指向思维进阶的高中物理情境化作业设计探究

摘 要：将情境化习题融入高中物理作业中，有利于培养学生的问题解决能力，帮助学生实现思维进阶。阐述了情境化作业的内涵，分析了情境化作业设计的意义，并对“抛体运动”情境化作业设计实例做了分析，探讨了情境化作业设计路径，总结了情境化作业的特点。

关键词：情境化作业；作业设计；高中物理；“抛体运动”

新的高中物理课程标准指出，教师应结合生产生活实践创设问题情境，从物理的角度提出有关问题，激发学生的探究欲望［1］。考试招生制度改革相关文件也指出，要加大改革力度，依据国家人才选拔要求和国家学科课程标准，大力改革命题内容，凸显基础性和综合性，有效考查学生的思维能力和分析问题、解决问题的能力［2］。基于此，教师要重视情境化作业的设计，提高学生应用所学知识分析问题和解决问题的能力，加深学生对所学知识的理解，培养学生的学科核心素养，促进学生的思维进阶。

一、情境化作业的内涵

情境化作业是以生活实践和科技成就为载体，以问题和任务为中心的作业，能帮助学生巩固学科知识，激发学生学习兴趣，提升学生学科核心素养。情境化作业主要分为生活情境作业和探索情境作业两大类［3］。生活情境作业是指根据日常生活现象、生产活动和体育项目以及科技发展成就等设计的作业；探索情境作业是指根据实践研究、探索问题或典型问题等设计的作业。情境化作业能帮助学生理解物理知识的本质，提升学生联系理论和实际的能力，培养学生的物理建模能力。

情境化作业可以分为三个层次：一是利用单一知识点或方法就能解决的基本层次的情境作业；二是需要运用多个知识点或多种方法才能解决的情境作业；三是需要运用创造性思维才能解决的原始情境作业。

二、设计情境化作业的意义

（一）可以帮助教师更好地实现立德树人教学目标

作业设计是物理教学中的重要环节，教师在设计作业时应重视作业的育人功能，充分发挥作业的价值导向作用。首先，情境化作业设计素材通常源于生产实践活动和学习探索问题，能帮助学生深刻理解知识内涵，引导学生关注科学家的艰苦探索过程，培养学生勇于追求真理的精神。其次，情境化作业设计素材常常源于国家科技成果、中华民族优秀传统文化和体育竞技项目，可以增强学生的国家自信、文化自信及民族认同感。最后，情境化作业设计素材有时还取自中国古代成就、中国革命文化和社会主义建设成就等方面，可以帮助学生树立正确的价值观念。由此可见，情境化作业设计可以帮助教师更好地实现立德树人教学目标。

（二）可以更好地激发学生的学习兴趣

情境化作业是以情境问题为载体的作业，能有效激发学生的学习兴趣。第一，情境化作业中的情境问题与日常生活、生产实践和体育运动联系紧密，能有效提高学生的探究兴趣。第二，情境化作业设计依托真实的、开放的情境，将物理学科知识与现实生活有机融合，能让学生由被动的解题者变为主动的问题发现者和问题探索者，这能提升学生的自主学习意识和学习兴趣。物理教师在作业设计中要善于将抽象的物理知识融入真实的情境中，让学生产生探究问题的兴趣，感受到物理探究的魅力。

（三）可以更好地提高学生的思维品质

具备良好思维品质的学生可以在解决问题时，对信息进行深度的思维加工，获得更有价值的创新性成果。而情境化作业设计注重知识的传授和真实情境的结合、技能训练和创造力培养的统一、非智力素养与思维能力的同步发展，能使学生的学科思维、抽象思维和发散思维等得到很好的培养。同时，情境化作业中蕴含的学科知识是培养学生良好思维品质的基础。学科知识对激发学生灵感具有促进作用，而灵感则是创造思维发展的关键。由此可见，情境化作业设计有助于学生科学创造思维的发展。此外，学生在完成情境化作业时能有效培养自己的抽象思维和发散思维，而这也是良好思维品质的重要内容。

