促進(jìn)科學(xué)思維提升的初中物理作業(yè)設(shè)計(jì)有效性研究

促進(jìn)科學(xué)思維提升的初中物理作業(yè)設(shè)計(jì)有效性研究西南位育中學(xué)王翠萍【摘要】作業(yè)是教學(xué)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是課堂教學(xué)的延伸和教學(xué)評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。基于課程標(biāo)準(zhǔn)，以學(xué)生為本，結(jié)合教學(xué)中的作業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐，針對(duì)作業(yè)設(shè)計(jì)的有效性，提出了以下淺見(jiàn)：作業(yè)設(shè)計(jì)的形式要具有趣味性和實(shí)踐性，情景的創(chuàng)設(shè)要新穎，與時(shí)俱進(jìn)。通過(guò)整體性、連續(xù)性、延續(xù)性和拓展性的作業(yè)設(shè)計(jì)，促進(jìn)科學(xué)思維水平的提升?！娟P(guān)鍵詞】作業(yè)設(shè)計(jì)科學(xué)思維有效性隨著課程改革的不斷推進(jìn)與實(shí)施，教育理念、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革與創(chuàng)新早已在一線教育教學(xué)中有效地展開(kāi)。作業(yè)設(shè)計(jì)作為教學(xué)過(guò)程的一個(gè)環(huán)節(jié)，既能鞏固學(xué)生在課堂上所學(xué)內(nèi)容，又能提高其綜合運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力，發(fā)展他們的科學(xué)思維水平。經(jīng)過(guò)多年的教育教學(xué)的實(shí)踐和不斷思考探索，我們?cè)絹?lái)越意識(shí)到提高作業(yè)有效性的重要性。給學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)高效的作業(yè)，增加作業(yè)的有效性，在一定程度上就可以讓學(xué)生減少重復(fù)低效的“刷題”行為，通過(guò)“增效”實(shí)現(xiàn)“減負(fù)”。2014年，國(guó)家提出基于“核心素養(yǎng)”的物理課程改革，明確指出學(xué)生在中學(xué)的學(xué)習(xí)中應(yīng)該獲得哪些關(guān)鍵能力、必備品格與重要觀念。特別提出要培養(yǎng)和提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。其中，物理核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面組成?？茖W(xué)思維是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式，是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)理想模型的抽象概括過(guò)程；是分析綜合、推理論證等科學(xué)思維方法的內(nèi)化；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見(jiàn)解的能力與品質(zhì)?？茖W(xué)思維包含模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新等要素?？茖W(xué)思維能力集中體現(xiàn)了知識(shí)時(shí)代對(duì)人才素質(zhì)提出的新要求，是適應(yīng)知識(shí)時(shí)代發(fā)展的關(guān)鍵能力。作業(yè)的設(shè)計(jì)與實(shí)施的品質(zhì)是提升科學(xué)思維品質(zhì)的重要抓手和載體。一、趣味性和實(shí)踐性作業(yè)發(fā)展科學(xué)推理能力論語(yǔ)有云：“知之者不如好之者，好之者不如樂(lè)之者?！薄芭d趣是最好的老師?！敝挥袑W(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的資料感興趣，才會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望，自動(dòng)地調(diào)動(dòng)全部感官，用心主動(dòng)地參與教與學(xué)的全過(guò)程。