促学生核心素养形成的初中物理大单元作业设计探究——以沪科版“内能与热机”为例

杨叶娟

作业与教学、评价有着千丝万缕的联系，作业对教学质量的提升乃至课程改革的深化都有重要的意义。大单元作业是一种更强调整体性、系统性、关联性、递进性的作业，要求从单元的总目标出发，设计单元内每个课时的作业。它不是一种特定的作业形态，可以有诸如前置作业、课内生成作业、课后巩固作业、主题实践作业等多样化的作业形式，单元作业的设计不仅要关注学生在知识技能方面的掌握情况，更要关注学生学习方法的习得和科学思维的培养，使学生在完成作业的过程中，促进深度学习的生成和核心素养的发展。

一、 单元作业设计的价值和意义

单元设计的方法一般从两个方面进行划分：①以教材原先设计的自然章节作为一个单元；②以某个专题或者学科关键能力重组单元。与单独一个课时做比较，单元具有一定的系统性、关联性、综合性、递进性的特点。且单元视角与核心素养所追求的项目式学习、主题式学习等是完全一致的。因此以单元作为作业设计的基本单位是具有独特意义和价值的。

(一)整体思考：加强联系，减少重复，发展高阶

单元作业设计从单元整体目标上思考，把不同课时的内容进行整合，更加关注知识之间的联系。减少低阶作业的反复训练，增加发展高阶思维的作业比重，减轻学生作业负担。

(二)整体设计：目标明确，统筹分配，梯度清晰

单元目标要在各个课时中进行合理分布和统筹分配。随着课时推进，不同课时作业的难度比例应有一定改变。单元最后一课时作业应具有一定综合应用性、统整性，难度也相对较高。

(三)整体视角：协同教学，结合评价，整合开发

从单元角度设计作业，势必要思考作业和教学、评价等的相互关系，共同发挥作业和教学、评价等的协同作用，而非孤立设计作业。

(四)助力发展：师生受益，素养提升，终极价值

探索提高大单元作业设计的途径和方法，在提升作业设计整体质量的同时，促进教师对作业的整体把握和作业的系统设计能力。在大单元作业的落实中让学生更积极地进行学习和完成各项学习任务，以提高物理学习成绩。

二、 单元作业设计的原则

我们进行大单元整体教学首先是从单元的教学任务分析开始的，然后确定我们的单元教学目标，即整个单元教学的核心。教学目标确定后，就要确定我们教学的重点，接着教师组合各种资源。从图1中可以看出，我们单元作业引领是一个很重要的支撑作用，它绝对不是一个单独的个体，它是单元教学中很重要的一部分。作业设计质量是保证作业功能发挥和作业效果实现的先决条件。

图1 作业设计流程图

接下来笔者将以沪科版九年级物理第13章“内能与热机”单元为例，从“如何确立学习单元”“单元作业设计的思路”两个方面来阐述单元作业设计的原则。

(一)如何确立学习单元

教材是以章节的形式编写的，而学习单元与章节单元之间是有根本区别的。学习单元通常以主题为中心，是一组彼此有关联的学习内容和活动式知识结构化的重要表现。因此我们需要在大任务的驱动下，围绕目标、内容、实施与评价来进行大单元的设计。实现从内容单元到学习单元的转变，从而实现深度学习。因此我们对沪科版九年级物理第13章“内能与热机”的教学内容进行整合。

内能属于课标中科学内容的二级主题，还原至一级主题能量的大单元结构中。分析发现，内能与分子运动对应，电学之前，内能与机械能之间的联系最紧密，而内能的来源和利用的本质是能量的转移和转化过程。因此确定了本单元的教学主线为：能量的转移和转化。结合课程标准，分析教材中的各个知识点，梳理其中的联系，明确本单元知识的逻辑关系。(图2)

图2 “内能与热机”单元的逻辑关系图

结合学生的年龄特点、认知规律和学习能力，按照学生课上和课下学习关联的真实过程，以培养学科核心素养为目标，将本单元整合为7个课时(表1)，体现了教学的衔接和发展，具有较高的实际操作性。

表1 “内能与热机”单元整合的课时表

(二)单元作业设计的思路

首先，我们需要根据单元学习目标及达成标准来确定课时作业目标，然后根据课时作业目标来进行作业的设计。我们的作业分三部分：课上生成作业、课后巩固作业、主题实践作业。

在设计上主要体现四个方面：课时作业之间的内容体现知识的逻辑关系；课上生成作业与课后巩固作业之间体现有机关联；习题的难度随着学生学习程度的发展体现连续和递进关系；课时作业和单元成果展示体现过程性发展关系。

