指向思維進階的高中物理情境化作業(yè)設計探究

摘 要：將情境化習題融入高中物理作業(yè)中，有利于培養(yǎng)學生的問題解決能力，幫助學生實現(xiàn)思維進階。闡述了情境化作業(yè)的內涵，分析了情境化作業(yè)設計的意義，并對“拋體運動”情境化作業(yè)設計實例做了分析，探討了情境化作業(yè)設計路徑，總結了情境化作業(yè)的特點。

關鍵詞：情境化作業(yè)；作業(yè)設計；高中物理；“拋體運動”

新的高中物理課程標準指出，教師應結合生產生活實踐創(chuàng)設問題情境，從物理的角度提出有關問題，激發(fā)學生的探究欲望［1］?？荚囌猩贫雀母锵嚓P文件也指出，要加大改革力度，依據(jù)國家人才選拔要求和國家學科課程標準，大力改革命題內容，凸顯基礎性和綜合性，有效考查學生的思維能力和分析問題、解決問題的能力［2］?；诖?，教師要重視情境化作業(yè)的設計，提高學生應用所學知識分析問題和解決問題的能力，加深學生對所學知識的理解，培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)，促進學生的思維進階。

一、情境化作業(yè)的內涵

情境化作業(yè)是以生活實踐和科技成就為載體，以問題和任務為中心的作業(yè)，能幫助學生鞏固學科知識，激發(fā)學生學習興趣，提升學生學科核心素養(yǎng)。情境化作業(yè)主要分為生活情境作業(yè)和探索情境作業(yè)兩大類［3］。生活情境作業(yè)是指根據(jù)日常生活現(xiàn)象、生產活動和體育項目以及科技發(fā)展成就等設計的作業(yè)；探索情境作業(yè)是指根據(jù)實踐研究、探索問題或典型問題等設計的作業(yè)。情境化作業(yè)能幫助學生理解物理知識的本質，提升學生聯(lián)系理論和實際的能力，培養(yǎng)學生的物理建模能力。

情境化作業(yè)可以分為三個層次：一是利用單一知識點或方法就能解決的基本層次的情境作業(yè)；二是需要運用多個知識點或多種方法才能解決的情境作業(yè)；三是需要運用創(chuàng)造性思維才能解決的原始情境作業(yè)。

二、設計情境化作業(yè)的意義

（一）可以幫助教師更好地實現(xiàn)立德樹人教學目標

作業(yè)設計是物理教學中的重要環(huán)節(jié)，教師在設計作業(yè)時應重視作業(yè)的育人功能，充分發(fā)揮作業(yè)的價值導向作用。首先，情境化作業(yè)設計素材通常源于生產實踐活動和學習探索問題，能幫助學生深刻理解知識內涵，引導學生關注科學家的艱苦探索過程，培養(yǎng)學生勇于追求真理的精神。其次，情境化作業(yè)設計素材常常源于國家科技成果、中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化和體育競技項目，可以增強學生的國家自信、文化自信及民族認同感。最后，情境化作業(yè)設計素材有時還取自中國古代成就、中國革命文化和社會主義建設成就等方面，可以幫助學生樹立正確的價值觀念。由此可見，情境化作業(yè)設計可以幫助教師更好地實現(xiàn)立德樹人教學目標。

（二）可以更好地激發(fā)學生的學習興趣

情境化作業(yè)是以情境問題為載體的作業(yè)，能有效激發(fā)學生的學習興趣。第一，情境化作業(yè)中的情境問題與日常生活、生產實踐和體育運動聯(lián)系緊密，能有效提高學生的探究興趣。第二，情境化作業(yè)設計依托真實的、開放的情境，將物理學科知識與現(xiàn)實生活有機融合，能讓學生由被動的解題者變?yōu)橹鲃拥膯栴}發(fā)現(xiàn)者和問題探索者，這能提升學生的自主學習意識和學習興趣。物理教師在作業(yè)設計中要善于將抽象的物理知識融入真實的情境中，讓學生產生探究問題的興趣，感受到物理探究的魅力。

（三）可以更好地提高學生的思維品質

具備良好思維品質的學生可以在解決問題時，對信息進行深度的思維加工，獲得更有價值的創(chuàng)新性成果。而情境化作業(yè)設計注重知識的傳授和真實情境的結合、技能訓練和創(chuàng)造力培養(yǎng)的統(tǒng)一、非智力素養(yǎng)與思維能力的同步發(fā)展，能使學生的學科思維、抽象思維和發(fā)散思維等得到很好的培養(yǎng)。同時，情境化作業(yè)中蘊含的學科知識是培養(yǎng)學生良好思維品質的基礎。學科知識對激發(fā)學生靈感具有促進作用，而靈感則是創(chuàng)造思維發(fā)展的關鍵。由此可見，情境化作業(yè)設計有助于學生科學創(chuàng)造思維的發(fā)展。此外，學生在完成情境化作業(yè)時能有效培養(yǎng)自己的抽象思維和發(fā)散思維，而這也是良好思維品質的重要內容。

