徐國江
摘 要:以物理學(xué)科核心素養(yǎng)為指導(dǎo),統(tǒng)領(lǐng)大單元作業(yè),結(jié)合真實情境,設(shè)計出核心任務(wù),布置課前啟發(fā)性作業(yè),幫助學(xué)生形成物理觀念,布置課堂引導(dǎo)性作業(yè),提升學(xué)生科學(xué)探究能力,布置課后基于真實情境的作業(yè),幫助學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣。優(yōu)化作業(yè)設(shè)計,發(fā)揮作業(yè)功能,幫助學(xué)生提升物理核心素養(yǎng)。
關(guān)鍵詞:核心任務(wù);真實情境;作業(yè)設(shè)計;核心素養(yǎng)
2021年7月,中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步減輕義務(wù)教育階段學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)的意見》(以下簡稱《雙減》),明確要求“減輕義務(wù)教育階段學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)”。作業(yè)是教學(xué)的一個重要抓手,是學(xué)生獲取知識、形成能力、培育素養(yǎng)的重要方式。但不能過于繁重,作業(yè)的設(shè)計與布置要體現(xiàn)“輕負(fù)高效”的理念。
高中生的物理作業(yè)往往存在以下問題:(1)以練習(xí)代替授課,缺少設(shè)計;(2)作業(yè)多而雜,難度沒有層次;(3)試題來源網(wǎng)絡(luò),很多試題不夠嚴(yán)謹(jǐn),缺少科學(xué)性;(4)新授課內(nèi)容與試題無關(guān),缺少針對性練習(xí);(5)作業(yè)的功能還停留在對概念的記憶、理解能力的培養(yǎng),缺少綜合分析能力、邏輯推理能力、科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。不能體現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的作業(yè),失去了其應(yīng)有的價值。作業(yè)設(shè)計離不開學(xué)科素養(yǎng)的指導(dǎo),只有以學(xué)科核心素養(yǎng)為引領(lǐng)的作業(yè)設(shè)計才是減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)的“良藥”[1],才能高效地落實《雙減》的根本任務(wù),真正做到“輕負(fù)高效”。
為減輕學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān),在物理作業(yè)中有機(jī)融入核心素養(yǎng)。可以將物理作業(yè)設(shè)計與大單元教學(xué)核心任務(wù)設(shè)計相結(jié)合,以物理核心任務(wù)為引領(lǐng)的大單元作業(yè)設(shè)計,能優(yōu)化傳統(tǒng)的作業(yè)設(shè)計。可以鞏固學(xué)生課堂所學(xué)內(nèi)容,對已有知識進(jìn)行整理復(fù)習(xí);可以進(jìn)一步開展課堂的拓展和延伸,對所學(xué)內(nèi)容舉一反三;可以帶領(lǐng)學(xué)生科學(xué)探究,對邏輯思維進(jìn)行鍛煉;還可以拓展知識面,加強(qiáng)物理和實際情境、科學(xué)前沿的聯(lián)系;能有效提高作業(yè)質(zhì)量與效果。使學(xué)生在完成作業(yè)的同時,鞏固了基礎(chǔ),培養(yǎng)了能力,提升了素養(yǎng),形成了品格。
一、確立核心任務(wù)
