树立正确作业观 通过作业培养学生科学论证能力

摘  要：培养学生科学论证能力，除了需要教师在课堂中的科学引导外，还需要教师巧设作业题，形成任务驱动，引导学生在课后独立思考、顿悟、论证。教师应端正作业观，科学地设计作业题。可以通过设计“鉴别题”“螺旋式论证题”等，让学生在做作业的过程中逐渐养成能独立思考、具有“证据意识”、寻求物理本原、会科学规范“书写论证过程”的品质，从而提高学生的科学论证能力。

关键词：科学论证；作业题；证据意识

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）3-0076-5

1    科学论证能力是一种终身受用的关键能力

科学论证是个体面对科学现象和问题时，依据科学观点提出主张（或理论观点），并使用推理（或指出证据）来辩护自己的主张，甚至反驳对方的观点来说服别人的过程［1］。物理学根植于人类对自然现象的研究，并在此过程中发展了自身的科学思维及研究方法。就高中物理学科而言，培养和发展学生的科学论证能力，有利于帮助学生深度理解物理概念，实现知识的迁移；有利于发展学生的科学探究能力，使其进一步了解科学的本质；有利于发展学生的科学推理能力及批判思维能力；有利于训练学生的科学语言能力。有鉴于此，科学论证能力是一种终身受用的关键能力。

2    课外“作业题”的设计与检测是培养科学论证能力的关键

发展学生关键能力，不能停留在口头上，应注重落实，细化到常规的教学行动中。一方面需要教师在课堂中的科学引导，另一方面需要学生在课后的实操演练，两者缺一不可。在以论证为主线的课堂中，必须寓科学论证能力培养于知识传授中，而传授知识又要立足于科学论证能力的培养。当然，教师在课堂的引导仅仅是拉开培养学生科学论证能力过程的序幕，大量的学习与练习还应着力于课外的独立思考。

相比于课堂“热闹”的“讲授式”和“对话式”论证教学，学生更需要课后在一个能安静思考、顿悟反思的良好环境中，在一定的“任务驱动”下，对课堂所学之物在大脑中进行“复盘”，将相关技能进行实操与演练。因此，课外“作业题”设计与检测更凸显其重要性，此为培养科学论证能力的关键。

学生做作业的过程，是检验前期学习效果和巩固学习成果的外显过程，更是学生自我建构良好知识框架、形成正确学习观念、培养科学思维能力、科学论证能力的内隐过程，所以作业题要精选，要有针对性、代表性和再生性，有利于建构有效的知识体系，形成良好的认知结构。

3    当前教师对“作业题”的认知与设计中存在的问题

3.1    将“作業题”当作“考试题”，窄化了“题”的丰富教育意义

部分教师对“作业题”与“考试题”混淆不清。现实中许多的高中物理作业题，更多的是参照考试的测试题。但“考试题”与“作业题”毕竟是不同的概念，两者具有的功能也不同，前者（特别是高考题）更多的是为“选才”而准备的，与之衍生的“排名”“模拟划线”是为了区分各种层次的学生，相对较为“功利”。但做“作业题”是为了让学生“学懂”而设计的过程。学生做作业，侧重于在课堂学习后，在任务驱动下，对物理过程“复盘”；该活动引导学生进一步理解、厘清各种易混淆的物理概念，并解决相应的物理问题。简而言之，是为“学懂”“发展能力”和“学以致用”而做作业。

3.2    对作业“量”的把握不足

3.2.1    以“刷题”代替学习，过分强调“量”的叠加

实践中不少老师运用“题海战术”进行大量的重复训练。确实，“熟能生巧”会带来短时间的“效果”，但这可能不是一种终身受用的能力，也有违教育的本质。做题是必须的，但要有个度，长期的“刷题”会极大地扼杀学生的创造力并形成不良的学习习惯，如重视解题技巧而忽略对物理原理的分析。有学者指出：“现在学生中确实存在创造性比较差、纯粹靠刷题闯过高考的人。有的孩子已经不仅是刷题，甚至要背题，把几种类型的题目解题方法全都背下来了，虽然会做，但是完全不懂……虽然他学得很用功，而且很累，但是仍然学不好。” ［2］

