指向核心素養(yǎng)的初中物理大單元作業(yè)設(shè)計
——以八年級物理“壓強”一章為例

河南省洛陽市洛陽外國語學(xué)校 于瑞瑩

單元教學(xué)思想體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)是由易到難、循序漸進的過程。對物理學(xué)習(xí)來說，學(xué)生需要從直觀了解到形成物理觀念，從感性認識到科學(xué)思維，在實踐與探索中形成科學(xué)探究的能力，培養(yǎng)具體的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。組織大單元教學(xué)可以幫助教師研讀單元整體的知識結(jié)構(gòu)與能力、素養(yǎng)框架，并通過分析課程標準及學(xué)情，按照任務(wù)邏輯進行作業(yè)設(shè)計。還可以幫助學(xué)生循序漸進地理解知識，形成物理觀念，在實踐探索中形成物理科學(xué)思維。總體而言，大單元作業(yè)設(shè)計對學(xué)生長遠發(fā)展有重要影響，是落實核心素養(yǎng)培養(yǎng)的有效途徑。

一、基于核心素養(yǎng)深挖教材，進行單元內(nèi)容分析

作業(yè)設(shè)計需要教師充分理解教材，結(jié)合課程標準，基于團隊的力量分析學(xué)情，從而設(shè)計適合學(xué)生的作業(yè)。以初中物理“壓強”一章為例。作為現(xiàn)行教材八年級物理第九章內(nèi)容，壓強既是已學(xué)過的質(zhì)量、密度、重力等知識的綜合應(yīng)用，也是學(xué)好浮力的基礎(chǔ)，起到了承上啟下的作用。本單元從一般性的壓強概念開始，通過大量的生活現(xiàn)象，讓學(xué)生了解了液體的壓強和氣體的壓強的存在。學(xué)生在理解壓強的過程中可以獲得壓強、液體壓強、大氣壓強、流體壓強與流速關(guān)系等物理概念；教材在安排上，通過研究液體壓強特點的實驗，從科學(xué)問題、形成猜想、設(shè)計實驗與制訂方案、分析數(shù)據(jù)、總結(jié)規(guī)律、得出結(jié)論，對探究的過程和結(jié)果進行交流和評估，讓學(xué)生具備科學(xué)探究的能力，體驗控制變量法在探究中的應(yīng)用。在學(xué)生了解液體壓強、大氣壓強及流體壓強的應(yīng)用過程中，筆者強調(diào)聯(lián)系實際生活，構(gòu)建模型，在教與學(xué)的過程中，學(xué)生逐漸具備嚴謹認真的科研精神，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

本章的單元知識結(jié)構(gòu)體系如圖1。

圖1

二、大單元教學(xué)中主要作業(yè)設(shè)計

蘇霍姆林斯基說：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是個發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者?！北菊伦鳂I(yè)設(shè)計，打破了傳統(tǒng)實驗教學(xué)“照單抓藥”模式，從創(chuàng)設(shè)情境到進階式探究，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維，給學(xué)生提供廣闊的自主探索發(fā)現(xiàn)的空間，從而呈現(xiàn)出一種開放的、自主的學(xué)習(xí)格局，使學(xué)生的主體地位得到了充分體現(xiàn)。

部分作業(yè)設(shè)計如下：

［課時1］壓強

學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗，已經(jīng)對壓強有了一定認知。如日常背書包的經(jīng)驗?zāi)苁箤W(xué)生感受到壓力的大小。學(xué)生也能感知不同粗細的書包帶以及書包內(nèi)所放不同數(shù)量的書本可以改變壓強的大小。如圖2所示，課本中采用了“觀察小桌對海綿的形變程度”來探究“壓力作用效果跟哪些因素有關(guān)”。但是，這樣的教學(xué)對幫助學(xué)生深度理解壓強還不夠，所以在課堂活動中，筆者改進了教材中的實驗，將海綿換成了如圖3所示的彈簧，設(shè)計如下的課中實踐性作業(yè)。

