雙核視域下的單元作業(yè)設(shè)計

摘 要：對《關(guān)于新時代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》及《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中作業(yè)設(shè)計的要求，什么是高質(zhì)量的作業(yè)，如何設(shè)計高質(zhì)量的校本作業(yè)體系，進(jìn)行了理論闡述和舉例說明，著重分析了為提升學(xué)生核心素養(yǎng)與核心價值所改編與創(chuàng)編的題目。

關(guān)鍵詞：單元作業(yè)設(shè)計；核心素養(yǎng)；核心價值

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）9-0044-5

《關(guān)于新時代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》強調(diào)加強作業(yè)設(shè)計是提高作業(yè)質(zhì)量的途徑，強化單元作業(yè)設(shè)計是加強作業(yè)設(shè)計的有效手段；還提到提高作業(yè)質(zhì)量，豐富作業(yè)形式，既要注重基礎(chǔ)性，又要有層次性，更要有多樣性，逐步提高對學(xué)生思維能力的要求，適當(dāng)增加探究性、實踐性、綜合性作業(yè)。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“課標(biāo)”）提出，設(shè)計作業(yè)應(yīng)主要關(guān)注實際情境和問題設(shè)計，讓學(xué)生獲得在實際情境中解決問題的大量經(jīng)驗，形成解決實際問題的能力。

因此，如何進(jìn)行單元作業(yè)設(shè)計，設(shè)計出高質(zhì)量的校本作業(yè)體系，是每一個教育工作者應(yīng)該思考的問題。

1 高質(zhì)量作業(yè)和高質(zhì)量校本作業(yè)的設(shè)計要求

高質(zhì)量的作業(yè)首先應(yīng)該是符合課標(biāo)、教材要求的作業(yè)，應(yīng)該具有基礎(chǔ)性，不隨意拔高難度，同時必須具有層次性，以滿足不同層次學(xué)生對作業(yè)的需求。此外，高質(zhì)量作業(yè)的內(nèi)容應(yīng)配合課堂教學(xué)以實現(xiàn)對學(xué)生核心素養(yǎng)與核心價值的培育，師生在觀念上實現(xiàn)從解題向解決問題過渡，從關(guān)注習(xí)題向關(guān)注社會過渡，從關(guān)注成績向關(guān)注發(fā)展過渡，而在這樣觀念指導(dǎo)下的作業(yè)應(yīng)該是形式多樣的，比如，探究性作業(yè)、實踐性作業(yè)、綜合性作業(yè)及根據(jù)實際情境編制的作業(yè)等（圖1）。

設(shè)計高質(zhì)量的校本作業(yè)應(yīng)該有目標(biāo)的引領(lǐng)：首先，應(yīng)根據(jù)課標(biāo)和教研要求確定單元教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)課標(biāo)和學(xué)情確定單元教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)制訂作業(yè)目標(biāo)，依據(jù)作業(yè)目標(biāo)，通過選編、改編、創(chuàng)編題目來設(shè)計作業(yè)內(nèi)容，再根據(jù)實施情況逐步改進(jìn)和完善作業(yè)內(nèi)容（圖2）。

本研究以“電磁感應(yīng)”單元為例，展示單元作業(yè)設(shè)計的流程。首先，根據(jù)高中物理課程結(jié)構(gòu)，學(xué)校物理教研組確定了本單元的教學(xué)內(nèi)容，將必修三第十三章的第2節(jié)“磁通量”部分和第3節(jié)“電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用”與選擇性必修二的第二章組合成一個單元，整合被割裂的教學(xué)內(nèi)容，形成內(nèi)容相對完整的一個單元進(jìn)行教學(xué)。

其次，是學(xué)情分析，分析學(xué)生在學(xué)習(xí)本單元之前的情況。本單元是學(xué)生在初中學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的進(jìn)一步研究，從磁通量變化的角度研究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件和方向，從磁通量變化率的角度分析感應(yīng)電動勢的大小，進(jìn)而介紹渦流及其應(yīng)用、互感和自感及其應(yīng)用。磁通量是學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)，概念比較抽象，學(xué)生又是初次接觸，教師在教學(xué)中應(yīng)注重讓學(xué)生經(jīng)歷實驗探究過程和推理過程，體會科學(xué)思維方法，提高分析論證能力。此外，還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，體會科學(xué)對文明的推動作用，也為下一章《交變電流》的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

