核心素養導向下的高中物理單元作業設計實踐研究

摘 要：為了培養學生的物理思維，高中物理教師可以嘗試進行單元整體作業設計，在設計中注重學生思維多樣性和探究能力的培養，促進學生物理觀念和科學思維的形成，提升學生的小組合作能力和深度學習能力。

關鍵詞：核心素養;高中物理;單元作業

基金項目：本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃課題“核心素養導向下的高中物理單元作業設計實踐研究”（立項號：D/2020/02/319）的階段性成果之一。

中圖分類號：G427? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-624X（2021）51-0023-03

作者簡介：戴功成（1983.1—），男，江蘇省鹽城市第一中學，中學一級教師，本科學歷。

引 言

在高中物理教學過程中，教師既需要有效落實課內知識的講解，讓學生對理論知識有系統深入的掌握，也需要發展學生的知識應用能力，讓學生能夠利用所學知識解決各種實際問題。在培養學生的這一能力上，教師可以用單元整體作業設計的方法來優化作業形式。綜合程度更高的單元作業對學生多元學科能力的考查和鍛煉更加充分，并且能夠培養學生的物理思維，讓學生的學科基礎更加扎實，還可以訓練學生的問題分析、探究能力，對學生學科核心素養的形成很有幫助。

一、注重學生思維多樣性的培養

教師在設計單元作業嘗試時，要把握合適的訓練方向。首先，教師在設計單元作業時可以將訓練學生思維的多樣性作為出發點。教師在引出一個綜合性問題后，可以先讓學生熟悉問題考查的方向，梳理問題涵蓋哪些具體的知識點，初步建立解題思路。在學生普遍可以利用常規的解題方法解答問題后，教師可以進一步引發學生思考，如“這個問題還有哪些其他的解題路徑？”以發展學生思維的多樣性。以這種教學思路設計單元作業時，教師要對問題類型作合理選擇。當學生最終列舉出所有可行的解題思路后，教師可以將這些解題路徑進行匯總，引導學生比較這些方法存在哪些異同，是否有一些內在關聯。在這個過程中，學生會發現，雖然找到了多種解題路徑，但其本質上都用到了相同的知識點。以這樣的方式展開單元作業訓練，很好地發展了學生思維的多樣性。這個訓練過程也會讓學生認識到，同一個問題有多種解題路徑，當一種方法行不通時，變換思路會產生不一樣的結果。

以“運動和力的關系”的內容為例，完成這一單元的教學后，教師可以設計這樣的單元作業：在一個斜面上，拋出一個物體，斜面的傾角是sina=0.6，當物體落在斜坡上時，我們經過測量知道了物體的拋出點與降落點之間的距離是30m，求物體離斜面最遠時的距離是多少？所需要的時間為多少？這個問題相對常規，是牛頓運動定律應用的典型范例。題目中融合了多個知識點，解題過程對學生的思維能力提出了一定要求。教師可以讓學生從問題出發，找出所有可行的解題方案。經過分析總結后，學生最終得出了三種解題思路：第一種思路是根據平拋運動的規律，利用題干給出的已知條件，直接求出時間（t）和距離（d）兩個未知量;第二種思維是利用力的分解與合成，得出物體在水平面和垂直面的受力情況，進而求出時間（t）和距離（d）的數值;第三種思路需要梳理題干條件，基于兩條直線之間的距離公式，分別計算出時間（t）和距離（d）的值。三種方法雖然采用的解題切入點不同，但都需要建立在對物體展開準確的受力分析的基礎上。除此以外，如果學生在解題時可以先畫出圖示，他們的思路會更加清晰，問題也會變得更為直觀。這樣的單元作業很好地發展了學生的思維多樣性，也讓學生認識到同一個問題可以有多種解題方法。這樣的解題訓練能夠為學生今后解答類似問題提供一定的啟發。

二、注重學生探究能力的培養

在高中物理教學中，發展學生的探究能力很重要，教師不僅要基于知識講解有意識地鍛煉學生的探究能力，還可以在作業設計上強化學生的分析探究能力。教師可以為學生設計實踐性的課后作業。這樣的作業練習不僅趣味性強，還能夠促進學生對各種物理現象進行仔細觀察和思考，有助于學生分析探究能力的發展[1]。基于這種思路設計單元作業時，教師可以讓學生以小組為單位合作完成探究過程。小組成員之間的協調配合，可以解決一些更復雜的物理學問題，能夠帶給學生更豐富的學習收獲。同時，小組合作也能夠促進學生之間不同觀點及思路的碰撞，讓學生的思維更加開闊，這樣學生才能透過表象看到問題的實質，更加高效地解決實際問題。

