基于原始問題的作業(yè)設(shè)計(jì)與物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

摘?要：以“分子動理論的初步知識”為例闡述 ：如何以物理觀念為統(tǒng)領(lǐng)、原始物理問題為驅(qū)動、探究為主線、思維為手段、滲透科學(xué)態(tài)度與責(zé)任進(jìn)行作業(yè)設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生形成學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);分子動理論;作業(yè)設(shè)計(jì)

文章編號：1008-4134（2020）02-0024?中圖分類號：G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：潘碧霞（1965-），女，江西南昌人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：初中物理和物理實(shí)驗(yàn)教學(xué).

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》提出物理學(xué)科核心素養(yǎng)由“物理觀念”“科學(xué)探究”“科學(xué)思維”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”構(gòu)成.要通過物理教學(xué)活動實(shí)現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的課程目標(biāo)，關(guān)鍵是我們不僅要知道物理規(guī)律和概念的來龍去脈，經(jīng)歷物理規(guī)律和概念的探究過程，還要學(xué)習(xí)如何用科學(xué)的思維方法進(jìn)行探究;在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步弄清楚概念和規(guī)律的含義以及概念和規(guī)律之間的聯(lián)系與區(qū)別，形成正確的物理觀念，并運(yùn)用他們解釋和解決一些實(shí)際問題.作業(yè)是物理教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，是課堂教學(xué)的補(bǔ)充，能夠幫助學(xué)生鞏固、活化物理觀念以及促進(jìn)科學(xué)思維和方法的內(nèi)化，形成關(guān)于科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境關(guān)系的認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生觀察、思考的興趣，養(yǎng)成通過分析、理解來學(xué)習(xí)物理的良好習(xí)慣.

核心素養(yǎng)是個體在解決未知性的、復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題時所需要的必備品格和關(guān)鍵能力，基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的作業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)該準(zhǔn)確地把握物理學(xué)科核心素養(yǎng)、真實(shí)情景、原始物理問題、物理知識之間的關(guān)系.具體關(guān)系如圖1所示.

根據(jù)此框架，在具體的作業(yè)設(shè)計(jì)過程中，以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向、以2011版初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，分析具體物理知識中所蘊(yùn)含的物理學(xué)科素養(yǎng)的成分，在此基礎(chǔ)上確定素養(yǎng)目標(biāo)維度和學(xué)習(xí)水平，再根據(jù)目標(biāo)水平選擇對應(yīng)的真實(shí)情景以及設(shè)計(jì)原始物理問題.具體設(shè)計(jì)思路如圖2所示，并以“分子動理論的初步知識”為例進(jìn)行闡述.

1?解讀課程標(biāo)準(zhǔn)

2011版初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中與“分子動理論”相關(guān)的內(nèi)容要求屬于一級主題“運(yùn)動和相互作用”中的二級主題“多種多樣的運(yùn)動形式”的具體內(nèi)容.通過自然界和生活中的一些簡單熱現(xiàn)象，了解分子熱運(yùn)動的一些特點(diǎn)，知道分子動理論的基本觀點(diǎn).解讀課程標(biāo)準(zhǔn)：能用“分子動理論的基本觀點(diǎn)”解釋生產(chǎn)、生活中的一些常見現(xiàn)象.例：觀察擴(kuò)散現(xiàn)象，能用分子動理論的觀點(diǎn)加以說明.

2011版初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中與“分子動理論”相關(guān)的活動建議：利用常用物品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，說明組成物質(zhì)的微粒在不停地運(yùn)動.解讀課程標(biāo)準(zhǔn)：通過經(jīng)歷一系列的實(shí)驗(yàn)活動，認(rèn)識分子動理論的基本觀點(diǎn)，領(lǐng)會從可以直接感知的現(xiàn)象推測不可直接感知的事物的間接研究方法.體驗(yàn)簡單的現(xiàn)象里可能包含深刻的物理知識，激發(fā)學(xué)生觀察、思考的興趣，養(yǎng)成通過分析、理解來學(xué)習(xí)物理的良好習(xí)慣.

2?明確素養(yǎng)目標(biāo)與物理知識

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，明確作業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)科核心素養(yǎng)的具體目標(biāo)以及對應(yīng)的物理知識，具體內(nèi)容如下：

物理知識：知道分子動理論的基本觀點(diǎn);了解擴(kuò)散現(xiàn)象和分子熱運(yùn)動，知道溫度越高，分子的無規(guī)則運(yùn)動越劇烈;了解氣體、液體和固體的分子模型.

科學(xué)探究：通過經(jīng)歷一系列的實(shí)驗(yàn)活動，認(rèn)識分子動理論的基本觀點(diǎn).

科學(xué)思維：領(lǐng)會從可以直接感知的現(xiàn)象推測不可直接感知的事物的研究方法.

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：體驗(yàn)簡單的現(xiàn)象里可能包含深刻的物理知識，感受科學(xué)· 技術(shù)·社會·環(huán)境關(guān)系，養(yǎng)成通過分析、理解來學(xué)習(xí)物理的良好習(xí)慣.