物理學(xué)科核心任務(wù)是引導(dǎo)學(xué)生深刻理解和把握物理概念與規(guī)律,開放學(xué)生思維模式,提高綜合分析、應(yīng)用能力,啟發(fā)學(xué)生質(zhì)疑探索,提升質(zhì)疑創(chuàng)新能力。核心任務(wù)往往來源于真實情境,但要與物理教學(xué)相結(jié)合,與學(xué)生實際情況匹配,有一定的實際情境,也要有一定深度與廣度。深度是指根據(jù)已有的知識,分析實際情境,進(jìn)行邏輯推理或?qū)嶒炋骄康贸鼋Y(jié)論,進(jìn)而做出決策。廣度是說核心問題涉及范圍較廣,是課本內(nèi)一部分或多個章節(jié)的融合,還拓展加入科技前沿知識。
在長時間的實踐中發(fā)現(xiàn),將核心任務(wù)應(yīng)用于教學(xué)中可以讓學(xué)生成為主體。讓學(xué)生自主自發(fā)地進(jìn)行學(xué)習(xí),將認(rèn)知沖突引發(fā)出來,進(jìn)行深入的探索,給學(xué)生提供一定的探究機(jī)會,讓學(xué)生沉浸在學(xué)習(xí)過程中,獲得獨特的學(xué)習(xí)體驗。不過,想要提出高質(zhì)量的核心任務(wù),教師就需要對相關(guān)的資源進(jìn)行收集、整理,進(jìn)行相應(yīng)的處理,從而為教學(xué)需要提供保障[2]。
解讀課程標(biāo)準(zhǔn),明確素養(yǎng)目標(biāo)。明確把核心素養(yǎng)做為教學(xué)目標(biāo),通過分析課程標(biāo)準(zhǔn)、分析教材、分析內(nèi)容、分析學(xué)情對情境、問題、學(xué)生學(xué)習(xí)活動有序、結(jié)構(gòu)化設(shè)計,把學(xué)習(xí)內(nèi)容清晰呈現(xiàn)給學(xué)生。
以素養(yǎng)目標(biāo)為基礎(chǔ),結(jié)合情境確立核心任務(wù)。核心任務(wù)需要涵蓋物理核心素養(yǎng)的各個要素,要綜合考慮課程標(biāo)準(zhǔn)和物理教材,教師和學(xué)生實際,用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖侄螌⒏饕刂g脈絡(luò)關(guān)系統(tǒng)領(lǐng)起來,解釋或解決生活中的實際問題。解決核心任務(wù)過程就是落實素養(yǎng)目標(biāo)的過程。
本文以“電路及其應(yīng)用”為例,根據(jù)電路中的真實情境,結(jié)合學(xué)生現(xiàn)狀,設(shè)計出核心問題:分析生活中常見的“大功率電器打開,電燈會忽然變暗,過一小會兒又會恢復(fù)正?!边@一真實情境,將解釋這個現(xiàn)象設(shè)計成為大單元核心任務(wù)。并將這一任務(wù)拆解為若干子任務(wù),滲透到每個課時作業(yè)中。
二、設(shè)計作業(yè)
作業(yè)是落實素養(yǎng)目標(biāo)的重要手段,作業(yè)方式有多種維度,按時間維度,可分為課前作業(yè)、課堂作業(yè)、課后作業(yè)。不同時間段,應(yīng)該設(shè)置不同層次、不同素養(yǎng)要求的作業(yè),如圖1:
(一)課前設(shè)置啟發(fā)性的作業(yè)
通過設(shè)計啟發(fā)性的作業(yè),幫助學(xué)生形成物理觀念。啟發(fā)性問題應(yīng)以生活實際、科學(xué)技術(shù)為背景,以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣;啟發(fā)性問題應(yīng)與課本內(nèi)容相結(jié)合,學(xué)生能根據(jù)課本內(nèi)容,聯(lián)系生活現(xiàn)象,形成物理概念;啟發(fā)性問題應(yīng)有明確的引導(dǎo)性,帶領(lǐng)學(xué)生全面客觀地認(rèn)識物理問題,擴(kuò)展學(xué)生思維的深度和廣度。為了讓學(xué)生能從物理知識中凝練出物理觀念,設(shè)計的啟發(fā)性問題應(yīng)有以下特征:
1.以已學(xué)知識為基礎(chǔ),引發(fā)學(xué)生興趣與思考
啟發(fā)性作業(yè)1:為什么在導(dǎo)體和元件兩端加上電源,電路中會有電流呢?
追問:什么原因使導(dǎo)線中的自由電子發(fā)生定向移動,形成電流?形成的電流為什么不能持續(xù)下去?
