高中物理學科精準作業的設計

李 剛

四川省攀枝花市第三高級中學校，四川 攀枝花 617000

近年來，各地中小學存在學生作業負擔過重，教師對作業批改的質量差，對學情分析不精準等問題。2021年4月教育部印發的《關于加強義務教育學校作業管理的通知》中指出了作業“育人功能”的價值定位、“學校教育教學管理工作重要環節”的工作定位、“課堂教學活動必要補充”的專業定位，為一線教師重新思考作業的內涵與價值、開展作業改革指明了方向。本文就如何進行高中物理學科精準作業的設計進行探討，試圖讓物理學科作業在學科育人功能、培育學生物理學科核心素養方面發揮更大的作用。

1 高中物理學科精準作業的設計要體現初高中的銜接性

高中物理在教材知識、思維要求等方面較初中物理有較大差距，這不但要求教師在教學方法選擇上要注重初高中物理的銜接問題，而且要求教師在作業設計上同樣要考慮初高中的銜接。例如，歐姆定律在初中教材中只涉及部分電路歐姆定律，而高中是更深層次的研究，要求學生掌握閉合電路歐姆定律。從歐姆定律的應用來看，初中所涉及的函數問題要求學生會用特殊點處理數據，高中則要求學生用函數思想處理數據從而解決實際問題。基于此，教師可以以學生熟悉的中考題為切入點進行作業設計，先呈現中考原題，再在原題的基礎上結合初高中知識、思維及能力水平要求的不同進行改編，從而達到新舊知識同化的效果。

如圖1甲所示電路，電源電壓恒定不變，R為定值電阻，R為電阻箱，調整電阻箱R的電阻值，電流表示數I的倒數與電阻箱阻值R的關系如圖1乙所示，以下說法中正確的是（ ）

圖1 例題1示意圖

A.電源電壓為3.6 V

B.通過R的最大電流為2 A

C.調整電阻箱R的阻值，則R的最大功率為0.75 W

D.調整電阻箱R的阻值，則R的最大功率為0.48 W

如圖2甲所示電路，電源電壓恒定不變，電源內阻r=1 Ω，定值電阻R=8 Ω，R為電阻箱，調整電阻箱R的電阻值，電流表內阻不能忽略，電流表示數I的倒數與電阻箱阻值R的關系如圖2乙所示，以下說法中正確的是 （ ）

圖2 改編例題1示意圖

A.電源電壓為6.0 V

C.當電阻箱R的阻值為8 Ω時，R的功率最大

D.調整電阻箱R的阻值，則R的最大功率為2 W

同時將中考題和基于中考題改編的試題進行對比呈現，有利于學生深刻理解部分電路歐姆定律和閉合電路歐姆定律，有利于學生認識到電源、電表是有內阻的，有利于學生提高基于函數思想解決物理問題的意識。這樣的作業設計思路就拓寬了初高中教學銜接的途徑。

2 高中物理學科精準作業的設計要體現不同學科的關聯性

高中各學科具有關聯性和協同性。比如，高中物理和數學在關聯性和協同性上體現得特別明顯。像“共點力的平衡”這一節在求解力的大小時，就需要用到數學中三角函數的相關知識。“直角三角形中特殊角度的三角函數值”這一知識點學生已經在初中學習過，而三角函數中的輔助角公式、和差公式和二倍角公式等數學知識要在高一第一學期后半段才涉及，這就要求物理教師在設計作業時要考慮到物理學科與數學學科的關聯性，這樣學生才有可能完成相應的作業任務。

當學生沒有學到三角函數中的輔助角公式、和差公式和二倍角公式時，教師設計的物理作業只能涉及簡單的三角函數運算，如例題2所示。

水平地面上有一質量為m的木箱，木箱與地面之間的動摩擦因數為μ（0＜μ＜1）。現對木箱施加一拉力F，使木箱做勻速直線運動。設F的方向與水平面夾角為θ，如圖3，下列說法中不正確的是（ ）

圖3 例題2示意圖

A.F和摩擦力的合力方向豎直向上

B.F和摩擦力的合力方向斜向右上方

C.摩擦力大小為 Fcosθ

D.地面對木箱的支持力大小為mg-Fsinθ

學生掌握了三角函數中的輔助角公式、和差公式和二倍角公式后，教師基于上例進行改編，強化數學工具解決物理問題（改編例題2）。

水平地面上有一木箱，木箱與地面之間的動摩擦因數為μ（0＜μ＜1）。現對木箱施加一拉力F，使木箱做勻速直線運動。設F的方向與水平面夾角為θ（圖4），在θ逐漸增大到90°的過程中，木箱的速度保持不變，則（ ）

