優(yōu)化物理作業(yè)設(shè)計(jì) 提升學(xué)生核心素養(yǎng)
——高中物理可視化作業(yè)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

范 毅

(江蘇省無錫市堰橋高級中學(xué)，江蘇 無錫 214174)

物理作業(yè)是物理課堂教學(xué)的延伸,是物理學(xué)習(xí)的重要載體,也是檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要手段。通過作業(yè),學(xué)生進(jìn)一步鞏固所學(xué)的知識和方法,教師可準(zhǔn)確地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,及時調(diào)整教學(xué)方式,更好地進(jìn)行學(xué)習(xí)引導(dǎo)。

傳統(tǒng)的物理作業(yè)更多地注重結(jié)果,呈現(xiàn)的是學(xué)生思考后的最終結(jié)果,不能有效反映學(xué)生的思維過程和內(nèi)隱素養(yǎng),不利于教師教學(xué)的優(yōu)化和改進(jìn)，為了更好地發(fā)揮物理作業(yè)的教學(xué)功能，筆者嘗試可視化作業(yè)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，取得了較好的成效?？梢暬鳂I(yè)形式多樣,可以是完成精心設(shè)計(jì)的題組,也可以是繪制章節(jié)知識思維導(dǎo)圖、寫一篇物理學(xué)習(xí)筆記,還可以是一場精彩的物理辯論。通過解題、設(shè)計(jì)、寫作和交流等可視化作業(yè),學(xué)生用語言、圖像和文字的形式將其原本看不見的思考路徑、思維過程呈現(xiàn)出來,實(shí)現(xiàn)思維的可視化。通過可視化作業(yè)，學(xué)生內(nèi)隱的思維得到外顯,變得有跡可循,以此促進(jìn)教師教學(xué)的優(yōu)化,進(jìn)而推動學(xué)生思維的發(fā)展,這一點(diǎn)也是核心素養(yǎng)背景下物理教學(xué)最關(guān)鍵的價值追求?？梢暬鳂I(yè)大致分成解題、總結(jié)、操作、口述和寫作五種類型。

1 解題類作業(yè)

解題類作業(yè)在教學(xué)中最常見,題目多數(shù)來源于教材、教輔或題庫，這類作業(yè)能快速給出課堂教學(xué)反饋,前提是作業(yè)題目要契合課堂教學(xué),適合學(xué)生,所以解題類作業(yè)應(yīng)該由教師依據(jù)教學(xué)的重難點(diǎn)及班級學(xué)生的具體情況,遵循目的性、針對性、層次性、多樣化的原則自主編排,學(xué)生在一定范圍內(nèi)自主選擇。

例如動能定理的應(yīng)用的作業(yè)題：

(1) 質(zhì)量為24 kg的滑塊,以4 m/s的初速度在光滑水平面向左滑行,從某一時刻起在滑塊上作用一向右的水平力,經(jīng)過一段時間,滑塊的速度方向變?yōu)橄蛴?大小為4 m/s。則在這段時間內(nèi)水平力做的功為。

(2) 一質(zhì)量為1 kg的物體被人用手由靜止向上提高1 m,這時物體的速度是2 m/s，下列說法中正確的是( )。

A. 手對物體做功10 J

B. 合外力對物體做功12 J

C. 合外力對物體做功2 J

D. 物體克服重力做功2 J

(3) 一物塊由靜止開始從粗糙斜面上的某點(diǎn)加速下滑到另一點(diǎn),在此過程中重力對物塊做的功等于( )。

A. 物塊動能的增加量

B. 物塊重力勢能的減少量與物塊克服摩擦力做的功之和

C. 物塊重力勢能減少量和物塊動能的增加量以及物塊克服摩擦力做的功之和

D. 物塊動能的增加量與物塊克服摩擦力做的功之和

(4) 質(zhì)量為m的小球,用長為L的輕繩懸掛于O點(diǎn)。小球在水平拉力F作用下,從平衡位置P點(diǎn)緩慢地移動到Q點(diǎn),細(xì)線偏離豎直方向的角度為θ(圖1)，則拉力F做的功是( )。

A.mgLcosθB.mgL(1-cosθ)

C.FLcosθD.FL

圖1

圖2

(5) 如圖2所示,物體從高為h的斜面體的頂端A由靜止開始滑下,滑到水平面上的B點(diǎn)靜止,A到B的水平距離為s，斜面體和水平面都由同種材料制成,求物體與接觸面間的動摩擦因數(shù)。

