核心素养视域下高中物理校本作业的单元设计

袁 芳

（华东师范大学第一附属中学，上海 200086）

一、研究缘起

为推进高中课程改革，教育部于2018年颁布《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》，课程目标——培养物理核心素养已深入人心，关键在于实施路径。课程教学改革和考试评价紧密相连，2019年颁布的《高考评价体系》提出“一核四层四翼”，教师的关注点则落在高中学业水平等级考试命题中凸显的四翼——基础性、综合性、应用性和创新性。而真正让教师感受到教学改进迫切性的是2021年9月上海开始使用物理新教材，教师实施新课程教学终于有了切实依据，深刻意识到高一学生的学业水平质量是课程教学和考试评价改革的试金石。为此，通过寻找新教材实施过程中落实核心素养的抓手来提高学业水平，成为迫在眉睫的任务。

《教育部2022年工作要点》指出，2022年“双减”工作是重中之重，要进一步提高学校作业设计水平。因此，如何进行单元视角下的作业设计，以此促进学生深度学习，形成学科核心素养，成为我们的重要课题。校本作业指由学校层面要求学科教研组自主设计的，匹配国家课程、契合学生学习水平的作业，其包含课堂练习、课后作业、实践类作业等类型。然而，对照高中物理课程目标——形成物质、运动与相互作用、能量观念，并运用其解释自然现象，具有建构模型的意识和能力，具有科学探究意识，发现和解决实际问题，正确认识科学本质①中华人民共和国教育部：《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》，人民教育出版社2020年版，第5-6页。，校本作业的使用现状使我们认识到：（1）学生对探索物理世界没有兴趣，缺少对物理的好奇心与求知欲，缺乏对现象和本源的探究意识，难以形成正确的物理观念；（2）缺少体验、实践和认知层面的严谨推理，无法借助科学探究和科学思维去建构生活和物理的密切联系，从而掌握物理方法；（3）没有自我效能感，很难形成“物理学科对人类社会发展有巨大推动作用”的认识，未能体会科学技术的社会责任，难以形成正确的科学态度和价值观。长此以往，物理学科核心素养的培育效果会大打折扣。

原有校本作业的设计之所以不匹配新课程改革的要求，其原因既有教师对于校本作业功能的漠视，将题目堆砌而未加以深究，没有系统设计和对学生学习现状的精准分析；也有学校未能深入看待“新课程改革的目标如何在一线教学中落地扎根”的认识问题。

研究表明，学生完成作业的质量与学业质量呈正相关，而作业设计是备课的有机组成部分，完成作业是学生重要的学习进程，对学生的核心素养发展有重要作用。为此，我们将校本作业的单元设计作为提升教学效益的切入口。

二、实践探索

面对新课程目标、新高考要求、新教材实施，我们对于校本作业进行了单元设计，开展了以下实践探索：

1.整体目标界定

我们根据新课标和新教材，确定单元学习目标，梳理知识点关联的素养（见例1），对每个单元的作业设计予以统一规划，力求从结构和功能上保障每一节的作业设计，既有相对统一的体例（见表1），又能体现内容的连贯性，凸显对核心素养的关注。

表1 单元设计要求

例1【第二单元】匀变速直线运动

学习目标：经历本单元的学习之后，能用公式和图像等方法描述匀变速直线运动，能用匀变速直线运动的规律解释或解决实际生活中的具体问题。能将生活中的一些特定的运动抽象成匀变速直线运动，体会物理模型建构的思想，学会用数字化实验研究运动的基本技能和方法，运用运动学规律，分析和解释相关交通法规的制定依据，提高自觉遵守交通规则的责任意识。

鉴于表2中对落体运动研究过程的学习，核心素养相关度最高的是科学探究，感悟探究历程成为我们教学的关注点，所以把课堂练习设计为：

表2 内容和素养的关联度

根据以下流程图，描述探究过程中的对应结论。

图1 探究过程流程图

同样，对于自由落体运动规律，要求更多体现科学探究素养，为此设计单元长作业，激发学生的自主探究意识和能力（见例11）。

2.课前预习作业

（1）节首名言体现物理观念和思想方法

节首名言挑选最能体现本节核心内容的名家之言，其作用是增加趣味性和加深学生对单元核心内容的印象。

（2）课前预习重在引导和提炼，给予学生自主学习的路径

课前预习是在预习时布置的“引导性作业”，需要学生在进入课堂之前提前完成，重在引导学生自主预习教材内容，理解内化，学习后思考，能够抓住本节课的主要内容，回答简单问题。如：

