學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的高中物理單元作業(yè)設(shè)計

◎ 桑 嫣

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出了物理學(xué)科核心素養(yǎng)。構(gòu)建高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的基本理念之一是：高中物理課程應(yīng)注重體現(xiàn)物理學(xué)科的本質(zhì)，從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面提煉學(xué)科育人價值，充分體現(xiàn)物理學(xué)科對提高學(xué)生核心素養(yǎng)的獨特作用，為學(xué)生終身發(fā)展、應(yīng)對現(xiàn)代和未來社會發(fā)展的挑戰(zhàn)打下基礎(chǔ)。為能充分體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，我們選擇基礎(chǔ)型教材“第三章牛頓運動定律”進行單元作業(yè)整體設(shè)計。牛頓運動定律是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，也是高中物理的核心內(nèi)容。該單元涉及豐富的物理學(xué)史和物理學(xué)方法。

一、體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)要求的作業(yè)設(shè)計

物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面構(gòu)成。這四個方面涵蓋了學(xué)生經(jīng)過物理學(xué)習(xí)后，在知識結(jié)構(gòu)、綜合能力、思想品格等方面應(yīng)獲得的發(fā)展，既是獨立的要求，又相互融合內(nèi)化為學(xué)生的認(rèn)知與精神內(nèi)涵的一部分。優(yōu)質(zhì)的作業(yè)題應(yīng)能幫助促進學(xué)生在鞏固理解知識的基礎(chǔ)上，形成能力、養(yǎng)成品格。

（一）設(shè)計啟發(fā)性問題，引導(dǎo)學(xué)生形成物理觀念

物理觀念是關(guān)于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認(rèn)識；是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華；是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的基礎(chǔ)。

物理觀念不能等同于物理知識，是學(xué)生對物理概念、規(guī)律理解的基礎(chǔ)上，對客觀世界形成的一種認(rèn)識和看法。顯然，僅會背兩條物理定律，甚至?xí)忉屢恍┖唵蔚纳瞵F(xiàn)象，都不足以使“認(rèn)識”上升為“觀念”，觀念應(yīng)是在經(jīng)歷學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上形成的一種思想上的總結(jié)。以往的教學(xué)偏重于學(xué)習(xí)的經(jīng)歷，缺少后續(xù)總結(jié)的形成，因此學(xué)習(xí)的結(jié)果往往就停留在知識層面。

在“牛頓運動定律”教學(xué)中，教師通常比較重視在課堂中讓學(xué)生經(jīng)歷物理學(xué)思想方法的學(xué)習(xí)，但作業(yè)偏向于檢驗對規(guī)律的記憶、理解和運用規(guī)律對現(xiàn)象進行解釋的能力，這些雖是觀念形成的基礎(chǔ)，但距形成一定的思想上的總結(jié)尚有差距。為幫助學(xué)生能進一步形成觀念，可以通過啟發(fā)性的問題，引導(dǎo)學(xué)生對問題進行更深入或更廣泛的思考，從而形成一定的觀念。例如：

“牛頓第一定律 慣性”課后作業(yè)

作業(yè)目標(biāo)：知道伽利略斜面理想實驗，感受理想實驗的科學(xué)方法。

同學(xué)們在學(xué)習(xí)牛頓第一定律時，了解到是伽利略首創(chuàng)了理想實驗。請問：

① 什么是理想實驗？

② 理想實驗和真實實驗的區(qū)別有哪些？

③ 理想實驗雖然不是真實實驗，但對物理學(xué)的發(fā)展同樣起到了不小的推動作用。你可以查閱資料，了解物理學(xué)發(fā)展史上還有哪些較著名的理想實驗，結(jié)合這些資料，請你談?wù)劺硐雽嶒炇侨绾螌ξ锢韺W(xué)的發(fā)展起到推動作用的。

理想實驗是物理學(xué)中重要的思想方法，因為它將科學(xué)實驗與邏輯推理結(jié)合起來，從而能更深刻地反映自然規(guī)律。教材上僅通過介紹伽利略的斜面理想實驗，對理想實驗進行了說明：“理想實驗又叫想象實驗，它以可靠的事實為基礎(chǔ)，突出主要因素，忽略次要因素，通過抽象思維深刻揭示自然規(guī)律?！惫饪窟@段文字很難讓學(xué)生對理想實驗在思想方法層面上產(chǎn)生真正的理解。傳統(tǒng)作業(yè)中也較少有關(guān)于理想實驗的習(xí)題。本題設(shè)計了層層遞進的三個問題，特別是第三個問題，讓學(xué)生跳出書本，通過查閱資料，拓寬知識面，從而對這種思想方法產(chǎn)生更深入的理解。