以“相互作用—力”的教學為例，本章主要講授的內容是力之間的相互作用。完成知識教學后，教師可以設置一項具有探究性的單元作業。教師在課堂上挑選兩名學生，一位學生從上向下垂直扔粉筆，另外一位學生則在正下方接粉筆，當粉筆恰好掉到下面那位學生的手中，學生就會感受到粉筆、手掌之間的摩擦力。完成情境的演示后，教師提出問題：“在剛剛看到的過程中，哪些物體之間存在相互作用力？作用力是如何產生的？”隨后，教師讓學生在小組內進行交互討論，分析整個過程。各個學習小組都能夠將運動過程中粉筆的重力、粉筆和手產生的摩擦力列舉出來，在交流分享的過程中能夠將整個過程梳理清楚。最后，教師在學生討論的基礎上做歸納總結，引導學生準確解讀整個過程中物體之間產生的相互作用。這類有一定實踐色彩的單元作業不僅激發了學生的學習探究興趣，還發展了學生的分析探究思維，同時有助于學生學科核心素養的培養。

三、促進學生物理觀念的形成

高中階段的物理學習中，學生需要重點掌握的物理觀念包含物質、運動、能量、相互作用等，物理概念是對核心物理概念的提煉與升華，其中包含著重要的物理學規律，還會融入一些物理思維。具備一定的物理觀念，能使學生更好地理解各種自然現象，使學生利用物理思維高效解決各種具體問題。實現從“知識”到“觀念”的過渡，學生需要掌握大量必備的學科基礎知識，還需要接受一系列有效的思維訓練。具備物理觀念，會讓學生的思維素養和思維品質有明顯提升，能夠幫助學生解析具體問題時快速把握問題實質，找到最為有效的解題方案，這可以極大地提升學生解題的效率。因此，教師在設計單元作業時，可以發展學生的物理觀念為出發點，設計有針對性的問題。

以“運動和力的關系”這一單元的教學為例，通常情況下，教師在布置物理作業時注重考查學生對物理公式、定理及定律的理解和記憶，也會相應鍛煉學生對各種常規物理思想方法的使用能力，但是，這樣的訓練對學生物理觀念的形成幫助不大。在基于學生物理觀念的發展設計單元作業時，教師可以嘗試設計一些具有啟發性的問題。比如，學生在學習了“牛頓第一定律”后，了解到伽利略首創了理想實驗。基于這個背景知識，教師可以設置以下問題：理想實驗是什么？真實實驗有哪些方面是與理想實驗不同的？歷史上有哪些理想實驗？請談論理想實驗對物理學發展有什么促進作用。解答這一系列問題，學生需要綜合查找各種物理學背景資料，了解大量相關的理論和實踐知識。完成這樣的單元作業，學生的知識面會得到很大程度拓寬，學生的思維品質會有明顯提升，進而能幫助學生形成物理觀念，達到預設的教學目標。

四、促進學生科學思維的形成

物理學科思維指的是學生能夠從物理學的視角認知問題，了解客觀事物的基本屬性，認識事物發展的一般規律，在解析實際問題時能夠對其中涉及的對象和過程進行物理模型轉化，以這樣的方式實現對問題的分析與推理，最終得到相應的結果。加強對學生的科學訓練，會促進學生核心素養的發展，教師可借助有針對性的單元作業達到這一訓練效果[2]。

仍以“運動和力的關系”的教學為例，這一單元中的很多內容與我們的生活有緊密聯系，如慣性定理、牛頓三大定律等在生活中就有著廣泛應用和體現。教師在根據這一單元的內容設計單元作業時，要找到合適的切入點，這樣才能達到發展學生科學思維的效果。比如，在結合“牛頓第二定律”設計作業時，教師可以結合這一定律應用的典型范例，以火箭發射、青蛙跳躍這些生活實例為依托，引導學生對如下問題進行討論：這兩種情況下，物體運動狀態變化的原因是什么？物體如何產生變化？經過一番思考后，有的學生提出：火箭啟動時推力與青蛙蹬地推力相比要大得多，火箭質量也比青蛙質量大得多，根據F=ma，我們可以得到火箭加速度不一定比青蛙加速度大。這個分析有很大的探究價值，教師可以進一步組織學生思考這種分析是否合理，如果不合理，原因在哪里。教師讓學生探究這樣的物理學問題，能使他們真正認識到物理學規律，有助于發展學生思維的連貫性和嚴謹性。基于這樣的訓練，學生的科學思維才會逐漸形成，單元作業的訓練價值也能得到良好體現。

