核心任務(wù)引領(lǐng)的高中物理大單元作業(yè)設(shè)計實踐研究

徐國江

摘 要：以物理學科核心素養(yǎng)為指導，統(tǒng)領(lǐng)大單元作業(yè)，結(jié)合真實情境，設(shè)計出核心任務(wù)，布置課前啟發(fā)性作業(yè)，幫助學生形成物理觀念，布置課堂引導性作業(yè)，提升學生科學探究能力，布置課后基于真實情境的作業(yè)，幫助學生養(yǎng)成科學思維習慣。優(yōu)化作業(yè)設(shè)計，發(fā)揮作業(yè)功能，幫助學生提升物理核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心任務(wù)；真實情境；作業(yè)設(shè)計；核心素養(yǎng)

2021年7月，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于進一步減輕義務(wù)教育階段學生作業(yè)負擔和校外培訓負擔的意見》（以下簡稱《雙減》），明確要求“減輕義務(wù)教育階段學生作業(yè)負擔和校外培訓負擔”。作業(yè)是教學的一個重要抓手，是學生獲取知識、形成能力、培育素養(yǎng)的重要方式。但不能過于繁重，作業(yè)的設(shè)計與布置要體現(xiàn)“輕負高效”的理念。

高中生的物理作業(yè)往往存在以下問題：（1）以練習代替授課，缺少設(shè)計；（2）作業(yè)多而雜，難度沒有層次；（3）試題來源網(wǎng)絡(luò)，很多試題不夠嚴謹，缺少科學性；（4）新授課內(nèi)容與試題無關(guān)，缺少針對性練習；（5）作業(yè)的功能還停留在對概念的記憶、理解能力的培養(yǎng)，缺少綜合分析能力、邏輯推理能力、科學探究能力的培養(yǎng)。不能體現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的作業(yè)，失去了其應(yīng)有的價值。作業(yè)設(shè)計離不開學科素養(yǎng)的指導，只有以學科核心素養(yǎng)為引領(lǐng)的作業(yè)設(shè)計才是減輕學生負擔的“良藥”[1]，才能高效地落實《雙減》的根本任務(wù)，真正做到“輕負高效”。

為減輕學生作業(yè)負擔，在物理作業(yè)中有機融入核心素養(yǎng)。可以將物理作業(yè)設(shè)計與大單元教學核心任務(wù)設(shè)計相結(jié)合，以物理核心任務(wù)為引領(lǐng)的大單元作業(yè)設(shè)計，能優(yōu)化傳統(tǒng)的作業(yè)設(shè)計。可以鞏固學生課堂所學內(nèi)容，對已有知識進行整理復習；可以進一步開展課堂的拓展和延伸，對所學內(nèi)容舉一反三；可以帶領(lǐng)學生科學探究，對邏輯思維進行鍛煉；還可以拓展知識面，加強物理和實際情境、科學前沿的聯(lián)系；能有效提高作業(yè)質(zhì)量與效果。使學生在完成作業(yè)的同時，鞏固了基礎(chǔ)，培養(yǎng)了能力，提升了素養(yǎng)，形成了品格。

一、確立核心任務(wù)

物理學科核心任務(wù)是引導學生深刻理解和把握物理概念與規(guī)律，開放學生思維模式，提高綜合分析、應(yīng)用能力，啟發(fā)學生質(zhì)疑探索，提升質(zhì)疑創(chuàng)新能力。核心任務(wù)往往來源于真實情境，但要與物理教學相結(jié)合，與學生實際情況匹配，有一定的實際情境，也要有一定深度與廣度。深度是指根據(jù)已有的知識，分析實際情境，進行邏輯推理或?qū)嶒炋骄康贸鼋Y(jié)論，進而做出決策。廣度是說核心問題涉及范圍較廣，是課本內(nèi)一部分或多個章節(jié)的融合，還拓展加入科技前沿知識。

在長時間的實踐中發(fā)現(xiàn)，將核心任務(wù)應(yīng)用于教學中可以讓學生成為主體。讓學生自主自發(fā)地進行學習，將認知沖突引發(fā)出來，進行深入的探索，給學生提供一定的探究機會，讓學生沉浸在學習過程中，獲得獨特的學習體驗。不過，想要提出高質(zhì)量的核心任務(wù)，教師就需要對相關(guān)的資源進行收集、整理，進行相應(yīng)的處理，從而為教學需要提供保障[2]。

