高中物理学科精准作业的设计

李 刚

四川省攀枝花市第三高级中学校，四川 攀枝花 617000

近年来，各地中小学存在学生作业负担过重，教师对作业批改的质量差，对学情分析不精准等问题。2021年4月教育部印发的《关于加强义务教育学校作业管理的通知》中指出了作业“育人功能”的价值定位、“学校教育教学管理工作重要环节”的工作定位、“课堂教学活动必要补充”的专业定位，为一线教师重新思考作业的内涵与价值、开展作业改革指明了方向。本文就如何进行高中物理学科精准作业的设计进行探讨，试图让物理学科作业在学科育人功能、培育学生物理学科核心素养方面发挥更大的作用。

1 高中物理学科精准作业的设计要体现初高中的衔接性

高中物理在教材知识、思维要求等方面较初中物理有较大差距，这不但要求教师在教学方法选择上要注重初高中物理的衔接问题，而且要求教师在作业设计上同样要考虑初高中的衔接。例如，欧姆定律在初中教材中只涉及部分电路欧姆定律，而高中是更深层次的研究，要求学生掌握闭合电路欧姆定律。从欧姆定律的应用来看，初中所涉及的函数问题要求学生会用特殊点处理数据，高中则要求学生用函数思想处理数据从而解决实际问题。基于此，教师可以以学生熟悉的中考题为切入点进行作业设计，先呈现中考原题，再在原题的基础上结合初高中知识、思维及能力水平要求的不同进行改编，从而达到新旧知识同化的效果。

如图1甲所示电路，电源电压恒定不变，R为定值电阻，R为电阻箱，调整电阻箱R的电阻值，电流表示数I的倒数与电阻箱阻值R的关系如图1乙所示，以下说法中正确的是（ ）

图1 例题1示意图

A.电源电压为3.6 V

B.通过R的最大电流为2 A

C.调整电阻箱R的阻值，则R的最大功率为0.75 W

D.调整电阻箱R的阻值，则R的最大功率为0.48 W

如图2甲所示电路，电源电压恒定不变，电源内阻r=1 Ω，定值电阻R=8 Ω，R为电阻箱，调整电阻箱R的电阻值，电流表内阻不能忽略，电流表示数I的倒数与电阻箱阻值R的关系如图2乙所示，以下说法中正确的是 （ ）

图2 改编例题1示意图

A.电源电压为6.0 V

C.当电阻箱R的阻值为8 Ω时，R的功率最大

D.调整电阻箱R的阻值，则R的最大功率为2 W

同时将中考题和基于中考题改编的试题进行对比呈现，有利于学生深刻理解部分电路欧姆定律和闭合电路欧姆定律，有利于学生认识到电源、电表是有内阻的，有利于学生提高基于函数思想解决物理问题的意识。这样的作业设计思路就拓宽了初高中教学衔接的途径。

2 高中物理学科精准作业的设计要体现不同学科的关联性

高中各学科具有关联性和协同性。比如，高中物理和数学在关联性和协同性上体现得特别明显。像“共点力的平衡”这一节在求解力的大小时，就需要用到数学中三角函数的相关知识。“直角三角形中特殊角度的三角函数值”这一知识点学生已经在初中学习过，而三角函数中的辅助角公式、和差公式和二倍角公式等数学知识要在高一第一学期后半段才涉及，这就要求物理教师在设计作业时要考虑到物理学科与数学学科的关联性，这样学生才有可能完成相应的作业任务。

当学生没有学到三角函数中的辅助角公式、和差公式和二倍角公式时，教师设计的物理作业只能涉及简单的三角函数运算，如例题2所示。

水平地面上有一质量为m的木箱，木箱与地面之间的动摩擦因数为μ（0＜μ＜1）。现对木箱施加一拉力F，使木箱做匀速直线运动。设F的方向与水平面夹角为θ，如图3，下列说法中不正确的是（ ）

图3 例题2示意图

A.F和摩擦力的合力方向竖直向上

B.F和摩擦力的合力方向斜向右上方

C.摩擦力大小为 Fcosθ

D.地面对木箱的支持力大小为mg-Fsinθ

学生掌握了三角函数中的辅助角公式、和差公式和二倍角公式后，教师基于上例进行改编，强化数学工具解决物理问题（改编例题2）。

水平地面上有一木箱，木箱与地面之间的动摩擦因数为μ（0＜μ＜1）。现对木箱施加一拉力F，使木箱做匀速直线运动。设F的方向与水平面夹角为θ（图4），在θ逐渐增大到90°的过程中，木箱的速度保持不变，则（ ）

