促學生核心素養形成的初中物理大單元作業設計探究
——以滬科版“內能與熱機”為例

楊葉娟

作業與教學、評價有著千絲萬縷的聯系，作業對教學質量的提升乃至課程改革的深化都有重要的意義。大單元作業是一種更強調整體性、系統性、關聯性、遞進性的作業，要求從單元的總目標出發，設計單元內每個課時的作業。它不是一種特定的作業形態，可以有諸如前置作業、課內生成作業、課后鞏固作業、主題實踐作業等多樣化的作業形式，單元作業的設計不僅要關注學生在知識技能方面的掌握情況，更要關注學生學習方法的習得和科學思維的培養，使學生在完成作業的過程中，促進深度學習的生成和核心素養的發展。

一、 單元作業設計的價值和意義

單元設計的方法一般從兩個方面進行劃分：①以教材原先設計的自然章節作為一個單元；②以某個專題或者學科關鍵能力重組單元。與單獨一個課時做比較，單元具有一定的系統性、關聯性、綜合性、遞進性的特點。且單元視角與核心素養所追求的項目式學習、主題式學習等是完全一致的。因此以單元作為作業設計的基本單位是具有獨特意義和價值的。

(一)整體思考：加強聯系，減少重復，發展高階

單元作業設計從單元整體目標上思考，把不同課時的內容進行整合，更加關注知識之間的聯系。減少低階作業的反復訓練，增加發展高階思維的作業比重，減輕學生作業負擔。

(二)整體設計：目標明確，統籌分配，梯度清晰

單元目標要在各個課時中進行合理分布和統籌分配。隨著課時推進，不同課時作業的難度比例應有一定改變。單元最后一課時作業應具有一定綜合應用性、統整性，難度也相對較高。

(三)整體視角：協同教學，結合評價，整合開發

從單元角度設計作業，勢必要思考作業和教學、評價等的相互關系，共同發揮作業和教學、評價等的協同作用，而非孤立設計作業。

(四)助力發展：師生受益，素養提升，終極價值

探索提高大單元作業設計的途徑和方法，在提升作業設計整體質量的同時，促進教師對作業的整體把握和作業的系統設計能力。在大單元作業的落實中讓學生更積極地進行學習和完成各項學習任務，以提高物理學習成績。

二、 單元作業設計的原則

我們進行大單元整體教學首先是從單元的教學任務分析開始的，然后確定我們的單元教學目標，即整個單元教學的核心。教學目標確定后，就要確定我們教學的重點，接著教師組合各種資源。從圖1中可以看出，我們單元作業引領是一個很重要的支撐作用，它絕對不是一個單獨的個體，它是單元教學中很重要的一部分。作業設計質量是保證作業功能發揮和作業效果實現的先決條件。

圖1 作業設計流程圖

接下來筆者將以滬科版九年級物理第13章“內能與熱機”單元為例，從“如何確立學習單元”“單元作業設計的思路”兩個方面來闡述單元作業設計的原則。

(一)如何確立學習單元

教材是以章節的形式編寫的，而學習單元與章節單元之間是有根本區別的。學習單元通常以主題為中心，是一組彼此有關聯的學習內容和活動式知識結構化的重要表現。因此我們需要在大任務的驅動下，圍繞目標、內容、實施與評價來進行大單元的設計。實現從內容單元到學習單元的轉變，從而實現深度學習。因此我們對滬科版九年級物理第13章“內能與熱機”的教學內容進行整合。

內能屬于課標中科學內容的二級主題，還原至一級主題能量的大單元結構中。分析發現，內能與分子運動對應，電學之前，內能與機械能之間的聯系最緊密，而內能的來源和利用的本質是能量的轉移和轉化過程。因此確定了本單元的教學主線為：能量的轉移和轉化。結合課程標準，分析教材中的各個知識點，梳理其中的聯系，明確本單元知識的邏輯關系。(圖2)

圖2 “內能與熱機”單元的邏輯關系圖

結合學生的年齡特點、認知規律和學習能力，按照學生課上和課下學習關聯的真實過程，以培養學科核心素養為目標，將本單元整合為7個課時(表1)，體現了教學的銜接和發展，具有較高的實際操作性。

表1 “內能與熱機”單元整合的課時表

(二)單元作業設計的思路

首先，我們需要根據單元學習目標及達成標準來確定課時作業目標，然后根據課時作業目標來進行作業的設計。我們的作業分三部分：課上生成作業、課后鞏固作業、主題實踐作業。

在設計上主要體現四個方面：課時作業之間的內容體現知識的邏輯關系；課上生成作業與課后鞏固作業之間體現有機關聯；習題的難度隨著學生學習程度的發展體現連續和遞進關系；課時作業和單元成果展示體現過程性發展關系。

