核心素养导向下的高中物理单元作业设计实践研究

摘 要：为了培养学生的物理思维，高中物理教师可以尝试进行单元整体作业设计，在设计中注重学生思维多样性和探究能力的培养，促进学生物理观念和科学思维的形成，提升学生的小组合作能力和深度学习能力。

关键词：核心素养;高中物理;单元作业

基金项目：本文系江苏省教育科学“十三五”规划课题“核心素养导向下的高中物理单元作业设计实践研究”（立项号：D/2020/02/319）的阶段性成果之一。

中图分类号：G427            文献标识码：A          文章编号：2095-624X（2021）51-0023-03

作者简介：戴功成（1983.1—），男，江苏省盐城市第一中学，中学一级教师，本科学历。

引 言

在高中物理教学过程中，教师既需要有效落实课内知识的讲解，让学生对理论知识有系统深入的掌握，也需要发展学生的知识应用能力，让学生能够利用所学知识解决各种实际问题。在培养学生的这一能力上，教师可以用单元整体作业设计的方法来优化作业形式。综合程度更高的单元作业对学生多元学科能力的考查和锻炼更加充分，并且能够培养学生的物理思维，让学生的学科基础更加扎实，还可以训练学生的问题分析、探究能力，对学生学科核心素养的形成很有帮助。

一、注重学生思维多样性的培养

教师在设计单元作业尝试时，要把握合适的训练方向。首先，教师在设计单元作业时可以将训练学生思维的多样性作为出发点。教师在引出一个综合性问题后，可以先让学生熟悉问题考查的方向，梳理问题涵盖哪些具体的知识点，初步建立解题思路。在学生普遍可以利用常规的解题方法解答问题后，教师可以进一步引发学生思考，如“这个问题还有哪些其他的解题路径？”以发展学生思维的多样性。以这种教学思路设计单元作业时，教师要對问题类型作合理选择。当学生最终列举出所有可行的解题思路后，教师可以将这些解题路径进行汇总，引导学生比较这些方法存在哪些异同，是否有一些内在关联。在这个过程中，学生会发现，虽然找到了多种解题路径，但其本质上都用到了相同的知识点。以这样的方式展开单元作业训练，很好地发展了学生思维的多样性。这个训练过程也会让学生认识到，同一个问题有多种解题路径，当一种方法行不通时，变换思路会产生不一样的结果。

以“运动和力的关系”的内容为例，完成这一单元的教学后，教师可以设计这样的单元作业：在一个斜面上，抛出一个物体，斜面的倾角是sina=0.6，当物体落在斜坡上时，我们经过测量知道了物体的抛出点与降落点之间的距离是30m，求物体离斜面最远时的距离是多少？所需要的时间为多少？这个问题相对常规，是牛顿运动定律应用的典型范例。题目中融合了多个知识点，解题过程对学生的思维能力提出了一定要求。教师可以让学生从问题出发，找出所有可行的解题方案。经过分析总结后，学生最终得出了三种解题思路：第一种思路是根据平抛运动的规律，利用题干给出的已知条件，直接求出时间（t）和距离（d）两个未知量;第二种思维是利用力的分解与合成，得出物体在水平面和垂直面的受力情况，进而求出时间（t）和距离（d）的数值;第三种思路需要梳理题干条件，基于两条直线之间的距离公式，分别计算出时间（t）和距离（d）的值。三种方法虽然采用的解题切入点不同，但都需要建立在对物体展开准确的受力分析的基础上。除此以外，如果学生在解题时可以先画出图示，他们的思路会更加清晰，问题也会变得更为直观。这样的单元作业很好地发展了学生的思维多样性，也让学生认识到同一个问题可以有多种解题方法。这样的解题训练能够为学生今后解答类似问题提供一定的启发。

二、注重学生探究能力的培养

在高中物理教学中，发展学生的探究能力很重要，教师不仅要基于知识讲解有意识地锻炼学生的探究能力，还可以在作业设计上强化学生的分析探究能力。教师可以为学生设计实践性的课后作业。这样的作业练习不仅趣味性强，还能够促进学生对各种物理现象进行仔细观察和思考，有助于学生分析探究能力的发展[1]。基于这种思路设计单元作业时，教师可以让学生以小组为单位合作完成探究过程。小组成员之间的协调配合，可以解决一些更复杂的物理学问题，能够带给学生更丰富的学习收获。同时，小组合作也能够促进学生之间不同观点及思路的碰撞，让学生的思维更加开阔，这样学生才能透过表象看到问题的实质，更加高效地解决实际问题。