首先,以上作業(yè)設(shè)計(jì)遵循了由淺入深、由易到難、循序漸進(jìn)的原則,進(jìn)行了階梯化的設(shè)置；其次,題目形式有填空、選擇和計(jì)算,形式比較多樣,而且每個題目的設(shè)置都有明確的目的。第(1)題考查學(xué)生對動能定理的理解、對合力的判斷；第(2)題進(jìn)一步考查物體受到的每個力及合力做的功,既考查了恒力做功公式，又考查了動能定理的運(yùn)用；第(3)題是從能量角度去理解動能定理,考查了學(xué)生受力分析和做功分析；第(4)題考查了變力做功的情況和動態(tài)平衡的處理方法,不能運(yùn)用恒力做功公式，讓學(xué)生認(rèn)識到運(yùn)用動能定理的便捷之處,體驗(yàn)柳暗花明又一村的喜悅；第(5)題以計(jì)算題的形式出現(xiàn),便于教師了解學(xué)生的理解能力和思維方式，考查了學(xué)生用數(shù)學(xué)方法解決物理問題的能力。

通過這樣的解題方式,使學(xué)生的思維過程可視化,教師能清楚地看到學(xué)生的思維過程,準(zhǔn)確地定位學(xué)生的思維層次,有利于教師對學(xué)生進(jìn)行精準(zhǔn)的個性化指導(dǎo),也有利于教師編排更合適的作業(yè)。

2 總結(jié)類作業(yè)

高中的物理學(xué)習(xí)內(nèi)容難度大、知識覆蓋面廣、數(shù)學(xué)能力要求高，課后的歸納總結(jié)對提高學(xué)習(xí)效率是非常重要和必要的。經(jīng)過一個單元或一個階段的學(xué)習(xí)后,教師可布置總結(jié)類物理作業(yè),以此提升學(xué)生的科學(xué)思維能力，總結(jié)類作業(yè)一般有繪制思維導(dǎo)圖和編制試卷兩種形式。

學(xué)生繪制的思維導(dǎo)圖應(yīng)該包含知識內(nèi)容和思想方法,教師通過思維導(dǎo)圖可以很直觀地看出學(xué)生的思維方向、思考方式、知識結(jié)構(gòu)和存在的問題。例如布置學(xué)生制作萬有引力與航天的章節(jié)思維導(dǎo)圖(圖3)，從繪圖方式看,有的學(xué)生用框架連線形式,還有的學(xué)生用樹形繪圖形式,不同的制作方式體現(xiàn)的是不同的概括總結(jié)能力。從分類標(biāo)準(zhǔn)看,有的學(xué)生按規(guī)律發(fā)現(xiàn)的時間順序,有的學(xué)生按從一般天體到特殊天體的順序,還有的學(xué)生按從宏觀到微觀、從低速到高速的順序,也有的學(xué)生分不清楚、出現(xiàn)重復(fù)或遺漏現(xiàn)象,從中可看到學(xué)生參差不齊的抽象概括能力。另外,思維導(dǎo)圖作業(yè)可以在全班交流,在與同學(xué)的交流和教師的指導(dǎo)下,對思維導(dǎo)圖可以不斷地進(jìn)行修改，逐步完善的思維導(dǎo)圖可將學(xué)生的思維更清晰完整地外顯出來,便于教師指導(dǎo)學(xué)生更好地利用思維導(dǎo)圖構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò),啟發(fā)思維。

另一種總結(jié)類作業(yè)的實(shí)施方式是布置學(xué)生編制試題進(jìn)行階段小結(jié)。自編題能折射出學(xué)生的思維品質(zhì)，因?yàn)榫幹埔坏涝囶}學(xué)生要先考慮試題考查的知識點(diǎn)和思想方法,然后設(shè)置合理的背景,最后還需配置數(shù)據(jù),在這個倒推構(gòu)思的設(shè)計(jì)過程中,學(xué)生需要領(lǐng)會考查意圖,明確考查內(nèi)容,甄選考查方法。學(xué)生所編的試題,即使是錯題,從試題立意、條件闡述、數(shù)據(jù)選取以及文字的組織,都在向教師展示出題者的物理能力和思維品質(zhì)。

通過總結(jié)類可視化作業(yè),教師可以洞悉學(xué)生的概括能力、重難點(diǎn)的判斷是否準(zhǔn)確、還有哪些方面存在遺漏,可指導(dǎo)學(xué)生對比易混淆的概念,將分散的知識點(diǎn)連成線、結(jié)成網(wǎng),使學(xué)到的知識系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化,達(dá)到聯(lián)想暢通、思維活躍的效果。

3 操作類作業(yè)

