“双减”背景下初中物理学科探究性作业优化设计——以“制作变速风扇看能源大学问”为例

首都师范大学附属苹果园中学分校 张 泊

一、指导思想

2021年7月，“双减”政策正式发布。笔者通过查阅相关政策文件，发现在减轻学生过重作业负担中对学生作业统筹管理、作业量控制、加强作业设计指导、用好课余时间等方面都有详细的说明要求，其中明确鼓励教师布置个性化作业。初中物理课程标准中的课程基本理念也指出要从生活走向物理，从物理走向社会，“要贴近学生生活，符合学生认知特点，激发并保持学生的学习兴趣，让学生通过学习和探索掌握物理学的基础知识与基本技能，并能将其运用于实践，为以后的学习、生活和工作打下基础”。可见，通过设计个性化、多样化和探究性的物理作业让学生真正把学到的物理知识付诸实践，抑或通过生活实践洞察物理现象、探究物理知识，是物理教学变革作业设计模式在“双减”背景下的探索前进之路。

二、物理学科探究作业设计的知识模块选取思路

初中物理课程的诸多知识章节中，可以设计为探究性作业的知识模块很多，物理知识与生活实际的紧密关联、生活情境反映出的物理现象等，都为物理学在“双减”背景下，开拓探究性作业设计奠定基础。如果能遴选出具有操作性、延伸性、社会性、焦点性的知识模块无疑会使实践意义更加深远。因此，笔者认为在众多因素中应突出知识模块的可实践属性、知识链条属性和社会意义属性。

（一）可实践属性

初中物理学科知识背后几乎都对应着相应的物理实验，毕竟物理学是以实验为基础的自然科学，在众多物理实验中，实验现象是否明显、实现过程是否可改良创新、学生是否可落实实验的操作等都体现在此属性中。如果没有学生初步的操作体验，就无从区别于常规作业模式，更无从谈起由此及彼的后续设计，整体探究作业的链条属性也就失去意义。因此，选取知识模块所对应的实验环节，务必求真、求实、求可操作，为整体探究作业链条设计迈好第一步。

（二）知识链条属性

“双减”背景下探究作业设计是一种探索思路，也应是未来作业设计趋势的一种基本构成元素。笔者认为作业不仅要进行探究设计，更应在设计的基础上凸显出知识升华与社会责任感回归的延伸性，实现作业设计过程的连贯的同时，更应实现从基本知识到知识拓展、从被动学习到自主探究、从物理课堂到社会责任、从科学思维到科学态度的成长与蜕变，而物理学科核心素养则在探究作业的实施过程中逐步体现。同时学生通过作业设计过程学到的不再是零散、个体的知识点，而是将知识以因果逻辑为链条串联成知识的脉络，甚至是知识网络，不再使学过的物理知识枯燥、乏味脱离实践，在某种意义上与当下流行的“单元化”教学设计、“专题化”教学设计等有异曲同工之妙，但链条属性更强调有内在因果联系的物理知识间的贯通，较之逻辑关系不强的知识点间的整合更符合物理探索思路的发展过程。

（三）社会意义属性

物理探究作业设计的目的不仅为知识的学习、学生科学素养的成长，更应面向学生未来走向社会，对社会的责任感，正如核心素养中指出的科学伦理与责任等。常规的作业模式是应试教育的必然附属品，对学生是分数的提升还是素养的提高，仁者见仁智者见智。而笔者认为学生的科学责任感、对科学与社会发展的正确价值观仅靠常规作业是力不从心的，而探究作业设计的一大优点就是让扁平的传统作业模式立体化、延伸化和社会化，让学生真正感受到物理课堂就是生活的缩影、科学态度的点滴渗透、社会责任感的具体化。依托完整的知识链条模式，实现学生从知识到指导实践、从课堂到社会参与，科学责任的培养不再是白纸黑字的建议，亦或是挂在口头的空话，而是真真正正的参与、思考与践行。