分层上主要体现在三个方面：课后巩固作业根据难度和素养指标分成“基础达标”“能力提升”“拓展创新”三个层次，题量比例基本为5∶3∶2，要求全体学生完成“基础达标”部分，其余两个层次自主选择完成；单元成果展示设置为“发展卷”形式。在相同时间内，不同层次的学生得到适当的学习发展；实践活动的任务、评价量表的设计，在同一维度下有不同达成程度的区分。这些做法充分体现学生的学习主体性，让不同水平学生的学习效果都得到最大限度的体现和发展。

三、 单元作业突出的特点

(一)立足单元逻辑结构，建构系统性作业

本单元以图2的逻辑结构为作业设计的立足点，凸显作业的系统性，主要表现在以下几个方面。

1. 课上生成作业与课后巩固作业之间体现有机关联

课上生成作业不应是单纯的课上笔记和单纯的课堂测试，它应该与课堂教学紧密相连，能突破关键的思维节点，是课堂的有益补充。

例如在第1课时中，课上生成作业提示学生由观察到思考，由宏观现象推理规律，课后巩固作业就是它的延伸，继续研究影响内能大小的因素。题目中提供了依据，合理推理，开展科学猜想的方法和过程，方法的习得往往比知识本身更重要，更有价值。在作业中渗透了科学研究方法，有利于提升学生的学科素养。课上课下作业的有机关联，形成学生课堂和课后学习活动的整体延伸，体现了作业的整体性能，更好地拓展了学生的思维，培养了学生的核心素养。

【课上生成作业】

宏观现象中包含着许多微观的信息。如图所示的扩散实验中墨水在热水中扩散得更快，说明：物体的温度越高，分子运动越剧烈，分子的动能越。结合内能概念，可推知，物体的内能越。因此，物体的内能与有关。

【课后巩固作业】

在图中，(a)杯中水量较少，(b)杯、(c)杯、(d)杯中的水量相同。根据课上生成作业中所得的推理性结论，比较各杯中水的内能的大小：

①杯中水的内能最大，因为；

②两杯中水的内能不好比较，因为。

2. 不同课时的作业体现知识的逻辑性，内容的关联性和递进性

例如第6课时热机效率的概念的构建，就是以第2课时蒸汽对外做功时能量转化为基础的，并迁移第5课时热效率的方法来构建。

【基础】

【第2课时】如图所示试管内水蒸气将塞子推出的过程。酒精燃烧时，酒精的能，通过热传递，试管中水的温度升高，产生大量水蒸气。水蒸气把木塞冲出去，水蒸气的能转化为塞子的能。这个实验虽然简单，却展现出热机中能量转化的基本过程，请你补全下图的热机原理。

【方法】

【第5课时：热效率】小明利用家里的燃气灶，把质量是1kg的水，从室温20℃加热至100℃，水吸收的热量是336000J。

(1)假设燃气燃烧放热全部被水吸收，试计算理论上需要燃烧多少立方米燃气？

(2)在烧水前后，小明分别观察燃气表的示数，由710.971m变为710.994m，可知消耗的燃气是m，与第(1)问计算值并不相符。同学们仔细观察燃气燃烧的过程，找到了其中的原因，请将能量走向图填写完整。

(3)燃气灶热效率，是指灶具燃烧所释放的热量的最终有效的利用率。请根据第(1)问和第(2)问，计算该燃气灶的热效率。

【建构概念】

小明利用所学知识研究汽油机的工作过程。

(1)四冲程汽油机，做功冲程将能转化为能。

(2)如图所示为小明梳理的汽油机的能量走向图，请帮他填写完整。

(3)仿照热效率的定义，在热机运转中，对外做的的能量与燃料完全燃烧释放的能量的称为热机效率。

3. 课时作业和单元成果展示体现过程性发展关系。

单元成果展示，学生可以根据自身的学习水平自主选择，从课时作业到单元成果展示，呈现每一个学生独特的学习轨迹和阶段性成果，有助于学生的后续学习和发展。

(二)丰富内容，发挥作业育人功能

作业不仅仅具有巩固知识与技能的功能，它对学生的能力、习惯、态度、价值观等方面的发展均有重要价值。

1. 充分挖掘教材，提高资源利用率

课本插图典型形象，改编优化后增加了学习的效能。

例如：水的比热容较大，人们往往利用它的这一特性为生活、生产服务，请判断下列各情境中，哪些应用到了这一特性。(应用到的画“√”，没有应用到的画“×”，并在题后写出主要应用原理)

A. 汽车的发动机用循环水来冷却

( )

B. 冬天的暖气利用循环热水取暖

( )

C. 初春的夜晚向稻田灌水以防冻坏秧苗

( )

D. 炎热的夏天用洒水车洒水降温

( )

