基于原始问题的作业设计与物理学科核心素养的培养

摘 要：以“分子动理论的初步知识”为例阐述 ：如何以物理观念为统领、原始物理问题为驱动、探究为主线、思维为手段、渗透科学态度与责任进行作业设计，帮助学生形成学科核心素养.

关键词：核心素养;分子动理论;作业设计

文章编号：1008-4134（2020）02-0024 中图分类号：G633.7 文献标识码：B

作者简介：潘碧霞（1965-），女，江西南昌人，本科，中学高级教师，研究方向：初中物理和物理实验教学.

《普通高中物理课程标准（2017版）》提出物理学科核心素养由“物理观念”“科学探究”“科学思维”“科学态度与责任”构成.要通过物理教学活动实现物理核心素养的课程目标，关键是我们不仅要知道物理规律和概念的来龙去脉，经历物理规律和概念的探究过程，还要学习如何用科学的思维方法进行探究;在此基础上，进一步弄清楚概念和规律的含义以及概念和规律之间的联系与区别，形成正确的物理观念，并运用他们解释和解决一些实际问题.作业是物理教学过程中的一个重要环节，是课堂教学的补充，能够帮助学生巩固、活化物理观念以及促进科学思维和方法的内化，形成关于科学·技术·社会·环境关系的认识，激发学生观察、思考的兴趣，养成通过分析、理解来学习物理的良好习惯.

核心素养是个体在解决未知性的、复杂的现实问题时所需要的必备品格和关键能力，基于物理学科核心素养培养的作业设计应该准确地把握物理学科核心素养、真实情景、原始物理问题、物理知识之间的关系.具体关系如图1所示.

根据此框架，在具体的作业设计过程中，以核心素养为导向、以2011版初中物理课程标准为依据，分析具体物理知识中所蕴含的物理学科素养的成分，在此基础上确定素养目标维度和学习水平，再根据目标水平选择对应的真实情景以及设计原始物理问题.具体设计思路如图2所示，并以“分子动理论的初步知识”为例进行阐述.

1 解读课程标准

2011版初中物理课程标准中与“分子动理论”相关的内容要求属于一级主题“运动和相互作用”中的二级主题“多种多样的运动形式”的具体内容.通过自然界和生活中的一些简单热现象，了解分子热运动的一些特点，知道分子动理论的基本观点.解读课程标准：能用“分子动理论的基本观点”解释生产、生活中的一些常见现象.例：观察扩散现象，能用分子动理论的观点加以说明.

2011版初中物理课程标准中与“分子动理论”相关的活动建议：利用常用物品设计实验，说明组成物质的微粒在不停地运动.解读课程标准：通过经历一系列的实验活动，认识分子动理论的基本观点，领会从可以直接感知的现象推测不可直接感知的事物的间接研究方法.体验简单的现象里可能包含深刻的物理知識，激发学生观察、思考的兴趣，养成通过分析、理解来学习物理的良好习惯.

2 明确素养目标与物理知识

依据课程标准，明确作业设计中学科核心素养的具体目标以及对应的物理知识，具体内容如下：

物理知识：知道分子动理论的基本观点;了解扩散现象和分子热运动，知道温度越高，分子的无规则运动越剧烈;了解气体、液体和固体的分子模型.

科学探究：通过经历一系列的实验活动，认识分子动理论的基本观点.

科学思维：领会从可以直接感知的现象推测不可直接感知的事物的研究方法.

科学态度与责任：体验简单的现象里可能包含深刻的物理知识，感受科学· 技术·社会·环境关系，养成通过分析、理解来学习物理的良好习惯.

3 设计作业——选择对应的真实情景以及设计原始物理问题

如何将学科核心素养目标有机地融入真实情景中，并在此过程中恰到好处地梳理有关分子动理论的初步知识？可采用物理观念为统领，原始物理问题为驱动，探究为主线，思维为手段，渗透科学态度与责任.设计作业时，根据课程标准对知识的要求创设待解决的真实的问题情景，适当地增加试题的开放性、可观察性、可操作性，多设计具有研究性、探究性的试题.下面是基于核心素养培养的物理作业设计框架（如图3所示）.

3.1 用实验加深物理知识的理解，并发展学生的能力

把隐藏在实验现象中的物理知识挖掘出来，需要学生能够透过现象看本质.在这个过程中学生一方面要把感觉器官接收到的形象和信息传递给大脑，另一方面又要从记忆系统中调出储存的相关信息对接收到的形象和信息进行更深入的思维加工，使他们能够洞察事物的本质，掌握其中内在的规律，进而有效促进学生的思维发展.把思维加工的结果以语言和文字的形式表达出来，培养学生的表达能力.

题目1 真实情景：小红在一根试管中注入半试管水，再缓慢地注满红色液体，用塞子塞住试管口，上下颠倒几次再竖起试管，颠倒试管前后的实验现象如图4所示.小红根据闻到的气味可以判断红色液体是酒精.

原始问题：（1）请用语言描述如图4所示的现象，此现象隐含什么物理知识？（2）实验过程中根据闻到的气味可以判断红色液体是酒精，此现象又隐含什么物理知识？（3）实验时为什么要先在试管中注入水再注入酒精？能不能先注入酒精再注入水？

【设计意图】运用物理视角，观察现象，把隐藏在现象中的物理知识挖掘出来，并体验简单的现象里可能包含深刻的物理知识.

题目2 真实情景：把漆包线缠在弹弓的两边轨道上且保证漆包线可以在轨道上自由滑动，竖直放置时漆包线处于轨道的底端（如图5的左图）.把铜丝框浸入肥皂水中，使它上面附着一层肥皂液膜，把铜丝框从肥皂水中提起并竖直放置，漆包线沿铜线轨道向上运动（如图5右图）.