所以教師在設(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)要以學(xué)生為中心，從學(xué)生的實(shí)際生活出發(fā)盡可能地使我們的作業(yè)具有一定的趣味性和實(shí)踐性，在激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣的同時(shí)，分析現(xiàn)象，推理本質(zhì)原因，發(fā)展科學(xué)推理能力，體驗(yàn)知識(shí)探求的樂(lè)趣，從而提高做作業(yè)的有效性。作業(yè)1：準(zhǔn)備一只空的礦泉水瓶（500毫升規(guī)格），在距離瓶底約3厘米處繞瓶子四周均勻地扎幾個(gè)（8-10個(gè)）小洞，然后向瓶?jī)?nèi)倒水，觀察水從小孔的噴出情況，繼續(xù)倒水直至瓶滿，觀察水從小孔的噴出的遠(yuǎn)近情況，運(yùn)用今天所學(xué)有關(guān)液體內(nèi)部壓強(qiáng)特點(diǎn)的知識(shí)進(jìn)行分析和推理并得出結(jié)論。作業(yè)評(píng)價(jià)量表：描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析推理、歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論所得“☆”的個(gè)數(shù)能夠描述出水向外噴射。能夠分析推理得出液體對(duì)容器的側(cè)壁以及液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)。☆☆不僅能夠描述出水向外噴射，而且能夠描述出不同深度的水噴射的遠(yuǎn)近不同。不僅能夠分析得出液體對(duì)容器的側(cè)壁以及液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，而且能夠分析推理得出液體壓強(qiáng)與深度有關(guān)?！睢睢畈粌H能夠描述出水向外噴射，而且能夠描述深度越深，噴射越遠(yuǎn)。不僅能夠分析推理得出液體對(duì)容器的側(cè)壁以及液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，而且能夠分析推理得出深度越深液體內(nèi)部壓強(qiáng)越大。☆☆☆☆不僅能夠描述出水向外噴射，深度越深，噴射越遠(yuǎn)，而且能夠描述出深度相同，噴射遠(yuǎn)近相同。不僅能夠分析推理得出液體對(duì)容器的側(cè)壁以及液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，深度越深液體內(nèi)部壓強(qiáng)越大；而且能夠分析推理得出同種液體深度相同，液體向各個(gè)方向壓強(qiáng)相等?！睢睢睢睢罟P者認(rèn)為學(xué)習(xí)完液體內(nèi)部壓強(qiáng)的第一課時(shí)后，設(shè)計(jì)這樣一道回家作業(yè)，初中生大部分都會(huì)很感興趣地去做，在做的過(guò)程中加深液體內(nèi)部壓強(qiáng)特點(diǎn)的理解和記憶，比起單純的以書(shū)面形式讓他們機(jī)械地記住液體內(nèi)部壓強(qiáng)特點(diǎn)效果要好一些。此作業(yè)設(shè)計(jì)得不僅趣味性強(qiáng)，而且具有很強(qiáng)的可操作性、實(shí)踐性和思維性，在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和描述，形成觀察生活現(xiàn)象，提出問(wèn)題，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的意識(shí)，逐步具有物理觀念。同時(shí)思考其本質(zhì)原因，進(jìn)而分析推理得出液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)及規(guī)律，發(fā)展科學(xué)推理能力。二、創(chuàng)設(shè)新穎和與時(shí)俱進(jìn)的情境作業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展科學(xué)建模能力要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，還需要作業(yè)設(shè)計(jì)的情境創(chuàng)設(shè)要新穎，與時(shí)俱進(jìn)，以學(xué)生為本，既符合學(xué)生的心理年齡又與生活實(shí)際緊密結(jié)合，是物理知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中的最新走向。