（二）設(shè)計基于真實情景的問題，引導(dǎo)學(xué)生形成科學(xué)思維

科學(xué)思維要求學(xué)生從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系進行認(rèn)識，具體表現(xiàn)在能否將實際問題中的對象和過程轉(zhuǎn)換成物理模型；能否對綜合性物理問題進行分析和推理，獲得結(jié)論并作出解釋等方面。因此要幫助學(xué)生形成良好的科學(xué)思維習(xí)慣，作業(yè)設(shè)計應(yīng)以解決真實問題為載體，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成縝密、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治瞿芰推犯瘛＠纾?/p>

1. “牛頓第一定律 慣性”課后作業(yè)

作業(yè)目標(biāo)：能用牛頓第一定律和慣性概念解釋簡單的生活現(xiàn)象。

《上海市道路交通管理條例》第三十七條規(guī)定，機動車乘坐人在配有安全帶的座位就座時，應(yīng)當(dāng)使用安全帶。如違反規(guī)定，將對機動車乘坐人處警告或者20元至50元罰款。請你用牛頓第一定律和慣性概念解釋這一規(guī)定的必要性。（你可以使用互聯(lián)網(wǎng)搜索與安全帶相關(guān)的信息）

2. “牛頓第二定律”課后作業(yè)

作業(yè)目標(biāo)：理解力是使物體運動狀態(tài)改變的原因；理解力是產(chǎn)生加速度的原因。

以火箭在發(fā)射過程中與青蛙跳躍過程中的瞬間為例，回答以下問題：

（1）這兩個例子中，物體的運動狀態(tài)是如何變化的？變化的原因是什么？

（2）火箭啟動時的推力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于青蛙蹬地產(chǎn)生的推力，但火箭的質(zhì)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于青蛙的質(zhì)量，所以火箭啟動時的加速度不一定就大于青蛙躍起時的加速度大，這一分析有道理嗎？

上述習(xí)題分布在單元的各個小節(jié)中，均要求學(xué)生運用課堂上學(xué)到的物理規(guī)律來解釋或解決具體情景中的問題。在本單元的作業(yè)設(shè)計中，具體實際情景的習(xí)題占據(jù)了大多數(shù)。而且與傳統(tǒng)習(xí)題不同的是，這些習(xí)題均要求學(xué)生寫出分析的具體過程，從而讓學(xué)生在運用規(guī)律的過程中進一步理清思路，運用科學(xué)的語言規(guī)范表述。

（三）設(shè)計小組合作活動，促進學(xué)生形成時空觀念

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力是物理教學(xué)的重要目標(biāo)之一。但在實際教學(xué)中，教師常常感嘆課堂時間有限，40分鐘里既要學(xué)習(xí)新知識，又要進行科學(xué)探究，還要進行適量的練習(xí)反饋，根本來不及。這一矛盾始終困擾著教師，在實際教學(xué)中，教師往往壓縮甚至舍棄學(xué)生進行科學(xué)探究的時間。

這一矛盾可以通過設(shè)計課后探究活動作業(yè)在一定程度上得到解決。但這樣的作業(yè)需精心設(shè)計，避免難以操作或流于形式。探究活動作業(yè)以長時、小組合作完成更為切實可行。此類作業(yè)能較好利用學(xué)生的課外時間，并促進學(xué)生動手、查閱資料、小組合作學(xué)習(xí)等能力的提升。例如：

“牛頓運動定律的運用”

作業(yè)目標(biāo)：能聯(lián)系運動學(xué)等規(guī)律，用牛頓第二定律解決具體實際問題。

活動主題：設(shè)計一個殘疾人適用的輪椅斜面通道。

作業(yè)要求：

1. 設(shè)計一斜面通道，設(shè)計應(yīng)包括尺寸、材料等內(nèi)容的說明。

2. 選擇合適的材料和工具，制作斜面通道模型和輪椅車模型，并進行實際測量以驗證你們設(shè)計方案的可行性。

3. 寫下你們的設(shè)計方案，包括：斜面通道的簡易設(shè)計圖，對輪椅車在通道上通過時測得的一些必要數(shù)據(jù)（可用模型數(shù)據(jù)代替），設(shè)計的可行性分析等。