五、提升學生的小組合作能力

教師在設計單元作業時，可以組織學生開展小組合作學習，借此培養學生的合作交互能力和團隊意識。教師在將學生劃分為相應的學習小組后，可以給他們設置開放程度更高且難度更大的實踐問題。完成這樣的單元作業，學生需要有扎實的學科基礎，能夠利用所學知識準確分析問題。同時，這個實踐過程也會對學生的思維能力提出要求，需要學生的思維靈活開放，尤其是遇到有一定難度的問題時，能夠一步步找尋合適的解析思路。

以“運動和力的關系”的內容為例，學完牛頓定律后，教師可以讓學生借助牛頓第二定律解決生活中的一些實際問題。教師可以給學生設置這樣的作業：生活中有一些殘疾人出行非常不便，我們能否幫助他們，請大家為殘疾人設計一個適合他們的輪椅的斜面通道。這個問題有著很強的實踐性，綜合程度較高，學生很難獨立完成。對此，教師可以將學生劃分為不同的學習小組，讓學生以小組為單位合作研究問題。

具體要求如下：所設計斜面通道的尺寸、使用的材料等都要有詳細的說明;親自挑選材料、工具，制作斜面通道模型、輪椅模型;測量、驗證所設計的方案是否可行;總結自己的設計方案，包括涉及的設計簡圖、測量數據等;制作PPT，進行匯報、展示;現場展示，接受同學、教師的現場提問;最后進行整體的歸納、總結。這種作業形式和傳統的作業類型有明顯的差別，學生在完成作業時需要綜合運用所學知識，并且要結合實際問題做有針對性的考慮。這樣的單元作業很好地培養了學生的知識應用和實踐能力，鍛煉了學生的學科思維，同時，也激發了學生的社會責任意識。當學生完成作業任務后，教師可以讓每個小組選派代表，給全班同學介紹本組的設計方案，讓各種不同的方案得到綜合呈現。最后，班級學生一同選出最佳方案，教師給予嘉獎。整個學習活動中，學生的教學主體性得到了充分體現，他們的學科核心素養也得到了有效培養和發展。

六、鍛煉學生的深度學習能力

隨著物理課程教學的不斷推進，學生積累的知識越來越多，他們的物理知識體系逐漸形成。在后續的學習中，學生會慢慢發現，很多新課內容和之前學過的知識有一定的相似性或者關聯性。有的新課內容的學習需要建立在學生已有的知識結構上，因此，教師在講課時要先引導學生回顧學過的知識;有的新課內容在整體結構、學習方法上和之前學過的內容有很強的關聯性，因此，之前在問題探究時用到的一些基本方法及思維模式可以沿用到新課的學習中。教師可以利用新課知識的這一特點，巧妙地建立起新舊知識的聯系，并借此發展學生的深度學習能力。教師可以在完成這類新知識的教學后，給學生設計有針對性的單元作業，增強學生思維的連貫性和體系性，讓學生的知識架構越來越穩固，思維素養和思維品質也得到提升。

以“相互作用”的教學為例，這一單元的內容在高中階段的物理學習中有大量應用和體現。學生無論之后學習更深入的力學知識，還是對電場的相互作用、磁場的相互作用等進行探究，都需要用到之前學過的知識原理。教師可以讓學生根據力學、熱學、電學等不同物質運動時產生的差異，來對“力”進行分析。學生對這種學習方式充滿好奇，會跟隨教師的引導，將新舊知識進行結合。最后，教師可以給學生布置與本節課相關的單元性作業，如讓學生通過這節課的學習，對力學、熱學、電學等不同物質運動時產生的差異進行分析和總結，然后形成一份總結報告。這樣的單元作業不僅探究性很強，還有著開放性色彩。學生可以自行找尋探究視角，結合自己的研究主題撰寫一份有針對性的學習報告。在完成作業的過程中，學生會加深對這部分知識的認知，強化對相關知識的理解與吸收。

結 語

綜上所述，高中物理單元作業對學生核心素養的提升具有積極作用，因此，教師要依據新課程改革的要求，結合物理學科的實際授課情況，積極進行相關探索，借助單元作業的有效設計，促進學生物理核心素養的有效提升。

[參考文獻]

[1]孫倩.高中生物學單元作業設計研究[D].揚州：揚州大學，2020.

[2]戴維.基于核心素養的高一物理單元作業優化的研究[D].上海：上海師范大學，2019.