啟發(fā)性作業(yè)2:如何才能使導(dǎo)線中存在持續(xù)的電流?
學(xué)生通過前一章電場知識的應(yīng)用,從電壓、電場、電場力、電子定向運(yùn)動,形成電流。學(xué)生通過預(yù)習(xí)課本,了解電源在形成持續(xù)的電流中的作用。整合了前一章電場知識,運(yùn)用了本章電路知識,厘清其中關(guān)系,引發(fā)了深度思考,形成潛意識里電流的觀念。
2.以層層深入的方式,提升思維的層次與品質(zhì)
例如電路中的能量轉(zhuǎn)化。
啟發(fā)性作業(yè)1:在電路中使用不同的用電器,往往會有不同的能量轉(zhuǎn)化?;仡櫳钪杏眠^的用電器,說說用電器將電能轉(zhuǎn)化成怎樣的能量?
啟發(fā)性作業(yè)2:
①功是能量轉(zhuǎn)化的量度,思考并說明:用電器將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的過程中,是什么力做功實現(xiàn)的呢?
②在一段電路中,電路兩端電壓為U,在t時間內(nèi),定向移動電荷量為q,則移動電荷電場力做多少功?若電路中的電流為I,又可以怎樣表示電場力做功?電流在一段電路中做功的功率又怎樣求解?
③用上述表達(dá)式求解電功和電功率,與接在電路中的元件是純電阻、非純電阻有關(guān)嗎?
啟發(fā)性作業(yè)3:
①在初中我們已學(xué)習(xí)了焦耳定律,回顧一下,焦耳定律的內(nèi)容?焦耳定律是實驗定律還是理論推導(dǎo)定律?
②電流通過導(dǎo)體發(fā)熱的功率如何求解?在求解電熱的表達(dá)式中,是否對任何電路都可以適用呢?
啟發(fā)性作業(yè)4:
①當(dāng)電流通過純電阻元件時,電能完全轉(zhuǎn)化為熱能。但有些電路中除含有電阻外還含有其他負(fù)載,如電動機(jī)。以含電動機(jī)的電風(fēng)扇為例,研究電路中的能量轉(zhuǎn)化。思考:當(dāng)電路中接入電風(fēng)扇,電動機(jī)正常運(yùn)行。電路中有怎樣的能量轉(zhuǎn)化?能量間又有怎樣的關(guān)系?電路中有怎樣的功率關(guān)系?
②通過對非純電阻電路的分析,說明:歐姆定律適用于非純電阻電路嗎?
以上問題考查電流做功過程電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,常見電路中電能的轉(zhuǎn)化情況。學(xué)生根據(jù)實際用電器可以分析能量的轉(zhuǎn)化,但這只是基于現(xiàn)象,不明白其中的本質(zhì)。通過電路中移動電荷,電場力做功的計算,理解電能是如何被消耗的,但不明白電能是如何轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的。需要通過查閱書籍,電能驅(qū)動力導(dǎo)體中的自由電荷定向運(yùn)動,同時也會碰撞其他微觀粒子,導(dǎo)致熱運(yùn)動加劇,內(nèi)能增加。也不明白電能是如何轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的,再次查閱書籍,電流在磁鐵的磁場中會受到安培力的作用,使得電動機(jī)轉(zhuǎn)動,從而實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。
雖然這些問題不是本節(jié)課的考查目標(biāo),但學(xué)生通過自主翻閱資料學(xué)習(xí),提升了思維的廣度和層次,還體會到在無人監(jiān)督下自主學(xué)習(xí)解決問題的快樂,激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。
(二)課堂布置引導(dǎo)性作業(yè)
科學(xué)探究是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗與制定方案、獲取和處理信息基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋,以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力。布置結(jié)合科學(xué)探究的引導(dǎo)性作業(yè),引導(dǎo)學(xué)生觀察真實情境并提出物理問題,引導(dǎo)設(shè)計可操作性強(qiáng)的實驗方案,引導(dǎo)利用身邊的測量儀器獲取和處理信息,引導(dǎo)基于測得的證據(jù)得出結(jié)論,并做出相應(yīng)解釋[3]。
例如:在導(dǎo)體的電子一節(jié),探究影響導(dǎo)體電阻的因素,同學(xué)們通過小組研討、展示分析。
引導(dǎo)性作業(yè)1:為什么實驗室的滑動變阻器能改變電阻值?