教師在進(jìn)行作業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，不能一成不變，面對(duì)日新月異的科技進(jìn)步和時(shí)代變遷，針對(duì)不同的學(xué)生，每年都布置一模一樣的作業(yè)，那肯定是不行的，教師要更新自己作業(yè)設(shè)計(jì)的情境創(chuàng)設(shè)，使之符合時(shí)代進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，符合學(xué)生的心理年齡和認(rèn)知水平，通過(guò)創(chuàng)設(shè)的物理情境發(fā)展學(xué)生的科學(xué)建模能力。這一點(diǎn)，每年的上海市中考物理試卷在命題時(shí)就做得非常到位。作業(yè)2（2017年上海市物理中考題的第10題）：2017年5月，我國(guó)自主研制的C919大型客機(jī)在上海首飛成功，客機(jī)飛行時(shí)．以地面為參照物．客機(jī)是____的（選填“運(yùn)動(dòng)”或“靜止”）；客機(jī)下降過(guò)程中......此題的情境創(chuàng)設(shè)結(jié)合2017年的新聞特點(diǎn)和社會(huì)關(guān)注點(diǎn)，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣的同時(shí)能夠讓學(xué)生深深地感受到物理與實(shí)際生產(chǎn)和生活的緊密聯(lián)系，了解國(guó)家科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，增強(qiáng)民族自豪感。在解決問(wèn)題的同時(shí)，建立物理模型，發(fā)展科學(xué)建模能力。三、具有一定思維難度的作業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展科學(xué)論證能力我們目前的作業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)于關(guān)注鞏固知識(shí)與技能，作業(yè)內(nèi)容中多以記憶性質(zhì)和簡(jiǎn)單理解等低層次的任務(wù)為主，缺少針對(duì)科學(xué)思維目標(biāo)的設(shè)計(jì)。我們需要設(shè)計(jì)具有一定思維難度的作業(yè)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)論證能力。作業(yè)3：在討論關(guān)于物體排開(kāi)液體體積的問(wèn)題時(shí)，某小組同學(xué)用燒杯、水盆、水、鐵球和木塊等器材進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)?jiān)趫D2和3中仿照?qǐng)D1用“”標(biāo)出物體浸在液體中的體積，在圖5和6中仿照?qǐng)D4用“”標(biāo)出物體排開(kāi)液體的體積。圖3圖圖3圖2圖1圖5圖圖5圖6圖4此作業(yè)是將《物理練習(xí)冊(cè)》上的一道題進(jìn)行了改編。改編后的作業(yè)能夠提升學(xué)生的“科學(xué)思維”的品質(zhì)——從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式。學(xué)生在學(xué)習(xí)浮力這一章節(jié)內(nèi)容時(shí)，對(duì)于“排開(kāi)液體體積”的理解一直存在一定的障礙，他們會(huì)將“排開(kāi)”錯(cuò)誤理解為“排出”、“溢出”等。學(xué)生完成此作業(yè)便對(duì)于排開(kāi)液體體積的本質(zhì)屬性有一定的認(rèn)識(shí)。經(jīng)過(guò)分析歸納、推理論證，對(duì)排開(kāi)液體體積與液面上升的高度之間的相互關(guān)系有清晰的了解和認(rèn)識(shí)（尤其是物體漂浮狀態(tài)時(shí)的V排與Δh的關(guān)系），科學(xué)推理論證能力得到了進(jìn)一步的發(fā)展?？茖W(xué)推理論證能力的發(fā)展非一時(shí)一作業(yè)之功，需要我們把科學(xué)推理論證能力的發(fā)展貫穿于每次作業(yè)的布置中，并且需要連續(xù)幾次作業(yè)的練習(xí)和鞏固。