双核视域下的单元作业设计

摘 要：对《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》及《普通高中物理课程标准（2017年版）》中作业设计的要求，什么是高质量的作业，如何设计高质量的校本作业体系，进行了理论阐述和举例说明，着重分析了为提升学生核心素养与核心价值所改编与创编的题目。

关键词：单元作业设计；核心素养；核心价值

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2024）9-0044-5

《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》强调加强作业设计是提高作业质量的途径，强化单元作业设计是加强作业设计的有效手段；还提到提高作业质量，丰富作业形式，既要注重基础性，又要有层次性，更要有多样性，逐步提高对学生思维能力的要求，适当增加探究性、实践性、综合性作业。《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称“课标”）提出，设计作业应主要关注实际情境和问题设计，让学生获得在实际情境中解决问题的大量经验，形成解决实际问题的能力。

因此，如何进行单元作业设计，设计出高质量的校本作业体系，是每一个教育工作者应该思考的问题。

1 高质量作业和高质量校本作业的设计要求

高质量的作业首先应该是符合课标、教材要求的作业，应该具有基础性，不随意拔高难度，同时必须具有层次性，以满足不同层次学生对作业的需求。此外，高质量作业的内容应配合课堂教学以实现对学生核心素养与核心价值的培育，师生在观念上实现从解题向解决问题过渡，从关注习题向关注社会过渡，从关注成绩向关注发展过渡，而在这样观念指导下的作业应该是形式多样的，比如，探究性作业、实践性作业、综合性作业及根据实际情境编制的作业等（图1）。

设计高质量的校本作业应该有目标的引领：首先，应根据课标和教研要求确定单元教学内容，根据课标和学情确定单元教学目标，根据教学目标制订作业目标，依据作业目标，通过选编、改编、创编题目来设计作业内容，再根据实施情况逐步改进和完善作业内容（图2）。

本研究以“电磁感应”单元为例，展示单元作业设计的流程。首先，根据高中物理课程结构，学校物理教研组确定了本单元的教学内容，将必修三第十三章的第2节“磁通量”部分和第3节“电磁感应现象及应用”与选择性必修二的第二章组合成一个单元，整合被割裂的教学内容，形成内容相对完整的一个单元进行教学。

其次，是学情分析，分析学生在学习本单元之前的情况。本单元是学生在初中学习电磁感应基础上的进一步研究，从磁通量变化的角度研究感应电流的产生条件和方向，从磁通量变化率的角度分析感应电动势的大小，进而介绍涡流及其应用、互感和自感及其应用。磁通量是学习电磁感应的基础，概念比较抽象，学生又是初次接触，教师在教学中应注重让学生经历实验探究过程和推理过程，体会科学思维方法，提高分析论证能力。此外，还应培养学生理论联系实际的能力，体会科学对文明的推动作用，也为下一章《交变电流》的学习打下基础。

再次，基于课标要求和学情分析，确定教学目标和磁通量的作业目标（表1）。

最后，依据作业目标设计作业内容。作业内容是指向作业目标的，一个作业目标可以包含多道题目，一道题目也可以指向多个目标。以磁通量的作业内容为例，设计了三道题目，分别指向三个作业目标（表2）。

2 促进学生发展的作业问题设计

在作业设计过程中，为了使作业内容更加有效和高效地指向目标，实现学生核心素养和核心价值的培育，着重设计了以下几个问题。

2.1 设计原始物理问题，促进模型建构能力的发展

例1 1831年，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，一个线圈接电源，另一个线圈接电流表，如图3所示，请说明如何才能使电流计中出现感应电流。

在传统教学中，教师总是直接呈现右图，当学生遇到左图后，根本不懂该物体是什么。正确的顺序应该是先有左图，再根据左图抽象出右图的形式。学生清楚了左图的来龙去脉，有了解决问题的意识，也就培养了科学的思维习惯和模型建构的能力。

例2 如图4所示，甲图是法拉第发明的圆盘发电机，乙图是圆盘发电机的示意图，两个黄铜电刷C、D分别与转动轴和铜片的边缘良好接触，使铜盘转动，电阻R中就有电流通过。上述情境可简化为丙图所示的导体棒CD绕C点转动的示意图。求产生的感应电动势大小。（提示：分别用 E=ΔΦ/Δt 与 E=Blvsinθ 进行分析）