引導(dǎo)性作業(yè)2:如何探究金屬導(dǎo)體的電阻與材料、長度和橫截面積的定量關(guān)系?
引導(dǎo)性作業(yè)3:復(fù)述物理學(xué)中控制變量的研究過程。
引導(dǎo)性作業(yè)4:實驗過程中還有其他的發(fā)現(xiàn)嗎?
情境1:將滑動變阻器C端和B端接入電路(圖2),將滑動觸頭P向D端移動,接入電路的阻值如何變化?滑動變阻器改變阻值的原理是什么?說明導(dǎo)體的電阻與什么因素有關(guān)?
情境2:將燈泡串聯(lián)接入電路(圖3),實驗發(fā)現(xiàn)燈絲較粗的燈泡較亮。燈泡的亮度由哪個物理量決定?這個現(xiàn)象說明電阻與什么因素有關(guān)?
情境3:生活中導(dǎo)線大多是銅材料。鐵也是導(dǎo)體為什么不用?電阻與什么因素有關(guān)?
問題1:金屬導(dǎo)體電阻與哪些因素有關(guān)?
問題2:如何研究電阻某個因素的關(guān)系?你打算采用什么方法?
實驗設(shè)計:控制變量(圖4)
分析歸納:影響金屬導(dǎo)體電阻大小的因素有導(dǎo)體的長度、導(dǎo)體的橫截面積和導(dǎo)體的材料。
問題3:還有什么發(fā)現(xiàn)?
學(xué)生實驗過程中發(fā)現(xiàn),電阻絲時間長了溫度會升高,電表示數(shù)發(fā)生變化,提出疑問,溫度對電阻是否有影響?有什么樣的影響?
在實驗中發(fā)現(xiàn)影響電阻的除了材料、長度、截面積以外,溫度變化也有關(guān)系。培養(yǎng)學(xué)生要善于觀察實驗的每一個細(xì)節(jié),初中學(xué)電阻時沒有涉及溫度帶來的影響,要敢于懷疑一切,科學(xué)質(zhì)疑是基本科學(xué)精神之一,也是學(xué)習(xí)的內(nèi)在動力。任何已有的結(jié)論都允許被質(zhì)疑。應(yīng)當(dāng)延續(xù)這種良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,促進(jìn)科學(xué)思維的培養(yǎng)。
(三)課后布置基于真實情境深度思考性的作業(yè)
1.引導(dǎo)學(xué)生解決真實情境問題的分析過程
例如:布置學(xué)生有質(zhì)疑的作業(yè),科學(xué)質(zhì)疑的思想和方法是讓事實說話,讓實驗數(shù)據(jù)說話。在科學(xué)研究的道路上,講究的是擺事實,做實驗,講道理,不講科學(xué)權(quán)威,不論科學(xué)資格。
①設(shè)置情境,給出實驗可能需要的器材:電池、導(dǎo)線、電流表、電壓表、滑動變阻器、小燈泡、半導(dǎo)體電阻等。
②提出問題:溫度對電阻是否有影響?什么樣的影響?
③分析問題:如何利用電流表和電壓表測量電阻?為了獲得電壓、電流分布廣泛的數(shù)據(jù),滑動變阻器應(yīng)如何連接?
④建立模型:應(yīng)當(dāng)如何設(shè)計實驗電路圖?
⑤數(shù)據(jù)處理與分析:如何處理實驗數(shù)據(jù),U-I圖像反應(yīng)了什么關(guān)系?
⑥提出假設(shè):如果溫度不變,電阻是否會變化?