3?設(shè)計(jì)作業(yè)——選擇對應(yīng)的真實(shí)情景以及設(shè)計(jì)原始物理問題

如何將學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)有機(jī)地融入真實(shí)情景中，并在此過程中恰到好處地梳理有關(guān)分子動理論的初步知識？可采用物理觀念為統(tǒng)領(lǐng)，原始物理問題為驅(qū)動，探究為主線，思維為手段，滲透科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.設(shè)計(jì)作業(yè)時，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)對知識的要求創(chuàng)設(shè)待解決的真實(shí)的問題情景，適當(dāng)?shù)卦黾釉囶}的開放性、可觀察性、可操作性，多設(shè)計(jì)具有研究性、探究性的試題.下面是基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的物理作業(yè)設(shè)計(jì)框架（如圖3所示）.

3.1?用實(shí)驗(yàn)加深物理知識的理解，并發(fā)展學(xué)生的能力

把隱藏在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中的物理知識挖掘出來，需要學(xué)生能夠透過現(xiàn)象看本質(zhì).在這個過程中學(xué)生一方面要把感覺器官接收到的形象和信息傳遞給大腦，另一方面又要從記憶系統(tǒng)中調(diào)出儲存的相關(guān)信息對接收到的形象和信息進(jìn)行更深入的思維加工，使他們能夠洞察事物的本質(zhì)，掌握其中內(nèi)在的規(guī)律，進(jìn)而有效促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展.把思維加工的結(jié)果以語言和文字的形式表達(dá)出來，培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力.

題目1?真實(shí)情景：小紅在一根試管中注入半試管水，再緩慢地注滿紅色液體，用塞子塞住試管口，上下顛倒幾次再豎起試管，顛倒試管前后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖4所示.小紅根據(jù)聞到的氣味可以判斷紅色液體是酒精.

原始問題：（1）請用語言描述如圖4所示的現(xiàn)象，此現(xiàn)象隱含什么物理知識？（2）實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)聞到的氣味可以判斷紅色液體是酒精，此現(xiàn)象又隱含什么物理知識？（3）實(shí)驗(yàn)時為什么要先在試管中注入水再注入酒精？能不能先注入酒精再注入水？

【設(shè)計(jì)意圖】運(yùn)用物理視角，觀察現(xiàn)象，把隱藏在現(xiàn)象中的物理知識挖掘出來，并體驗(yàn)簡單的現(xiàn)象里可能包含深刻的物理知識.

題目2?真實(shí)情景：把漆包線纏在彈弓的兩邊軌道上且保證漆包線可以在軌道上自由滑動，豎直放置時漆包線處于軌道的底端（如圖5的左圖）.把銅絲框浸入肥皂水中，使它上面附著一層肥皂液膜，把銅絲框從肥皂水中提起并豎直放置，漆包線沿銅線軌道向上運(yùn)動（如圖5右圖）.

原始問題：根據(jù)此現(xiàn)象你認(rèn)識到分子間有什么特點(diǎn)？并闡述你的理由.

【設(shè)計(jì)意圖】考查學(xué)生能否正確地選擇觀察對象、能否運(yùn)用已學(xué)的知識對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析并得出結(jié)論.領(lǐng)會從可以直接感知的現(xiàn)象推測不可直接感知的事物的研究方法.解題的具體步驟：把漆包線作為研究對象，銅絲框附著一層肥皂液膜運(yùn)動狀態(tài)改變，說明漆包線的受力情況發(fā)生變化，施力物體為肥皂液膜，力來自分子間的引力.激發(fā)學(xué)生觀察、思考的興趣，養(yǎng)成通過分析、理解來學(xué)習(xí)物理的良好習(xí)慣.

3.2?用所掌握的研究方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明物理知識，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》中指出：“科學(xué)探究”是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋，以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力.讓學(xué)生應(yīng)用掌握的物理觀念、思想、方法以科學(xué)探究的形式體驗(yàn)物理知識的發(fā)現(xiàn)過程，感悟物理知識中蘊(yùn)含的思想和方法，使學(xué)生通過思維活動，加深對知識的理解.

題目3?真實(shí)情景：桌面上有兩瓶氣體和兩塊玻璃板，其中一瓶裝有密度比空氣大的紅棕色二氧化氮?dú)怏w，另一瓶裝有空氣，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明氣體發(fā)生擴(kuò)散.

原始問題：（1）請根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，擬定實(shí)驗(yàn)步驟;（2）根據(jù)怎樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知?dú)怏w發(fā)生擴(kuò)散;（3）擴(kuò)散現(xiàn)象說明氣體分子.

【設(shè)計(jì)意圖】實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，也是科學(xué)探究最重要的手段，讓學(xué)生應(yīng)用已經(jīng)掌握的知識、思想、方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)搜集證據(jù)，進(jìn)行論證得出結(jié)論，落實(shí)科學(xué)探究能力的培養(yǎng).