4. 制作匯報交流展示時所用的PPT或展板。

5. 匯報交流時以PPT或展板等形式展示設(shè)計作業(yè)，并使輪椅車安全順利地在通道上行駛，完成現(xiàn)場互動提問。

6. 在制作以及活動過程中請注意安全。

不同于傳統(tǒng)的作業(yè)習(xí)題，這道作業(yè)題設(shè)計了豐富的作業(yè)內(nèi)容：有培養(yǎng)學(xué)生社會責(zé)任感、學(xué)以致用的活動主題；有指示明確、引導(dǎo)適度、切實可行的作業(yè)要求；有給予明確要求、保證活動質(zhì)量的評價量規(guī)。此外，為保證作業(yè)的完成質(zhì)量，活動作業(yè)應(yīng)給予課堂交流展示的時間，并給予評價反饋。因此在作業(yè)要求和評價標(biāo)準(zhǔn)（見表1）中均對匯報交流的形式和要求給予了具體的說明。

為避免活動類作業(yè)流于形式，我們將單元最后一課時設(shè)計為“匯報交流、小結(jié)”課，這也代替了傳統(tǒng)意義上的單元復(fù)習(xí)課，通過對活動作業(yè)的交流將整個單元的知識串聯(lián)了起來，同時也進一步培養(yǎng)了學(xué)生的口頭表達(dá)能力。

與傳統(tǒng)作業(yè)習(xí)題相比，活動類作業(yè)的優(yōu)勢不言而喻，不僅可以設(shè)計豐富的探究活動，在活動中提高學(xué)生的探究能力，還可以通過活動培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)、表達(dá)交流的能力，對活動作業(yè)的評價也是開展過程性評價的良好契機。

（四）人文性話題培育學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任

在物理課堂上，教師較少與學(xué)生討論科學(xué)的兩面性、科學(xué)與人的關(guān)系等頗具哲學(xué)意味的話題，因為這些話題好像與物理教學(xué)無關(guān)，且每個學(xué)生的想法不一，課堂時間有限，也很難讓每一位學(xué)生暢所欲言，表達(dá)自己獨特的個人見解。而其實對這些話題的深入探討，恰恰是對學(xué)生形成影響一生的科學(xué)觀、世界觀有著不可忽視的作用。正確的科學(xué)觀的養(yǎng)成，比物理知識的掌握，對個體的影響更深遠(yuǎn)、更重要。

在“牛頓運動定律”單元中，教材有“從牛頓到愛因斯坦”一節(jié)。正是基于人類探尋運動規(guī)律的歷史，充滿了科學(xué)家堅韌不拔、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，牛頓和愛因斯坦兩位科學(xué)巨匠，其充滿傳奇、矛盾的一生，含有豐富的教育元素。但與教材配套的“練習(xí)部分”并未設(shè)計該節(jié)作業(yè)。于是筆者嘗試設(shè)計了關(guān)于此內(nèi)容的作業(yè)。例如：

表1 評價標(biāo)準(zhǔn)與教學(xué)目標(biāo)

“從牛頓到愛因斯坦”課后作業(yè)（小組作業(yè)）

請閱讀補充材料，也可自行查找資料，就以下任一話題，展開討論，寫下自己的觀點，并匯報交流。

作業(yè)要求：

小組共同確定話題，就話題展開討論，查找資料，達(dá)成共識，梳理觀點，寫成一篇小論文。（限于篇幅，僅選取其中三個話題）

話題1： 牛頓的研究都是對別人研究成果的總結(jié)嗎？他有獨創(chuàng)的見解嗎？

話題2：在愛因斯坦提出相對論后，牛頓的地位被愛因斯坦取代了嗎？

話題3：愛因斯坦的理論也會過時嗎？據(jù)此請談?wù)勀銓ξ锢韺W(xué)發(fā)展的看法和認(rèn)識。

話題4：愛因斯坦對原子彈的看法前后不一致，我們應(yīng)如何對待科學(xué)技術(shù)的發(fā)展？

話題5：請你談?wù)勎锢韺W(xué)發(fā)展與人類文明發(fā)展之間的關(guān)系。

話題6：你同意愛因斯坦對“生存的意義或目的”的看法嗎？親愛的同學(xué)，你是否愿意分享你對理想的看法？

上述6個話題從牛頓到愛因斯坦，從科學(xué)家到物理學(xué)發(fā)展，從學(xué)科發(fā)展到人類發(fā)展，最后回到個體的生存價值，從教材內(nèi)引向教材外，從小我引向大我。為引起學(xué)生的思考，每一話題都為學(xué)生提供了一定的補充閱讀材料。

