優(yōu)化作業(yè)設(shè)計(jì),培養(yǎng)科學(xué)思維

朱暑波

【摘要】根據(jù)新課標(biāo)內(nèi)容和“雙減”要求，將作業(yè)設(shè)計(jì)和培養(yǎng)科學(xué)思維有機(jī)結(jié)合，以“電磁感應(yīng)及其應(yīng)用”單元為例，從四個方面優(yōu)化作業(yè)設(shè)計(jì)，即讓思維可見、讓思維深入、讓思維發(fā)散、讓思維創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，促使作業(yè)提質(zhì)減量，落實(shí)“雙減”政策。

【關(guān)鍵詞】作業(yè)設(shè)計(jì)；科學(xué)思維；“雙減”政策；電磁感應(yīng)

2017年版高中物理新課標(biāo)指出，“科學(xué)思維”是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的主要方面，它包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的前提是落實(shí)物理觀念，科學(xué)思維提升之后又有助于落實(shí)科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，所以培養(yǎng)科學(xué)思維是培育物理核心素養(yǎng)的主要抓手和突破口。“雙減”政策要求教師精簡作業(yè)、減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)。如何設(shè)計(jì)作業(yè)是擺在一線教師面前的一道必答題，如何把作業(yè)設(shè)計(jì)和培養(yǎng)科學(xué)思維結(jié)合起來更是一個值得思考的問題。下面以“電磁感應(yīng)及其應(yīng)用”單元為例，分四個方面闡述如何在作業(yè)設(shè)計(jì)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維。

一、依據(jù)課標(biāo)內(nèi)容，讓思維可見

為了使作業(yè)提質(zhì)減量，可以按單元主題設(shè)計(jì)作業(yè)。教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)要依據(jù)課標(biāo)，作業(yè)設(shè)計(jì)更是如此，可依據(jù)課標(biāo)內(nèi)容確定單元作業(yè)主題及作業(yè)的具體內(nèi)容。如“電磁感應(yīng)及其應(yīng)用”單元主要包括產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、自感現(xiàn)象、渦流、交變電流、變壓器、遠(yuǎn)距離輸電等內(nèi)容。每道作業(yè)題在鞏固物理觀念的基礎(chǔ)上突出培養(yǎng)科學(xué)思維的1～2個維度，兼顧其他維度，并在題首清晰標(biāo)明維度。“電磁感應(yīng)及其應(yīng)用”單元中涉及到模型建構(gòu)維度的主要有變壓器，設(shè)計(jì)作業(yè)如下表1所示。

物理模型一般分為物質(zhì)模型、過程模型、條件模型。河南師范大學(xué)侯新杰教授提出物理建模能力分為物理元建模知識和物理建模實(shí)踐能力兩部分，即先清楚什么是模型建構(gòu)，再培養(yǎng)建模能力。中學(xué)物理的教學(xué)目標(biāo)主要是培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識模型、應(yīng)用模型的能力，主要包括選取研究對象、分析建模條件、應(yīng)用模型解決問題三個環(huán)節(jié)。故表1中作業(yè)設(shè)計(jì)的第1問意在讓學(xué)生認(rèn)識常見模型和分析模型成立的條件，并讓學(xué)生說明什么是物理模型，什么條件下可看作理想化模型。讓模型建構(gòu)可視化、清晰化，讓學(xué)生明白模型建構(gòu)是重要的科學(xué)思維。第2問是在簡單情景中應(yīng)用模型，第3問改編自教材習(xí)題，考察學(xué)生在較復(fù)雜問題背景下應(yīng)用模型的能力，進(jìn)一步培養(yǎng)模型建構(gòu)能力。雖然此題突出模型建構(gòu)能力，但科學(xué)推理能力也必不可少。

表1 作業(yè)設(shè)計(jì)舉例1

二、基于學(xué)習(xí)進(jìn)階規(guī)律，讓思維深入

學(xué)習(xí)進(jìn)階是指“學(xué)生在一個時間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時，依次進(jìn)階、逐級深化的思維方式”。基于學(xué)習(xí)進(jìn)階規(guī)律設(shè)計(jì)作業(yè)有助于學(xué)生循序漸進(jìn)，逐步深入掌握知識。在設(shè)計(jì)作業(yè)的同時，結(jié)合學(xué)業(yè)質(zhì)量水平，逐層設(shè)計(jì)，讓思維層層深入，不斷提升思維能力。以科學(xué)推理為例設(shè)計(jì)作業(yè)，如表2所示。