E. 地窖内放几桶水以防菜在0℃以下被冻坏

( )

F. 城市建人工湖有助于调节气温

( )

这道题综合生活生产中的常见情境，以判断改错的形式出现，考查学生的认识水平，让学生认识到物理源于生活、生产，引导学生关注实际应用。

2. 关注科技资源热点问题

整合科技热点资源，激活学习热情，例如我们的作业设置了从古代科技发明到天问一号，到地源热泵，在考查知识的同时，引导学生关注科技前沿和学科进步，关注技术进步带来的社会进步，激发民族自豪感。

当你阅读中国古代书籍时，总会为其不经意透出的智慧而拍案叫绝，陆游《老学庵笔记》：“蜀中有夹瓷盏，注水于盏唇窍中，可省油之半。”这就是大名鼎鼎的邛窑“省油灯”，它是一个有夹层的灯盏，将灯芯及油置于灯盏内，然后在灯盏的夹层中注入冷水，这种灯盏可以省油近一半。请用所学热学知识解释其原理。

2021年5月15日，天问一号探测器着陆火星，迈出了我国星际探测征程的重要一步。火星又被称为沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，没有稳定的液态水，在这样的环境下，火星的昼夜温差应该(选填“较大”或“较小”)，原因是砂石的较小。

阅读《地源热泵》回答问题。

地能是地源热泵冬季供热的热源和夏季制冷的冷源。冬季，土壤或水体温度为12～22℃，比环境空气温度高，地源热泵把地能中的热取出来，提高换热介质的温度后，供给室内采暖。夏季，土壤或水体温度为18～32℃，比环境空气温度低，地源热泵把室内的热取出来，释放到地能中去。如此周而复始，将建筑空间和大自然联成一体，以最小的代价获取了最舒适的生活环境。

请根据上述材料，回答下列问题：

(1)冬季，地源热泵实现将内能从供给。(选填选项前的字母)

A. 地能向室内 B. 室内向地能

(2)山东夏热冬冷(夏季平均温度约为15～30℃，冬季平均温度约为-6～6℃)，昆明夏无酷暑，冬不严寒(夏季平均温度约为16～24℃，冬季平均温度约为4～16℃)。在这两个城市分别建造一所新的学校，你认为哪个城市的学校建设可能较适合使用地源热泵？并请说出你的理由。

3. 多种形式激发兴趣，发展科学思维

在玩耍中探究物理问题是学习物理的好方法。我们可以设置小实验，引导学生动手观察，在玩中充分经历和体验，激发对物理学习的兴趣，发展科学思维。

例如：许多同学会这样玩：首先将含有少量水的矿泉水瓶瓶盖拧紧；接着两手分别握住瓶的上、下部分，使劲拧瓶的下部，使其严重变形然后将瓶口对着无人处，迅速旋开瓶盖，可看到瓶盖飞出数米远，同时瓶口和瓶内出现白气。请你也试着做做(切记：操作时不要让瓶口对着人或物)并思考回答以下问题：

(1)用力拧紧瓶身的过程中，能量是如何转化的？通过什么样的方式改变了内能？

(2)瓶盖飞出去时，瓶内气体的温度会如何变化？为什么？

(3)“白气”是怎么形成的？

4. 聚焦社会热点，培养责任意识

以项目式学习的方式驱动学生思考和探索，积极解决问题而获得新知。并在作业中引导学生关注科学技术与社会环境的关系，帮助学生形成正确的价值观，树立人与自然和谐相处的理念。例如我们设置了调查研究作业：开发垃圾能量、城市特岛效应调查等。

四、 单元作业设计的评价方式

单元作业评价要体现诊断、激励、促进发展的功能。关注个体差异，强调参与互动，自评与他评相结合，实现评价指标、评价方式、评价主体的多元化。例如我们通过收集学生家庭实验小视频，教师收集作品，通过微信公众号编辑整理发布，让学生对作品进行评选，对获奖的作品给予奖励，让学生在作业中获得成就感，也让评价更贴合学生的认同度。在主题实践作业的评价量表设计中，我们把过程性评价和终结性评价相结合，对学生的学习兴趣、参与程度、运用知识解决问题的能力、合作意识等进行评价。通过学生、教师、家长、社会人员等多主体共同参与评价，让评价增强学生的自信和成就感，促进学生的发展。

五、 结语

总之，教者有心，学者得益。对单元视角下的作业设计与评价策略进行研究，以丰富多彩的作业形式让学生多感官参与，我们的作业将不只是单一枯燥的文本，而是富有色彩、充满情趣的多元复合体，可以最大限度地拓展学生的空间，在愉悦合理的环境中获取知识，培养可持续发展的学习能力。让学生在学习的舞台上，都能成为一个出色的表演者。