促學(xué)生核心素養(yǎng)形成的初中物理大單元作業(yè)設(shè)計(jì)探究
——以滬科版“內(nèi)能與熱機(jī)”為例

楊葉娟

作業(yè)與教學(xué)、評(píng)價(jià)有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，作業(yè)對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提升乃至課程改革的深化都有重要的意義。大單元作業(yè)是一種更強(qiáng)調(diào)整體性、系統(tǒng)性、關(guān)聯(lián)性、遞進(jìn)性的作業(yè)，要求從單元的總目標(biāo)出發(fā)，設(shè)計(jì)單元內(nèi)每個(gè)課時(shí)的作業(yè)。它不是一種特定的作業(yè)形態(tài)，可以有諸如前置作業(yè)、課內(nèi)生成作業(yè)、課后鞏固作業(yè)、主題實(shí)踐作業(yè)等多樣化的作業(yè)形式，單元作業(yè)的設(shè)計(jì)不僅要關(guān)注學(xué)生在知識(shí)技能方面的掌握情況，更要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)方法的習(xí)得和科學(xué)思維的培養(yǎng)，使學(xué)生在完成作業(yè)的過(guò)程中，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的生成和核心素養(yǎng)的發(fā)展。

一、 單元作業(yè)設(shè)計(jì)的價(jià)值和意義

單元設(shè)計(jì)的方法一般從兩個(gè)方面進(jìn)行劃分：①以教材原先設(shè)計(jì)的自然章節(jié)作為一個(gè)單元；②以某個(gè)專(zhuān)題或者學(xué)科關(guān)鍵能力重組單元。與單獨(dú)一個(gè)課時(shí)做比較，單元具有一定的系統(tǒng)性、關(guān)聯(lián)性、綜合性、遞進(jìn)性的特點(diǎn)。且單元視角與核心素養(yǎng)所追求的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、主題式學(xué)習(xí)等是完全一致的。因此以單元作為作業(yè)設(shè)計(jì)的基本單位是具有獨(dú)特意義和價(jià)值的。

(一)整體思考：加強(qiáng)聯(lián)系，減少重復(fù)，發(fā)展高階

單元作業(yè)設(shè)計(jì)從單元整體目標(biāo)上思考，把不同課時(shí)的內(nèi)容進(jìn)行整合，更加關(guān)注知識(shí)之間的聯(lián)系。減少低階作業(yè)的反復(fù)訓(xùn)練，增加發(fā)展高階思維的作業(yè)比重，減輕學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)。

(二)整體設(shè)計(jì)：目標(biāo)明確，統(tǒng)籌分配，梯度清晰

單元目標(biāo)要在各個(gè)課時(shí)中進(jìn)行合理分布和統(tǒng)籌分配。隨著課時(shí)推進(jìn)，不同課時(shí)作業(yè)的難度比例應(yīng)有一定改變。單元最后一課時(shí)作業(yè)應(yīng)具有一定綜合應(yīng)用性、統(tǒng)整性，難度也相對(duì)較高。

(三)整體視角：協(xié)同教學(xué)，結(jié)合評(píng)價(jià)，整合開(kāi)發(fā)

從單元角度設(shè)計(jì)作業(yè)，勢(shì)必要思考作業(yè)和教學(xué)、評(píng)價(jià)等的相互關(guān)系，共同發(fā)揮作業(yè)和教學(xué)、評(píng)價(jià)等的協(xié)同作用，而非孤立設(shè)計(jì)作業(yè)。

(四)助力發(fā)展：師生受益，素養(yǎng)提升，終極價(jià)值

探索提高大單元作業(yè)設(shè)計(jì)的途徑和方法，在提升作業(yè)設(shè)計(jì)整體質(zhì)量的同時(shí)，促進(jìn)教師對(duì)作業(yè)的整體把握和作業(yè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。在大單元作業(yè)的落實(shí)中讓學(xué)生更積極地進(jìn)行學(xué)習(xí)和完成各項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)，以提高物理學(xué)習(xí)成績(jī)。

二、 單元作業(yè)設(shè)計(jì)的原則

我們進(jìn)行大單元整體教學(xué)首先是從單元的教學(xué)任務(wù)分析開(kāi)始的，然后確定我們的單元教學(xué)目標(biāo)，即整個(gè)單元教學(xué)的核心。教學(xué)目標(biāo)確定后，就要確定我們教學(xué)的重點(diǎn)，接著教師組合各種資源。從圖1中可以看出，我們單元作業(yè)引領(lǐng)是一個(gè)很重要的支撐作用，它絕對(duì)不是一個(gè)單獨(dú)的個(gè)體，它是單元教學(xué)中很重要的一部分。作業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量是保證作業(yè)功能發(fā)揮和作業(yè)效果實(shí)現(xiàn)的先決條件。