在传统教学中，教师总是先给出丙图，学生再去解决乙图，于是遇到甲图之后，学生根本不认识该物体是什么。正确的顺序应该是先有甲图，进而抽象出乙图，再从乙图绘制出丙图，我们的目的就从解题变为了解决问题。

在作业设计中，应多挖掘题目背后的实际问题，也就是原始物理问题，从解决问题的角度设计题目，学生在解决问题的过程中，就学会了思考，实现了核心素养的提升。

2.2 设计进阶式问题，促进深度学习的发生

例3 如图5（a）所示，匝数n=20的圆线圈的电阻r=1.5 Ω，线圈面积S=20 cm2。定值电阻阻值R=13.5 Ω，线圈内磁场随时间的变化规律如图5（b）所示，请问：

（１）开关闭合前线圈中有感应电流吗？有感应电动势吗？

（２）线圈内的感应电动势Ｅ的大小如何变化？请求出感应电动势Ｅ的大小。

（３）回路的哪一部分是电源，哪一部分是负载？哪端是电源正极？

（４）请求出开关闭合时ａ、ｂ两点间的电压（即路端电压）。

（５）若将定值电阻换成Ｃ＝１０ μＦ的电容器，试求开关闭合时电容器的带电量以及上极板所带电荷的电性。

设问与条件的关联性较低是题目难度较大的一个重要原因，而一步一个台阶地铺设问题，可以增强学生解决综合问题的信心，帮助学生提升思维的逻辑性，促进深度学习的发生。

例4 如图6所示，空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.5 T，两条光滑的金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距L=0.4 m，左端接有阻值R=0.4 Ω的电阻，一个质量m=0.10 kg、阻值r=0.10 Ω的金属棒MN放置在导轨上。

（1）若以恒力F向右拉动导体棒，则导体棒最终的运动速度v为多大？

（2）请你至少设计一个问题并解决。

（3）与同伴交换问题，至少完成同伴的一个问题。

每一个问题之间既有联系又有递进，一题多问，可以省去学生很多审题的时间，鼓励学生自己设置问题并解决，甚至同伴间可以相互解决对方提出的问题。学生设计的问题很多是劣构问题，而劣构问题的解决也可以促进学生核心素养的发展，而且相比于问题的解决，问题的提出往往更能促进学生深度学习。

2.3 设计实践性问题，促进科学探究能力的提升

例5 根据E=Blvsinθ，I=E/R可知，感应电流的大小与速度大小成正比，请你设计一个利用电磁感应测量速度的仪器。写出所需器材和设计方案，并用你设计的仪器测量小车的速度，并拍视频记录。

例6 夜晚骑车会有诸多不便，请从节能减排的角度，应用电磁感应的知识给你的自行车设计一个夜晚骑行时会自动点亮的小夜灯吧。写出所需器材和设计方案，并拍视频记录。

本单元的学习应注重理论联系实际，关注生活中哪些物体应用了电磁感应现象，如何应用电磁感应现象解决生活中的问题。这类型题目所需时间比较长，留作寒假研修作业。

2.4 设计对比问题，促进物理观念的形成

例7 在水平桌面上放一闭合铝环，如图7所示，当其正上方一条形磁铁向下运动时，圆环将有_____趋势（填“收缩”“扩张”），对桌面的压力将_____（填“增大”“减小”或“不变”）。

对比：如图8，线圈A与电源、滑动变阻器串联，线圈B套在线圈A外面，A、B的轴线是重合的。当滑动变阻器从左至右滑动时，线圈B中的电流方向______（从上往下看，填“顺时针”“逆时针”），线圈B所受安培力的方向______（填“沿半径向外”“沿半径向里”），线圈将有_____趋势（填“收缩”“扩张”）。

物理观念的形成不是一蹴而就的，在这个过程中很容易受原有观念的影响，出现概念的混淆。通过设计对比问题可以帮助学生形成正确的物理观念。例题是“增缩减扩”，而对比题是“增扩减缩”的例子，通过对比，可以更好地理解其本质都是对磁通量变化的阻碍，是能量守恒。