以“相互作用—力”的教学为例，本章主要讲授的内容是力之间的相互作用。完成知识教学后，教师可以设置一项具有探究性的单元作业。教师在课堂上挑选两名学生，一位学生从上向下垂直扔粉笔，另外一位学生则在正下方接粉笔，当粉笔恰好掉到下面那位学生的手中，学生就会感受到粉笔、手掌之间的摩擦力。完成情境的演示后，教师提出问题：“在刚刚看到的过程中，哪些物体之间存在相互作用力？作用力是如何产生的？”随后，教师让学生在小组内进行交互讨论，分析整个过程。各个学习小组都能够将运动过程中粉笔的重力、粉笔和手产生的摩擦力列举出来，在交流分享的过程中能够将整个过程梳理清楚。最后，教师在学生讨论的基础上做归纳总结，引导学生准确解读整个过程中物体之间产生的相互作用。这类有一定实践色彩的单元作业不仅激发了学生的学习探究兴趣，还发展了学生的分析探究思维，同时有助于学生学科核心素养的培养。

三、促进学生物理观念的形成

高中阶段的物理学习中，学生需要重点掌握的物理观念包含物质、运动、能量、相互作用等，物理概念是对核心物理概念的提炼与升华，其中包含着重要的物理学规律，还会融入一些物理思维。具备一定的物理观念，能使学生更好地理解各种自然现象，使学生利用物理思维高效解决各种具体问题。实现从“知识”到“观念”的过渡，学生需要掌握大量必备的学科基础知识，还需要接受一系列有效的思维训练。具备物理观念，会让学生的思维素养和思维品质有明显提升，能够帮助学生解析具体问题时快速把握问题实质，找到最为有效的解题方案，这可以极大地提升学生解题的效率。因此，教师在设计单元作业时，可以发展学生的物理观念为出发点，设计有针对性的问题。

以“运动和力的关系”这一单元的教学为例，通常情况下，教师在布置物理作业时注重考查学生对物理公式、定理及定律的理解和记忆，也会相应锻炼学生对各种常规物理思想方法的使用能力，但是，这样的训练对学生物理观念的形成帮助不大。在基于学生物理观念的发展设计单元作业时，教师可以尝试设计一些具有启发性的问题。比如，学生在学习了“牛顿第一定律”后，了解到伽利略首创了理想实验。基于这个背景知识，教师可以设置以下问题：理想实验是什么？真实实验有哪些方面是与理想实验不同的？历史上有哪些理想实验？请谈论理想实验对物理学发展有什么促进作用。解答这一系列问题，学生需要综合查找各种物理学背景资料，了解大量相关的理论和实践知识。完成这样的单元作业，学生的知识面会得到很大程度拓宽，学生的思维品质会有明显提升，进而能帮助学生形成物理观念，达到预设的教学目标。

四、促进学生科学思维的形成

物理学科思维指的是学生能够从物理学的视角认知问题，了解客观事物的基本属性，认识事物发展的一般规律，在解析实际问题时能够对其中涉及的对象和过程进行物理模型转化，以这样的方式实现对问题的分析与推理，最终得到相应的结果。加强对学生的科学训练，会促进学生核心素养的发展，教师可借助有针对性的单元作业达到这一训练效果[2]。

仍以“运动和力的关系”的教学为例，这一单元中的很多内容与我们的生活有紧密联系，如惯性定理、牛顿三大定律等在生活中就有着广泛应用和体现。教师在根据这一单元的内容设计单元作业时，要找到合适的切入点，这样才能达到发展学生科学思维的效果。比如，在结合“牛顿第二定律”设计作业时，教师可以结合这一定律应用的典型范例，以火箭发射、青蛙跳跃这些生活实例为依托，引导学生对如下问题进行讨论：这两种情况下，物体运动状态变化的原因是什么？物体如何产生变化？经过一番思考后，有的学生提出：火箭启动时推力与青蛙蹬地推力相比要大得多，火箭质量也比青蛙质量大得多，根据F=ma，我们可以得到火箭加速度不一定比青蛙加速度大。这个分析有很大的探究价值，教师可以进一步组织学生思考這种分析是否合理，如果不合理，原因在哪里。教师让学生探究这样的物理学问题，能使他们真正认识到物理学规律，有助于发展学生思维的连贯性和严谨性。基于这样的训练，学生的科学思维才会逐渐形成，单元作业的训练价值也能得到良好体现。

