優(yōu)化作業(yè)設(shè)計發(fā)揮育人功能

摘要：本文以高中物理作業(yè)融入安全教育為例，闡述了新一輪基礎(chǔ)教育課程改革和“雙減”政策背景下優(yōu)化高中物理作業(yè)設(shè)計、有效發(fā)揮作業(yè)育人功能的四個路徑。

關(guān)鍵詞：高中物理；作業(yè)設(shè)計；安全教育

長期以來，教師普遍將作業(yè)看作是教學(xué)活動的補充，關(guān)注更多的是作業(yè)在“鞏固知識與技能”“落實反饋與評價”等方面的功能，而忽視了作業(yè)的育人功能。實際上，作業(yè)是學(xué)生學(xué)習(xí)活動的重要組成部分。高中生每天做作業(yè)的時間并不短，從這個角度出發(fā)，可以說作業(yè)是落實立德樹人根本任務(wù)的有效手段，是實現(xiàn)“培根鑄魂、啟智增慧”的重要載體。國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于新時代推進普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》指出，要堅持把立德樹人融入思想道德教育、文化知識教育、社會實踐教育各個環(huán)節(jié)；同時，要提高作業(yè)設(shè)計質(zhì)量，精心設(shè)計基礎(chǔ)性作業(yè)，適當(dāng)增加探究性、實踐性、綜合性作業(yè)。因此，如何“優(yōu)化物理作業(yè)設(shè)計，有效發(fā)揮育人功能”是值得廣大教師研究的課題。本文以高中物理作業(yè)融入安全教育為例，探討開發(fā)作業(yè)育人功能的有效途徑。

1設(shè)計解決問題類作業(yè)：進行交通安全教育

近年來，我國汽車保有量持續(xù)增加，學(xué)生交通安全事故頻發(fā)，交通事故已成為我國中小學(xué)生意外傷亡的重要原因。據(jù)統(tǒng)計，我國每年約有2萬名中小學(xué)生因交通事故傷殘、死亡，因此加強中小學(xué)生交通安全教育十分必要。如何擺脫枯燥的說教式教育，提升交通安全教育的有效性？通過巧妙設(shè)計物理作業(yè)，讓學(xué)生在深化知識理解和解決實際問題的過程中接受交通安全教育。

高中物理很多內(nèi)容都在研究物體的受力、運動，很多資源可以經(jīng)過挖掘后成為滲透交通安全意識的優(yōu)秀素材，培養(yǎng)學(xué)生對生命的熱愛之情，實現(xiàn)物理教學(xué)的德育功能。［1］

例1質(zhì)量為m的汽車，以速度v0行駛，該汽車裝有防抱死剎車系統(tǒng)（ABS），制動力恒為f。駕駛員發(fā)現(xiàn)危險情況，需緊急制動，若駕駛員的反應(yīng)時間（從發(fā)現(xiàn)情況到踩下剎車的時間）為t0，求從駕駛員發(fā)現(xiàn)情況到完全停車，汽車行駛的距離s。根據(jù)計算結(jié)果，請你提出兩條有利于保障行車安全的措施。

設(shè)計分析：在駕駛員反應(yīng)時間內(nèi)，汽車做勻速直線運動，s1＝v0t0；駕駛員踩下剎車后，汽車做勻減速運動，根據(jù)動能定理有－fs2＝0－12mv20，s＝s1＋s2＝v0t0＋mv202f。顯然s越大越不安全，計算結(jié)果s與v0、t0、m、f均有關(guān)，具體關(guān)系如表1所示。