初三下學(xué)期，在進(jìn)行綜合復(fù)習(xí)時(shí)，發(fā)現(xiàn)本校大部分學(xué)生會(huì)用公式解題目，但是如果讓他們分析、推理、論證解題過(guò)程，學(xué)生的分析要么描述不準(zhǔn)確，要么過(guò)程太過(guò)簡(jiǎn)略不完整，要么不符合物理的思維邏輯，邏輯鏈缺失。大部分學(xué)生在分析、推理論證方面存在一些問(wèn)題。這一方面能力的提升僅通過(guò)一次作業(yè)的練習(xí)是不夠的，為此，我們結(jié)合本校學(xué)生現(xiàn)有的分析能力有針對(duì)性地設(shè)計(jì)了一系列專題性的作業(yè)，并且針對(duì)實(shí)施情況進(jìn)行了前測(cè)和后測(cè)。所測(cè)班級(jí)的學(xué)生整體水平在年級(jí)里處于中等偏上水平，物理基礎(chǔ)還是比較扎實(shí)的，但是在邏輯思維表達(dá)可科學(xué)推理論證方面還有欠缺。液體對(duì)底部的壓強(qiáng)抽出前抽出后p水1960帕980帕p液1960帕1078帕作業(yè)3-1（前測(cè)試題）：兩個(gè)相同的薄壁圓柱形容器，一個(gè)裝有水，另一個(gè)裝有某種液體，水的質(zhì)量為5千克。現(xiàn)從兩容器中分別抽取相同體積后，水和液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)關(guān)系如下表：求抽出液體前，液體原來(lái)的質(zhì)量。部分學(xué)生的分析1：∵抽出前p水=p液∴F水=F液∴m水=m液部分學(xué)生的分析2：∵抽出前p水=p液，p水=F水/S，p液=F液/S，∴F水=F液∴m水=m液分析1的分析過(guò)程太簡(jiǎn)略，過(guò)程不完整，導(dǎo)致邏輯鏈缺失，缺少必要的物理規(guī)律，論證能力不足。分析2運(yùn)用了物理規(guī)律，但是過(guò)程不完整，邏輯鏈缺失。要從p水=p液推理得到F水=F液，當(dāng)中還缺少“p水=F水/S，p液=F液/S，S相同”的分析過(guò)程；而要從F水=F液推理得到m水=m液，當(dāng)中還缺少“因?yàn)橹稳萜鳎訤水=G水，F(xiàn)液=G液，然后G水=m水g，G液=m液g，所以m水=m液”的分析過(guò)程。圓柱體底面積質(zhì)量AS2mB2S3mC3S3m作業(yè)3-2（后測(cè)試題）：：水平面上有A、B、C三個(gè)圓柱體(相關(guān)數(shù)據(jù)如表所示)，請(qǐng)將三個(gè)圓柱體從上到下依次豎直疊放，使最上方圓柱體對(duì)中間圓柱體的壓強(qiáng)P1最大且圓柱體對(duì)地面壓強(qiáng)P2最小。寫出從上到下的疊放順利，并說(shuō)明理由。大部分學(xué)生的分析：∵p2=F2/S2=（GA+GB+GC）/S2,（GA+GB+GC）為定值∴當(dāng)S2最大時(shí)，p2最小∴圓柱體C放最下面?！遬1=F1/S1=G物/S1,無(wú)論A或B誰(shuí)在上面，S1相同∴當(dāng)G物最大，p1最大∴將圓柱體A放中間，圓柱體B放最上面。經(jīng)過(guò)連續(xù)幾次針對(duì)性作業(yè)的練習(xí)和鞏固，大部分學(xué)生的分析過(guò)程與之前相比，分析過(guò)程完整，語(yǔ)言表述準(zhǔn)確，推理論證過(guò)程嚴(yán)密，邏輯鏈完整，大部分學(xué)生的科學(xué)推理能力和科學(xué)論證能力都有了一定發(fā)展和提升。四、整體性和連續(xù)性作業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展整體科學(xué)思維能力進(jìn)行作業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有單元意識(shí)，依據(jù)單元目標(biāo)，從單元整體出發(fā)，將一個(gè)大的單元教學(xué)目標(biāo)拆分成一個(gè)個(gè)小的課時(shí)教學(xué)目標(biāo)，通過(guò)連續(xù)的課時(shí)作業(yè)進(jìn)行一一落實(shí)。這樣設(shè)計(jì)的作用具有連續(xù)性和整體性，既做到知識(shí)點(diǎn)覆蓋全面，又做到不重復(fù)考核，減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)；連續(xù)性的作業(yè)設(shè)計(jì)不僅利于學(xué)生掌握學(xué)科知識(shí)框架，還利于促進(jìn)學(xué)生的思維能力“螺旋式”上升，發(fā)展整體科學(xué)思維能力。例如，在學(xué)完《阿基米德原理》第一、二、三課時(shí)后分別布置了作業(yè)4、5、6。