圖1 作業(yè)設(shè)計(jì)流程圖

接下來(lái)筆者將以滬科版九年級(jí)物理第13章“內(nèi)能與熱機(jī)”單元為例，從“如何確立學(xué)習(xí)單元”“單元作業(yè)設(shè)計(jì)的思路”兩個(gè)方面來(lái)闡述單元作業(yè)設(shè)計(jì)的原則。

(一)如何確立學(xué)習(xí)單元

教材是以章節(jié)的形式編寫(xiě)的，而學(xué)習(xí)單元與章節(jié)單元之間是有根本區(qū)別的。學(xué)習(xí)單元通常以主題為中心，是一組彼此有關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)內(nèi)容和活動(dòng)式知識(shí)結(jié)構(gòu)化的重要表現(xiàn)。因此我們需要在大任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，圍繞目標(biāo)、內(nèi)容、實(shí)施與評(píng)價(jià)來(lái)進(jìn)行大單元的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)從內(nèi)容單元到學(xué)習(xí)單元的轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。因此我們對(duì)滬科版九年級(jí)物理第13章“內(nèi)能與熱機(jī)”的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合。

內(nèi)能屬于課標(biāo)中科學(xué)內(nèi)容的二級(jí)主題，還原至一級(jí)主題能量的大單元結(jié)構(gòu)中。分析發(fā)現(xiàn)，內(nèi)能與分子運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)，電學(xué)之前，內(nèi)能與機(jī)械能之間的聯(lián)系最緊密，而內(nèi)能的來(lái)源和利用的本質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過(guò)程。因此確定了本單元的教學(xué)主線為：能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化。結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)，分析教材中的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，梳理其中的聯(lián)系，明確本單元知識(shí)的邏輯關(guān)系。(圖2)

圖2 “內(nèi)能與熱機(jī)”單元的邏輯關(guān)系圖

結(jié)合學(xué)生的年齡特點(diǎn)、認(rèn)知規(guī)律和學(xué)習(xí)能力，按照學(xué)生課上和課下學(xué)習(xí)關(guān)聯(lián)的真實(shí)過(guò)程，以培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，將本單元整合為7個(gè)課時(shí)(表1)，體現(xiàn)了教學(xué)的銜接和發(fā)展，具有較高的實(shí)際操作性。

表1 “內(nèi)能與熱機(jī)”單元整合的課時(shí)表

(二)單元作業(yè)設(shè)計(jì)的思路

首先，我們需要根據(jù)單元學(xué)習(xí)目標(biāo)及達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定課時(shí)作業(yè)目標(biāo)，然后根據(jù)課時(shí)作業(yè)目標(biāo)來(lái)進(jìn)行作業(yè)的設(shè)計(jì)。我們的作業(yè)分三部分：課上生成作業(yè)、課后鞏固作業(yè)、主題實(shí)踐作業(yè)。

在設(shè)計(jì)上主要體現(xiàn)四個(gè)方面：課時(shí)作業(yè)之間的內(nèi)容體現(xiàn)知識(shí)的邏輯關(guān)系；課上生成作業(yè)與課后鞏固作業(yè)之間體現(xiàn)有機(jī)關(guān)聯(lián)；習(xí)題的難度隨著學(xué)生學(xué)習(xí)程度的發(fā)展體現(xiàn)連續(xù)和遞進(jìn)關(guān)系；課時(shí)作業(yè)和單元成果展示體現(xiàn)過(guò)程性發(fā)展關(guān)系。

分層上主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：課后鞏固作業(yè)根據(jù)難度和素養(yǎng)指標(biāo)分成“基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)”“能力提升”“拓展創(chuàng)新”三個(gè)層次，題量比例基本為5∶3∶2，要求全體學(xué)生完成“基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)”部分，其余兩個(gè)層次自主選擇完成；單元成果展示設(shè)置為“發(fā)展卷”形式。在相同時(shí)間內(nèi)，不同層次的學(xué)生得到適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)發(fā)展；實(shí)踐活動(dòng)的任務(wù)、評(píng)價(jià)量表的設(shè)計(jì)，在同一維度下有不同達(dá)成程度的區(qū)分。這些做法充分體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體性，讓不同水平學(xué)生的學(xué)習(xí)效果都得到最大限度的體現(xiàn)和發(fā)展。