五、提升学生的小组合作能力

教师在设计单元作业时，可以组织学生开展小组合作学习，借此培养学生的合作交互能力和团队意识。教师在将学生划分为相应的学习小组后，可以给他们设置开放程度更高且难度更大的实践问题。完成这样的单元作业，学生需要有扎实的学科基础，能够利用所学知识准确分析问题。同时，这个实践过程也会对学生的思维能力提出要求，需要学生的思维灵活开放，尤其是遇到有一定难度的问题时，能够一步步找寻合适的解析思路。

以“运动和力的关系”的内容为例，学完牛顿定律后，教师可以让学生借助牛顿第二定律解决生活中的一些实际问题。教师可以给学生设置这样的作业：生活中有一些残疾人出行非常不便，我们能否帮助他们，请大家为残疾人设计一个适合他们的轮椅的斜面通道。这个问题有着很强的实践性，综合程度较高，学生很难独立完成。对此，教师可以将学生划分为不同的学习小组，让学生以小组为单位合作研究问题。

具体要求如下：所设计斜面通道的尺寸、使用的材料等都要有详细的说明;亲自挑选材料、工具，制作斜面通道模型、轮椅模型;测量、验证所设计的方案是否可行;总结自己的设计方案，包括涉及的设计简图、测量数据等;制作PPT，进行汇报、展示;现场展示，接受同学、教师的现场提问;最后进行整体的归纳、总结。这种作业形式和传统的作业类型有明显的差别，学生在完成作业时需要综合运用所学知识，并且要结合实际问题做有针对性的考虑。这样的单元作业很好地培养了学生的知识应用和实践能力，锻炼了学生的学科思维，同时，也激发了学生的社会责任意识。当学生完成作业任务后，教师可以让每个小组选派代表，给全班同学介绍本组的设计方案，让各种不同的方案得到综合呈现。最后，班级学生一同选出最佳方案，教师给予嘉奖。整个学习活动中，学生的教学主体性得到了充分体现，他们的学科核心素养也得到了有效培养和发展。

六、锻炼学生的深度学习能力

随着物理课程教学的不断推进，学生积累的知识越来越多，他们的物理知识体系逐渐形成。在后续的学习中，学生会慢慢发现，很多新课内容和之前学过的知识有一定的相似性或者关联性。有的新课内容的学习需要建立在学生已有的知识结构上，因此，教师在讲课时要先引导学生回顾学过的知识;有的新课内容在整体结构、学习方法上和之前学过的内容有很强的关联性，因此，之前在问题探究时用到的一些基本方法及思维模式可以沿用到新课的学习中。教师可以利用新课知识的这一特点，巧妙地建立起新旧知识的联系，并借此发展学生的深度学习能力。教师可以在完成这类新知识的教学后，给学生设计有针对性的单元作业，增强学生思维的连贯性和体系性，让学生的知识架构越来越稳固，思维素养和思维品质也得到提升。

以“相互作用”的教学为例，这一单元的内容在高中阶段的物理学习中有大量应用和体现。学生无论之后学习更深入的力学知识，还是对电场的相互作用、磁场的相互作用等进行探究，都需要用到之前学过的知识原理。教师可以让学生根据力学、热学、电学等不同物质运动时产生的差异，来对“力”进行分析。学生对这种学习方式充满好奇，会跟随教师的引导，将新旧知识进行结合。最后，教师可以给学生布置与本节课相关的单元性作业，如让学生通过这节课的学习，对力学、热学、电学等不同物质运动时产生的差异进行分析和总结，然后形成一份总结报告。这样的单元作业不仅探究性很强，还有着开放性色彩。学生可以自行找寻探究视角，结合自己的研究主题撰写一份有针对性的学习报告。在完成作业的过程中，学生会加深对这部分知识的认知，强化对相关知识的理解与吸收。

结 语

综上所述，高中物理单元作业对学生核心素养的提升具有积极作用，因此，教师要依据新课程改革的要求，结合物理学科的实际授课情况，积极进行相关探索，借助单元作业的有效设计，促进学生物理核心素养的有效提升。

[参考文献]

[1]孙倩.高中生物学单元作业设计研究[D].扬州：扬州大学，2020.

[2]戴维.基于核心素养的高一物理单元作业优化的研究[D].上海：上海师范大学，2019.