例2【第四单元第1节】

阅读课本75-77页，比较科学家对力和运动的观点

科学家亚里士多德伽利略笛卡尔牛顿关于力和运动的观点 评价

请说明牛顿第一定律的内容中关键词是什么？

例2中，学生要了解物理学发展史中对力和运动的研究历程，每位物理学家的观点和当时的生产力发展有密切关系，科学家的伟大之处就是在寻常现象中发现根源和共性。学生经历这样的预习可以了解到科学发展是蜿蜒曲折的，科学家的观点也是随着时代发展不断修正完善的，从而正确认识科学本质。

课前预习是课前学生多样化的认知观念和“迷思”观点的展现，是教师诊断和促进学生学习的评估手段，它还可以打开学生的视野，通过设置开拓性学习任务，让学生认识到学习的路径有多种、知识的应用场景多样。如：

例3【第四单元第2节】阅读课本83—84页，思考并回答以下问题：

为何说质量是惯性大小的量度？请举例说明。

请观看天宫课堂视频，说说在空间实验室中航天员是通过怎样的装置、根据什么原理测量自己“体重”的。

学生在观看视频后，会引发对于地球上和太空中关于重力、质量的新认识，激发对新课的探知欲望，更加关注国家的科技发展，融入科学价值观。

3.课堂练习作业

课堂练习重在反馈和优化教学进程。课堂练习是教学进程中同步完成的“形成性作业”，可以及时反馈学生对教授内容的掌握程度，体现学生思维的过程，以利于教师调控节奏。如：

例4【第四单元第1节】想象下面的两个情景：

情景一：气球吊着物体一起上升，某个时刻吊物体的悬线突然断了。

情景二：物体在拉力的作用下沿斜面上滑，某个时刻撤去拉力。

小明认为情景一中，下面吊着的物体应该立刻下坠，情景二中物体会立刻沿斜面下滑。他这样的想法正确吗？为什么？请作图示意。这两个例子给大家什么样的启示？

例4着力于培养科学推理能力，学生通过想象推演出后续的运动情况，并分析论证；学生要自行想象画面，并通过作图明示运动过程，即引导学生形成这样的思维路径：把阅读理解后的文字信息转化为用物理符号表示，再运用物理原理加以阐释。学生对两个情境的判断可以反映其对惯性的理解程度。

在单元设计过程中，为了让课堂练习更好地发挥培育核心素养的功能，我们对比了人教版和沪教版的新教材，发现较之于老教材，两版新教材中例题和习题编制呈现三大共性：一是主观题增多，关注学生的表述体现的思维①郭芳侠，黄凯：《高中物理新旧教材中的问题比较分析》，《物理教师》2021年第1期，第2-7页。；二是注重真实情境问题，密切联系生活和科技；三是呈现方式多样，从文本到图片、图表，重视学生提取、整合信息的能力。

为此，针对共性二，在设计课堂练习题目时，更多考虑到要结合生活和科技，有真实情境，如：

例5【第四单元第2节】

2018年10月20日，我国自行设计研制的大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600水上首飞成功，AG600在水面加速直线滑行过程中受到的合外力（）

A大小为零

B方向竖直向上

C方向与滑行方向相同

D方向沿滑行方向斜向上

例5是结合我国的科技发展，基于真实情景编制的，针对学生易错点——审题中忽略关键词“水面加速”“合外力”，简单认为飞机受力平衡，造成对合外力的判断错误，引导学生养成严谨的审题并建立过程模型的思维习惯。

此外，针对共性三，对课堂练习呈现形式做了丰富，如：

例6【第一单元第3节】

在日常生活中，人们常把物体运动的路程与运动时间的比值定义为物体运动的平均速率。某同学假日乘汽车到南京旅游，在公路上两次看到路牌和手表如图2所示，则该同学乘坐的汽车在该段时间内行驶的平均速率为_____。

图2 路牌和手表示意图

例7 火车第四次提速后，从其中的T14次列车时刻表（如图3所示）可知，列车在蚌埠至济南区间段运行过程中的平均速率为_____km/h。

图3 T14次列车时刻表

例6和例7都着眼于巩固学生平均速率的概念，采用真实情境，但是呈现方式不同，导致难度有区别。例6是学生在高速公路上常见的距离标志，学生仅需对比图片，读出时间和距离，即可获知平均速率。例7采用火车时刻表，需要学生生成更加复杂的思维过程，要读懂表格内容，提取有效信息，转换对应的物理关系，也会让学生觉得更有趣。