分層上主要體現在三個方面：課后鞏固作業根據難度和素養指標分成“基礎達標”“能力提升”“拓展創新”三個層次，題量比例基本為5∶3∶2，要求全體學生完成“基礎達標”部分，其余兩個層次自主選擇完成；單元成果展示設置為“發展卷”形式。在相同時間內，不同層次的學生得到適當的學習發展；實踐活動的任務、評價量表的設計，在同一維度下有不同達成程度的區分。這些做法充分體現學生的學習主體性，讓不同水平學生的學習效果都得到最大限度的體現和發展。

三、 單元作業突出的特點

(一)立足單元邏輯結構，建構系統性作業

本單元以圖2的邏輯結構為作業設計的立足點，凸顯作業的系統性，主要表現在以下幾個方面。

1. 課上生成作業與課后鞏固作業之間體現有機關聯

課上生成作業不應是單純的課上筆記和單純的課堂測試，它應該與課堂教學緊密相連，能突破關鍵的思維節點，是課堂的有益補充。

例如在第1課時中，課上生成作業提示學生由觀察到思考，由宏觀現象推理規律，課后鞏固作業就是它的延伸，繼續研究影響內能大小的因素。題目中提供了依據，合理推理，開展科學猜想的方法和過程，方法的習得往往比知識本身更重要，更有價值。在作業中滲透了科學研究方法，有利于提升學生的學科素養。課上課下作業的有機關聯，形成學生課堂和課后學習活動的整體延伸，體現了作業的整體性能，更好地拓展了學生的思維，培養了學生的核心素養。

【課上生成作業】

宏觀現象中包含著許多微觀的信息。如圖所示的擴散實驗中墨水在熱水中擴散得更快，說明：物體的溫度越高，分子運動越劇烈，分子的動能越。結合內能概念，可推知，物體的內能越。因此，物體的內能與有關。

【課后鞏固作業】

在圖中，(a)杯中水量較少，(b)杯、(c)杯、(d)杯中的水量相同。根據課上生成作業中所得的推理性結論，比較各杯中水的內能的大小：

①杯中水的內能最大，因為；

②兩杯中水的內能不好比較，因為。

2. 不同課時的作業體現知識的邏輯性，內容的關聯性和遞進性

例如第6課時熱機效率的概念的構建，就是以第2課時蒸汽對外做功時能量轉化為基礎的，并遷移第5課時熱效率的方法來構建。

【基礎】

【第2課時】如圖所示試管內水蒸氣將塞子推出的過程。酒精燃燒時，酒精的能，通過熱傳遞，試管中水的溫度升高，產生大量水蒸氣。水蒸氣把木塞沖出去，水蒸氣的能轉化為塞子的能。這個實驗雖然簡單，卻展現出熱機中能量轉化的基本過程，請你補全下圖的熱機原理。

【方法】

【第5課時：熱效率】小明利用家里的燃氣灶，把質量是1kg的水，從室溫20℃加熱至100℃，水吸收的熱量是336000J。

(1)假設燃氣燃燒放熱全部被水吸收，試計算理論上需要燃燒多少立方米燃氣？

(2)在燒水前后，小明分別觀察燃氣表的示數，由710.971m變為710.994m，可知消耗的燃氣是m，與第(1)問計算值并不相符。同學們仔細觀察燃氣燃燒的過程，找到了其中的原因，請將能量走向圖填寫完整。

(3)燃氣灶熱效率，是指灶具燃燒所釋放的熱量的最終有效的利用率。請根據第(1)問和第(2)問，計算該燃氣灶的熱效率。

【建構概念】

小明利用所學知識研究汽油機的工作過程。

(1)四沖程汽油機，做功沖程將能轉化為能。

(2)如圖所示為小明梳理的汽油機的能量走向圖，請幫他填寫完整。

(3)仿照熱效率的定義，在熱機運轉中，對外做的的能量與燃料完全燃燒釋放的能量的稱為熱機效率。

3. 課時作業和單元成果展示體現過程性發展關系。

單元成果展示，學生可以根據自身的學習水平自主選擇，從課時作業到單元成果展示，呈現每一個學生獨特的學習軌跡和階段性成果，有助于學生的后續學習和發展。

(二)豐富內容，發揮作業育人功能

作業不僅僅具有鞏固知識與技能的功能，它對學生的能力、習慣、態度、價值觀等方面的發展均有重要價值。

1. 充分挖掘教材，提高資源利用率

課本插圖典型形象，改編優化后增加了學習的效能。

例如：水的比熱容較大，人們往往利用它的這一特性為生活、生產服務，請判斷下列各情境中，哪些應用到了這一特性。(應用到的畫“√”，沒有應用到的畫“×”，并在題后寫出主要應用原理)

A. 汽車的發動機用循環水來冷卻

( )

B. 冬天的暖氣利用循環熱水取暖

( )

C. 初春的夜晚向稻田灌水以防凍壞秧苗

( )

D. 炎熱的夏天用灑水車灑水降溫

( )

E. 地窖內放幾桶水以防菜在0℃以下被凍壞

( )