再次，基于課標(biāo)要求和學(xué)情分析，確定教學(xué)目標(biāo)和磁通量的作業(yè)目標(biāo)（表1）。

最后，依據(jù)作業(yè)目標(biāo)設(shè)計作業(yè)內(nèi)容。作業(yè)內(nèi)容是指向作業(yè)目標(biāo)的，一個作業(yè)目標(biāo)可以包含多道題目，一道題目也可以指向多個目標(biāo)。以磁通量的作業(yè)內(nèi)容為例，設(shè)計了三道題目，分別指向三個作業(yè)目標(biāo)（表2）。

2 促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的作業(yè)問題設(shè)計

在作業(yè)設(shè)計過程中，為了使作業(yè)內(nèi)容更加有效和高效地指向目標(biāo)，實現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)和核心價值的培育，著重設(shè)計了以下幾個問題。

2.1 設(shè)計原始物理問題，促進(jìn)模型建構(gòu)能力的發(fā)展

例1 1831年，法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上，一個線圈接電源，另一個線圈接電流表，如圖3所示，請說明如何才能使電流計中出現(xiàn)感應(yīng)電流。

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師總是直接呈現(xiàn)右圖，當(dāng)學(xué)生遇到左圖后，根本不懂該物體是什么。正確的順序應(yīng)該是先有左圖，再根據(jù)左圖抽象出右圖的形式。學(xué)生清楚了左圖的來龍去脈，有了解決問題的意識，也就培養(yǎng)了科學(xué)的思維習(xí)慣和模型建構(gòu)的能力。

例2 如圖4所示，甲圖是法拉第發(fā)明的圓盤發(fā)電機(jī)，乙圖是圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖，兩個黃銅電刷C、D分別與轉(zhuǎn)動軸和銅片的邊緣良好接觸，使銅盤轉(zhuǎn)動，電阻R中就有電流通過。上述情境可簡化為丙圖所示的導(dǎo)體棒CD繞C點轉(zhuǎn)動的示意圖。求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小。（提示：分別用 E=ΔΦ/Δt 與 E=Blvsinθ 進(jìn)行分析）

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師總是先給出丙圖，學(xué)生再去解決乙圖，于是遇到甲圖之后，學(xué)生根本不認(rèn)識該物體是什么。正確的順序應(yīng)該是先有甲圖，進(jìn)而抽象出乙圖，再從乙圖繪制出丙圖，我們的目的就從解題變?yōu)榱私鉀Q問題。

在作業(yè)設(shè)計中，應(yīng)多挖掘題目背后的實際問題，也就是原始物理問題，從解決問題的角度設(shè)計題目，學(xué)生在解決問題的過程中，就學(xué)會了思考，實現(xiàn)了核心素養(yǎng)的提升。

2.2 設(shè)計進(jìn)階式問題，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生

例3 如圖5（a）所示，匝數(shù)n=20的圓線圈的電阻r=1.5 Ω，線圈面積S=20 cm2。定值電阻阻值R=13.5 Ω，線圈內(nèi)磁場隨時間的變化規(guī)律如圖5（b）所示，請問：

（１）開關(guān)閉合前線圈中有感應(yīng)電流嗎？有感應(yīng)電動勢嗎？

（２）線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢Ｅ的大小如何變化？請求出感應(yīng)電動勢Ｅ的大小。

（３）回路的哪一部分是電源，哪一部分是負(fù)載？哪端是電源正極？

（４）請求出開關(guān)閉合時ａ、ｂ兩點間的電壓（即路端電壓）。

（５）若將定值電阻換成Ｃ＝１０ μＦ的電容器，試求開關(guān)閉合時電容器的帶電量以及上極板所帶電荷的電性。

設(shè)問與條件的關(guān)聯(lián)性較低是題目難度較大的一個重要原因，而一步一個臺階地鋪設(shè)問題，可以增強學(xué)生解決綜合問題的信心，幫助學(xué)生提升思維的邏輯性，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