三、情境化作业设计的实例及分析

下面，笔者以“抛体运动”一课为例，探讨如何设计指向学生思维进阶的情境化作业，以培养学生的学科核心素养。

（一）作业设计日常生活情境化，拉近生活和物理知识的距离

【例1】投壶是中国古代的一种游戏，这种游戏是以壶口为目标，人站在一定距离外投箭矢，以投入箭矢的数量决定胜负。某同学进行投壶游戏，箭矢从高0.8 m的A点以4 m/s的初速度水平抛出，正好落在壶口C点，如图1所示。重力加速度g取10 m/s2。为简化计算，将箭矢视为质点，不计壶的高度，并且不计空气阻力。求：（1）箭矢落入壶口时的速度大小和方向；（2）以拋点A为坐标原点，初速度方向为x轴正方向，竖直向下为y轴正方向，建立平面直角坐标系，写出该箭矢运动的轨迹方程。

【分析】该题是一道与我国古代传统文化密切相关的日常生活情境类题目，与平抛运动知识联系紧密，考查学生对相关知识的掌握程度与运用知识解决问题的能力。该题目相对容易，学生只要掌握平抛运动有关速度的合成和分解知识，便可结合已知高度求出竖直方向的速度，进而得出箭矢落入壶口时的速度大小和方向；根据平抛运动有关水平和竖直方向的位移公式，就可以根据给出的条件解决第二个问题。

（二）作业设计科研前沿情境化，让科学与知识连起来

【例2】我国发射的探月人造卫星围绕着月球做匀速圆周运动，卫星可以发射一种新型的低速探测器，该探测器可以在月球表面沿任意方向灵活转向飞行。在某次探测中，探测器以vo速度水平飞行时释放了一个物体，该物体下落后垂直打在与月球表面成30度角的斜面上，如图2所示。已知月球表面的重力加速度是地球表面的1/6，地球表面的重力加速度为g，求物体从探测器抛出点到落地点的位移大小和方向。

【分析】该题是一道联系航天航空的科技情境类题目，属于基本层次的情境作业。该题目主要考查学生对速度的合成与分解知识的运用以及竖直方向和水平方向运动规律的理解。

（三）作业设计问题探究情境化，让应用和创新活起来

【例3】一个猎人持枪水平瞄准树上的一只松鼠，在猎枪发射子弹的瞬间，松鼠看到枪口火光后立刻自由落下。问猎人打中松鼠时子弹的速度是多少？

【例4】工作人员在一次检查水池时发现，有一根水管正在向外排水。这根水管水平放置，离地面的高度未知，如图3所示。如果只有一把卷尺，那么需要测出哪些数据才可估测该水管的排水量？写出每秒排水体积的表达式。

【分析】这两题都是探究情境类问题，属于开放性的原始物理问题，没有已知物理量。要想解决这类问题，我们通常需要使用抽象表征、赋值表征、方法表征、物理表征和数学表征等［4］。在解答例3时，我们可通过抽象表征把松鼠和子弹看成质点，并认为松鼠和子弹同时运动；通过赋值表征假设子弹射出时的速度为vo、松鼠所处位置的高度为h、枪口与松鼠的水平距离为s；通过方法表征将子弹的平抛运动看成水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动；通过物理表征，运用相关的物理公式，经过数学运算得出猎人击中松鼠的条件。在解答例4时，我们要先用卷尺测出出水口的高度和落水位置距离出水口的水平距离、出水口的直径，再根据平抛运动的知识解决问题。这两道例题都是综合层次的情境作业，对学生的要求较高，主要考查学生的发散思维能力和问题解决能力。

（四）作业设计教材问题情境化，将课本与现实联系起来

【例5】甲、乙两名同学练习投篮，如图4所示，甲同学在A点起跳投篮，将篮球在离地高h1的位置以速度v0斜向上投出，篮球竖直速度为零时打在篮板离地高h2的B点上。篮球与篮板碰撞后，平行于篮板的速度分量不变，垂直于篮板的速度分量大小变为碰前的4/5，碰撞后篮球与篮板面的夹角为53度。篮球飞出后被乙同学在C点接到。不计篮球与篮板碰撞的时间，篮球未碰篮筐，已知重力加速度为g，sin53°=0.8，求篮球与篮板碰撞后的速度大小。