三、物理学科探究作业设计的案例分享思路

在初三物理《电功和电功率》章节中，学生对电功率的理解往往并不透彻，经常是“夹生饭”，只知道教师教过的电功率是表示电流做功快慢的物理量，且通过观察小灯泡的亮与暗间接感受电功率的含义。而如何更直观地感受做功快慢、能量的转化、能量的利用、能源的消耗、科学的责任等，这一系列本应是完整的符合物理学科核心素养的知识链条被割裂开，学生只学到了片面、僵硬、死板的知识，对生活实践、科学素养、社会责任感则是无从谈及。在相关政策的指导下，在物理探究性作业设计变革思路的引领下，教师不妨让学生真正动起来，真正从“玩中学、学中玩”，基于电功率的章节知识，准备相应的器材模块（学生稳压电源、规格已知的小电机、导线、开关、塑料扇叶、定值电阻、电位器或滑动变阻器等），引导学生动手制作可以调节风速的小风扇。通过操作并观察小风扇的转速，学生可以直观看到电流做功快慢通过扇叶旋转所转化的现象。同时通过转速的调节、实际功率的改变，教师可以合理过渡到电能消耗层面，并结合学生已有的能量守恒知识设置认知冲突环节，提问学生此过程的能量转化和能源消耗的问题。例如，小风扇的转速不同，不仅说明其实际电功率在变化，并且实际功率中分别用于转化为机械能和内能的分功率也在变化，则在相同时间内转化为机械能和内能的量也在变化。由于学生已有的能量守恒思想，会产生无论消耗多少电能都是能量等量转化的结论，即认为能量既然等量转化那么消耗的电能就都没有浪费的错误认识，从而混淆能量和能源的概念，错误地认为能量的守恒就意味着能源利用率的“高效”，可以大肆开采、无节制地消耗能源，从而无法形成正确的可持续发展能源观。

四、物理学科探究作业优化设计

通过探究性的物理作业设计，学生不仅参与其中实现动手、动脑，让生硬刻板的知识鲜活起来，同时基于物理学科核心素养将课本知识再延伸，不仅联系生产生活实际，更能实现对完整物理知识链条的连贯纵向学习。仍以变速小风扇为例，学生产生错误认知后，教师可以在此基础上继续追问：“既然能源利用率如此之高，那为什么还要提倡节约能源？既然能量是守恒的，那能源就意味着是取之不尽、用之不竭的吗？”教师为学生设置进阶过渡问题，引导学生通过自主查阅资料、自主讨论学习等形式，进一步探索知识链条的结果，培养学生充满好奇心的科学探索精神与探寻真理的科学态度。例如，有的学生小组就会通过查阅资料，多次讨论得出如下结论：能量与能源并不相同，第一类永动机的不能制造和不可实现，虽已说明能量守恒思想的正确性，但能量的守恒，并不代表能源的无限；第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，注定也是失败的。通过一个简单的实例就能体会，一辆小车在桌面上滑行，最终会静止下来，是因为小车与桌面摩擦生热，机械能自发地转化为内能耗散在空气中，这个过程是自发的，但大家有没有见过这样的过程：这辆小车静止在桌面上，空气中的内能会自发地聚集到小车上，那么小车能否自发地从静止开始运动？这个过程虽然不违背能量守恒，但却违背了热力学第二定律，注定也是不可能实现的。而热力学第二定律陈述了这样一个事实，自然界中的孤立系统会自发地从有序向更无序的方向发展，即熵增加原理。所以能量虽然是守恒的，但能源的开采必然会使能源从高度的可用形式（高品质能源）转变为不太可用的形式（低品质能源），而对低品质能源，如耗散在大气中的内能就无法再次更好地收集与利用了，至此学生对能量与能源是否有了更深层次的认识呢？可见，探究性作业的设计，促使学生通过动手实践形成完整的知识链条，知识与素养在不同环节均得以提升并相互融合，共同促进学生科学素养的提升和科学责任感的形成。

五、结语

总之，教师可以选择诸多知识模块进行深入挖掘与链条设计，为全面提升学生的科学素养，探索在“双减”背景下物理学科探究性作业的优化路径。