學科核心素養培養視域下的高中物理單元作業設計策略

摘 要：文章以單元整體規劃為準，圍繞主題和內容，系統設計情境命題、拓展命題、分層命題、小組作業，可以提高作業的價值，有效培養學生的物理學科核心素養.

關鍵詞：學科核心素養；高中；物理；單元作業

中圖分類號：G632

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0333（2024）33-0083-03

收稿日期：2024-08-25

作者簡介：李福陽（1975.12—），男，福建省詔安縣人，本科，中學一級教師，從事高中物理教學研究.

基金項目：福建省教育科學“十四五”規劃2023年度課題“基于學科核心素養下的高中物理單元作業設計實踐研究”（立項批準號：FJJKZX23-508）.

高中物理單元作業是在高中物理單元教學的基礎上設計形成的，具有整體性、全面性等鮮明特點，能夠有效發揮作業的作用，更好地反映學生的整體情況.在學科核心素養的導向下，探索高中物理單元作業設計策略，對提升高中物理教學質量、促進學生全面發展具有重要意義.

1 高中物理單元作業設計原則

1.1 目標性原則

單元作業設計需嚴格遵循目標性原則，確保每一項作業都緊密圍繞單元教學目標展開.在設計單元作業時，教師需基于各課時內容的具體安排，精心策劃單元作業目標，確保其既與單元教學目標相契合，又緊密貼合教學內容與作業內容；在學生做作業的過程中，教師需明確作業要求，如強調保留做題痕跡、鼓勵定時定量獨立完成等；作業完成后，教師還要緊密結合作業目標與單元教學目標設計講評目標，既要注重學生的素養發展，也要揭示并解決學生在作業中出現的疑問與困惑.

1.2 主體性原則

主體性原則的核心在于尊重并凸顯學生的主體地位，確保單元作業的設計與實施能夠順應學生的認知規律與心理發展特征.在單元作業題量方面，教師應充分考量學生的日常活動安排與休息時間，確保作業量適中，既不會成為學生過重的負擔，又能有效促進其綜合素質的發展；在作業難度方面，教師應精準把握學生的“最近發展區”，既具挑戰性，又具可行性；既能激發學生探索未知的熱情，又能避免因難度過高而挫傷其自信心^[1].此外，教師需分析學生的發展規律與心理特征，將這一分析結果貫穿于作業設計、布置、批改、評價、講評及訂正的全過程，最終達到培養高素質人才的教育目標.

1.3 多樣性原則

部分教師所設計的單元作業形式單一、內容應試化，導致學生的作業質量不高，更難以激發自主學習意識，因此，應保證單元作業的多樣性.教師可廣泛搜集教材、期刊、學科網等網絡平臺上的豐富素材并改編，確保作業的新穎性；作業的形式可以由書面作業轉換為敘述性作業，以更好地滿足不同學生的習慣；在保持應試需求的基礎上，教師應積極融入社會熱點話題、科學技術問題及物理學史等情境化元素，增強作業真實感的同時，引導學生關注社會動態.

1.4 層次性原則

鑒于不同學生、不同年級、不同班級在認知水平、思維能力及實踐活動能力等方面的顯著差異，教師應注重單元作業的層次性，同時滿足不同層次學生的需求.教師需設計聚焦于基礎知識的基礎題，幫助學生打牢學習根基；設計提高題，引導學生深入思考物理概念和規律之間的聯系與區別，培養其靈活運用知識的能力；設計實踐探究題，鼓勵學生從實際現象出發，提出問題、設計實驗、分析結果，培養科學探究精神；設計拓展延伸題，給予部分學生更大的選擇空間^[2].2 高中物理單元作業設計策略

2.1 拓展命題，培養學生科學思維

基礎命題注重考查學生的基礎知識和能力，而拓展作業注重考查學生靈活運用所學模型和方法的能力，以及采用恰當的方法解釋一般事物的能力.因此，教師在設計拓展命題時，可驅動學生利用既有模型解決更復雜或新穎的同類問題，可通過互換題目的已知與未知條件鍛煉學生的逆向思維，可改變命題的設問方式促使學生從多角度思考，可調整關鍵的物理條件打破學生的思維定式，最終提升學生的科學思維^[2].以魯科版高中物理必修第一冊第四章《力與平衡》為例，教師可設計以下兩個例題.

