、簡化、抽象把原始問題轉化為科學模型，以及如何定性或定量地解決問題.通過類似題目的訓練了解解決實際問題的思維過程：通過對真實情景進行描述，弄清原始問題是什么;通過對原始問題的簡化、抽象、設置物理量，把原始問題轉化為物理問題;再通過分解、簡化、抽象等方法把物理習題轉化為物理模型;最后通過分析論證解決問題.落實科學思維能力的培養.

4?結束語

基于物理核心素養培養的原始問題的作業設計主要分為三類：第一，生活類的原始問題，培養學生運用物理知識解釋自然現象和解決實際問題的意識，形成物理觀念;第二，實驗探究類的原始問題，經歷實驗探究的過程，領會其中所蘊含的科學思維，培養探究能力;第三，科學技術類的原始問題，使學生了解到科學技術的同時，逐漸形成探索自然的內在動力.在認識科學·技術·社會·環境關系的基礎上，逐漸形成保護環境并推動可持續發展的責任感.

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（收稿日期：2019-10-09）