图4 改编例题2示意图

A.F先减小后增大

B.F 一直增大

C.地面对木箱的力的方向不变

D.地面对木箱的摩擦力增大

对木箱受力分析如图5，由于物体处于平衡状态，有：

图5 木箱受力分析图

3 高中物理学科精准作业的设计要体现培育核心素养的针对性

教师应根据普通高中物理课程标准的基本理念、课程目标和物理学科核心素养的要求，创造性地开展教学工作，将核心素养的培养贯穿于物理教学活动的全过程。而作业作为教学的重要环节，要注重学生“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面的发展。

以《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中的试题案例为例，探讨高中物理学科精准作业设计应该怎样体现培育核心素养的针对性。

研究“蹦极”运动时，在运动员身上装好传感器，用于测量运动员在不同时刻下落的高度及速度。如图6甲所示，运动员及所携带装备的总质量为60 kg，弹性绳原长为10 m。运动员从蹦极台自由下落，根据传感器测到的数据，得到如图6乙所示的速度-位移图像。

图6 例题3示意图

（1）运动员下落过程中在什么位置动能最大？试从运动和力的关系讨论运动员在该位置受力有什么特点。

（2）运动员下落动能最大时和落到最低点时，绳的弹性势能分别为多大？请陈述运用相关定律解决问题的条件。

该题以实际情境为背景，设计作业有助于促进学生物理学科核心素养的发展。本题情境源于生活中的“蹦极”运动，目的是为了进一步发展学生物理学科核心素养中的“物理观念”和“科学思维”。

第（1）问考查学生是否具有“物理观念”中的运动与相互作用观念以及“科学思维”中的证据意识。学生要能根据图6乙中当l=5 m时，v=10 m/s，由运动学公式得g=10 m/s，得到空气阻力是可以忽略的，运动员下落弹性绳没有绷直前，可视为做自由落体运动；当弹性绳绷直后，绳的拉力逐渐增大，当拉力小于重力时，运动员做加速度逐渐减小的加速运动；当拉力大于重力时，运动员开始做加速度逐渐增大的减速运动。综上分析，当拉力等于重力时，运动员的速度最大，动能最大。第（2）问要求学生陈述运用相关定律解决问题的条件，考查学生是否具有“科学思维”的模型建构和科学推理能力。要求学生在作答时能根据图6乙中当l=5 m时，v=10 m/s，由运动学公式2gl=v得g=10 m/s，判断出空气阻力是可以忽略的，从而满足机械能守恒定律的条件。学生再结合图6乙经过科学推理运用机械能守恒定律解决问题。

4 高中物理学科精准作业的设计要体现学生之间的差异性

处于同一年级的学生认知水平、能力水平各有差异；同一学生处于不同年级认知水平、能力水平也有所不同。教师在作业设计时需考虑学生之间的差异性。以“共点力的平衡”为例，教师在设计作业时可以将作业分成两类：一类要求学生直接用力的合成、分解（正交分解）求解；另一类要求学生使用正弦定理、余弦定理、三角函数辅助角公式和动态作图等方法解决共点力的平衡问题。第一类作业适用于全体学生进行知识巩固和发展核心素养；第二类作业适用于认知水平和能力水平高的学生或者高年级的学生以达到拓展提高和进一步发展核心素养的目的。

5 高中物理学科精准作业的设计要体现作业各环节的互动性

物理作业的功能主要有四个方面：一是检验教学效果，二是促进学生知识的巩固和拓展，三是发挥物理学科的育人功能，培育学生物理学科核心素养；四是为物理教师改进教学服务。从作业的功能看，作业是一个复杂的体系，它大致包含作业设计、作业批改、统计分析、讲评辅导、作业质量评价和作业再设计等要素，这些要素相互支撑、相互促进、循环发展体现了互动性。

教师在进行作业设计时，首先需要系统考虑作业目标。根据作业目标并结合具体的教学内容和作业功能来确定是要检验教学效果、促进学生知识的巩固和提高，还是要进一步发展学生的学科核心素养，或发展学科核心素养的哪一个要素等等。同时，教师预先制定的作业目标应该是教师在进行作业批改和统计分析时的重要维度。教师既要分析学生完成作业的效果，也要分析作业目标的达成度，还应该根据分析得到的各项数据进行作业质量评价和作业的再设计，如此循环不断地优化物理学科作业体系，从而形成一个相互促进、相互矫正的作业互动系统。

总的来说，教学、作业和考试评价是物理学科高质量发展中最重要的几项工作，作业是学生自主学习和发展的重要方式。物理教师进行高质量的学科精准作业设计是替代“题海战术”，避免机械刷题，促进学生学科知识的巩固、拓展和提高，发挥物理学科育人功能、培育学生物理学科核心素养的重要保障。