三、 單元作業(yè)突出的特點(diǎn)

(一)立足單元邏輯結(jié)構(gòu)，建構(gòu)系統(tǒng)性作業(yè)

本單元以圖2的邏輯結(jié)構(gòu)為作業(yè)設(shè)計(jì)的立足點(diǎn)，凸顯作業(yè)的系統(tǒng)性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1. 課上生成作業(yè)與課后鞏固作業(yè)之間體現(xiàn)有機(jī)關(guān)聯(lián)

課上生成作業(yè)不應(yīng)是單純的課上筆記和單純的課堂測(cè)試，它應(yīng)該與課堂教學(xué)緊密相連，能突破關(guān)鍵的思維節(jié)點(diǎn)，是課堂的有益補(bǔ)充。

例如在第1課時(shí)中，課上生成作業(yè)提示學(xué)生由觀察到思考，由宏觀現(xiàn)象推理規(guī)律，課后鞏固作業(yè)就是它的延伸，繼續(xù)研究影響內(nèi)能大小的因素。題目中提供了依據(jù)，合理推理，開(kāi)展科學(xué)猜想的方法和過(guò)程，方法的習(xí)得往往比知識(shí)本身更重要，更有價(jià)值。在作業(yè)中滲透了科學(xué)研究方法，有利于提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。課上課下作業(yè)的有機(jī)關(guān)聯(lián)，形成學(xué)生課堂和課后學(xué)習(xí)活動(dòng)的整體延伸，體現(xiàn)了作業(yè)的整體性能，更好地拓展了學(xué)生的思維，培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng)。

【課上生成作業(yè)】

宏觀現(xiàn)象中包含著許多微觀的信息。如圖所示的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)中墨水在熱水中擴(kuò)散得更快，說(shuō)明：物體的溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，分子的動(dòng)能越。結(jié)合內(nèi)能概念，可推知，物體的內(nèi)能越。因此，物體的內(nèi)能與有關(guān)。

【課后鞏固作業(yè)】

在圖中，(a)杯中水量較少，(b)杯、(c)杯、(d)杯中的水量相同。根據(jù)課上生成作業(yè)中所得的推理性結(jié)論，比較各杯中水的內(nèi)能的大小：

①杯中水的內(nèi)能最大，因?yàn)椋?/p>

②兩杯中水的內(nèi)能不好比較，因?yàn)椤?/p>

2. 不同課時(shí)的作業(yè)體現(xiàn)知識(shí)的邏輯性，內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性和遞進(jìn)性

例如第6課時(shí)熱機(jī)效率的概念的構(gòu)建，就是以第2課時(shí)蒸汽對(duì)外做功時(shí)能量轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)的，并遷移第5課時(shí)熱效率的方法來(lái)構(gòu)建。

【基礎(chǔ)】

【第2課時(shí)】如圖所示試管內(nèi)水蒸氣將塞子推出的過(guò)程。酒精燃燒時(shí)，酒精的能，通過(guò)熱傳遞，試管中水的溫度升高，產(chǎn)生大量水蒸氣。水蒸氣把木塞沖出去，水蒸氣的能轉(zhuǎn)化為塞子的能。這個(gè)實(shí)驗(yàn)雖然簡(jiǎn)單，卻展現(xiàn)出熱機(jī)中能量轉(zhuǎn)化的基本過(guò)程，請(qǐng)你補(bǔ)全下圖的熱機(jī)原理。

【方法】

【第5課時(shí)：熱效率】小明利用家里的燃?xì)庠睿奄|(zhì)量是1kg的水，從室溫20℃加熱至100℃，水吸收的熱量是336000J。

(1)假設(shè)燃?xì)馊紵艧崛勘凰眨囉?jì)算理論上需要燃燒多少立方米燃?xì)猓?/p>

(2)在燒水前后，小明分別觀察燃?xì)獗淼氖緮?shù)，由710.971m變?yōu)?10.994m，可知消耗的燃?xì)馐莔，與第(1)問(wèn)計(jì)算值并不相符。同學(xué)們仔細(xì)觀察燃?xì)馊紵倪^(guò)程，找到了其中的原因，請(qǐng)將能量走向圖填寫(xiě)完整。

(3)燃?xì)庠顭嵝?，是指灶具燃燒所釋放的熱量的最終有效的利用率。請(qǐng)根據(jù)第(1)問(wèn)和第(2)問(wèn)，計(jì)算該燃?xì)庠畹臒嵝省?/p>