圖4 改編例題2示意圖

A.F先減小后增大

B.F 一直增大

C.地面對木箱的力的方向不變

D.地面對木箱的摩擦力增大

對木箱受力分析如圖5，由于物體處于平衡狀態，有：

圖5 木箱受力分析圖

3 高中物理學科精準作業的設計要體現培育核心素養的針對性

教師應根據普通高中物理課程標準的基本理念、課程目標和物理學科核心素養的要求，創造性地開展教學工作，將核心素養的培養貫穿于物理教學活動的全過程。而作業作為教學的重要環節，要注重學生“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面的發展。

以《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》中的試題案例為例，探討高中物理學科精準作業設計應該怎樣體現培育核心素養的針對性。

研究“蹦極”運動時，在運動員身上裝好傳感器，用于測量運動員在不同時刻下落的高度及速度。如圖6甲所示，運動員及所攜帶裝備的總質量為60 kg，彈性繩原長為10 m。運動員從蹦極臺自由下落，根據傳感器測到的數據，得到如圖6乙所示的速度-位移圖像。

圖6 例題3示意圖

（1）運動員下落過程中在什么位置動能最大？試從運動和力的關系討論運動員在該位置受力有什么特點。

（2）運動員下落動能最大時和落到最低點時，繩的彈性勢能分別為多大？請陳述運用相關定律解決問題的條件。

該題以實際情境為背景，設計作業有助于促進學生物理學科核心素養的發展。本題情境源于生活中的“蹦極”運動，目的是為了進一步發展學生物理學科核心素養中的“物理觀念”和“科學思維”。

第（1）問考查學生是否具有“物理觀念”中的運動與相互作用觀念以及“科學思維”中的證據意識。學生要能根據圖6乙中當l=5 m時，v=10 m/s，由運動學公式得g=10 m/s，得到空氣阻力是可以忽略的，運動員下落彈性繩沒有繃直前，可視為做自由落體運動；當彈性繩繃直后，繩的拉力逐漸增大，當拉力小于重力時，運動員做加速度逐漸減小的加速運動；當拉力大于重力時，運動員開始做加速度逐漸增大的減速運動。綜上分析，當拉力等于重力時，運動員的速度最大，動能最大。第（2）問要求學生陳述運用相關定律解決問題的條件，考查學生是否具有“科學思維”的模型建構和科學推理能力。要求學生在作答時能根據圖6乙中當l=5 m時，v=10 m/s，由運動學公式2gl=v得g=10 m/s，判斷出空氣阻力是可以忽略的，從而滿足機械能守恒定律的條件。學生再結合圖6乙經過科學推理運用機械能守恒定律解決問題。

4 高中物理學科精準作業的設計要體現學生之間的差異性

處于同一年級的學生認知水平、能力水平各有差異；同一學生處于不同年級認知水平、能力水平也有所不同。教師在作業設計時需考慮學生之間的差異性。以“共點力的平衡”為例，教師在設計作業時可以將作業分成兩類：一類要求學生直接用力的合成、分解（正交分解）求解；另一類要求學生使用正弦定理、余弦定理、三角函數輔助角公式和動態作圖等方法解決共點力的平衡問題。第一類作業適用于全體學生進行知識鞏固和發展核心素養；第二類作業適用于認知水平和能力水平高的學生或者高年級的學生以達到拓展提高和進一步發展核心素養的目的。

5 高中物理學科精準作業的設計要體現作業各環節的互動性

物理作業的功能主要有四個方面：一是檢驗教學效果，二是促進學生知識的鞏固和拓展，三是發揮物理學科的育人功能，培育學生物理學科核心素養；四是為物理教師改進教學服務。從作業的功能看，作業是一個復雜的體系，它大致包含作業設計、作業批改、統計分析、講評輔導、作業質量評價和作業再設計等要素，這些要素相互支撐、相互促進、循環發展體現了互動性。

教師在進行作業設計時，首先需要系統考慮作業目標。根據作業目標并結合具體的教學內容和作業功能來確定是要檢驗教學效果、促進學生知識的鞏固和提高，還是要進一步發展學生的學科核心素養，或發展學科核心素養的哪一個要素等等。同時，教師預先制定的作業目標應該是教師在進行作業批改和統計分析時的重要維度。教師既要分析學生完成作業的效果，也要分析作業目標的達成度，還應該根據分析得到的各項數據進行作業質量評價和作業的再設計，如此循環不斷地優化物理學科作業體系，從而形成一個相互促進、相互矯正的作業互動系統。

總的來說，教學、作業和考試評價是物理學科高質量發展中最重要的幾項工作，作業是學生自主學習和發展的重要方式。物理教師進行高質量的學科精準作業設計是替代“題海戰術”，避免機械刷題，促進學生學科知識的鞏固、拓展和提高，發揮物理學科育人功能、培育學生物理學科核心素養的重要保障。