例4 如圖6所示，空間存在豎直向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B=0.5 T，兩條光滑的金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距L=0.4 m，左端接有阻值R=0.4 Ω的電阻，一個質(zhì)量m=0.10 kg、阻值r=0.10 Ω的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上。

（1）若以恒力F向右拉動導(dǎo)體棒，則導(dǎo)體棒最終的運動速度v為多大？

（2）請你至少設(shè)計一個問題并解決。

（3）與同伴交換問題，至少完成同伴的一個問題。

每一個問題之間既有聯(lián)系又有遞進(jìn)，一題多問，可以省去學(xué)生很多審題的時間，鼓勵學(xué)生自己設(shè)置問題并解決，甚至同伴間可以相互解決對方提出的問題。學(xué)生設(shè)計的問題很多是劣構(gòu)問題，而劣構(gòu)問題的解決也可以促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，而且相比于問題的解決，問題的提出往往更能促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

2.3 設(shè)計實踐性問題，促進(jìn)科學(xué)探究能力的提升

例5 根據(jù)E=Blvsinθ，I=E/R可知，感應(yīng)電流的大小與速度大小成正比，請你設(shè)計一個利用電磁感應(yīng)測量速度的儀器。寫出所需器材和設(shè)計方案，并用你設(shè)計的儀器測量小車的速度，并拍視頻記錄。

例6 夜晚騎車會有諸多不便，請從節(jié)能減排的角度，應(yīng)用電磁感應(yīng)的知識給你的自行車設(shè)計一個夜晚騎行時會自動點亮的小夜燈吧。寫出所需器材和設(shè)計方案，并拍視頻記錄。

本單元的學(xué)習(xí)應(yīng)注重理論聯(lián)系實際，關(guān)注生活中哪些物體應(yīng)用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，如何應(yīng)用電磁感應(yīng)現(xiàn)象解決生活中的問題。這類型題目所需時間比較長，留作寒假研修作業(yè)。

2.4 設(shè)計對比問題，促進(jìn)物理觀念的形成

例7 在水平桌面上放一閉合鋁環(huán)，如圖7所示，當(dāng)其正上方一條形磁鐵向下運動時，圓環(huán)將有_____趨勢（填“收縮”“擴(kuò)張”），對桌面的壓力將_____（填“增大”“減小”或“不變”）。

對比：如圖8，線圈A與電源、滑動變阻器串聯(lián)，線圈B套在線圈A外面，A、B的軸線是重合的。當(dāng)滑動變阻器從左至右滑動時，線圈B中的電流方向______（從上往下看，填“順時針”“逆時針”），線圈B所受安培力的方向______（填“沿半徑向外”“沿半徑向里”），線圈將有_____趨勢（填“收縮”“擴(kuò)張”）。

物理觀念的形成不是一蹴而就的，在這個過程中很容易受原有觀念的影響，出現(xiàn)概念的混淆。通過設(shè)計對比問題可以幫助學(xué)生形成正確的物理觀念。例題是“增縮減擴(kuò)”，而對比題是“增擴(kuò)減縮”的例子，通過對比，可以更好地理解其本質(zhì)都是對磁通量變化的阻礙，是能量守恒。

例8 穿過一個單匝線圈的磁通量始終保持每秒均勻減少2 Wb，則感應(yīng)電動勢的大小為_________。

qEoZACuSTlos98/MnlObPXF6DGrq+SERL0YdEPRJ3CU= 對比：（1）穿過一個單匝線圈的磁通量始終保持2 Wb，則感應(yīng)電動勢的大小為________。

（2）穿過一個單匝線圈的磁通量第1 s減少2 Wb，第2 s減少1 Wb，則2 s內(nèi)平均感應(yīng)電動勢的大小為_______。

探究感應(yīng)電動勢與磁通量變化的關(guān)系是個難點，充分理解這個問題有助于促進(jìn)對很多物理概念的理解。比如，高一所學(xué)加速度與速度變化的關(guān)系，電磁波的產(chǎn)生等。通過對比問題的設(shè)置有助于學(xué)生辨析物理概念，形成正確的物理觀念。