操作類作業(yè)的設(shè)計(jì)目的是讓學(xué)生親身經(jīng)歷知識的發(fā)生、過程,運(yùn)用物理知識和方法解決問題。讓學(xué)生親自動手實(shí)踐,特別是對于比較抽象的、難以理解的內(nèi)容，由于學(xué)生的直觀想象能力不夠,再加上數(shù)學(xué)教學(xué)的不同步，增大了他們學(xué)習(xí)的困難，布置操作類作業(yè),讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)操作,一來可以化抽象為直觀，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，二來教師在學(xué)生的操作實(shí)踐中可以觀察、了解學(xué)生的思維路徑、方向和狀態(tài),及時調(diào)整教學(xué),更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

在探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系時,由于學(xué)生還沒有學(xué)牛頓第二定律,他們不能理解為什么繩中拉力不等于桶和桶中鉤碼所受的重力。這時,如果能在完成常規(guī)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之后,教師再要求學(xué)生在小車和細(xì)繩之間加一個力傳感器,直接測量細(xì)繩中的拉力大小,在動手操作的過程中,學(xué)生腦中的抽象內(nèi)容得到具體化,可以清楚地看到繩中拉力與桶和桶中鉤碼所受的重力之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者確實(shí)是不相等的,不僅降低了學(xué)習(xí)難度，也為學(xué)習(xí)誤差分析及牛頓第二定律做好了鋪墊。

4 口述類作業(yè)

語言是思維的外化,是教師了解學(xué)生思維水平、方向和動態(tài)的載體。除了書面作業(yè)外，也可設(shè)計(jì)一些口頭作業(yè),給學(xué)生創(chuàng)造表達(dá)的機(jī)會,讓學(xué)生能自主、自由、充分地表達(dá)自己,并在對話、質(zhì)疑和答辯的過程中發(fā)展和提升思維能力。

在講完平拋運(yùn)動后,為檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,筆者布置了開放性作業(yè):你能用哪些方法計(jì)算平拋運(yùn)動物體在空中運(yùn)動的時間?有學(xué)生利用拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)之間高度差，有學(xué)生利用平拋運(yùn)動射程和初速度，有學(xué)生利用從斜面上拋出又落回到斜面上的特例(圖4)，還有學(xué)生利用小球垂直落在斜面上的特殊情境(圖5)。

圖4

圖5

透過不同學(xué)生的語言表達(dá),不難看到每人的表達(dá)背后隱含的思維水平和誤區(qū),教師若能順利探到學(xué)生的思維軌跡,從而引導(dǎo)學(xué)生展開深入的思考,那么學(xué)生的思維能力就可能得到有效的提升。口述類的可視化作業(yè)既給了學(xué)生展現(xiàn)思維的機(jī)會,也給了教師“看見”學(xué)生思維的機(jī)會,更給了教師引導(dǎo)學(xué)生思維的機(jī)會。教師通過組織學(xué)生交流口述類作業(yè),指導(dǎo)學(xué)生在溝通、對比中尋找最好的表達(dá)方式,引領(lǐng)學(xué)生的思維由零散走向結(jié)構(gòu)、由膚淺走向深刻。

5 寫作類作業(yè)

物理寫作是學(xué)生將思考和體驗(yàn)的過程顯性化的一種方式,物理寫作的內(nèi)容可以是學(xué)習(xí)感悟、習(xí)題賞析,也可以是物理學(xué)史或物理方法應(yīng)用。物理寫作的形式可以用通俗的文字,也可以用直觀的圖像。

在帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)了勻變速直線運(yùn)動位移與時間關(guān)系公式推導(dǎo)后,教師可指導(dǎo)學(xué)生撰寫、習(xí)題賞析或體驗(yàn)感悟的文章，學(xué)生可闡述解決物理問題的過程,包括審題建模、方法選擇、剖析錯誤、優(yōu)化算法、圖像分析等,也可分析評估此次探究活動,表達(dá)自己的看法和感受。在作業(yè)評閱時,教師從學(xué)生的文章中可以看到學(xué)生對知識的理解程度、對解題策略和思想方法的掌握水平以及學(xué)生存在的困難，只有全面準(zhǔn)確地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)水平,教師才可能及時地調(diào)整、改進(jìn)教學(xué),提升學(xué)生的能力。

通過寫作類可視化作業(yè),使學(xué)生的思考和體驗(yàn)過程具象化,思維可見可觸。教師能看到學(xué)生思維中的優(yōu)缺點(diǎn),指導(dǎo)學(xué)生重新審視自己的思維。在這個過程中,使學(xué)生的探究分析、抽象概括、反思拓展的能力得到鍛煉與提升,這也是發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的一條有效途徑。

6 結(jié)語

可視化作業(yè),既能幫助教師看到學(xué)生隱藏在作業(yè)背后的思維,也能幫助學(xué)生看透物理問題的本質(zhì),使物理作業(yè)在物理教學(xué)中為發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)更好地發(fā)揮作用。