三、情境化作業(yè)設計的實例及分析

下面，筆者以“拋體運動”一課為例，探討如何設計指向學生思維進階的情境化作業(yè)，以培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)。

（一）作業(yè)設計日常生活情境化，拉近生活和物理知識的距離

【例1】投壺是中國古代的一種游戲，這種游戲是以壺口為目標，人站在一定距離外投箭矢，以投入箭矢的數(shù)量決定勝負。某同學進行投壺游戲，箭矢從高0.8 m的A點以4 m/s的初速度水平拋出，正好落在壺口C點，如圖1所示。重力加速度g取10 m/s2。為簡化計算，將箭矢視為質點，不計壺的高度，并且不計空氣阻力。求：（1）箭矢落入壺口時的速度大小和方向；（2）以拋點A為坐標原點，初速度方向為x軸正方向，豎直向下為y軸正方向，建立平面直角坐標系，寫出該箭矢運動的軌跡方程。

【分析】該題是一道與我國古代傳統(tǒng)文化密切相關的日常生活情境類題目，與平拋運動知識聯(lián)系緊密，考查學生對相關知識的掌握程度與運用知識解決問題的能力。該題目相對容易，學生只要掌握平拋運動有關速度的合成和分解知識，便可結合已知高度求出豎直方向的速度，進而得出箭矢落入壺口時的速度大小和方向；根據(jù)平拋運動有關水平和豎直方向的位移公式，就可以根據(jù)給出的條件解決第二個問題。

（二）作業(yè)設計科研前沿情境化，讓科學與知識連起來

【例2】我國發(fā)射的探月人造衛(wèi)星圍繞著月球做勻速圓周運動，衛(wèi)星可以發(fā)射一種新型的低速探測器，該探測器可以在月球表面沿任意方向靈活轉向飛行。在某次探測中，探測器以vo速度水平飛行時釋放了一個物體，該物體下落后垂直打在與月球表面成30度角的斜面上，如圖2所示。已知月球表面的重力加速度是地球表面的1/6，地球表面的重力加速度為g，求物體從探測器拋出點到落地點的位移大小和方向。

【分析】該題是一道聯(lián)系航天航空的科技情境類題目，屬于基本層次的情境作業(yè)。該題目主要考查學生對速度的合成與分解知識的運用以及豎直方向和水平方向運動規(guī)律的理解。

（三）作業(yè)設計問題探究情境化，讓應用和創(chuàng)新活起來

【例3】一個獵人持槍水平瞄準樹上的一只松鼠，在獵槍發(fā)射子彈的瞬間，松鼠看到槍口火光后立刻自由落下。問獵人打中松鼠時子彈的速度是多少？

【例4】工作人員在一次檢查水池時發(fā)現(xiàn)，有一根水管正在向外排水。這根水管水平放置，離地面的高度未知，如圖3所示。如果只有一把卷尺，那么需要測出哪些數(shù)據(jù)才可估測該水管的排水量？寫出每秒排水體積的表達式。

【分析】這兩題都是探究情境類問題，屬于開放性的原始物理問題，沒有已知物理量。要想解決這類問題，我們通常需要使用抽象表征、賦值表征、方法表征、物理表征和數(shù)學表征等［4］。在解答例3時，我們可通過抽象表征把松鼠和子彈看成質點，并認為松鼠和子彈同時運動；通過賦值表征假設子彈射出時的速度為vo、松鼠所處位置的高度為h、槍口與松鼠的水平距離為s；通過方法表征將子彈的平拋運動看成水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動；通過物理表征，運用相關的物理公式，經(jīng)過數(shù)學運算得出獵人擊中松鼠的條件。在解答例4時，我們要先用卷尺測出出水口的高度和落水位置距離出水口的水平距離、出水口的直徑，再根據(jù)平拋運動的知識解決問題。這兩道例題都是綜合層次的情境作業(yè)，對學生的要求較高，主要考查學生的發(fā)散思維能力和問題解決能力。

（四）作業(yè)設計教材問題情境化，將課本與現(xiàn)實聯(lián)系起來

【例5】甲、乙兩名同學練習投籃，如圖4所示，甲同學在A點起跳投籃，將籃球在離地高h1的位置以速度v0斜向上投出，籃球豎直速度為零時打在籃板離地高h2的B點上?；@球與籃板碰撞后，平行于籃板的速度分量不變，垂直于籃板的速度分量大小變?yōu)榕銮暗?/5，碰撞后籃球與籃板面的夾角為53度。籃球飛出后被乙同學在C點接到。不計籃球與籃板碰撞的時間，籃球未碰籃筐，已知重力加速度為g，sin53°=0.8，求籃球與籃板碰撞后的速度大小。