【分析】这是一道由教材课后习题改编而来的运动情境类作业，属于较为复杂的综合层次情境作业，对学生数学运算能力的要求较高。该题目主要考查学生对平抛运动知识、速度合成和分解知识以及自由落体运动规律的掌握情况。

四、情境化作业设计的特点及启示

（一）注重情境化作业的真实性，激发学生探究兴趣

教师进行情境化作业设计时要注重真实性，不能主观臆造不符合实际的虚假情境，只有融入真实的物理情境才能消除传统物理教学中只重理论分析、忽略实际应用的弊端，促进教学方式的变革。从情境化作业的选材来看，教师应从学生日常生活出发，选择契合课程内容的生产生活情境。从化作业侧重点来看，教师应重视从社会生活、体育运动、物理实验和科学前沿中选择问题情境，以激发学生对科学探究的兴趣。总之，情境化作业的真实性要求教师在教学过程中有意识地结合教学内容选取更多贴近生活、贴近社会、贴近实际的生产科研素材，引导学生关注自然、关注环境，热爱劳动、热爱科学，培养学生的学习兴趣和爱国情怀。

（二）注重情境化作业的原始性，提高学生思维品质

原始物理问题是从生活实践活动、体育运动和科学实验中抽象出来的问题，这些能反映物理规律、物理思维方法的问题并未经过抽象加工，仅是对物k1JElftPmIsWHv23Q9hTWA==理现象的描述，没有相应的已知量。但是，它对物理现象的描述能反映真实的物理世界，培养学生的创新思维。另外，解决原始物理问题需要学生从生活实践出发，根据真实物理情境提取有用信息，建立物理模型，利用图像分析、物理数值表征等得出正确结论。可见，教师在实际作业设计中融入原始物理问题有利于提高学生的思维水平。首先，教师在作业设计和课堂教学中引入生动有趣的原始物理问题，能让学生在解决问题的过程中始终保持较高的研究热情。其次，教师融入的原始物理问题通常以文字描述的形式将物理规律隐藏在物理现象中，并没有解题需要的提示性已知条件，这样一来，学生在复杂信息情境中并不能直接套用现有的物理模型，只能通过自己独立思考、不断探索构建相应的物理模型，这种原始物理问题生态性的特点更有利于学生知识体系的构建和创造力的发展。再次，原始物理问题的情境源于学生的日常生活，能拓展学生的思维空间。最后，原始物理问题答案具有开放性，这能开阔学生的视野，提高学生的思维品质，促进学生创造力的发展。

（三）注重情境化作业的适切性，提升学生核心素养

教师要明确情境化作业设计目标，结合高中物理课程标准的要求以及学生的认知水平，设计适切的情境化作业，以此提升学生的问题解决能力，培养学生的学科核心素养。情境化作业内容要合理，能覆盖所学的知识点，检查学生的知识掌握程度和知识运用能力。教师在情境化作业设计中要注意以下几个方面。一是关注作业的情境熟悉程度。题目的难易程度与情境的熟悉程度有一定关系，面对陌生的情境，学生会觉得难度较大，无法提炼题目的有效信息。二是注意作业涉及的知识点数量。作业涉及的知识点越多难度就越大，因此，教师要根据作业的目标要求和学生的学情来确定知识点数量，以提升作业的实效性。三是关注作业的跨学科知识内容的运用，以此提升学生的学科核心素养和学习能力。

［参考文献］

中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

国务院.国务院关于深化考试招生制度改革的实施意见［EB/OL］.（2014-09-04）［2023-08-01］.https：//www.gov.cn/zhengce/content/2014-09/04/content_9065.htm.

教育部考试中心.中国高考评价体系说明［M］.北京：人民教育出版社，2019.

邢红军.高中原始物理问题教学研究［M］.北京：中国科学技术出版社，2016.

基金项目：本文系广西玉林市教育科学规划2023年度专项课题“基于数字化全域共享重构普通高中教育生态的实践研究”（课题编号：2023YZ071）的阶段性研究成果。

作者简介：李秋锦（1983—），男，广西壮族自治区北流市高级中学。

刘丽娟（1989—），女，广西壮族自治区北流市高级中学。