作業(yè)4：小制作——學(xué)完《阿基米德原理》后，請(qǐng)用老師提供的材料，動(dòng)手制作一艘小船，讓它能漂浮在水面上，并拍攝小船在水中“航行”的照片或視頻，微信發(fā)給老師。材料：錫紙一張（長(zhǎng)30厘米，寬20厘米，厚70微米）作業(yè)5：1牛的水能產(chǎn)生2牛的浮力嗎？還記得上節(jié)課制作的小船嗎？學(xué)習(xí)完本節(jié)課后請(qǐng)你改造這艘船。要求：在船中盛一些沙子（重力約為2牛），使它能浮在一盆（或一桶）水中，船大部分浸在水面下。再利用錫紙做一個(gè)杯子，杯中盛有小于100毫升水，通過(guò)改變船和杯子的形狀，能不能做到使船在杯子中浮起來(lái)？如果可以，將小船浮在錫紙做的杯子中的照片，發(fā)送到老師的微信中。作業(yè)6：活動(dòng)與交流:——小船制作之“載重量比拼”——請(qǐng)你拿出前兩節(jié)作業(yè)中錫紙制作的小船（或重新制作），用大米（或綠豆、黃豆等）或砝碼進(jìn)行載重量的測(cè)量。這三次課時(shí)作業(yè)具有整體性和連續(xù)性，學(xué)生通過(guò)作業(yè)4對(duì)浮體的概念有了形象的認(rèn)識(shí)，建立了浮體這一物理模型，了解了它的受力情況，并對(duì)阿基米德原理有了一定理解；然后通過(guò)作業(yè)5能夠辨析出浮力大小與容器內(nèi)液體重力無(wú)關(guān)，進(jìn)一步加深對(duì)于“排開(kāi)液體的重力”的正確理解，發(fā)展了科學(xué)推理論證能力；最后通過(guò)作業(yè)6進(jìn)一步加深對(duì)阿基米德原理的理解，進(jìn)一步理解影響浮力大小的因素，并為后面學(xué)習(xí)“吃水線”做好鋪墊，在設(shè)計(jì)和改造小船的過(guò)程中，發(fā)展科學(xué)創(chuàng)新能力。學(xué)生通過(guò)三次連續(xù)性和整體性的作業(yè)不僅鞏固了所學(xué)物理知識(shí)內(nèi)容，同時(shí)還整體發(fā)展了科學(xué)思維能力。五、延伸性和拓展性作業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展科學(xué)創(chuàng)新能力作業(yè)不僅僅是課堂教學(xué)內(nèi)容的再鞏固，還應(yīng)該是學(xué)生對(duì)相關(guān)內(nèi)容和知識(shí)所進(jìn)行的延伸學(xué)習(xí)和拓展學(xué)習(xí)。所以教師在進(jìn)行作業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)可以給學(xué)生針對(duì)相關(guān)知識(shí)提供延伸和拓展的視頻資料或者網(wǎng)址，讓學(xué)生能在課后繼續(xù)學(xué)習(xí)，進(jìn)一步發(fā)展科學(xué)創(chuàng)新能力。作業(yè)7：閱讀材料，做一做，掃描圖8二維碼查看相關(guān)視頻。在中國(guó)科技館一層“華夏之光”展廳內(nèi)有一個(gè)叫做“公道杯”的展品，圖7甲所示。后人又稱之為“貪心杯”或者“功德杯”，其中蘊(yùn)含“謙受益，滿招損”的做人道理。掃碼看制作公道杯視頻當(dāng)公道杯中裝入水量較少時(shí)，水不會(huì)流出來(lái)；當(dāng)裝入水量較多時(shí)，水會(huì)從杯底全部流出。如圖7乙所示是公道杯的簡(jiǎn)易模型，向杯內(nèi)倒水，當(dāng)杯中水位達(dá)到（選填“A”、“B”或“C”）位置時(shí)，杯中的水就會(huì)從出水口流出。掃碼看制作公道杯視頻此二維碼具有時(shí)效性此二維碼具有時(shí)效性圖8圖8圖7此作業(yè)的設(shè)計(jì)緊跟時(shí)代步伐并與現(xiàn)代科技想結(jié)合，讓學(xué)生能夠在課后通過(guò)掃描二維碼繼續(xù)進(jìn)行延伸和拓展學(xué)習(xí)。通過(guò)動(dòng)手做公道杯，加深對(duì)連通器原理的理解，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)建模能力和學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新能力。在此題的情境創(chuàng)設(shè)中，還考慮到了德育教育的滲透。作為一名教師，都非常清楚德育教育的重要性，人人都是德育工作者，不僅要在課堂教學(xué)中進(jìn)行學(xué)科德育教育的滲透，還要在作業(yè)設(shè)計(jì)里面滲透學(xué)科德育教育。作業(yè)或是教學(xué)過(guò)程的一個(gè)環(huán)