圖2

圖3

學(xué)習(xí)任務(wù)單如下：

例1，觀察下圖，思考哪個金屬塊對彈簧的壓力作用效果更明顯？

（1）如圖4所示，當受力面積一定時，______越大，壓力的作用效果越明顯。

（2）如圖5所示，當壓力一定時，______越小，壓力作用效果越明顯。

（3）如圖6所示，兩個金屬塊對彈簧的壓力大小和受力面積都不一樣時，如何比較壓力的作用效果？

圖4

圖5

圖6

我們發(fā)現(xiàn)，單位受力面積上所受壓力越大，壓力的作用效果越明顯（如圖7所示）。

需要“轉(zhuǎn)化為相同的______時，通過比較壓力的大小”來確定。

圖7

我們用壓強來描述“壓力的作用效果”。

因此，我們可以將“壓力與受力面積的比”定義為________。

設(shè)計意圖：通過一步步觀察彈簧的形變程度，引導(dǎo)學(xué)生思考壓力的作用效果與什么因素有關(guān)。教學(xué)中可以深入淺出、循序漸進地讓學(xué)生在動手與思考的過程中，深刻地理解比值定義法，從而有助于學(xué)生物理觀念的形成。

例2，課后實踐作業(yè)

請學(xué)生在家嘗試：能否成功站在雞蛋上，雞蛋不破（如圖8所示）。如果可以，請分析原因，并拍下視頻短片。

設(shè)計意圖：這樣的實踐性作業(yè)趣味性強，取材容易，改變了單一作業(yè)形式。并且，實踐性作業(yè)要求更多的動作和行為過程，符合初中生發(fā)展特征，也更能調(diào)動學(xué)生的興趣。

［課時2］液體壓強

例3，課前預(yù)習(xí)作業(yè)

液體內(nèi)部存在壓強嗎？請你在手上套上塑料袋，將手浸入一盆水中（如圖9所示），觀察塑料袋的形變，感受液體對手的壓強。

圖8

圖9

設(shè)計意圖：觀察是物理學(xué)習(xí)最基本的活動之一。學(xué)生可以在觀察中，通過感官或儀器，有目的、有計劃地考察描述實驗與自然現(xiàn)象。由于手上套有塑料袋，學(xué)生明顯地能感受到塑料袋緊緊地貼在手上，從而理解“液體內(nèi)部存在壓強”，并能觀察到液體內(nèi)部各個方向上都存在壓強。這樣的設(shè)計有助于提高學(xué)生的觀察能力，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度，還可以激發(fā)學(xué)生興趣，促進學(xué)生對概念的理解。

例4，課中觀察作業(yè)

請學(xué)生觀察下圖所示實驗，用塑料片把兩端開口的塑料管一端堵起來浸入水中。

（1）如圖10所示，請觀察塑料片是否會掉落？為什么？

（2）如圖11所示，在玻璃管內(nèi)加藍色的水，直到內(nèi)外液面相平時，發(fā)生了什么？為什么？

（3）為什么塑料片會掉落？請計算藍色的水對塑料片的壓強，并推導(dǎo)液體壓強公式。

設(shè)計意圖：如圖12所示，課本對液體壓強公式的推導(dǎo)是設(shè)想在該處有一個水平放置的“平面”，這個液柱對平面的壓力等于液柱的重力。通過以上作業(yè)，可以讓學(xué)生在腦海中形成具體的想象，給學(xué)生提供“腳手架”，讓學(xué)生在逐步分析與思考的過程中理解所學(xué)知識。

圖10

圖11

圖12

例5，課后閱讀作業(yè)

從百米淺海到萬米深海，這是中國載人深潛事業(yè)一代代深潛人的“深藍夢”，它突破了我國多項核心深潛技術(shù)，完成萬米級海試，首次探底全球海洋最深處——馬里亞納海溝“挑戰(zhàn)者深淵”，創(chuàng)造我國載人深潛新紀錄。它就是中國“奮斗者”號載人潛水器。

“奮斗者”號下潛的馬里亞納海溝最深處，水壓超過110 MPa，相當于2000頭非洲象踩在一個人的背上。如此高壓，意味著潛水器的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計等都面臨嚴峻挑戰(zhàn)。經(jīng)過上千次的優(yōu)化測試，中國自主研發(fā)的全新高強高韌鈦合金足以應(yīng)對深海的高壓沖擊。想要成功下潛萬米，還需要極其精密的制造、冷彎、焊接技術(shù)，保證球艙的可靠性。研發(fā)團隊改進焊接方式，從焊縫多、工期長的傳統(tǒng)“瓜瓣焊接”改為焊縫少、可靠性高的“半球焊接”。“奮斗者號”鈦合金載人球艙直徑達2 m，標志著我國鈦合金材料技術(shù)和焊接加工技術(shù)已經(jīng)達到國際領(lǐng)先水平。