學(xué)生根據(jù)運動學(xué)規(guī)律和動能定理，可以輕松解答第一個問題。然而，如果僅僅停留在這個層面，習(xí)題只發(fā)揮了鞏固知識的作用，第二問是習(xí)題的精華所在，學(xué)生只有在深刻理解汽車剎車距離與各物理量關(guān)系的前提下才能作答，從而實現(xiàn)從解題到解決問題的轉(zhuǎn)變。同時，第二問是開放性的，答案不唯一，教師可以在講評時引導(dǎo)學(xué)生逐條分析。學(xué)生根據(jù)已有知識，解決實際問題，在知識應(yīng)用中接受安全教育。這樣的教育方式，定會讓學(xué)生印象深刻，終身受用。高中階段的物理學(xué)習(xí)中，適合設(shè)計問題解決類作業(yè)，進行交通安全教育的內(nèi)容還包括圓周運動，如汽車轉(zhuǎn)彎、過凹凸橋減速；牛頓第一定律，如上車抓好扶手、系安全帶等；動量，如避讓碰撞、不向車外拋物等。

2設(shè)計模型建構(gòu)類作業(yè)：實現(xiàn)災(zāi)害避險教育

教育部印發(fā)的文件《生命安全與健康教育進中小學(xué)生課程教材指南》中指出，依據(jù)學(xué)科特點，以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向選取生命安全與健康教育相關(guān)內(nèi)容，作為學(xué)科教學(xué)素材，有機融入學(xué)科教育。注重趣味性、互動性、體驗性和生成性，提升教育實效性。［2］臺風(fēng)、雷電、泥石流、地震等是常見的自然災(zāi)害，如何讓學(xué)生了解自然災(zāi)害，掌握有效避險的方法？教師常用的做法是開展主題班會，通過文字、圖片及視頻等形式進行自然災(zāi)害避險教育。這種方式雖然直觀，但“趣味性、互動性、體驗性、生成性”不高，效果往往不盡如人意。筆者通過將自然災(zāi)害避險教育轉(zhuǎn)換成物理課后作業(yè)，讓學(xué)生在信息獲取和科學(xué)建模中，認識自然災(zāi)害，產(chǎn)生了意想不到的效果。

例2福建屬于臺風(fēng)頻發(fā)地區(qū)，各類戶外建筑設(shè)施都要考慮臺風(fēng)的影響。如高速公路旁常見的廣告牌要求能承受10級臺風(fēng)，請你利用所學(xué)的物理知識，上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，建立合理的物理模型，估算在設(shè)計建造時，該廣告牌的承受力至少為多大。

設(shè)計分析：這是一道開放性習(xí)題，所給已知條件很少，學(xué)生首先要通過網(wǎng)絡(luò)檢索必要的信息，這一方面鍛煉了學(xué)生獲取信息的能力，另一方面，學(xué)生自己動手檢索信息，印象將會更加深刻，教育效果更好，實現(xiàn)了從被動教育向自我主動學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。

學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)檢索得到高速公路旁廣告牌標(biāo)準(zhǔn)尺寸為長18m、寬6m；10級臺風(fēng)風(fēng)速為24.5～28.4m/s；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度為1.29kg/m3。在獲取到相應(yīng)的信息后，學(xué)生需建立合理的物理模型，這里用到動量定理中的“流體模型”。假設(shè)風(fēng)速方向垂直于廣告牌迎風(fēng)面，設(shè)廣告牌迎風(fēng)面面積為S，風(fēng)速為v，空氣密度為ρ，風(fēng)碰到廣告牌后速度減為零，根據(jù)動量定理有－FΔt＝0－ρSv2Δt，解得F＝ρSv2。為了便于估算，取風(fēng)速v＝25m/s、空氣密度ρ＝1.3kg/m3、面積S＝6×18m2＝108m2≈100m2，算得F＝81250N。

通過數(shù)字化的展示，臺風(fēng)威力得以直觀顯現(xiàn)，使學(xué)生更容易接受臺風(fēng)天氣盡量不外出的安全建議。值得一提的是，筆者讓學(xué)生以小組為單位完成作業(yè)，這個過程中，成員間互相協(xié)作、討論、質(zhì)疑和交流，最終形成了較為合理的結(jié)論，學(xué)生的團隊協(xié)作精神無形中得到培育。