F. 城市建人工湖有助于調節氣溫

( )

這道題綜合生活生產中的常見情境，以判斷改錯的形式出現，考查學生的認識水平，讓學生認識到物理源于生活、生產，引導學生關注實際應用。

2. 關注科技資源熱點問題

整合科技熱點資源，激活學習熱情，例如我們的作業設置了從古代科技發明到天問一號，到地源熱泵，在考查知識的同時，引導學生關注科技前沿和學科進步，關注技術進步帶來的社會進步，激發民族自豪感。

當你閱讀中國古代書籍時，總會為其不經意透出的智慧而拍案叫絕，陸游《老學庵筆記》：“蜀中有夾瓷盞，注水于盞唇竅中，可省油之半。”這就是大名鼎鼎的邛窯“省油燈”，它是一個有夾層的燈盞，將燈芯及油置于燈盞內，然后在燈盞的夾層中注入冷水，這種燈盞可以省油近一半。請用所學熱學知識解釋其原理。

2021年5月15日，天問一號探測器著陸火星，邁出了我國星際探測征程的重要一步。火星又被稱為沙漠行星，地表沙丘、礫石遍布，沒有穩定的液態水，在這樣的環境下，火星的晝夜溫差應該(選填“較大”或“較小”)，原因是砂石的較小。

閱讀《地源熱泵》回答問題。

地能是地源熱泵冬季供熱的熱源和夏季制冷的冷源。冬季，土壤或水體溫度為12～22℃，比環境空氣溫度高，地源熱泵把地能中的熱取出來，提高換熱介質的溫度后，供給室內采暖。夏季，土壤或水體溫度為18～32℃，比環境空氣溫度低，地源熱泵把室內的熱取出來，釋放到地能中去。如此周而復始，將建筑空間和大自然聯成一體，以最小的代價獲取了最舒適的生活環境。

請根據上述材料，回答下列問題：

(1)冬季，地源熱泵實現將內能從供給。(選填選項前的字母)

A. 地能向室內 B. 室內向地能

(2)山東夏熱冬冷(夏季平均溫度約為15～30℃，冬季平均溫度約為-6～6℃)，昆明夏無酷暑，冬不嚴寒(夏季平均溫度約為16～24℃，冬季平均溫度約為4～16℃)。在這兩個城市分別建造一所新的學校，你認為哪個城市的學校建設可能較適合使用地源熱泵？并請說出你的理由。

3. 多種形式激發興趣，發展科學思維

在玩耍中探究物理問題是學習物理的好方法。我們可以設置小實驗，引導學生動手觀察，在玩中充分經歷和體驗，激發對物理學習的興趣，發展科學思維。

例如：許多同學會這樣玩：首先將含有少量水的礦泉水瓶瓶蓋擰緊；接著兩手分別握住瓶的上、下部分，使勁擰瓶的下部，使其嚴重變形然后將瓶口對著無人處，迅速旋開瓶蓋，可看到瓶蓋飛出數米遠，同時瓶口和瓶內出現白氣。請你也試著做做(切記：操作時不要讓瓶口對著人或物)并思考回答以下問題：

(1)用力擰緊瓶身的過程中，能量是如何轉化的？通過什么樣的方式改變了內能？

(2)瓶蓋飛出去時，瓶內氣體的溫度會如何變化？為什么？

(3)“白氣”是怎么形成的？

4. 聚焦社會熱點，培養責任意識

以項目式學習的方式驅動學生思考和探索，積極解決問題而獲得新知。并在作業中引導學生關注科學技術與社會環境的關系，幫助學生形成正確的價值觀，樹立人與自然和諧相處的理念。例如我們設置了調查研究作業：開發垃圾能量、城市特島效應調查等。

四、 單元作業設計的評價方式

單元作業評價要體現診斷、激勵、促進發展的功能。關注個體差異，強調參與互動，自評與他評相結合，實現評價指標、評價方式、評價主體的多元化。例如我們通過收集學生家庭實驗小視頻，教師收集作品，通過微信公眾號編輯整理發布，讓學生對作品進行評選，對獲獎的作品給予獎勵，讓學生在作業中獲得成就感，也讓評價更貼合學生的認同度。在主題實踐作業的評價量表設計中，我們把過程性評價和終結性評價相結合，對學生的學習興趣、參與程度、運用知識解決問題的能力、合作意識等進行評價。通過學生、教師、家長、社會人員等多主體共同參與評價，讓評價增強學生的自信和成就感，促進學生的發展。

五、 結語

總之，教者有心，學者得益。對單元視角下的作業設計與評價策略進行研究，以豐富多彩的作業形式讓學生多感官參與，我們的作業將不只是單一枯燥的文本，而是富有色彩、充滿情趣的多元復合體，可以最大限度地拓展學生的空間，在愉悅合理的環境中獲取知識，培養可持續發展的學習能力。讓學生在學習的舞臺上，都能成為一個出色的表演者。