2020年11月10日，“奮斗者”號載人潛水器在馬里亞納海溝成功坐底，坐底深度10909 m，也就是說，它已經(jīng)可到達全球深海的任何地方。請估算“奮斗者”號在海下10909 m的深度受到的液體壓強為多大？若“奮斗者”號觀景窗的面積為0.5 m2，那么該觀景窗此時所受液體的壓力為多少？（不考慮海水密度變化，ρ海水取1.06×103kg／m3，g取10 N／kg）

設(shè)計意圖：閱讀類作業(yè)可以發(fā)展學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力以及解決問題的能力，還可以幫助學(xué)生理解科學(xué)概念、熟悉科學(xué)術(shù)語及表達規(guī)范。學(xué)生在完成作業(yè)中需要學(xué)會在大量信息中尋找有價值的信息，帶著問題進行有目的的閱讀。同時，選擇“奮斗者”號設(shè)計題目，可以培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感，起到立德樹人的作用。

［課時3］連通器

例6，課后實踐作業(yè)

如圖13所示，在軟管中裝適量的水，檢測家中的電視、家具擺放是否水平。

設(shè)計意圖：學(xué)生親身體驗連通器的應(yīng)用，可以獲取直接經(jīng)驗，鞏固知識。

［課時4］大氣壓強

例7，課中實踐作業(yè)

圖14中，試管內(nèi)紅色的水柱沒有下落，是被誰托起來的呢？

圖13

圖14

圖15

（1）如何尋找大氣壓能支撐的最高水柱呢？

（2）一步步增加試管的長度，我們觀察到大氣壓能支撐10.3 m的水柱（如圖15所示），所以大氣壓的值p＝ρgh＝______＝______Pa。

（3）若想在實驗室內(nèi)測出大氣壓強的值，可以如何改進實驗？如何降低液面所在的深度？

設(shè)計意圖：由于水銀有毒，所以目前托里拆利實驗普遍放視頻讓學(xué)生學(xué)習(xí)，因此難度較大。為了突破這個難點，可以把托里拆利實驗改為學(xué)生活動，從覆杯實驗到尋找大氣壓強能支撐多高的水柱，一次次增加試管的長度，超越學(xué)生的心理期待，讓學(xué)生逐漸對大氣壓強的大小有一定的認知。通過觀察學(xué)生了解到，大氣壓強可以支撐10.3 m的水柱，進而將大氣壓強轉(zhuǎn)換成液體壓強進行測量，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維，也回顧了液體壓強相關(guān)知識。接著，引導(dǎo)學(xué)生改進這個實驗，通過增加液體的密度而減小深度，可以讓學(xué)生對托里拆利實驗深度思考，感受到科學(xué)家對實驗精妙絕倫的設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的理性思維和勇于創(chuàng)新的精神。

例8，課后鞏固作業(yè)

請說明下面幾幅圖中（如圖16所示），分別是如何利用大氣壓強的？

圖16

（1）紙片為什么不會掉下來？

（2）吸盤為什么不會掉下來？

（3）為什么用吸管可以喝玻璃瓶內(nèi)的飲料？

（4）若用橡皮泥把玻璃瓶口與吸管的縫隙堵上，是否能喝到飲料呢？為什么？

設(shè)計意圖：這一課會有較多活動證明大氣壓強的存在，然而學(xué)生對具體現(xiàn)象的分析還是感到有一定難度。在課后鞏固性作業(yè)中設(shè)計這樣的題目，可以讓學(xué)生靜下心來思考、分析這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，鞏固所學(xué)知識。后兩張圖的對比可以消除對學(xué)生“用吸管吸飲料是因為“吸力”的錯誤認知?？傮w而言，有助于學(xué)生將實際生活中大氣壓強的相關(guān)現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成物理模型，并通過實驗對物理問題進行分析和推理，在歸納總結(jié)的過程中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