3.3?用所學(xué)的知識解釋生活現(xiàn)象促進(jìn)知識的內(nèi)化，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念

物理觀念是從具體的物理知識中抽象出來的關(guān)于物質(zhì)觀念、運(yùn)動與相互作用觀念、能量觀念等的基礎(chǔ)認(rèn)識，是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的基礎(chǔ).解決現(xiàn)實(shí)生活中各種真實(shí)任務(wù)是促進(jìn)物理觀念內(nèi)化和深化的重要途徑.根據(jù)實(shí)際情景編制原始物理問題，讓學(xué)生在綜合運(yùn)用相關(guān)知識、方法、思維模式解決問題的過程中加強(qiáng)對知識的理解和掌握以及加深學(xué)生物理思維和方法的應(yīng)用，促使知識的內(nèi)化，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念.

題目4?真實(shí)情景：陸游的《村居書喜》：紅橋梅市曉山橫，白塔樊江春水生.花氣襲人知驟暖，鵲聲穿樹喜新晴.坊場酒賤貧猶醉，原野泥深老亦耕.最喜先期官賦足，經(jīng)年無吏叩柴荊.

原始問題：“花氣襲人知驟暖”這句詩中隱含著什么物理知識？并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明你的觀點(diǎn).

【設(shè)計(jì)意圖】考查學(xué)生能否判斷花氣襲人說明花朵分泌的芳香油分子運(yùn)動得劇烈，原因在于周邊的氣溫升高;以及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明：分子運(yùn)動的快慢與溫度有關(guān)，溫度越高，分子運(yùn)動得越劇烈.讓學(xué)生經(jīng)歷對問題情景去粗取精的過程，使他們能夠洞察事物的本質(zhì)，挖掘現(xiàn)象背后的物理知識，促進(jìn)知識的內(nèi)化，培養(yǎng)學(xué)生從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的意識.激發(fā)學(xué)生觀察、思考的興趣，認(rèn)識科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成探索自然的內(nèi)在動力.

3.4?從微觀角度解釋物質(zhì)的三種形態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》中指出：“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素.設(shè)計(jì)作業(yè)時，把物質(zhì)的三種形態(tài)隱藏在生活、生產(chǎn)或自然現(xiàn)象中，讓學(xué)生進(jìn)行分析、提煉，確定自然現(xiàn)象和實(shí)際問題針對什么科學(xué)現(xiàn)象和事實(shí)，弄清楚原始問題是什么，再通過分解、簡化、抽象等思維過程，把原始問題轉(zhuǎn)化為科學(xué)模型，最后通過定性或定量的方式解決問題.在此過程中學(xué)生需要經(jīng)歷基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)物理模型的抽象概括的過程，也需要經(jīng)歷分析綜合、推理論證等方法在解題中具體運(yùn)用的過程，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力.

題目5?真實(shí)情景：魏焱明的《大自然的昭示》：太陽文火燉地球，灑向人間光和熱！天人互動傳能量，生命之水來做媒.太陽灑能水蒸氣，人間采能氣凝水.陽光雨露正能量，福澤蒼生眾歡騰.

原始問題：（1）這首詩描述自然界中哪個物理現(xiàn)象？在該現(xiàn)象中物質(zhì)以哪些狀態(tài)存在？（2）輕輕的水流、晶瑩的冰晶、飄渺的水汽，它們的組成都是水分子，為什么它們有不同的狀態(tài)呢？物質(zhì)的宏觀特征可以從其微觀結(jié)構(gòu)上找到原因.請根據(jù)分子動理論的知識解釋這個問題.

【設(shè)計(jì)意圖】第一問提示學(xué)生思考真實(shí)情景針對什么科學(xué)現(xiàn)象和事實(shí)，弄清原始問題是什么;第二問提示學(xué)生思考如何通過分解、簡化、抽象把原始問題轉(zhuǎn)化為科學(xué)模型，以及如何定性或定量地解決問題.通過類似題目的訓(xùn)練了解解決實(shí)際問題的思維過程：通過對真實(shí)情景進(jìn)行描述，弄清原始問題是什么;通過對原始問題的簡化、抽象、設(shè)置物理量，把原始問題轉(zhuǎn)化為物理問題;再通過分解、簡化、抽象等方法把物理習(xí)題轉(zhuǎn)化為物理模型;最后通過分析論證解決問題.落實(shí)科學(xué)思維能力的培養(yǎng).

4?結(jié)束語

基于物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的原始問題的作業(yè)設(shè)計(jì)主要分為三類：第一，生活類的原始問題，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的意識，形成物理觀念;第二，實(shí)驗(yàn)探究類的原始問題，經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的過程，領(lǐng)會其中所蘊(yùn)含的科學(xué)思維，培養(yǎng)探究能力;第三，科學(xué)技術(shù)類的原始問題，使學(xué)生了解到科學(xué)技術(shù)的同時，逐漸形成探索自然的內(nèi)在動力.在認(rèn)識科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成保護(hù)環(huán)境并推動可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感.

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（收稿日期：2019-10-09）