【分析】這是一道由教材課后習題改編而來的運動情境類作業(yè)，屬于較為復雜的綜合層次情境作業(yè)，對學生數(shù)學運算能力的要求較高。該題目主要考查學生對平拋運動知識、速度合成和分解知識以及自由落體運動規(guī)律的掌握情況。

四、情境化作業(yè)設計的特點及啟示

（一）注重情境化作業(yè)的真實性，激發(fā)學生探究興趣

教師進行情境化作業(yè)設計時要注重真實性，不能主觀臆造不符合實際的虛假情境，只有融入真實的物理情境才能消除傳統(tǒng)物理教學中只重理論分析、忽略實際應用的弊端，促進教學方式的變革。從情境化作業(yè)的選材來看，教師應從學生日常生活出發(fā)，選擇契合課程內容的生產生活情境。從化作業(yè)側重點來看，教師應重視從社會生活、體育運動、物理實驗和科學前沿中選擇問題情境，以激發(fā)學生對科學探究的興趣?？傊?，情境化作業(yè)的真實性要求教師在教學過程中有意識地結合教學內容選取更多貼近生活、貼近社會、貼近實際的生產科研素材，引導學生關注自然、關注環(huán)境，熱愛勞動、熱愛科學，培養(yǎng)學生的學習興趣和愛國情懷。

（二）注重情境化作業(yè)的原始性，提高學生思維品質

原始物理問題是從生活實踐活動、體育運動和科學實驗中抽象出來的問題，這些能反映物理規(guī)律、物理思維方法的問題并未經(jīng)過抽象加工，僅是對物k1JElftPmIsWHv23Q9hTWA==理現(xiàn)象的描述，沒有相應的已知量。但是，它對物理現(xiàn)象的描述能反映真實的物理世界，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。另外，解決原始物理問題需要學生從生活實踐出發(fā)，根據(jù)真實物理情境提取有用信息，建立物理模型，利用圖像分析、物理數(shù)值表征等得出正確結論?？梢?，教師在實際作業(yè)設計中融入原始物理問題有利于提高學生的思維水平。首先，教師在作業(yè)設計和課堂教學中引入生動有趣的原始物理問題，能讓學生在解決問題的過程中始終保持較高的研究熱情。其次，教師融入的原始物理問題通常以文字描述的形式將物理規(guī)律隱藏在物理現(xiàn)象中，并沒有解題需要的提示性已知條件，這樣一來，學生在復雜信息情境中并不能直接套用現(xiàn)有的物理模型，只能通過自己獨立思考、不斷探索構建相應的物理模型，這種原始物理問題生態(tài)性的特點更有利于學生知識體系的構建和創(chuàng)造力的發(fā)展。再次，原始物理問題的情境源于學生的日常生活，能拓展學生的思維空間。最后，原始物理問題答案具有開放性，這能開闊學生的視野，提高學生的思維品質，促進學生創(chuàng)造力的發(fā)展。

（三）注重情境化作業(yè)的適切性，提升學生核心素養(yǎng)

教師要明確情境化作業(yè)設計目標，結合高中物理課程標準的要求以及學生的認知水平，設計適切的情境化作業(yè)，以此提升學生的問題解決能力，培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)。情境化作業(yè)內容要合理，能覆蓋所學的知識點，檢查學生的知識掌握程度和知識運用能力。教師在情境化作業(yè)設計中要注意以下幾個方面。一是關注作業(yè)的情境熟悉程度。題目的難易程度與情境的熟悉程度有一定關系，面對陌生的情境，學生會覺得難度較大，無法提煉題目的有效信息。二是注意作業(yè)涉及的知識點數(shù)量。作業(yè)涉及的知識點越多難度就越大，因此，教師要根據(jù)作業(yè)的目標要求和學生的學情來確定知識點數(shù)量，以提升作業(yè)的實效性。三是關注作業(yè)的跨學科知識內容的運用，以此提升學生的學科核心素養(yǎng)和學習能力。

［參考文獻］

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國務院.國務院關于深化考試招生制度改革的實施意見［EB/OL］.（2014-09-04）［2023-08-01］.https：//www.gov.cn/zhengce/content/2014-09/04/content_9065.htm.

教育部考試中心.中國高考評價體系說明［M］.北京：人民教育出版社，2019.

邢紅軍.高中原始物理問題教學研究［M］.北京：中國科學技術出版社，2016.

基金項目：本文系廣西玉林市教育科學規(guī)劃2023年度專項課題“基于數(shù)字化全域共享重構普通高中教育生態(tài)的實踐研究”（課題編號：2023YZ071）的階段性研究成果。

作者簡介：李秋錦（1983—），男，廣西壯族自治區(qū)北流市高級中學。

劉麗娟（1989—），女，廣西壯族自治區(qū)北流市高級中學。