⑦實驗檢驗:將小燈泡玻璃去掉,放入溫度不變的水里,再次實驗,讀取數(shù)據(jù),分析實驗U-I圖像,驗證假設(shè)。
⑧得出最終結(jié)論:小燈泡的阻值與溫度有關(guān),溫度越高,阻值越大,溫度不變,阻值不變。
質(zhì)疑是內(nèi)驅(qū)力,學(xué)生在教師引導(dǎo)下,不斷對問題修正與完善,獲得成功的體驗與經(jīng)驗。作業(yè)設(shè)計應(yīng)提倡和引導(dǎo)質(zhì)疑,在質(zhì)疑中發(fā)現(xiàn)認(rèn)知沖突,在質(zhì)疑中創(chuàng)新,“發(fā)現(xiàn)問題→明確原理→解決問題”是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑[4]。布置學(xué)生有質(zhì)疑的作業(yè),巧妙設(shè)置懸念,吸引學(xué)生興趣。用實驗解決問題的過程中,激發(fā)了高中生的想象力和邏輯思維能力,培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力等綜合能力。這種課后作業(yè)方式,使得教學(xué)具有可持續(xù)發(fā)展性。
2.引導(dǎo)學(xué)生深度思考解決綜合性問題
例如,課后布置解決大單元核心任務(wù)的作業(yè):解釋“大功率電器打開,電燈會忽然變暗,過一小會兒又會恢復(fù)正常”這一真實現(xiàn)象。
⑴實際情境分析:有哪些電學(xué)元件?生活中輸電線電阻能否忽略不計?哪些是純電阻?哪些是非純電阻?它們的能量是如何轉(zhuǎn)化的?
⑵建構(gòu)模型:它們之間是串聯(lián)還是并聯(lián)關(guān)系?畫出電路圖。
⑶科學(xué)推理:電動機(jī)打開瞬間,能量是如何變化的,是否可以看成純電阻,接下來,能量是如何變化的,是否可以看成純電阻?
⑷學(xué)生質(zhì)疑:提出問題“打開電源后流過電動機(jī)的電流是如何變化的?”
⑸學(xué)生猜測:根據(jù)實際現(xiàn)象推測,電動機(jī)在打開瞬間,電流很大,然后變小了。
⑹設(shè)計實驗:用實驗室的器材,如小燈泡,電動機(jī),干電池,定值電阻,電流表,電鍵導(dǎo)線設(shè)計實驗,用定值電阻充當(dāng)導(dǎo)線電阻進(jìn)行模仿。
⑺出現(xiàn)問題:發(fā)現(xiàn)電流表變化太快,不能分辨。
⑻尋找解決辦法:用電流傳感器來替換電流表,可以對電流值實時記錄。
⑼獲得數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)(圖5)
⑽數(shù)據(jù)分析:電動機(jī)打開很短時間內(nèi),電流急劇變大,然后減小,直到一段時間后變?yōu)橐粋€較小的定值。
⑾科學(xué)推理,做出解釋:電動機(jī)在電源打開瞬間,電動機(jī)上的電流很大,輸電線上的電流也很大,損失的電壓也很大,小燈泡兩端的電壓就較小,燈泡變暗。一段時間后,電動機(jī)電流變?yōu)橐粋€較小的定值,輸電線電流變?yōu)檩^小的定值,其損失的電壓也變?yōu)檩^小的定值,燈泡獲得較大的電壓,燈泡又恢復(fù)到原來亮度。
⑿課后拓展:查找資料,電動機(jī)轉(zhuǎn)速加快過程中,電流為什么會變小,直至變?yōu)槎ㄖ担?/p>
⒀寫出科學(xué)解釋報告,以學(xué)科競賽的形式進(jìn)行交流評比,頒發(fā)獎狀。
通過真實情境的綜合性作業(yè)引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)思維。在作業(yè)設(shè)計中要實現(xiàn)科學(xué)思維可從三方面入手:構(gòu)建物理模型的能力培養(yǎng)、綜合分析推理論證的能力培養(yǎng)、質(zhì)疑和創(chuàng)新的能力培養(yǎng)。
(1)引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變思維方式,建構(gòu)物理模型