解讀課程標準，明確素養(yǎng)目標。明確把核心素養(yǎng)做為教學目標，通過分析課程標準、分析教材、分析內(nèi)容、分析學情對情境、問題、學生學習活動有序、結(jié)構(gòu)化設(shè)計，把學習內(nèi)容清晰呈現(xiàn)給學生。

以素養(yǎng)目標為基礎(chǔ)，結(jié)合情境確立核心任務(wù)。核心任務(wù)需要涵蓋物理核心素養(yǎng)的各個要素，要綜合考慮課程標準和物理教材，教師和學生實際，用科學嚴謹?shù)氖侄螌⒏饕刂g脈絡(luò)關(guān)系統(tǒng)領(lǐng)起來，解釋或解決生活中的實際問題。解決核心任務(wù)過程就是落實素養(yǎng)目標的過程。

本文以“電路及其應(yīng)用”為例，根據(jù)電路中的真實情境，結(jié)合學生現(xiàn)狀，設(shè)計出核心問題：分析生活中常見的“大功率電器打開，電燈會忽然變暗，過一小會兒又會恢復正常”這一真實情境，將解釋這個現(xiàn)象設(shè)計成為大單元核心任務(wù)。并將這一任務(wù)拆解為若干子任務(wù)，滲透到每個課時作業(yè)中。

二、設(shè)計作業(yè)

作業(yè)是落實素養(yǎng)目標的重要手段，作業(yè)方式有多種維度，按時間維度，可分為課前作業(yè)、課堂作業(yè)、課后作業(yè)。不同時間段，應(yīng)該設(shè)置不同層次、不同素養(yǎng)要求的作業(yè)，如圖1：

（一）課前設(shè)置啟發(fā)性的作業(yè)

通過設(shè)計啟發(fā)性的作業(yè)，幫助學生形成物理觀念。啟發(fā)性問題應(yīng)以生活實際、科學技術(shù)為背景，以激發(fā)學生學習物理的興趣；啟發(fā)性問題應(yīng)與課本內(nèi)容相結(jié)合，學生能根據(jù)課本內(nèi)容，聯(lián)系生活現(xiàn)象，形成物理概念；啟發(fā)性問題應(yīng)有明確的引導性，帶領(lǐng)學生全面客觀地認識物理問題，擴展學生思維的深度和廣度。為了讓學生能從物理知識中凝練出物理觀念，設(shè)計的啟發(fā)性問題應(yīng)有以下特征：

1.以已學知識為基礎(chǔ)，引發(fā)學生興趣與思考

啟發(fā)性作業(yè)1：為什么在導體和元件兩端加上電源，電路中會有電流呢？

追問：什么原因使導線中的自由電子發(fā)生定向移動，形成電流？形成的電流為什么不能持續(xù)下去？

啟發(fā)性作業(yè)2：如何才能使導線中存在持續(xù)的電流？

學生通過前一章電場知識的應(yīng)用，從電壓、電場、電場力、電子定向運動，形成電流。學生通過預習課本，了解電源在形成持續(xù)的電流中的作用。整合了前一章電場知識，運用了本章電路知識，厘清其中關(guān)系，引發(fā)了深度思考，形成潛意識里電流的觀念。

2.以層層深入的方式，提升思維的層次與品質(zhì)

例如電路中的能量轉(zhuǎn)化。

啟發(fā)性作業(yè)1：在電路中使用不同的用電器，往往會有不同的能量轉(zhuǎn)化。回顧生活中用過的用電器，說說用電器將電能轉(zhuǎn)化成怎樣的能量？

啟發(fā)性作業(yè)2：

①功是能量轉(zhuǎn)化的量度，思考并說明：用電器將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的過程中，是什么力做功實現(xiàn)的呢？

②在一段電路中，電路兩端電壓為U，在t時間內(nèi)，定向移動電荷量為q，則移動電荷電場力做多少功？若電路中的電流為I，又可以怎樣表示電場力做功？電流在一段電路中做功的功率又怎樣求解？

③用上述表達式求解電功和電功率，與接在電路中的元件是純電阻、非純電阻有關(guān)嗎？

啟發(fā)性作業(yè)3：

①在初中我們已學習了焦耳定律，回顧一下，焦耳定律的內(nèi)容？焦耳定律是實驗定律還是理論推導定律？

②電流通過導體發(fā)熱的功率如何求解？在求解電熱的表達式中，是否對任何電路都可以適用呢？

啟發(fā)性作業(yè)4：

①當電流通過純電阻元件時，電能完全轉(zhuǎn)化為熱能。但有些電路中除含有電阻外還含有其他負載，如電動機。以含電動機的電風扇為例，研究電路中的能量轉(zhuǎn)化。思考：當電路中接入電風扇，電動機正常運行。電路中有怎樣的能量轉(zhuǎn)化？能量間又有怎樣的關(guān)系？電路中有怎樣的功率關(guān)系？