3.2.2    对“减负”的曲解，任意减少作业量

“减负”不是减少作业，更非不做作业。所以，不仅需要做作业，而且作业需要尽快做，最好是学习新知识后，当天及时完成作业。这样，学习成果才能在最大限度上得到巩固，学生才会有信心学习下一阶段的知识，这也是学生思维进阶的过程。

3.3    对作业题筛选与反馈指导过于随意

有效的作业题，具有清晰、稳定、可迁移的特点，有利于帮助学生形成良好的认知结构。物理作业题要能够体现物理观念、物理思想，发展物理思维，提高论证能力，而且需要注意形式、时效性。

当前存在部分物理作业题过度数学化的现象。过度数学化会“淡化”物理内涵，学生做作业时，大量的时间可能是用于计算，这就压缩了对物理现象、物理问题分析与论证的时间，并且可能会消磨他们的好奇心和求知欲。

也有部分教师对学生测评反馈不科学。物理作业题要注重对物理过程的分析与论证，例如，平抛运动中的tanφ＝2tanθ，带电粒子在磁场中运动的R=ｍｖ／ｑB，T=（２πm/Bq）等二级结论代替物理公式出现在作业题中时，教师熟视无睹（很可能这也是学生在模仿教师在课堂中的写法）。而这带来的后果是，考试时学生频频出现用二级结论代替原始的物理过程的情况，殊不知“二级结论”只是论证过程的一个小程序，原始的物理过程才是“论证之源”。

4    巧设作业题，培养科学论证能力

作业在微观上是“题”的组合［3］，对“题”设计是否恰当，直接影响着学习者的学习效果，也影响着施教者得到的反馈信息的精确度。所以，教师要对作业中的“题”进行精心设计。

4.1    巧设“因果论证”鉴别题，培养“证据意识”

传统的判断题，只是单纯地标出“对”“错”或打“√”“×”，考查不够明细，其中的“错”，究竟是因何而错，是文字表述的错，还是论证的错，应该仔细研究。因此，笔者专门设计以下作业题：

作业题1：下列各小题都含有两个句子，第一句是论断，第二句是理由。先判别这两个句子所言是否正确，然后根据下列规定，选择代表正确答案的字母填入（     ）

A.第一句是正确的，但第二句是错误的

B.第一句是错误的，但第二句是正确的

C.第一句是错误的，第二句也是错误的

D.第一句是正确的，第二句也是正确的，并且第二句正确地解释了第一句

E.第一句是正确的，第二句也是正确的，但第二句不能正确地解释第一句

分析下列各小题：

1.做匀速运动的物体必定受到恒力的作用；没有力作用在运动的物体上，它会慢下来。（     ）

2.游泳池的水看起来比实际情况浅些；由水中射入空气的光线折向法线。（      ）

3.宇航员在地球上的重量等于他在月球上的重量；宇航员在地球上的质量等于他在月球上的质量。（      ）

4.冬天把盐撒在马路上可使路面上的雪和冰融化得快些；盐使水的凝固点升高。（      ）

5.每当有外力作用于物体时，外力就在做功；功是作用力与物体在力的方向上所经过的距离的乘积。（      ）

6.物体的质量是矢量；作用在物体上的重力既有大小又有方向。（      ）

7.在汽车散热器中最适宜用来冷却发动机的液体是水；水是热的良导体。（      ）

8.由黄铜和铁构成的双金属片在强热时弯曲；黄铜和铁的线胀系数不同。（      ）

9.太阳光在到达地球表面时只含有很少量的紫外线；这些波长较短的射线大部分都被地球大气层中的臭氧吸收掉了。（      ）

10.声音在夜晚比在白天更容易被听到；夜晚的空气温度较低，声音传播得快些。（      ）

11.冬天，池塘的表面先凝结成冰；水在0 ℃时的密度最大。（      ）

12.蒸汽的烫伤比沸水的烫伤严重；水蒸气的温度比沸水的温度高。（      ）

以上是平时部分作业题的整合，此类因果论证分析题，并无涉及计算，考查的是对物理现象的分析，并用物理知识解释之，使学生在分析与推理的过程中形成一种“证据意识”，明白“有果必有因”，在寻找证据的过程中鉴别真伪，并提高自身的论证能力。