物理問題往往是以實際情境呈現(xiàn)出來的,具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、干擾因素多的特點。為了確定研究對象,找到物理規(guī)律,必須建立物理模型。上述實驗,直接對220v交流電機(jī)進(jìn)行單元測量,交流電分析復(fù)雜,存在很大安全隱患,所以將它轉(zhuǎn)化為電學(xué)實驗的模型,再進(jìn)行測量和分析。在電路分析中,抓住主要性質(zhì),忽略次要性質(zhì),將實際電路中元器件的物理性質(zhì)抽象出來,用定值電阻來代替輸電線電阻,以達(dá)到用理想電學(xué)元件來模擬實際電路元件,實現(xiàn)電路模型的建構(gòu)。
(2)引導(dǎo)學(xué)生從多個維度考慮問題,在分析、推理、科學(xué)探究中解決綜合性問題
為解釋大單元核心問題,幾乎用到了本單元所有知識點,經(jīng)歷了科學(xué)探究的完整過程,進(jìn)行了綜合的分析與推理。①從電源、輸電線、電動機(jī)、電燈泡多因數(shù)的實際情境分析。②歐姆定律,焦耳定律,閉合電路歐姆定律多知識點的分析。③對電路模型的抽象,從而實驗探究電動機(jī)電流變化情況。④對實驗電路進(jìn)行動態(tài)分析,電動機(jī)電流變化帶來一系列動態(tài)變化。
(3)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)科學(xué)原理對實際問題進(jìn)行質(zhì)疑與拓展
不僅僅教給學(xué)生物理概念、規(guī)律,更應(yīng)該和學(xué)生一起開發(fā)學(xué)習(xí)資源,以拓展教學(xué)內(nèi)容,加深對教學(xué)內(nèi)容的理解,提高實踐探究能力和動手操作能力,加強(qiáng)課本知識與生活情境、科學(xué)發(fā)展的聯(lián)系。在撰寫科學(xué)報告和交流評比環(huán)節(jié)中,為學(xué)生提供一個充分展示自我的平臺。
結(jié)束語
“雙減”背景下,作業(yè)需要體現(xiàn)更多的作用。核心素養(yǎng)為指導(dǎo),核心任務(wù)為引領(lǐng)設(shè)計的作業(yè),能有效改變作業(yè)品質(zhì),真正實現(xiàn)在減負(fù)的同時高效實現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情,讓學(xué)生輕松快樂地學(xué)習(xí)。在課前布置啟發(fā)性作業(yè),課堂布置探究性作業(yè),課后布置實際情境的綜合性作業(yè),使同學(xué)們在作業(yè)引導(dǎo)下,由概念、規(guī)律的淺層,走向情境化、綜合化的物理本質(zhì)深度學(xué)習(xí)。搭建了師生互動的有效平臺,使得教師的教育更具有針對性、時效性和感染力,師生在思想的碰撞中提升了教師的業(yè)務(wù)能力。
但這對教師有了更高的要求。(1)教師要有深厚的知識素養(yǎng),教學(xué)內(nèi)容與生活有實際的聯(lián)系,來源于生活,又應(yīng)用于生活,創(chuàng)設(shè)真實有效的問題情境,促使學(xué)生在實際情境中感悟體驗,將所學(xué)的知識應(yīng)用于實際情境。(2)不要放過學(xué)生每一個質(zhì)疑,當(dāng)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)生疑惑時,教師要對學(xué)生的疑問做個全面的剖析,找出問題所在,引導(dǎo)學(xué)生通過科學(xué)的手段尋求真理。(3)有高超的實驗設(shè)計能力,注重實驗的每個環(huán)節(jié),抓本質(zhì),促拓展,真正培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、敢于質(zhì)疑、尊重事實、敢于創(chuàng)新的科學(xué)探究能力。
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