②通過對非純電阻電路的分析，說明：歐姆定律適用于非純電阻電路嗎？

以上問題考查電流做功過程電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，常見電路中電能的轉(zhuǎn)化情況。學生根據(jù)實際用電器可以分析能量的轉(zhuǎn)化，但這只是基于現(xiàn)象，不明白其中的本質(zhì)。通過電路中移動電荷，電場力做功的計算，理解電能是如何被消耗的，但不明白電能是如何轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的。需要通過查閱書籍，電能驅(qū)動力導體中的自由電荷定向運動，同時也會碰撞其他微觀粒子，導致熱運動加劇，內(nèi)能增加。也不明白電能是如何轉(zhuǎn)化成機械能的，再次查閱書籍，電流在磁鐵的磁場中會受到安培力的作用，使得電動機轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化成機械能。

雖然這些問題不是本節(jié)課的考查目標，但學生通過自主翻閱資料學習，提升了思維的廣度和層次，還體會到在無人監(jiān)督下自主學習解決問題的快樂，激發(fā)了學習興趣。

（二）課堂布置引導性作業(yè)

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(shè)、設(shè)計實驗與制定方案、獲取和處理信息基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋，以及對科學探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力。布置結(jié)合科學探究的引導性作業(yè)，引導學生觀察真實情境并提出物理問題，引導設(shè)計可操作性強的實驗方案，引導利用身邊的測量儀器獲取和處理信息，引導基于測得的證據(jù)得出結(jié)論，并做出相應(yīng)解釋[3]。

例如：在導體的電子一節(jié)，探究影響導體電阻的因素，同學們通過小組研討、展示分析。

引導性作業(yè)1：為什么實驗室的滑動變阻器能改變電阻值？

引導性作業(yè)2：如何探究金屬導體的電阻與材料、長度和橫截面積的定量關(guān)系？

引導性作業(yè)3：復述物理學中控制變量的研究過程。

引導性作業(yè)4：實驗過程中還有其他的發(fā)現(xiàn)嗎？

情境1：將滑動變阻器C端和B端接入電路（圖2），將滑動觸頭P向D端移動，接入電路的阻值如何變化？滑動變阻器改變阻值的原理是什么？說明導體的電阻與什么因素有關(guān)？

情境2：將燈泡串聯(lián)接入電路（圖3），實驗發(fā)現(xiàn)燈絲較粗的燈泡較亮。燈泡的亮度由哪個物理量決定？這個現(xiàn)象說明電阻與什么因素有關(guān)？

情境3：生活中導線大多是銅材料。鐵也是導體為什么不用？電阻與什么因素有關(guān)？

問題1：金屬導體電阻與哪些因素有關(guān)？

問題2：如何研究電阻某個因素的關(guān)系？你打算采用什么方法？

實驗設(shè)計：控制變量（圖4）

分析歸納：影響金屬導體電阻大小的因素有導體的長度、導體的橫截面積和導體的材料。

問題3：還有什么發(fā)現(xiàn)？

學生實驗過程中發(fā)現(xiàn)，電阻絲時間長了溫度會升高，電表示數(shù)發(fā)生變化，提出疑問，溫度對電阻是否有影響？有什么樣的影響？

在實驗中發(fā)現(xiàn)影響電阻的除了材料、長度、截面積以外，溫度變化也有關(guān)系。培養(yǎng)學生要善于觀察實驗的每一個細節(jié)，初中學電阻時沒有涉及溫度帶來的影響，要敢于懷疑一切，科學質(zhì)疑是基本科學精神之一，也是學習的內(nèi)在動力。任何已有的結(jié)論都允許被質(zhì)疑。應(yīng)當延續(xù)這種良好的學習習慣，促進科學思維的培養(yǎng)。

（三）課后布置基于真實情境深度思考性的作業(yè)

1.引導學生解決真實情境問題的分析過程

例如：布置學生有質(zhì)疑的作業(yè)，科學質(zhì)疑的思想和方法是讓事實說話，讓實驗數(shù)據(jù)說話。在科學研究的道路上，講究的是擺事實，做實驗，講道理，不講科學權(quán)威，不論科學資格。