表2 作業(yè)設(shè)計(jì)舉例2

新課標(biāo)中把科學(xué)推理學(xué)業(yè)質(zhì)量劃分為5個水平，如下表3所示：

表3 科學(xué)推理學(xué)業(yè)質(zhì)量水平

科學(xué)推理是對已有知識、條件、論斷進(jìn)行對比、歸納、分析、推理，形成新結(jié)論的過程，是對一個多變量問題進(jìn)行推斷時表現(xiàn)出的思維能力。一般可分為歸納推理、演繹推理和類比推理三種，中學(xué)物理用的最多的是演繹推理，上述例2也是演繹推理。表2中的第1問先復(fù)習(xí)教材內(nèi)容，即以中軸線P2為轉(zhuǎn)軸研究感應(yīng)電動勢，第2問以P1為軸研究，比第1問稍有深入，屬于學(xué)業(yè)質(zhì)量水平1～2。第3問求電動勢的瞬時值，由特殊到一般，這也是層層深入的表現(xiàn)，且要求學(xué)生解釋推理結(jié)果。第4問改變轉(zhuǎn)軸繼續(xù)求解，要求進(jìn)一步提高，屬于學(xué)業(yè)質(zhì)量水平3～4。第5問改變線圈形狀繼續(xù)求解電動勢的瞬時值，后又改變計(jì)時起點(diǎn)，總的來說是在一種較新的情景中分析和推理，屬于學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4～5。如此設(shè)計(jì)既能使科學(xué)推理思維層層深入，又能落實(shí)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平要求。要說明的是，層層深入設(shè)計(jì)并不是要求每道題都包含1～5的水平，要結(jié)合學(xué)情、課標(biāo)、教材等實(shí)際情況設(shè)計(jì)水平等級。

三、根據(jù)“雙減”要求，讓思維發(fā)散

“雙減”政策是針對義務(wù)教育階段頒發(fā)的，但高中階段更需要科學(xué)設(shè)計(jì)作業(yè)，高中學(xué)業(yè)繁重、學(xué)科難度加大、時間緊張，作業(yè)設(shè)計(jì)更要提質(zhì)減量。可從三方面設(shè)計(jì)使作業(yè)提質(zhì)減量。一是多題融合，在使用的教材、習(xí)題冊等資源中，很多作業(yè)題重復(fù)出現(xiàn)，需要把這些作業(yè)歸納、融合在一起，包括題目背景、考查知識點(diǎn)、圖像表格等元素的融合。二是一題多問、變式訓(xùn)練，在一個題干情景下盡量多提問題，盡量囊括各類情況，包含不同角度。三是控制作業(yè)數(shù)量，一個單元一般不超過12道題目。題目質(zhì)量追求精益求精，精心挑選與設(shè)計(jì)每道作業(yè)題，鼓勵改編與創(chuàng)新作業(yè)題。以科學(xué)論證為例設(shè)計(jì)作業(yè)如表4所示：

表4 作業(yè)設(shè)計(jì)舉例3

科學(xué)論證是基于證據(jù)提出自己的觀點(diǎn)，通過科學(xué)推理論證觀點(diǎn)，同時反駁他人的質(zhì)疑和批判辯護(hù)自己的觀點(diǎn)。一般包含四個基本要素：觀點(diǎn)、證據(jù)、科學(xué)推理、反駁。科學(xué)論證是培養(yǎng)學(xué)生“有理有據(jù)”的證據(jù)意識，說出的觀點(diǎn)、寫出的公式推理都必須“有理可依”。楞次定律是高中物理的重難點(diǎn)內(nèi)容，很多學(xué)生對楞次定律的本質(zhì)沒有理解透徹。故上述例3在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過一題多問、變式訓(xùn)練，讓學(xué)生闡述證據(jù)、歸納推理觀點(diǎn)、論證自己的觀點(diǎn)并反駁他人的觀點(diǎn)，盡可能通過一道題目讓學(xué)生深刻理解楞次定律，并使科學(xué)論證思維得以發(fā)散。