对课堂练习进行精心选择和设计，在培育核心素养方面的作用是显而易见的：物理观念的养成体现在能够解释生活现象和解决问题；通过真实情境问题培养建模的意识和能力；运用科学思维对文字、图片和图表进行科学推理、论证，找出规律、形成结论等。

4.课后巩固作业

课后作业作为学生独立学习的重要环节，认知参与度比“完成”和“正确”更重要，它是学习动机的重要行为指标。高一学生对物理学科的新鲜感、好奇心非常重要，可以激发学习动机，因而作业的载体应为熟悉的生活学习场景，使学生产生亲近感，从而引发探索的兴趣。如：

例8【第三单元第4节】如图4（a）为教师在疫情期间上网课时使用的支架，支架上夹有手机。支架调整为图4（b）状态后，它对手机的作用力（）

图4 网络教学支架对手机的作用力

A大小、方向均发生了变化

B大小不变，方向发生变化

C方向不变，大小发生变化

D大小、方向均未发生变化

在线教学给学生和教师印象深刻，所以手机支架模型一下就拉近了学生和物理问题的距离。尤其是图4（b）具有迷惑性，触动学生对平衡进行深入思考。因而课后作业应该促进学生对知识间联系的掌握，与生活实际相联系，让知识在作业中得以应用。

此外，课后巩固作业设计了基础题、进阶题、学霸题三种层次类型，让不同学力的学生主动挑战不同层次的作业，这也是提高认知参与度的途径。基础题面向所有学生；进阶题适合学生挑战，且在内容上和基础题保持整体性和延续性；学霸题则视学习内容和阶段的不同而灵活设定。如：

例9【第一单元第2节】一物体做匀速直线运动，从甲地到乙地，在乙地静止一段时间之后，又从乙地做匀速直线运动返回甲地，下面的图5中正确描述这一过程的是图（）

图5 物体匀速直线运动过程示意图

此题是运动图像的基础题，学生刚刚从初中的s-t图像转换到应用高中的x-t图像来描述运动，所以起点不宜过高，让学生轻松上手，建立信心。统计发现，几乎90%的学生选择继续完成后面的进阶题——例10。

例10 甲、乙两人约好去图书馆查资料，甲从离图书馆较远的宿舍出发，乙从离图书馆较近的教室出发，且三处位于一条平直大路沿线。甲、乙两人同时同向出发匀速前进，甲骑自行车，速度较大，乙步行，速度较小，途中甲追上并超过乙后，停下休息一会儿，乙超过甲一段时间后再继续前进，最后两人同时到达图书馆。请你把整个过程在位移—时间图像中定性描述出来。

例9仅需学生能够识别图像，例10则要求学生从文字信息中建立过程模型，继而“无中生有”地画出运动图像，既要运动过程清晰，又要用图像描绘运动特征，考验思维的灵活性和深刻性，有利于培养有创造性见解的品格。

作业分层的目的是激发学生的认知挑战性，在控制作业总量的前提下，当挑战可以调动内在的学科认知，学生愿意接受挑战。

至于前述新教材的共性一“增加主观题”，为了让学生通过表述来呈现思维水平，我们在课后作业设计中，通过改编客观题来予以体现。比如第三单元第2节的课后练习，我们把关于合力和分力关系的选择题改编为：

两个力合成为一个力，关于合力和这两个力的大小关系，辨析下列说法的对错，并辅之以图示（见图6）。

图6 合力和分力的关系示意图

（1）合力总是大于这两个力中的每一个力（）；

（2）合力至少大于这两个力中的一个力（）；

（3）合力可以比这两个力中的每一个力都小（）；

（4）两个力都增大时合力一定增大（）。

为了让学生思维外显，形成物理问题的解答要有理有据、逻辑自洽的意识，改编题在要求学生判断对错之外，还要求采用类似图6的方式说明对、错的理由，目的在于让学生领悟力的合成是矢量加法，不但关乎大小，还有方向的关系，促进学生养成科学论证的习惯。