由于每節(jié)作業(yè)設(shè)計都圍繞教學(xué)與核心素養(yǎng)展開，既能鞏固本章基本知識，也能在學(xué)生的基礎(chǔ)上加以提升，作業(yè)立足課本，貼近生活，由淺入深，變式拓展，整體布置規(guī)范、系統(tǒng)。把控書面作業(yè)時間，通過實踐性作業(yè)、閱讀性作業(yè)調(diào)動了學(xué)生的積極性，作業(yè)內(nèi)容也呈現(xiàn)多樣化、多元化的特點。聯(lián)系生活的研究性學(xué)習(xí)，小論文、科技閱讀類作業(yè)，讓學(xué)生動起來，思維活起來，視野廣起來。起到了較好的作業(yè)效果，減負賦能，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造力，促進了學(xué)生的全面發(fā)展。

三、作業(yè)設(shè)計的特點與啟示

（一）設(shè)計難度匹配的作業(yè)

作業(yè)是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的重要組成部分，主要功能在于使學(xué)生學(xué)會自主學(xué)習(xí)，并保持學(xué)習(xí)興趣。作業(yè)設(shè)計首先應(yīng)依據(jù)大單元核心概念和單元學(xué)習(xí)目標，并結(jié)合學(xué)情，設(shè)計出注重基礎(chǔ)，并具有針對性的作業(yè)。比如例8，作業(yè)設(shè)計選擇了“大氣壓強”這一節(jié)的課堂上“證明大氣壓強存在”的常見活動，由于課堂上大班教學(xué)缺乏學(xué)生自己對現(xiàn)象背后的深度本質(zhì)思考，缺乏對壓力具體的分析。這樣的幾個問題，鞏固了課堂所學(xué)，有助于消除“用吸管吸飲料是因為‘吸力’”的錯誤認知。同時培養(yǎng)了學(xué)生對科學(xué)術(shù)語的表達能力。另外，作業(yè)內(nèi)容的難度應(yīng)該循序漸進、具有層次，如例1從學(xué)生觀察到“壓力作用效果與壓力大小和受力面積有關(guān)”，逐步引導(dǎo)學(xué)生分析“單位面積上所受的壓力越大，壓力作用效果越明顯”，再到通過“比值定義法”定義“壓強”。可以讓學(xué)生在完成作業(yè)的過程中逐步提升，有效避免學(xué)生的畏難情緒，落實核心素養(yǎng)。

（二）加強建構(gòu)類作業(yè)的設(shè)計

在新授課的作業(yè)中需要極力避免設(shè)計無序、繁多主題的作業(yè)，而應(yīng)注重在題目中給學(xué)生必要的鋪墊，提供合適的思維線索，注重學(xué)生習(xí)得思維的具體過程。比如例7，托里拆利實驗難度較大。作業(yè)設(shè)計選擇學(xué)生熟悉的情境——“覆杯實驗”，大氣壓強能托起卡片和杯內(nèi)的水。提出問題：“大氣壓強可以支撐多高的水柱？”接著再逐漸增加試管高度，讓學(xué)生一步步發(fā)現(xiàn)大氣壓強約能支持起10.3 m高的水柱。在學(xué)生感嘆大氣壓強之大的同時，也滲透了科學(xué)方法“轉(zhuǎn)換法”的應(yīng)用，通過計算液體內(nèi)部壓強來計算大氣壓強的大小。再提出問題，改進實驗，增加液體的密度以便減小液柱的高度計算大氣壓強。這樣，從遇到問題、解決問題，利用學(xué)生生活中常見的水、玻璃管和逐步設(shè)問，為學(xué)生的思維搭建合理的“臺階”，使其對大氣壓強這一物理概念的理解更加深刻。

（三）注重作業(yè)類型的多樣化

在作業(yè)設(shè)計中注意改變傳統(tǒng)作業(yè)形式，注重作業(yè)類型的多樣化。我們可以設(shè)計出觀察、體驗、制作、調(diào)查、探究等不同類型的作業(yè)。如例2“腳踩雞蛋”、例3“手套塑料袋感受液體壓強”、例5閱讀類作業(yè)、例6“用軟管觀察桌面是否水平”，這些作業(yè)取材方便，易于操作，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生動手能力和科學(xué)思維，幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)品質(zhì)，實現(xiàn)提質(zhì)增效，促進學(xué)生全面發(fā)展。