高中物理數(shù)學(xué)中適合設(shè)計模型建構(gòu)類作業(yè)，實現(xiàn)災(zāi)害避險教育的內(nèi)容還有“雷擊”——尖端放電模型、“泥石流”——板塊模型、“地震”——橫波、縱波模型等。通過設(shè)計模型建構(gòu)類作業(yè)，學(xué)生在信息獲取和科學(xué)建模過程中認識了自然災(zāi)害，學(xué)會了估算自然災(zāi)害的破壞力，并掌握規(guī)避危險的方式。在當(dāng)前中小學(xué)安全教育缺乏必要課時保障的前提下，將學(xué)科滲透作為中小學(xué)安全教育的主要形式，對于提高中小學(xué)安全教育的效果和質(zhì)量有一定的積極作用。［3］

3設(shè)計新聞剖析類作業(yè)：開展國防安全教育

教育部《國防教育進中小學(xué)課程教材指南》中指出，物理學(xué)科要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)探究有關(guān)物理知識和原理及其在“兩彈一星”、載人航天、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、潛水器、航空母艦、軍事偵察裝備等國防科技領(lǐng)域的應(yīng)用，了解物理在促進國防建設(shè)上所發(fā)揮的作用，激發(fā)投身國防科技的熱情，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力。［4］充分挖掘熱點新聞的育人價值，設(shè)計新穎的物理作業(yè)，利用物理知識剖析新聞，讓學(xué)生了解國防安全知識，是開展國防教育的創(chuàng)新路徑。

例3美國“星鏈”衛(wèi)星曾于2021年兩度接近我國的天宮空間站。為了規(guī)避危險，天宮空間站實施了緊急避碰措施（通過發(fā)動機點火變軌）。取無窮遠處引力勢能為0，只考慮地球的引力作用，質(zhì)量為m的繞地天體在距地心r處的引力勢能

式中M為地球質(zhì)量，G為引力常量?，F(xiàn)將空間站的質(zhì)量記為m0，變軌前后穩(wěn)定運行的軌道半徑分別記為r1、r2，如圖所示。問：

（1）空間站緊急避碰過程中發(fā)動機至少做多少功？

（2）通過查閱資料，發(fā)揮你的想象，為了避免太空垃圾或敵對衛(wèi)星撞擊空間站，空間站可以采取哪些措施或者應(yīng)發(fā)展哪些技術(shù)？

設(shè)計分析：該例題改編自2022年福建高考題?？臻g站在軌道1運行時，GMm0r21＝m0v21r1，引力勢能Ep1＝－GMm0r1；空間站在軌道2上運行時，GMm0r22＝m0v22r2，引力勢能Ep2＝－GMm0r2。

根據(jù)功能關(guān)系，緊急避碰過程中發(fā)動機做的功W≥12m0v22＋Ep2－12m0v21＋Ep1，即W≥12GMm01r1－1r2，所以發(fā)動機做的功至少為12GMm01r1－1r2。第二個問題是開放性的，沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，只要回答合理且具有一定創(chuàng)新性即可，比如開發(fā)“太空垃圾捕獲”技術(shù)、發(fā)展激光武器、改進空間站的儲能技術(shù)等。

高中物理的教學(xué)中，適合設(shè)計新聞剖析類作業(yè)，開展國防教育的內(nèi)容還有“電磁彈射”“艦載機起降”“運—20執(zhí)行任務(wù)”“光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈”“原子彈”“氫彈”等。新聞剖析類作業(yè)緊扣新聞熱點，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而引導(dǎo)學(xué)生利用物理知識剖析新聞內(nèi)涵的過程，既能讓學(xué)生充分感受到我國國防技術(shù)的先進性，又能增強學(xué)生的國防安全意識，培養(yǎng)學(xué)生“為中華之崛起而讀書”的精神。