【建構(gòu)概念】

小明利用所學(xué)知識(shí)研究汽油機(jī)的工作過(guò)程。

(1)四沖程汽油機(jī)，做功沖程將能轉(zhuǎn)化為能。

(2)如圖所示為小明梳理的汽油機(jī)的能量走向圖，請(qǐng)幫他填寫(xiě)完整。

(3)仿照熱效率的定義，在熱機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，對(duì)外做的的能量與燃料完全燃燒釋放的能量的稱(chēng)為熱機(jī)效率。

3. 課時(shí)作業(yè)和單元成果展示體現(xiàn)過(guò)程性發(fā)展關(guān)系。

單元成果展示，學(xué)生可以根據(jù)自身的學(xué)習(xí)水平自主選擇，從課時(shí)作業(yè)到單元成果展示，呈現(xiàn)每一個(gè)學(xué)生獨(dú)特的學(xué)習(xí)軌跡和階段性成果，有助于學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)和發(fā)展。

(二)豐富內(nèi)容，發(fā)揮作業(yè)育人功能

作業(yè)不僅僅具有鞏固知識(shí)與技能的功能，它對(duì)學(xué)生的能力、習(xí)慣、態(tài)度、價(jià)值觀等方面的發(fā)展均有重要價(jià)值。

1. 充分挖掘教材，提高資源利用率

課本插圖典型形象，改編優(yōu)化后增加了學(xué)習(xí)的效能。

例如：水的比熱容較大，人們往往利用它的這一特性為生活、生產(chǎn)服務(wù)，請(qǐng)判斷下列各情境中，哪些應(yīng)用到了這一特性。(應(yīng)用到的畫(huà)“√”，沒(méi)有應(yīng)用到的畫(huà)“×”，并在題后寫(xiě)出主要應(yīng)用原理)

A. 汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)用循環(huán)水來(lái)冷卻

( )

B. 冬天的暖氣利用循環(huán)熱水取暖

( )

C. 初春的夜晚向稻田灌水以防凍壞秧苗

( )

D. 炎熱的夏天用灑水車(chē)灑水降溫

( )

E. 地窖內(nèi)放幾桶水以防菜在0℃以下被凍壞

( )

F. 城市建人工湖有助于調(diào)節(jié)氣溫

( )

這道題綜合生活生產(chǎn)中的常見(jiàn)情境，以判斷改錯(cuò)的形式出現(xiàn)，考查學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理源于生活、生產(chǎn)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)際應(yīng)用。

2. 關(guān)注科技資源熱點(diǎn)問(wèn)題

整合科技熱點(diǎn)資源，激活學(xué)習(xí)熱情，例如我們的作業(yè)設(shè)置了從古代科技發(fā)明到天問(wèn)一號(hào)，到地源熱泵，在考查知識(shí)的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科技前沿和學(xué)科進(jìn)步，關(guān)注技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的社會(huì)進(jìn)步，激發(fā)民族自豪感。

當(dāng)你閱讀中國(guó)古代書(shū)籍時(shí)，總會(huì)為其不經(jīng)意透出的智慧而拍案叫絕，陸游《老學(xué)庵筆記》：“蜀中有夾瓷盞，注水于盞唇竅中，可省油之半?！边@就是大名鼎鼎的邛窯“省油燈”，它是一個(gè)有夾層的燈盞，將燈芯及油置于燈盞內(nèi)，然后在燈盞的夾層中注入冷水，這種燈盞可以省油近一半。請(qǐng)用所學(xué)熱學(xué)知識(shí)解釋其原理。

2021年5月15日，天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器著陸火星，邁出了我國(guó)星際探測(cè)征程的重要一步?；鹦怯直环Q(chēng)為沙漠行星，地表沙丘、礫石遍布，沒(méi)有穩(wěn)定的液態(tài)水，在這樣的環(huán)境下，火星的晝夜溫差應(yīng)該(選填“較大”或“較小”)，原因是砂石的較小。

閱讀《地源熱泵》回答問(wèn)題。

地能是地源熱泵冬季供熱的熱源和夏季制冷的冷源。冬季，土壤或水體溫度為12～22℃，比環(huán)境空氣溫度高，地源熱泵把地能中的熱取出來(lái)，提高換熱介質(zhì)的溫度后，供給室內(nèi)采暖。夏季，土壤或水體溫度為18～32℃，比環(huán)境空氣溫度低，地源熱泵把室內(nèi)的熱取出來(lái)，釋放到地能中去。如此周而復(fù)始，將建筑空間和大自然聯(lián)成一體，以最小的代價(jià)獲取了最舒適的生活環(huán)境。