例1 一質量為m₁=2 kg的均勻木板靜止在水平地面上，木板與地面間的動摩擦因數為μ=0.3.在木板左端放置一質量為m₂=1 kg的小物塊（可視為質點），小物塊與木板間的動摩擦因數也為μ.現用一水平向右的拉力F作用在木板上，使木板和小物塊一起向右做勻速直線運動.已知木板長度為L=1 m，重力加速度為g=10 m/s².（1）求拉力F的大??；（2）若將拉力F的方向改為斜向上，與水平方向夾角為37°，且大小保持不變，求此時木板對小物塊的支持力大小，以及連接小物塊與木板間的細繩（假設存在，用于分析，實際中無此細繩）與水平方向的夾角的正切值（忽略細繩質量及形變）.

本題第（1）問考查的是整體法和隔離法在靜態平衡問題中的應用，通過整體法求出拉力F，再通過隔離法分析小物塊受力情況.第（2）問則引入了拉力方向的變化，增加了問題的復雜性，需要重新分析受力情況，并考慮支持力和摩擦力的變化.

例2 一輕質細桿的一端固定于豎直墻壁上的O點，另一端懸掛一質量為M的小球.小球靜止時，細桿與豎直方向的夾角為α.先給小球施加一水平向右的力F，使小球緩慢向右移動，直至細桿與豎直方向夾角變為β（βgt;α），且小球始終保持靜止狀態.（1）分析并說明在移動過程中，細桿對小球的作用力大小如何變化；（2）若已知α=30°，β=60°，且小球質量為M=1 kg，求水平力F的大小變化范圍.

本題考查的是動態平衡問題中的三力平衡.由于小球始終保持靜止，因此其受到的三個力（重力、細桿的作用力、水平力F）的合力始終為零.可通過作圖法或解析法分析細桿作用力的變化，以及水平力F的大小變化范圍.此題能夠有效鍛煉學生的科學思維.

2.2 情境命題，培養學生科學態度與責任

隨著新課程改革的深入推進，情境化教學已成為教學實踐的重要組成部分.教師在設計單元作業時，自然也要利用情境，將知識融入豐富多樣的情境中，讓學生在解決實際問題的過程中深化理解，激發興趣.如此一來，學生便會意識到生活中的物理無處不在，從而在潛移默化中逐漸形成科學態度與責任.教師作為情境命題的設計者，需精心挑選或創設貼近學生生活、激發學習興趣的情境，如自然現象、科學報道、日常情境、生活事件、傳統文化、物理學史等.鑒于情境選擇的多樣性，教師可以在同一情境下設置多個不同且又緊密相關的問題，幫助學生建立單元知識間的聯系^[3].以魯科版高中物理選擇性必修第一冊第四章《光的折射和全反射》為例，教師可以巧妙設計如下情境命題，以培養學生的科學態度與責任.

情境設定：想象你正漫步在黃昏時分的公園湖畔，夕陽的余暉灑在平靜的湖面上，波光粼粼，美不勝收.此時，你注意到湖底似乎“躺著”一塊色彩斑斕的“寶石”，吸引著你想要一探究竟.然而，當你滿懷期待地伸手去撈時，卻發現那不過是一塊普通的石頭，其色彩與位置與你在水面上所見大相徑庭.