①設(shè)置情境，給出實驗可能需要的器材：電池、導線、電流表、電壓表、滑動變阻器、小燈泡、半導體電阻等。

②提出問題：溫度對電阻是否有影響？什么樣的影響？

③分析問題：如何利用電流表和電壓表測量電阻？為了獲得電壓、電流分布廣泛的數(shù)據(jù)，滑動變阻器應(yīng)如何連接？

④建立模型：應(yīng)當如何設(shè)計實驗電路圖？

⑤數(shù)據(jù)處理與分析：如何處理實驗數(shù)據(jù)，U-I圖像反應(yīng)了什么關(guān)系？

⑥提出假設(shè)：如果溫度不變，電阻是否會變化？

⑦實驗檢驗：將小燈泡玻璃去掉，放入溫度不變的水里，再次實驗，讀取數(shù)據(jù)，分析實驗U-I圖像，驗證假設(shè)。

⑧得出最終結(jié)論：小燈泡的阻值與溫度有關(guān)，溫度越高，阻值越大，溫度不變，阻值不變。

質(zhì)疑是內(nèi)驅(qū)力，學生在教師引導下，不斷對問題修正與完善，獲得成功的體驗與經(jīng)驗。作業(yè)設(shè)計應(yīng)提倡和引導質(zhì)疑，在質(zhì)疑中發(fā)現(xiàn)認知沖突，在質(zhì)疑中創(chuàng)新，“發(fā)現(xiàn)問題→明確原理→解決問題”是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要途徑[4]。布置學生有質(zhì)疑的作業(yè)，巧妙設(shè)置懸念，吸引學生興趣。用實驗解決問題的過程中，激發(fā)了高中生的想象力和邏輯思維能力，培養(yǎng)學生的質(zhì)疑能力等綜合能力。這種課后作業(yè)方式，使得教學具有可持續(xù)發(fā)展性。

2.引導學生深度思考解決綜合性問題

例如，課后布置解決大單元核心任務(wù)的作業(yè)：解釋“大功率電器打開，電燈會忽然變暗，過一小會兒又會恢復正常”這一真實現(xiàn)象。

⑴實際情境分析：有哪些電學元件？生活中輸電線電阻能否忽略不計？哪些是純電阻？哪些是非純電阻？它們的能量是如何轉(zhuǎn)化的？

⑵建構(gòu)模型：它們之間是串聯(lián)還是并聯(lián)關(guān)系？畫出電路圖。

⑶科學推理：電動機打開瞬間，能量是如何變化的，是否可以看成純電阻，接下來，能量是如何變化的，是否可以看成純電阻？

⑷學生質(zhì)疑：提出問題“打開電源后流過電動機的電流是如何變化的？”

⑸學生猜測：根據(jù)實際現(xiàn)象推測，電動機在打開瞬間，電流很大，然后變小了。

⑹設(shè)計實驗：用實驗室的器材，如小燈泡，電動機，干電池，定值電阻，電流表，電鍵導線設(shè)計實驗，用定值電阻充當導線電阻進行模仿。

⑺出現(xiàn)問題：發(fā)現(xiàn)電流表變化太快，不能分辨。

⑻尋找解決辦法：用電流傳感器來替換電流表，可以對電流值實時記錄。

⑼獲得數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)（圖5）

⑽數(shù)據(jù)分析：電動機打開很短時間內(nèi)，電流急劇變大，然后減小，直到一段時間后變?yōu)橐粋€較小的定值。

⑾科學推理，做出解釋：電動機在電源打開瞬間，電動機上的電流很大，輸電線上的電流也很大，損失的電壓也很大，小燈泡兩端的電壓就較小，燈泡變暗。一段時間后，電動機電流變?yōu)橐粋€較小的定值，輸電線電流變?yōu)檩^小的定值，其損失的電壓也變?yōu)檩^小的定值，燈泡獲得較大的電壓，燈泡又恢復到原來亮度。

⑿課后拓展：查找資料，電動機轉(zhuǎn)速加快過程中，電流為什么會變小，直至變?yōu)槎ㄖ担?/p>

⒀寫出科學解釋報告，以學科競賽的形式進行交流評比，頒發(fā)獎狀。

通過真實情境的綜合性作業(yè)引導學生科學思維。在作業(yè)設(shè)計中要實現(xiàn)科學思維可從三方面入手：構(gòu)建物理模型的能力培養(yǎng)、綜合分析推理論證的能力培養(yǎng)、質(zhì)疑和創(chuàng)新的能力培養(yǎng)。