四、創(chuàng)設(shè)“五部曲”，讓思維創(chuàng)新

教師的“教”是為了學(xué)生的“學(xué)”，同理教師設(shè)計(jì)作業(yè)是為了學(xué)生使用作業(yè)。作業(yè)設(shè)計(jì)首先應(yīng)具備可使用性，能落實(shí)到平時的教學(xué)中，學(xué)生能完成教師設(shè)計(jì)的作業(yè)。其次學(xué)生要高效完成作業(yè)，更好地掌握知識，更好地提升科學(xué)思維。為此筆者創(chuàng)設(shè)了作業(yè)書寫“五部曲”，即本題目的題意、知識點(diǎn)、思路、解析、反思與創(chuàng)新。“五部曲”要求學(xué)生知道考什么，以什么樣的思路去解答，然后是具體解析過程。特別值得一提的是反思與創(chuàng)新，該環(huán)節(jié)要求學(xué)生對習(xí)題和解析過程進(jìn)行反思總結(jié)，包括哪里容易錯、需要注意什么、怎樣作答更好。還要求學(xué)生改變條件或提出不同問題或提出不同解法，對比其他題目進(jìn)行歸納分析，本質(zhì)是學(xué)生對習(xí)題的再創(chuàng)作。在完成單元學(xué)習(xí)后，還可以讓學(xué)生根據(jù)“五部曲”積累經(jīng)典題型、錯題，如表5所示：

表5 學(xué)生完成作業(yè)情況實(shí)例實(shí)錄

質(zhì)疑創(chuàng)新是基于證據(jù)和推理針對不同觀點(diǎn)或結(jié)論，提出質(zhì)疑、批判、創(chuàng)造性見解的高階能力和思維品格，是科技發(fā)展、社會進(jìn)步的動力源泉，是高中物理教學(xué)最應(yīng)該培養(yǎng)的科學(xué)思維。在作業(yè)設(shè)計(jì)中也可以培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力，比如質(zhì)疑題目背景是否符合實(shí)際情況、數(shù)據(jù)是否合理、解題方法是否恰當(dāng)?shù)龋M(jìn)而提出自己創(chuàng)造性的想法。學(xué)生剛開始對“五部曲”的應(yīng)用很不適應(yīng)，這是平時機(jī)械訓(xùn)練的 “后遺癥”。經(jīng)過不斷引導(dǎo)，學(xué)生創(chuàng)新思維得以打開，絕大部分學(xué)生能提出新問題、新見解，少數(shù)學(xué)生的創(chuàng)新想法連教師都拍手叫好。欣賞學(xué)生，相信學(xué)生，給學(xué)生空間，既培養(yǎng)了學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力，讓思維變活變新，又能使作業(yè)提質(zhì)減量，讓學(xué)生更透徹地理解知識。

在“雙減”背景下，結(jié)合科學(xué)思維設(shè)計(jì)作業(yè)是一個創(chuàng)新實(shí)踐，目前鮮有研究。作業(yè)設(shè)計(jì)看似簡單，實(shí)則綜合性強(qiáng)，絕不是拼湊幾個習(xí)題而已，除了上述四個方面外，還有很多細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)。比如給出作業(yè)提示構(gòu)建學(xué)習(xí)支架，配以詳細(xì)解析方便學(xué)生使用。每一個單元設(shè)計(jì)一道實(shí)踐操作題，豐富作業(yè)類型。結(jié)合教材，充分利用新教材課后習(xí)題等。研究過程中也遇到一些困惑，比如如何設(shè)計(jì)能更好地兼顧知識點(diǎn)鞏固與思維培養(yǎng)的作業(yè)，不能只談思維不談知識，思維必須以知識為載體，要有機(jī)結(jié)合。另外在作業(yè)設(shè)計(jì)中提升科學(xué)思維的具體措施和方法還應(yīng)該更加多樣和有效，并融入到課堂教學(xué)之中。作業(yè)是評價學(xué)生的主要形式，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的有力武器，是學(xué)生與老師交流的重要橋梁。優(yōu)化作業(yè)設(shè)計(jì)，落實(shí)教育政策，提升科學(xué)思維，物理人任重道遠(yuǎn)！

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2017.

[2]物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理選擇性必修第二冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[3]侯新杰，李思雨.高中生物理模型建構(gòu)能力的現(xiàn)狀調(diào)查及培養(yǎng)策略[J].中學(xué)物理，2021（11）.

[4]郭玉英，姚建欣.基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].課程·教材·教法，2016（11）.

（基金項(xiàng)目：本文系海南省教育科學(xué)規(guī)劃一般課題“‘雙減’背景下提升科學(xué)思維的中學(xué)物理作業(yè)設(shè)計(jì)研究”的研究成果，課題編號：OJY20211051）