高中物理综合探究类拓展型作业的设计与评价

摘 要：综合探究类拓展型作业是培养学生科学探究能力及创新精神的行之有效的方式.以“设计三种方案测量四层教学楼的高度”为例，分析了作业的设计要遵循“学以致用”与“知行合一”、贴近生活与灵活开放、合作探究与能力立意的原则;对作业的评价要以促进学生核心素养的发展为导向，遵循过程性评价与终结性评价相结合、学生自评与生生互评相结合.

关键词：综合探究类;拓展型作业;楼房高度;设计与评价

文章编号：1008-4134（2020）05-0019中图分类号：G633.7文献标识码：B

基金项目：2018中山市教育科研立项课题“核心素养导向下高中物理拓展型作业的设计与应用研究”（课题编号：B2018157）.

作者简介：张娜（1990- ），女，湖北钟祥人，硕士，中学一级教师，研究方向：物理实验开发与教材研究.

《普通高中物理课程标准（2017年版）》将“科学探究”作为物理学科核心素养之一，并要求学生通过学习达到“具有设计探究方案和获取证据的能力;使用不同方法和手段分析、处理信息;具有交流的意愿和能力，能准确表达、评估和反思探究过程与结果”等目标[1].同时，注重科学、技术、社会与环境的关系，培养学生的创新精神和实践能力是世界科学教育改革和发展的趋势.

作为高中物理拓展型作业形式之一的综合探究类拓展型作业，是指服务于物理教学，从物理学科领域或现实生活中选择一些问题作为探究主题，通过学生自主设计探究方案并最终解决问题的不同于常规习题的作业[2].综合探究类拓展型作业主要表现为问题性、过程性、开放性三个特征，恰当的问题能够激发学生的求知欲，学生在解决问题的过程中不仅能够掌握知识，而且可以提升发现、分析和解决问题的能力，更能从中收获个人独特的体验.探究的问题、过程及评价的开放性决定了体验的丰富多彩性，也为学生个性化的创造表现提供了平台[3].

因此，综合探究类拓展型作业是培养学生科学探究能力及创新精神的行之有效的方式.

1 综合探究类拓展型作业的设计

综合探究类拓展型作业的设计包含主题与目标、数量与难度、要求与评价等要素，这些要素彼此关联，直接影响作业的质量.综合探究类拓展型作业的设计既要考虑目标的达成，又要考虑能激发学生的兴趣，因此设计适切的作业主题显得尤为重要.

1.1 学以致用，知行合一

综合探究类拓展型作业强调理论与实践相结合，引导学生将课堂所学知识应用于实践，学生在完成作业的过程中能够更加充分地理解知识，提高知识的运用能力.

在粤教版高中物理教材中，“实践与拓展”“实验与探究”“讨论与交流”“观察與思考”“练习”等栏目为我们提供了大量的综合探究类拓展型作业的小切口活动主题.为进一步强化学生对自由落体这一理想模型的建构，在学习完“自由落体运动规律”后，将课后“实践与拓展”栏目的“测量反应时间”活动进行有效延伸，设置“测量四层教学楼的高度”这一新课之后的探究类拓展型作业.学生可以采取自由落体的方法，通过测量物体下落时间来间接得到下落高度，为了得到物体精确的下落时间，“测量反应时间”的环节也必不可少.

1.2 贴近生活，灵活开放

通过生活化的综合探究类拓展型作业的设置，学生在自己熟悉的生活领域里去发现和解决问题，知识并非只是停留于课本，更与我们的生活息息相关.灵活开放的问题设置能够在实践中培养学生的发散思维，更能开发学生的创造力，这样的综合探究类拓展型作业才能真正成为培养学生创新精神和综合实践能力的载体.

教学楼的教室是学生在校学习的地方，看似熟悉，然而却鲜少有人知道教学楼到底有多高.选择教室所在的五楼（即四层楼高）作为测量对象，能够充分调动学生的积极性.将最初的“测量四层教学楼的高度”修改为“设计三种方案测量四层教学楼的高度”，给予学生较大的发挥空间，以看似简单的拓展型作业来达到“四两拨千斤”的效果.

1.3 合作探究，能力立意

综合探究类拓展型作业的主要目的之一是收获实践经验，在探究中学会尝试与选择，学会搜集与处理信息，学会分析与解决问题，增强自身动手能力和交流合作的能力.

在“设计三种方案测量四层教学楼的高度”实践中，要求学生自由组合成三人小组在周末完成测量，填写测量报告，并提交包括详细分工及过程讲解的测量视频.视频的录制不仅能够提醒学生对自己的测量过程进行元认知监控，亦可锻炼他们的口头表达能力及视频剪辑设计能力，还可作为后续课堂分享与交流的素材.