（1）引導學生轉(zhuǎn)變思維方式，建構(gòu)物理模型

物理問題往往是以實際情境呈現(xiàn)出來的，具有結(jié)構(gòu)復雜、干擾因素多的特點。為了確定研究對象，找到物理規(guī)律，必須建立物理模型。上述實驗，直接對220v交流電機進行單元測量，交流電分析復雜，存在很大安全隱患，所以將它轉(zhuǎn)化為電學實驗的模型，再進行測量和分析。在電路分析中，抓住主要性質(zhì)，忽略次要性質(zhì)，將實際電路中元器件的物理性質(zhì)抽象出來，用定值電阻來代替輸電線電阻，以達到用理想電學元件來模擬實際電路元件，實現(xiàn)電路模型的建構(gòu)。

（2）引導學生從多個維度考慮問題，在分析、推理、科學探究中解決綜合性問題

為解釋大單元核心問題，幾乎用到了本單元所有知識點，經(jīng)歷了科學探究的完整過程，進行了綜合的分析與推理。①從電源、輸電線、電動機、電燈泡多因數(shù)的實際情境分析。②歐姆定律，焦耳定律，閉合電路歐姆定律多知識點的分析。③對電路模型的抽象，從而實驗探究電動機電流變化情況。④對實驗電路進行動態(tài)分析，電動機電流變化帶來一系列動態(tài)變化。

（3）引導學生根據(jù)科學原理對實際問題進行質(zhì)疑與拓展

不僅僅教給學生物理概念、規(guī)律，更應(yīng)該和學生一起開發(fā)學習資源，以拓展教學內(nèi)容，加深對教學內(nèi)容的理解，提高實踐探究能力和動手操作能力，加強課本知識與生活情境、科學發(fā)展的聯(lián)系。在撰寫科學報告和交流評比環(huán)節(jié)中，為學生提供一個充分展示自我的平臺。

結(jié)束語

“雙減”背景下，作業(yè)需要體現(xiàn)更多的作用。核心素養(yǎng)為指導，核心任務(wù)為引領(lǐng)設(shè)計的作業(yè)，能有效改變作業(yè)品質(zhì)，真正實現(xiàn)在減負的同時高效實現(xiàn)學習目標，激發(fā)學生學習熱情，讓學生輕松快樂地學習。在課前布置啟發(fā)性作業(yè)，課堂布置探究性作業(yè)，課后布置實際情境的綜合性作業(yè)，使同學們在作業(yè)引導下，由概念、規(guī)律的淺層，走向情境化、綜合化的物理本質(zhì)深度學習。搭建了師生互動的有效平臺，使得教師的教育更具有針對性、時效性和感染力，師生在思想的碰撞中提升了教師的業(yè)務(wù)能力。

但這對教師有了更高的要求。（1）教師要有深厚的知識素養(yǎng)，教學內(nèi)容與生活有實際的聯(lián)系，來源于生活，又應(yīng)用于生活，創(chuàng)設(shè)真實有效的問題情境，促使學生在實際情境中感悟體驗，將所學的知識應(yīng)用于實際情境。（2）不要放過學生每一個質(zhì)疑，當學生的認知發(fā)生疑惑時，教師要對學生的疑問做個全面的剖析，找出問題所在，引導學生通過科學的手段尋求真理。（3）有高超的實驗設(shè)計能力，注重實驗的每個環(huán)節(jié)，抓本質(zhì)，促拓展，真正培養(yǎng)學生獨立思考、敢于質(zhì)疑、尊重事實、敢于創(chuàng)新的科學探究能力。

參考文獻

[1]馬興衛(wèi).“雙減”背景下物理課外實踐作業(yè)的選題與開發(fā)[J].物理教學探討，2022，40（8）：73-76.

[2]任鑫，陳磊，崔琳.基于“3D模型”指向深度學習的物理單元作業(yè)設(shè)計：以“拋體運動”單元為例[J].中學物理，2022，40（15）：49-53.

[3]謝石蔭.基于核心問題的高中物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)方法[J].高考，2021（28）：35-36.

[4]陳希.基于高中物理核心素養(yǎng)的單元作業(yè)設(shè)計初探[J].中學物理教學參考，2022，51（9）：18-20.