4設(shè)計實驗探究類作業(yè)：融入生命安全教育

實驗探究類作業(yè)以問題或項目為驅(qū)動，探究性強，趣味性高，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動手實踐能力。將實驗探究類作業(yè)與生命安全教育有機結(jié)合，讓學(xué)生通過實驗探究、模擬生命安全問題，了解有關(guān)安全防護措施，使生命安全教育事半功倍。

例4帶領(lǐng)學(xué)生在實驗室內(nèi)做如下實驗：從戴著安全帽的西瓜上方1m高處，將1kg的重物由靜止釋放，砸到安全帽上，西瓜完好無損；接著取下西瓜頭上的安全帽，將重物放在原位，重物下落高度仍為1m，釋放重物，重物砸到西瓜后，西瓜裂開。

設(shè)計分析：通過本實驗，讓學(xué)生了解安全頭盔的重要性，建筑工地的工人、電動車和摩托車駕駛員都應(yīng)自覺佩戴安全頭盔。實驗后，筆者趁熱打鐵，根據(jù)重物砸到西瓜，西瓜破裂的事實，讓學(xué)生估算：若在離地45m的高層建筑上，有一顆質(zhì)量為0.01kg的螺釘由靜止脫落，忽略空氣阻力，螺釘碰到地面后經(jīng)0.05s速度減為零（不反彈），重力加速度g取10m/s2。則螺釘落地過程對地面的平均作用力約為螺釘自重的多少倍？若螺釘尖端底面積為0.1mm2，尖端朝下落地時將產(chǎn)生多大的壓強？學(xué)生根據(jù)運動學(xué)公式、動量定理及壓強的計算公式，可算出平均作用力約為螺釘自重的60倍，產(chǎn)生的壓強將達到6×107Pa。若螺釘落到行人身上，將造成意外傷害（據(jù)研究，人體皮膚所能承受的壓強為p＝20.89±4.11MPa）?！?0倍”和“6×107Pa”這組數(shù)字給學(xué)生帶來巨大的震撼。通過實驗和具體的數(shù)字將高空拋物的危害直觀地顯化出來，使安全教育效果更顯著。

生命安全教育與物理教學(xué)聯(lián)系緊密，呵護每個學(xué)生健康快樂地成長，讓每個學(xué)生發(fā)揮個體特性和煥發(fā)生命的活力，是每一個教師的責(zé)任。高中物理的教學(xué)中，可通過設(shè)計實驗探究類作業(yè)，開展生命安全教育的內(nèi)容還有防溺水教育中“視深”和“實深”的關(guān)系、安全用電、靜電防護等。

5結(jié)語

新一輪基礎(chǔ)教育課程改革和“雙減”背景下的物理教學(xué)，應(yīng)將立德樹人作為教學(xué)的首要目標(biāo)。新時代的物理教師，應(yīng)當(dāng)發(fā)揮物理學(xué)科特色，不斷優(yōu)化物理作業(yè)設(shè)計，在提升作業(yè)質(zhì)量、減輕學(xué)生作業(yè)負擔(dān)的同時，不忘育人初心，將安全教育等德育工作融入作業(yè)設(shè)計中。

參考文獻

［1］楊梅芬，晏廷飛.在物理習(xí)題教學(xué)中滲透交通安全意識的探索［J］.物理教學(xué)探討，2011，29（5）：21-22.

［2］［3］馬雷軍. 我國中小學(xué)安全教育的形勢、問題與策略［J］.中國德育，2022（18）：21-24.

［4］杜麗梅．生命安全教育與物理教學(xué)［J］．現(xiàn)代教育科學(xué) ，2020（S1）：158-159.

*基金項目：本文系福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度課題“基于‘雙減’政策的高中物理‘大作業(yè)’設(shè)計研究”（課題編號：FJJKZX22-454）及福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度課題“新課標(biāo)指導(dǎo)下科學(xué)教育中跨學(xué)科素養(yǎng)的評價體系構(gòu)建與培育研究”（課題編號：FJJKBK22-069）的階段性研究成果。