4.2    作业题要强调在螺旋式论证中寻求物理本原

要将同一物理原理隐藏于不同的情境中，通过经典变换不断引导学生思考［4］，使学生在不同的条件下能运用已学的方法论证或解释新的事实与现象，解决实际问题，才能算掌握。故可设计一些螺旋式论证的题目，下面以对简谐运动的论证为例。

作业题2-1：如图1所示，水平放置的弹簧振子，O为弹簧处于原长状态时小球所处的位置，将小球拉至P处，然后松开。小球来回振动的过程中，若忽略一切阻力作用，试证明：小球的运动就是简谐运动。

证明：小球在运动方向上所受的力F与它偏离平衡位置位移的大小x成正比，并且总是指向平衡位置，F=-kx，小球的运动就是简谐运动。

这一过程较为简单，但这仅仅是限于水平方向的简谐运动，若作业到此结束，学生对简谐运动的理解就停留于此，对物理原理的理解也较初浅。所以，教师可以在后面布置一道同原理但不同情境的作业题，引领学生深度学习。

作业题2-2：如图2所示，竖直放置的弹簧振子，小球上下振动的过程中，若忽略一切的阻力作用，试证明：小球的运动就是简谐运动。

证明：当小球处于静止状态时，设此时弹簧的伸长量为x0，则mg=kx0，当小球处于偏离平衡位置x时，弹力为F=-k（x0+x），此时小球所受的合力为F合=-k（x0+x）+mg，解得F合=-kx，由此可证得竖直放置的弹簧振子，小球上下振动的过程中，若忽略一切的阻力作用，小球的运动也是简谐运动。

作业题2-3：如图3所示，把弹簧振子放置在倾角为θ的光滑斜面上，将小球沿斜面下拉一段距离，然后松开。假设空气阻力可忽略不计，试证明小球的运动是简谐运动。

证明：当小球处于静止状态时，设此时弹簧的伸长量为x0，则有mgsinθ=kx0，当弹簧处于偏离平衡位置x时，弹力为F=-k（x0+x），此时小球所受的合力为F合=-k（x0+x）+mgsinθ，解得F合=-kx，由此可证得处于光滑倾斜面的弹簧振子，沿斜面上下振动的过程中，小球的运动也是简谐运动。

设计理念：情境是试题的重要载体，也是设问的具体化实现［5］，通过上面三种情境的变化，让学生明白了无论是水平、竖直，还是倾斜，均可以做简谐运动（阻力可忽略），重要的是抓住了物理的本原，明确了如果物体在运动方向上所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，即F＝－kx，物体的运动就是简谐运动。

4.3    強调“书写”物理过程，培养科学论证的“表达”能力

平时的作业题，特别是高一、高二的作业题，应该以“表述题”“论证题”“画图题”“计算题”等能体现思考过程的题为主。比如，计算题或论证题强调选取研究对象（整体或隔离）、拆分过程、选用规律（定律或定理）、列方程式、运算求解，这一“写物理”的过程，实际也是学生物理语言、物理思维的提升过程。而作图题的书写过程，有利于培养学生严谨的态度和模型建构的能力，特别是运动学与几何光学模块，更是应有相对应的作图作业题。

当然，“写物理”要讲究用词，对物理过程的阐述更为精准，逻辑性更强，且用语必须明确，表达必须准确［6］。而从成果推广的角度，每一位研究者对其研究成果的发表是必须借助书面的文字，并力图让同行能够认同和肯定其研究价值；从科学知识传播角度，更需要通过规范的文字传递。所以，教师一定要强调学生“书写”物理过程，此举有利于训练学生建构知识体系、发展科学思维、提高表达能力，并学习如何进行科学论证。