学习需经历预先的“自学”、获取新知识时的“共学”和巩固所学时的“复习”，不同阶段需要布置不同类型的作业。①何捷：《“双减”背景下课程视角的作业设计与研制》，《中国教师》2022年第1期，第22页。从课前、课堂、课后三类作业的功能出发，进行校本作业的单元设计，巩固学生已有知识技能，引导学生建构完整的知识结构，让学生在掌握知识迁移的方法中提高问题解决的能力。

5.单元长作业

兼具实践性、整合性、合作性、挑战性的长作业，有利于提高学生的学习兴趣，培养探究能力，亦有利于学生科学态度的形成，能够为学生的终身学习和发展打下基础。

例11【第一单元】长作业：自由落体运动研究

自主选择课题内容，设定名称，以小组为单位完成探究活动，并交流。

（1）验证自由落体是匀加速直线运动（推荐tracker、video physics等软件）；

（2）测量当地的重力加速度（推荐用光电门传感器）；

（3）运用自由落体运动的相关知识，不用尺来测定某一大楼的高度；

（4）运用自由落体运动的相关知识，制作一把反应尺，测量同伴的反应时间。

学生组合成研究小组后，利用Tracker软件或者Phyphox，对物体的自由下落开展研究，图7、图8是某组的研究图表，图9是学生做的反应尺1.0版。学生自带电脑在实验现场做数据处理，根据长作业布置要求——制作演示交流文稿，在探究活动完成后要做汇报，接受同伴提问、教师质疑和评价。在长作业设计中加入评价，关注学生的过程表现，旨在以评价促进学生发展。

图7 物体自由下落研究结果一

图8 物体自由下落研究结果二

图9 合作学习中学生制作的反应尺

作业设计是一个系统工程，教师应该基于课程标准、教材内容、考试评价要求进行设计，关注“作业行为”和“作业品质”，提升学生作业的质量。在课前、课中、课后都应注重真实情境问题的解决，增加作业的选择性和动手实践作业，让学生乐于去做、做得有趣，让作业回归“学习”的实质，让学生在参与中提升学力。

三、成效与思考

1.研究成效

（1）教师教学观念转变

教师原本对于“物理核心素养如何在教学中落地”感到难以操作，经历校本作业的单元设计后，教师认识到作业的功能是“建构”和“培养”，即基于单元目标精心设计作业，注重内容的有序编排，学生完成作业的过程就是知识建构的过程；丰富作业呈现方式，学生解答问题的过程亦即素养提升的过程。

（2）作业设计水平提升

参与单元设计的教师意识到作业设计是个“专业技术活”，研究意识大为加强，高度认同有序、有效的作业是提升学力的应有之义，而有目标和原则进行设计的作业才能反馈和巩固教学成效。教师亦能够基于设计原则独立完成新单元的作业设计，而且创新意识加强，探索出一些设计技巧，彰显了学生的思维过程。

（3）学生物理学习投入度增强

其一，物理学习的评价改善。通过对新高一学生一个学期的试点，学生不但在访谈中表现出对物理作业的热情，而且对物理教师的评价有较为显著的提升，在所有理科中居于最高（9.57分，满分是10分，理科平均分是9.4分）。

其二，物理学习主动性加强。尽管课后作业要求全体学生必须完成基础题，但是大部分学生都会主动完成进阶题，少部分学生还会挑战学霸题。学生发现物理作业有认知挑战，又是经过努力可以完成的，感觉到教师对自己有较高的期待，就会产生自我效能感。

其三，学生学业自信提高。分层作业和单元长作业让学生产生较高的内在兴趣和学业成就感，在小组汇报和科技节展示中，学生表现出远超预想的自信和热情，研究中的创意给人以惊喜。他们对自身能力有更完整的认识，在初步的选科意向调查中，高达70%的学生选择了物理。

2.研究思考

校本作业的单元设计经过一个学期的实践取得良好的成效，基于实践反思，笔者认为，优质的校本作业单元设计具有以下特征：

（1）系统设计，体现整体性

即对每个单元的作业设计进行系统思考，建立统一的设计框架；梳理单元学习目标，匹配知识点对应核心素养要求；根据素养培育的侧重，设计每小节校本作业的内容和形式；基于学生的学力和需求，设置不同层级习题，体现选择性；始终关注作业素材的情境性和丰富性。

单元设计体现了整体性，在明晰单元学习目标的基础上，细化解读从而深刻认识单元中各节内容的逻辑关系；将各知识点侧重的素养要求作为作业设计的准则，为题目的选择和改编提供了系统思路，保证了整个单元的作业在难度分配、逻辑递进、形式呈现上，契合课程标准，体现核心素养培育。此外，通过持续的单元长作业实践，逐步培养学生持续保有研究物理的热情，能够基于证据发表见解，不断提升思辨能力，进而形成良好的科学素养。