問題設計：（1）你所見的“寶石”色彩為何與實物不符？這背后涉及了光的哪種物理現象？（2）當你嘗試撈起“寶石”時，為何總是無法準確判斷其位置？（3）假設你是一名攝影師，想要拍攝一張湖底景物的清晰照片，你會如何調整拍攝角度，以確保照片中的景物位置與真實情況盡可能一致？

2.3 分層命題，培養學生物理觀念

物理觀念作為高中物理學科核心素養的重要組成部分，涵蓋了學生對物理概念、規律、原理的深刻理解，以及運用這些知識解釋自然現象、解決實際問題的能力.設計分層命題的單元作業，旨在針對不同層次學生的學習需求和認知水平，通過差異化的任務設置，促進每位學生都能在原有基礎上得到提升，從而更加全面、深刻地構建物理觀念^[4].設計分層命題的關鍵在于準確把握學生的學習狀況，將單元知識框架內的內容細化為不同難度和深度的學習任務.以魯科版高中物理必修第一冊第三章《相互作用》為例，教師可以設計以下單元作業，以分層命題的方式培養學生的物理觀念.

2.3.1 基礎層作業

概念梳理：要求學生整理本章涉及的力（重力、彈力、摩擦力等）的基本概念、定義、單位及符號，并嘗試用簡圖表示這些力的產生條件和方向.

例題解析：提供一系列基于胡克定律、摩擦力公式的計算題，要求學生獨立完成，加深對力學基本規律的理解和應用.

2.3.2 進階層作業

案例分析：選取生活中涉及相互作用的實例（如汽車剎車時的摩擦力分析、橋梁設計中的重力與支撐力平衡等），要求學生運用所學知識進行分析，闡述物理原理在其中的應用.

2.3.3 拓展層作業

鼓勵學生結合生物學、工程學等其他學科知識，探討相互作用在自然界和人類社會中的廣泛應用，如航天器發射與回收中的力學分析等.

2.4 小組作業，培養學生科學探究

科學探究指的是學生運用科學方法，通過提出問題、作出假設、設計實驗、收集數據、分析論證、得出結論以及交流評估等步驟，主動探索未知世界、尋求科學真理的過程.教師以合作探究為基礎設計小組作業，能夠使學生在有效交流協作中提升科學探究素養.在設計高中物理單元作業時，教師應在全面覆蓋單元知識的基礎上，精心設計實驗探究作業，使學生經歷完整的科學探究過程，包括自主選題、設計實驗、分析數據，小組內部分享、問題討論、方案修正.以魯科版高中物理必修第二冊第二章《拋體運動》為例，教師可以選擇一個與拋體運動相關的研究課題，如“不同角度拋射物體的運動軌跡研究”“空氣阻力對拋體運動的影響”等.首先，組內成員基于平拋運動、斜拋運動，以及運動學、動力學等知識，科學合理地規劃實驗方案，包括實驗目的、原理、所需材料、實驗步驟、數據記錄方式；然后，組內成員選擇合適的材料和工具，動手制作相關模型或裝置，并進行實際測量以驗證設計方案的可行性；接著，學生整理實驗數據，得出實驗結論，并撰寫研究報告或制作匯報交流展示時所用的PPT、展板等；最后，各小組以PPT、展板等形式展示其設計作業，并接受現場互動提問，與其他小組分享成果、交流經驗、探討問題.

3 結束語

綜上所述，高中物理單元作業設計在學科物理核心素養培養中至關重要.通過實施目標性、主體性、多樣性和層次性相統一的單元作業設計原則，并結合情境命題、拓展命題、分層命題及小組作業等策略，不僅能夠有效提升學生對物理知識的理解和應用能力，更能在潛移默化中培養學生的科學態度與責任、科學思維、物理觀念及科學探究能力，為學生的全面發展奠定了堅實的基礎.

參考文獻：

[1] 顏文彬.物理學科核心素養視角下的高中物理單元教學設計研究[J].安徽教育科研，2023（18）：62-64.

[2] 陳希.基于高中物理核心素養的單元作業設計初探[J].中學物理教學參考，2022，51（09）：18-20.

[3] 周云.核心素養視域下高中物理單元的教學設計：以第三單元牛頓運動定律為例[J].天津教育，2022（01）：87-89.

[4] 袁曉芬.指向核心素養培育的高中物理學科單元活動類作業設計[J].上海課程教學研究，2021（Z1）：65-69.

[責任編輯：李 璟]