4.4    规范物理符号的书写，严谨表达论证过程

物理学中，物理量与物理单位是可以用字母来表示的，物理量（或物理单位）与字母是一一对应的，每一个字母都有它的含义或历史渊源，绝不是简单的用数学符号x，y，z来表示就可以的。例如，有部分学生对于功的公式W=Fs及功率P=3 W中的两个“W”感到不解，前者是功“Work”的第一个字母“W”，后者是单位，为纪念伟大的物理学家瓦特而设的，同一个字母含义不同。类似的还有半径与电阻，都是用“R”来表示，前者是“Radius”的第一个字母“R”，后者是“Resistance”的第一个字母“R”。再如，力“F ”来源于 “Force”，应该更加明细。高中物理课本中，力也不单纯只是用“F”来表示，如“Ff ”意喻“frictional force”（或“Friction”）、“G”意喻“gravity”，教师在平时授课中，要适时渗透。把缘由说清楚了，书写也就严谨、规范了。

4.5    独立思考拓宽思路，鼓励个性与品味

要有独立思考与怀疑的精神。为了建立自己的认知，一定要坚持独立思考，怀疑也是为了更好地思考［7］。不能认为仅教师所教的论证方法才是标准的方法或唯一的方法。在查阅学生作业时，若发现有另辟蹊径、个性化的解题方法（当然，也必须在正确、规范且科学的范围内），應该及时鼓励与表扬，并适时推广。

教师在筛选作业题时，尽量选择一些能够一题多解的习题，并在题后标注（如尝试多种方法论证）。比如，下面这两道由选择题改编的分析题。

作业题3：如图4所示，柔质轻绳ON的一端O固定，其中间的某点M处拴一重物，绳的另一端N用手拉住。开始时，OM竖直且MN被拉直，且OM与MN之间的夹角为α（α>π/2）。现将重物向右上方缓缓拉起，整个过程维持夹角α不变。在OM由竖直被拉到水平的过程中，试分析：MN上的张力、OM上的张力的大小分别如何变化？ （尝试多种方法论证）

此题的方法较多，可以用正弦定理，也可以利用在同一个圆内，长度相等的圆弧对应的圆心角相等的方法解决，还可以用列式法或图解法。

作业题4：如图5所示，将一小球用橡皮筋悬挂在小车的架子上，开始时整个系统处于静止状态。现使小车从静止开始向左加速，且加速度保持一个稳定值，此时小球稳定地偏离竖直方向某一角度（橡皮筋在弹性限度内）。试分析此时与稳定在竖直位置时相比，小球的高度是升高还是降低？还是维持不变？（尝试多种方法论证）

此题的方法也较多，可以用列方程求解，也可以用图解法。在拓宽科学论证的思路的过程中，可以使学生逐渐形成自己的个性与品味，这也是创新思维形成的过程。

5    后  记

培养学生的科学论证能力，并非朝夕间可达成，需要教师正确引导，巧设作业题，也需要学生脚踏实地、实事求是地“做作业”，体验物理过程。当然，物理知识属于人们对客观事物及规律的认知和掌握，而物理能力则属于心理学的范畴，是与完成具体的活动有关的个性心理特征，所以“做作业”要以人为本，引导学生在课后书写时要安静思考，让其在安静思考中获得灵感，在专注分析中寻求突破，在推理论证中追求真理。

参考文献：

［1］McNeill，K L.Teachers Use of Curriculum to Support Students in Writing Scientific Arguments to  Explain Phenomena［J］. Science Education，2009，93（2）：233-268.

［2］黄婧. 对话朱邦芬：一个理性的理想主义者［J］. 水木清华，2021（2）：6-15.

［3］胡扬洋.论“杨振宁式提问”对学生作业发展的启示——兼释“大问题”“小问题”“大概念”的相关教育意义［J］.教学研究，2022，45（5）：64-71.

［4］方武增.核心素养立意下的习题多维度讲解实例［J］.中学物理教学参考，2017，46（24）：25-27.

［5］熊志权，乐洪勇.试题目标、情境和设问三要素深度融合的命题研究［J］.物理教师，2022，43（5）：69-72.

［6］方武增.着力发展物理语言能力 探索物理教学新模式［J］.物理通报，2022（7）：146-149，159.

［7］穆良柱.什么是物理精神［J］.大学物理，2018，37（3）：26-28.

（栏目编辑    李富强）

收稿日期：2022-12-05

作者简介：方武增（1985-），男，中学一级教师，研究方向为中学物理教学评价。