综上，“设计三种方案测量四层教学楼的高度”综合探究类拓展型作业的作业单如下：

【探究作业】设计三种方案：测量四层教学楼的高度.

特别注意：在保证自身和他人安全的前提下进行测量.

【具体要求】

（1）自由组合成三人小组，“设计三种方案实施对楼房高度的测量”，书写具体的测量报告.要求测量数据真实，不造假.

（2）录制视频，讲解具体测量过程.用摄像机或手机录制视频，进行测量讲解，视频长度在3-5分钟.其中，视频要求画质清晰，画面背景不杂乱，避免出现一会横屏一会竖屏的情况;讲解的语言清晰简捷、无明显噪音.常用视频编辑软件有爱剪辑、视频剪辑大师等.

【探究时间】2018年11月17-18日（周六、周日）;

【作业提交时间】2018年11月17-18日（周六、周日）;

1.视频+照片：11月18日（周日）18：00，即晚修前，将“视频+照片”打包发送到物理老师邮箱;

2.测量报告：11月18日（周日）晚由课代表统一收齐上交至物理老师办公桌上.

2 综合探究类拓展型作业的评价

根据上述的设计，提前印制并在班级发放“设计三种方案测量四层教学楼的高度”的作业单（包含测量报告方案表），以供学生明晰作业目的和要求.学生们对于本次拓展型作业的参与度非常高，两个班级的学生一共提交了41份作业视频，汇总学生提交的测量报告方案表和视频以便后续对学生的表现进行相应评价.

综合探究类拓展型作业旨在促进学生逐步形成适应个人终身发展和社会发展需求的必备品格和关键能力，而在作业过程中发散思维的形成和创新能力的提升等不能简单量化，因此综合探究类拓展型作业的评价要以促进学生核心素养的发展为导向，坚持多维度评价相结合.

另外，由于每个小组的知识层次和能力水平不同，作业质量定会层次不齐，教师必须尊重包含着学生努力和汗水的测量结果，及时发掘学生测量过程中的独特之处并给予肯定，尊重差异，鼓励创新，在评价中体现对学生行为的引导和鼓励，以促进学生保持探究的兴趣以及良好品格的全面发展.

2.1 过程性评价与终结性评价相结合

在作业完成的中间环节，学生向老师进行适时反馈，然后由教师进行相应评价，以防止学生的综合探究类拓展型作业走入误区，过程性评价可以对学生的作业过程起到调节作业.学生在作业完成后，按照要求提交探究作业资料，教师首先评价学生是否达成作业目标，并对学生的知识建构、科学思维、创新能力、协作能力等进行完整和系统的终结性评价.

2.1.1 过程性评价

小组A采用自由落体的方法来测量四层教学楼的高度，然而选取的物体却是空的易拉罐，说明学生对自由落体运动这一理想模型的理解不足.经沟通交流后，学生们及时进行了调整，将易拉罐换成了石头.并重新进行测量.

将石头从五楼走廊的栏杆处由静止释放（在保证安全的前提下）的瞬间启动手机上的秒表，当重物落地时按停秒表停止计时.多次测量，测得重物从五楼走廊栏杆处下落至地面的时间分别为2.17s、2.16s、2.17s、2.16s、2.15s、2.16s，平均落地时间为2.16s.

根据自由落体运动规律，五楼走廊栏杆离地高度H=12gt2=12×9.8×2.162m=22.86m.

又由于走廊栏杆高度为1.2m，所以四层楼的高度为h=22.86m-1.2m=21.66m.

在两次与学生的沟通中不难发现，该小组的成员搭配并不合理，学生层次均在中等偏下，导致设计与测量过程不够严谨，且不能及时对测量过程中的问题进行反思.然而，学生在时间的测量上能够做到多次测量取平均值，这一点值得表扬.在询问学生读取时间的过程时，学生敏锐地发现人在五楼走廊上看见重物落地到按停秒表需要时间，即还需考虑人的反应时间，紧接着他们展开了后续的测量.

根据课本上“实踐与拓展”，利用直尺下落距离，测量人的反应时间.测量发现直尺的下落距离为10cm，人的反应时间t反=2hg=2×0.19.8s=17s≈0.14s.五层教学楼栏杆离地面的高度为H=12g×t-t反2=12×9.8×2.16-0.142m≈19.99m，四层楼的高度为h=19.99m-1.2m=18.79m.

综上，对于较为繁琐复杂的综合探究类拓展型作业，过程性评价显得尤为重要.及时了解动态过程，及时反馈，以便及时强化和调节，使探究活动在不断调控中得到完善，并顺利达到预期目标.