該作業(yè)同樣也為小組作業(yè)，之所以設(shè)計為小組合作完成，是由于這些話題都需要和同伴討論交流，在討論的過程中，對問題產(chǎn)生深入的思考，并形成觀點。此外，作業(yè)的時空延伸性，也使學(xué)生可以更廣泛地查找資料，用以支撐自己的想法和觀點，并給予更多思考的時間。為了保證該活動的質(zhì)量，要求學(xué)生制作展板，進行最后的匯報、交流，并給出了展板制作的要求。在這樣的討論交流中，學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識會逐漸加深，對科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境的關(guān)系的理解會更加深刻。在此基礎(chǔ)上，通過有效的學(xué)習(xí)活動過程，才能逐漸形成無形的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感。

由于四個學(xué)科核心素養(yǎng)之間的關(guān)聯(lián)性，一道優(yōu)質(zhì)的作業(yè)題往往包含學(xué)科素養(yǎng)的某個方面或各個方面，并不僅限于其中之一。我們在進行設(shè)計時，也并未從某一素養(yǎng)的角度基于知識進行專項設(shè)計，而是在整體理解學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上進行整體設(shè)計。

二、作業(yè)設(shè)計的建議

面對這一極富挑戰(zhàn)的項目，我們組建了區(qū)域內(nèi)跨校青年骨干教師團隊，團隊成員中既有優(yōu)秀的市示范學(xué)校教師，也有來自于區(qū)域中下甚至尾部學(xué)校的教師。以往這些不同學(xué)校的教師在本校內(nèi)布置的作業(yè)差異很大，往往超過一半的習(xí)題內(nèi)容不同、難度不同、數(shù)量不同。但是在學(xué)習(xí)了學(xué)科核心素養(yǎng)之后，大家跳出了傳統(tǒng)物理試題的窠臼，新設(shè)計的試題由于指向知識背后的思維和方法，且不少具有較大的開放性，適合層次不同的學(xué)生在自身的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上發(fā)揮并提升。通過項目研究與實踐，收獲了以下經(jīng)驗：

（一）作業(yè)形態(tài)的變化

根據(jù)作業(yè)的功能，我們改變了傳統(tǒng)的作業(yè)形態(tài)，讓學(xué)生完成作業(yè)的過程從靜到動，從全部獨立到部分合作。在這樣的設(shè)計中學(xué)生動起來了，不僅是查閱資料、動手實驗這種外在的動，更重要的是思維的動。而這種思維的活動既需要獨立的思考，同時也需要在群體的討論、交流中得以實現(xiàn)。

（二）單元作業(yè)設(shè)計的路徑

作業(yè)設(shè)計要能體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)，首先是建立在設(shè)計者對核心素養(yǎng)的深入理解上。面對全新的“學(xué)科核心素養(yǎng)”，團隊教師進行了先期的理論學(xué)習(xí)，充分研讀新的課程標(biāo)準(zhǔn)，了解學(xué)科核心素養(yǎng)的指向、構(gòu)成要素。在設(shè)計過程中，大家查閱了不少國外的相關(guān)資料，開拓眼界和思路，努力體悟并實踐從知識到能力到素養(yǎng)的構(gòu)建過程和培養(yǎng)途徑。

在進行作業(yè)設(shè)計時，首先對整個教學(xué)單元進行整體設(shè)計、系統(tǒng)體現(xiàn)，再根據(jù)單元中每一節(jié)內(nèi)容的特點，將單元教學(xué)目標(biāo)合理分解至每一課時，根據(jù)每一課時分目標(biāo)設(shè)計適切的作業(yè)，這樣將有利于整體把握、處理好教授知識和培養(yǎng)素養(yǎng)之間的關(guān)系。 總體而言，設(shè)計路徑為：先確定單元總體目標(biāo)，然后對總目標(biāo)分解細(xì)化，最后設(shè)計達(dá)成目標(biāo)的適切載體。

（三）素養(yǎng)導(dǎo)向的評價標(biāo)準(zhǔn)

在作業(yè)試題的設(shè)計中，我們認(rèn)為評價一道作業(yè)題是否優(yōu)質(zhì)，其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是：能幫助促進學(xué)生在鞏固理解知識的基礎(chǔ)上，形成能力、培育品格。完成作業(yè)的過程，是學(xué)生離開課堂時空后的自我學(xué)習(xí)過程，這一學(xué)習(xí)過程，教師較少的參與，但教師可以通過精心設(shè)計的作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生在自我學(xué)習(xí)中，從掌握知識到形成能力，從養(yǎng)成習(xí)慣到培育品格。這種形式的作業(yè)在之前是無法想象的，只有當(dāng)對人的評價的標(biāo)準(zhǔn)、教與學(xué)的目標(biāo)發(fā)生了大轉(zhuǎn)變，從故紙堆中的死知識轉(zhuǎn)變到人發(fā)展需要的活思維，我們設(shè)計的作業(yè)才有用武之地。