例8 穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒均匀减少2 Wb，则感应电动势的大小为_________。

qEoZACuSTlos98/MnlObPXF6DGrq+SERL0YdEPRJ3CU= 对比：（1）穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持2 Wb，则感应电动势的大小为________。

（2）穿过一个单匝线圈的磁通量第1 s减少2 Wb，第2 s减少1 Wb，则2 s内平均感应电动势的大小为_______。

探究感应电动势与磁通量变化的关系是个难点，充分理解这个问题有助于促进对很多物理概念的理解。比如，高一所学加速度与速度变化的关系，电磁波的产生等。通过对比问题的设置有助于学生辨析物理概念，形成正确的物理观念。

2.5 设计真实情境问题，促进核心价值观的形成

例9 图9（a）是白鹤滩水电站，位于四川省宁南县和云南省巧家县境内，是金沙江下游干流河段梯级开发的第二个梯级电站，具有以发电为主，兼有防洪、拦沙、改善下游航运条件和发展库区通航等综合效益。水库正常蓄水位825米，相应库容206亿立方米，地下厂房装有16台机组，初拟装机容量1600万千瓦，仅次于三峡水电站成为中国第二大水电站。2022年1月18日，白鹤滩水电站16台百万千瓦水轮发电机组转子全部吊装完成。其发电机的工作原理可简化为图9（b）所示的情境，矩形线框abcd在匀强磁场中绕OO'匀速转动（发电机实际工作情形是线圈不动磁极转动）。线圈匝数为n，边长ab=cd=l1，ad=bc=l2，线圈转动的角速度为ω，磁场的磁感应强度为B。证明：在图示位置的感应电动势E=nBSω，式中S=l1l2为线圈面积。

情境性问题是促进学生关注社会，提高社会责任感，培养核心价值观的重要途径。教师选择的情境应该较为新颖，让学生有兴趣了解和阅读，如果学生在做完物理题后能对白鹤滩水电站留下印象，那么情境的教育目的就达到了。

例10 2023年11月17日，中国自主知识产权的磁浮试验线“高速飞车”大同（阳高）试验线一期主体工程已经全部完工。据悉，这条试验线是目前全球在建距离最长、规模最大的全尺寸超高速低真空管道磁悬浮交通系统试验线之一。高速飞车融合了航空航天技术和地面轨道交通技术，通过超导磁悬浮和低真空管道技术途径，使车辆实现1000 km/h的超高速“近地飞行”。如图10是一种测量磁悬浮列车速度和加速度的原理图，它由一块安装在列车车头底部的强磁体和设置在轨道底下的一组线圈及电流测量记录仪（未画出）组成。当列车经过线圈上方时，线圈中产生的感应电流被记录下来，列车的加速度和速度就能根据这些数据求出。

（1）在列车经过测量线圈的过程中，流经线圈的电流方向如何？

（2）已知列车运行速度为v，磁感应强度为B，线圈匝数为n，长为l，测量记录仪中电流为I，自身电阻为R，试写出v与I之间的关系式。

（3）已知列车经过线圈Ⅰ的电流为I1，经过线圈Ⅱ的电流为I2，两线圈间的距离为s，如何计算列车在两线圈间运动时的平均加速度大小。

（4）测量会对列车速度造成什么影响？

同样是选取了一个较新的情境，通过情境了解社会的发展。科技与社会的发展离不开科学的进步，通过作业了解社会的进步，体会科学对文明的推动，是情境赋予作业的特殊功能。

无论是进行教学设计还是作业设计，都需要教师不断学习，跟上时代发展的步伐，跟上教育理念更新的速度。培养会思考、会解决问题的人，是我们每一个教育工作者肩负的责任。

参考文献：

［１］任鑫，陈磊，崔琳．基于“３Ｄ模型”指向深度学习的物理单元作业设计——以“抛体运动”单元为例［Ｊ］．中学物理，２０２２，４０（１５）：４９－５３．

［２］陈希．基于高中物理核心素养的单元作业设计初探［Ｊ］．中学物理教学参考，２０２２，５１（３）：１８－２０．

［３］曹东，马宇澄．指向物理核心素养的单元作业设计的文献研究［Ｊ］．湖南中学物理，２０２３，３８（８）：１７－１９，１２．

（栏目编辑 邓 磊）