2.1.2 终结性评价

小组B将绳子的一段挂上笔袋后，让笔袋下落至贴近地面.记录绳子在二楼走廊楼板处的位置.由于没有足够长的尺子，故先将绳子折叠成14段，测得一段绳子的长度为26.00cm，因此四层教学楼的高度为h=26.00×14×4cm=14.56m.他们也想到由于绳子折叠会造成测量结果偏小，在没有卷尺的情况下，利用室内的地砖做尺子.室内使用的地砖大多为60cm×60cm或者80cm×80cm，规格统一，让绳子对齐地砖缝，直接数出地砖的块数，多出的绳子用刻度尺测量即可.

小组C利用卷纸来测量四层教学楼的高度.卷纸足够长，且每一节纸巾的长度是确定的，用纸巾来测量四层教学楼的高度，只需数出纸巾的节数.另外，纸巾的包装袋上有明确的产品规格说明，每节纸巾长110mm，或许根本就不需要动用尺子便能知道四层教学楼的高度，即使纸巾不是整数节，三角板也是能够满足测量剩余部分的！通过测量发现，四层教学楼一共恰好需要140节卷纸，140×110mm=15.40m.

B、C两个小组的测量过程自主、完整，并且极具创意的利用地砖和纸巾作为测量工具来代替卷尺，让人耳目一新.因此，对于这两小组的终结性评价可以从他们在测量过程中表现出来的创造力进行评价，以激发学生的自信心和自豪感，也借此引导学生们在面对生活和学习困境时要有突破定势思维的意识.

事实上，过程性评价和终结性评价总是相辅相成、缺一不可的.

2.2 学生自评与生生互评相结合

作业评价的主体除了教师，还应该包括学生，评价需要学生自评和互评相结合.自我评价是学生在学习中自我反思的重要工具;而生生互评则有助于促进学生从旁观者的角度思考并发现问题，同时在审视他人探究过程的同时反思自己、修正自己的行为方式.

2.2.1 学生自评

小组A组长在汇报本小组的测量过程时，愧疚地表示小组内部成员分工不明确，部分同学积极性不高，导致测量过程一再出错，浪费了很多时间，而反观别的小组却非常和谐、顺利地完成了测量，他也希望在以后的探究活动中大家能够各司其职、认真主动.

关于测量过程的困惑，他说虽然测出了人的反应时间，但实际上用尺子测量人的反应时间与人在五楼走廊上看见重物落地到按停秒表的反应时间不一样，因为在人距离地面很远的五楼往下看，并不能准确地判断重物落地的时刻，因此人真实的反应时间肯定比测量的反应时间长.但是小组成员并没有想到更好的方法能够消除反应时间的影响.

学生在自我评价中进行反思，检查回顾活动的起点、过程、困难和问题以及产生原因，从而对自己的方法和能力有清晰的认识，明确了需要改进的地方.

2.2.2 学生互评

小组C的成员及时对小组A的自我反思进行了表扬，表扬他们能够直面自己存在的问题并积极改正.

对于测量反应时间的问题，他们建议用手机“多重奏”录像记录下落时间，即同时使用两部手机，其中1号手机打开秒表计时器，2号手机将自由下落的重物与1号手机秒表同时圈入画面，进行录像.先打开计时器并开始录像，再将重物自由下落.最终，从2号手机的视频中分别找出重物开始下落和落地时分别在1号手机中对应的时刻，就能算出不包含人反应时间的下落时间.

小组D的成员也提出了测量建议，即“手机录像+爱剪辑”逐帧分析下落时间，利用手机录制重物下落过程的视频，再将录好的视频添加到“爱剪辑”一帧一帧地分析，时间可以精确到0.04s.

课后，小组A采用D组建议，顺利解决了人反应时间带来的误差.重复三次录制重物下落的视频，经过“爱剪辑”一帧一帧寻找重物抛出点和落地点发现，重物下落的时间分别为1.88s、1.84s、1.88s.平均落地时间为1.87s，五楼走廊栏杆离地高度H=12gt2=12×9.8×1.872m≈17.13m，所以四层楼的高度为h=17.13m-1.2m=15.93m.由于重物最后下落速度越来越大，后阶段的空气阻力的影响使得下落时间变长，空气阻力的影响无法避免，只能尽量使其减小.

3 结束语

本文以“设计三种方案测量四层教学楼的高度”为例，呈现综合探究类拓展型作业的设计与评价.设计完善拓展型作业的布置为学生营造了探究的情境，学生不仅能在经历观察、讨论、设计、实践、质疑的过程中形成良好的探究能力，积极的、建设性的评价更能让学生在经历追寻、困顿中转变思维方式，实现自我突破与创新.

参考文献：

[1]中华人民共和國教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]谭国武.高中物理拓展型作业设计的实践探索[J].中小学教材教学，2019（01）：69-72.

[3]张军朋.物理教学与学业评价[M].广州：广东教育出版社，2005.

（收稿日期：2019-12-19）