請(qǐng)根據(jù)上述材料，回答下列問(wèn)題：

(1)冬季，地源熱泵實(shí)現(xiàn)將內(nèi)能從供給。(選填選項(xiàng)前的字母)

A. 地能向室內(nèi) B. 室內(nèi)向地能

(2)山東夏熱冬冷(夏季平均溫度約為15～30℃，冬季平均溫度約為-6～6℃)，昆明夏無(wú)酷暑，冬不嚴(yán)寒(夏季平均溫度約為16～24℃，冬季平均溫度約為4～16℃)。在這兩個(gè)城市分別建造一所新的學(xué)校，你認(rèn)為哪個(gè)城市的學(xué)校建設(shè)可能較適合使用地源熱泵？并請(qǐng)說(shuō)出你的理由。

3. 多種形式激發(fā)興趣，發(fā)展科學(xué)思維

在玩耍中探究物理問(wèn)題是學(xué)習(xí)物理的好方法。我們可以設(shè)置小實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手觀察，在玩中充分經(jīng)歷和體驗(yàn)，激發(fā)對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣，發(fā)展科學(xué)思維。

例如：許多同學(xué)會(huì)這樣玩：首先將含有少量水的礦泉水瓶瓶蓋擰緊；接著兩手分別握住瓶的上、下部分，使勁擰瓶的下部，使其嚴(yán)重變形然后將瓶口對(duì)著無(wú)人處，迅速旋開(kāi)瓶蓋，可看到瓶蓋飛出數(shù)米遠(yuǎn)，同時(shí)瓶口和瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)白氣。請(qǐng)你也試著做做(切記：操作時(shí)不要讓瓶口對(duì)著人或物)并思考回答以下問(wèn)題：

(1)用力擰緊瓶身的過(guò)程中，能量是如何轉(zhuǎn)化的？通過(guò)什么樣的方式改變了內(nèi)能？

(2)瓶蓋飛出去時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體的溫度會(huì)如何變化？為什么？

(3)“白氣”是怎么形成的？

4. 聚焦社會(huì)熱點(diǎn)，培養(yǎng)責(zé)任意識(shí)

以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式驅(qū)動(dòng)學(xué)生思考和探索，積極解決問(wèn)題而獲得新知。并在作業(yè)中引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科學(xué)技術(shù)與社會(huì)環(huán)境的關(guān)系，幫助學(xué)生形成正確的價(jià)值觀，樹(shù)立人與自然和諧相處的理念。例如我們?cè)O(shè)置了調(diào)查研究作業(yè)：開(kāi)發(fā)垃圾能量、城市特島效應(yīng)調(diào)查等。

四、 單元作業(yè)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)方式

單元作業(yè)評(píng)價(jià)要體現(xiàn)診斷、激勵(lì)、促進(jìn)發(fā)展的功能。關(guān)注個(gè)體差異，強(qiáng)調(diào)參與互動(dòng)，自評(píng)與他評(píng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)方式、評(píng)價(jià)主體的多元化。例如我們通過(guò)收集學(xué)生家庭實(shí)驗(yàn)小視頻，教師收集作品，通過(guò)微信公眾號(hào)編輯整理發(fā)布，讓學(xué)生對(duì)作品進(jìn)行評(píng)選，對(duì)獲獎(jiǎng)的作品給予獎(jiǎng)勵(lì)，讓學(xué)生在作業(yè)中獲得成就感，也讓評(píng)價(jià)更貼合學(xué)生的認(rèn)同度。在主題實(shí)踐作業(yè)的評(píng)價(jià)量表設(shè)計(jì)中，我們把過(guò)程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、參與程度、運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力、合作意識(shí)等進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)學(xué)生、教師、家長(zhǎng)、社會(huì)人員等多主體共同參與評(píng)價(jià)，讓評(píng)價(jià)增強(qiáng)學(xué)生的自信和成就感，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。

五、 結(jié)語(yǔ)

總之，教者有心，學(xué)者得益。對(duì)單元視角下的作業(yè)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)策略進(jìn)行研究，以豐富多彩的作業(yè)形式讓學(xué)生多感官參與，我們的作業(yè)將不只是單一枯燥的文本，而是富有色彩、充滿(mǎn)情趣的多元復(fù)合體，可以最大限度地拓展學(xué)生的空間，在愉悅合理的環(huán)境中獲取知識(shí)，培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展的學(xué)習(xí)能力。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的舞臺(tái)上，都能成為一個(gè)出色的表演者。