（2）结合生活，体现情境性

很多学生出现学习动力不足、抵触学习的情绪，与其没有感受到学习的价值感有关。以往校本作业呈现的大多是良构问题（已抽象的物理模型），在生活中鲜有所见，学生会质疑：这是什么？为此，要让学生的作业体现知识的关联和应用，必须借助生活情境，感受物理学习的价值——物理来源于生活，又指导生活。

在单元设计校本作业过程中，教师养成了观察意识，生活中的各种现象都成为作业编制的素材，如修车时用到的千斤顶、装修垃圾从顶楼通过滑轮送下的过程、高速公路旁的避险车道等。教师对于课程目标中所提及的“用物理学视角去看待自然”有了更深的理解和教学实施能力。

（3）呈现多样，体现丰富性

学生存在排斥作业的心理，可能是因为教师追求题量和正确率，布置了重复性的作业，引发无关认知，无助于学业成绩的提升。因此，在作业设计时增加新颖性、丰富呈现方式成为准则，要包含文字、图像、图片、表格等要素，让学生有更积极的作业情感体验。在信息爆炸时代，如何进行甄别、筛选以获得真实信息和正确结论是高中生面临的挑战，因而，拓展作业的呈现形式，提高学生提取、整合有效信息的能力，合理建模并选择适合规律解决问题，“培育科学思维”为应对良策。

（4）分层进阶，体现选择性

我们发现，学生的习得无助感来自作业难度未贴近最近发展区，无法获得成功的喜悦，引发学习动机弱化。持续的动机弱化势必引发学业下滑，因此，提供可选择的、让学生能循序渐进完成认知进阶的作业是必要的。无论是课堂练习还是课后巩固作业，都应有阶梯地设计，让不同程度的学生能够基于元认知，逐步解决学习进阶问题，在过程中不断获得学业成就感，从而提升信心，这样的心理暗示对于学习动机的激发很有成效。

因此，作业设计要重视知识的整合，突出内容和过程的联系性和整体性，依据学生的认知特点和教学内容，设计合理、有思维梯度的作业，注重学习的阶段性和层次性，充分激发学习动机，在分层作业、长作业中的生生合作将会激发知识的社会建构。①夏雪梅，方臻：《作业设计——基于学生心理机制的学习反馈》，教育科学出版社2014年版，第3-4页。

（5）关注表述，体现思维性

原来校本作业中的很多客观题，学生常常做不出就猜，猜对了之后就不再究其所以然，埋下了错误的种子；对教师而言，客观题带来了批阅的高效，但表面的“高效”掩盖了很多“低效”的教学和低层次的思维水平。

新课标建议：非选择性习题要呈现学生的解答过程，比较深入地反映学生分析问题、解决问题的能力，能较好地评价较高层次的物理学科素养。①中华人民共和国教育部：《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》，人民教育出版社2020年版，第63页。因此，引导学生对题目进行充分的表述是作业设计的方向，如此，习题才能够发挥凸显学生思维水平的作用。比如，高难度的填空题答案简单，但是过程复杂，学生需经历几次思维转换，往往会因跨度太大导致错误率高，如果改编为简答题可以更好地呈现学生的解答过程，通过多个小问题给予学生思考的线索，始终联系核心概念引导学生化解问题，逐步培养科学推理能力。

因此，借助作业的表述设计，让学生作答中的隐性思维过程得以外显，既是给予教师发现学生认知盲点和思维障碍的机会，以便教师改进教学策略、优化教学进程，也是引导学生如何分析、思考问题，以及提升核心素养的必要途径。

经过实践研究，我们认识到：校本作业的单元设计是基于学业质量要求的教学改进的重要途径，设计的要素是“可理解性”：作业是否有趣，是否能够促进学生的理解；是否体现知识的关联性与系统性；是否有利于学生将所学知识在现实生活迁移和应用，是否具有挑战性等。

总之，教师要通过作业设计彰显其对课程目标的认知和理解，要能够把握学生的学习心理，给学生带来深度的学习反馈，让作业不仅成为知识与技能巩固的保障、提升学力的重要手段、积极情感发展的过程，更成为学生核心素养发展的必经之路。