2.5 設(shè)計真實情境問題，促進(jìn)核心價值觀的形成

例9 圖9（a）是白鶴灘水電站，位于四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，是金沙江下游干流河段梯級開發(fā)的第二個梯級電站，具有以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙、改善下游航運條件和發(fā)展庫區(qū)通航等綜合效益。水庫正常蓄水位825米，相應(yīng)庫容206億立方米，地下廠房裝有16臺機(jī)組，初擬裝機(jī)容量1600萬千瓦，僅次于三峽水電站成為中國第二大水電站。2022年1月18日，白鶴灘水電站16臺百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子全部吊裝完成。其發(fā)電機(jī)的工作原理可簡化為圖9（b）所示的情境，矩形線框abcd在勻強磁場中繞OO'勻速轉(zhuǎn)動（發(fā)電機(jī)實際工作情形是線圈不動磁極轉(zhuǎn)動）。線圈匝數(shù)為n，邊長ab=cd=l1，ad=bc=l2，線圈轉(zhuǎn)動的角速度為ω，磁場的磁感應(yīng)強度為B。證明：在圖示位置的感應(yīng)電動勢E=nBSω，式中S=l1l2為線圈面積。

情境性問題是促進(jìn)學(xué)生關(guān)注社會，提高社會責(zé)任感，培養(yǎng)核心價值觀的重要途徑。教師選擇的情境應(yīng)該較為新穎，讓學(xué)生有興趣了解和閱讀，如果學(xué)生在做完物理題后能對白鶴灘水電站留下印象，那么情境的教育目的就達(dá)到了。

例10 2023年11月17日，中國自主知識產(chǎn)權(quán)的磁浮試驗線“高速飛車”大同（陽高）試驗線一期主體工程已經(jīng)全部完工。據(jù)悉，這條試驗線是目前全球在建距離最長、規(guī)模最大的全尺寸超高速低真空管道磁懸浮交通系統(tǒng)試驗線之一。高速飛車融合了航空航天技術(shù)和地面軌道交通技術(shù)，通過超導(dǎo)磁懸浮和低真空管道技術(shù)途徑，使車輛實現(xiàn)1000 km/h的超高速“近地飛行”。如圖10是一種測量磁懸浮列車速度和加速度的原理圖，它由一塊安裝在列車車頭底部的強磁體和設(shè)置在軌道底下的一組線圈及電流測量記錄儀（未畫出）組成。當(dāng)列車經(jīng)過線圈上方時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流被記錄下來，列車的加速度和速度就能根據(jù)這些數(shù)據(jù)求出。

（1）在列車經(jīng)過測量線圈的過程中，流經(jīng)線圈的電流方向如何？

（2）已知列車運行速度為v，磁感應(yīng)強度為B，線圈匝數(shù)為n，長為l，測量記錄儀中電流為I，自身電阻為R，試寫出v與I之間的關(guān)系式。

（3）已知列車經(jīng)過線圈Ⅰ的電流為I1，經(jīng)過線圈Ⅱ的電流為I2，兩線圈間的距離為s，如何計算列車在兩線圈間運動時的平均加速度大小。

（4）測量會對列車速度造成什么影響？

同樣是選取了一個較新的情境，通過情境了解社會的發(fā)展?？萍寂c社會的發(fā)展離不開科學(xué)的進(jìn)步，通過作業(yè)了解社會的進(jìn)步，體會科學(xué)對文明的推動，是情境賦予作業(yè)的特殊功能。

無論是進(jìn)行教學(xué)設(shè)計還是作業(yè)設(shè)計，都需要教師不斷學(xué)習(xí)，跟上時代發(fā)展的步伐，跟上教育理念更新的速度。培養(yǎng)會思考、會解決問題的人，是我們每一個教育工作者肩負(fù)的責(zé)任。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯 鄧 磊）