原始问题：根据此现象你认识到分子间有什么特点？并阐述你的理由.

【设计意图】考查学生能否正确地选择观察对象、能否运用已学的知识对实验现象进行分析并得出结论.领会从可以直接感知的现象推测不可直接感知的事物的研究方法.解题的具体步骤：把漆包线作为研究对象，铜丝框附着一层肥皂液膜运动状态改变，说明漆包线的受力情况发生变化，施力物体为肥皂液膜，力来自分子间的引力.激发学生观察、思考的兴趣，养成通过分析、理解来学习物理的良好习惯.

3.2 用所掌握的研究方法设计实验证明物理知识，培养学生的科学探究能力

《普通高中物理课程标准（2017版）》中指出：“科学探究”是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并做出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力.让学生应用掌握的物理观念、思想、方法以科学探究的形式体验物理知识的发现过程，感悟物理知识中蕴含的思想和方法，使学生通过思维活动，加深对知识的理解.

题目3 真实情景：桌面上有两瓶气体和两块玻璃板，其中一瓶装有密度比空气大的红棕色二氧化氮气体，另一瓶装有空气，设计实验证明气体发生扩散.

原始问题：（1）请根据实验要求，拟定实验步骤;（2）根据怎样的实验现象可知气体发生扩散;（3）扩散现象说明气体分子.

【设计意图】实验是物理学的基础，也是科学探究最重要的手段，让学生应用已经掌握的知识、思想、方法设计实验搜集证据，进行论证得出结论，落实科学探究能力的培养.

3.3 用所学的知识解释生活现象促进知识的内化，培养学生的物理观念

物理观念是从具体的物理知识中抽象出来的关于物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等的基础认识，是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础.解决现实生活中各种真实任务是促进物理观念内化和深化的重要途径.根据实际情景编制原始物理问题，让学生在综合运用相关知识、方法、思维模式解决问题的过程中加强对知识的理解和掌握以及加深学生物理思维和方法的应用，促使知识的内化，培养学生的物理观念.

题目4 真实情景：陆游的《村居书喜》：红桥梅市晓山横，白塔樊江春水生.花气袭人知骤暖，鹊声穿树喜新晴.坊场酒贱贫犹醉，原野泥深老亦耕.最喜先期官赋足，经年无吏叩柴荆.

原始问题：“花气袭人知骤暖”这句诗中隐含着什么物理知识？并设计实验证明你的观点.

【设计意图】考查学生能否判断花气袭人说明花朵分泌的芳香油分子运动得剧烈，原因在于周边的气温升高;以及设计实验证明：分子运动的快慢与温度有关，温度越高，分子运动得越剧烈.让学生经历对问题情景去粗取精的过程，使他们能够洞察事物的本质，挖掘现象背后的物理知识，促进知识的内化，培养学生从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的意识.激发学生观察、思考的兴趣，认识科学·技术·社会·环境关系的基础上，逐渐形成探索自然的内在动力.

3.4 从微观角度解释物质的三种形态，培养学生的科学思维能力

《普通高中物理课程标准（2017版）》中指出：“科学思维”主要包括模型建構、科学推理、科学论证、质疑创新等要素.设计作业时，把物质的三种形态隐藏在生活、生产或自然现象中，让学生进行分析、提炼，确定自然现象和实际问题针对什么科学现象和事实，弄清楚原始问题是什么，再通过分解、简化、抽象等思维过程，把原始问题转化为科学模型，最后通过定性或定量的方式解决问题.在此过程中学生需要经历基于经验事实建构物理模型的抽象概括的过程，也需要经历分析综合、推理论证等方法在解题中具体运用的过程，可以有效地培养学生的科学思维能力.

题目5 真实情景：魏焱明的《大自然的昭示》：太阳文火炖地球，洒向人间光和热！天人互动传能量，生命之水来做媒.太阳洒能水蒸气，人间采能气凝水.阳光雨露正能量，福泽苍生众欢腾.

原始问题：（1）这首诗描述自然界中哪个物理现象？在该现象中物质以哪些状态存在？（2）轻轻的水流、晶莹的冰晶、飘渺的水汽，它们的组成都是水分子，为什么它们有不同的状态呢？物质的宏观特征可以从其微观结构上找到原因.请根据分子动理论的知识解释这个问题.

【设计意图】第一问提示学生思考真实情景针对什么科学现象和事实，弄清原始问题是什么;第二问提示学生思考如何通过分解、简化、抽象把原始问题转化为科学模型，以及如何定性或定量地解决问题.通过类似题目的训练了解解决实际问题的思维过程：通过对真实情景进行描述，弄清原始问题是什么;通过对原始问题的简化、抽象、设置物理量，把原始问题转化为物理问题;再通过分解、简化、抽象等方法把物理习题转化为物理模型;最后通过分析论证解决问题.落实科学思维能力的培养.

4 结束语

基于物理核心素养培养的原始问题的作业设计主要分为三类：第一，生活类的原始问题，培养学生运用物理知识解释自然现象和解决实际问题的意识，形成物理观念;第二，实验探究类的原始问题，经历实验探究的过程，领会其中所蕴含的科学思维，培养探究能力;第三，科学技术类的原始问题，使学生了解到科学技术的同时，逐渐形成探索自然的内在动力.在认识科学·技术·社会·环境关系的基础上，逐渐形成保护环境并推动可持续发展的责任感.

参考文献：

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（收稿日期：2019-10-09）