促進科學思維提升的初中物理作業(yè)設(shè)計有效性研究

促進科學思維提升的初中物理作業(yè)設(shè)計有效性研究西南位育中學王翠萍【摘要】作業(yè)是教學系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是課堂教學的延伸和教學評價的重要依據(jù)?；谡n程標準，以學生為本，結(jié)合教學中的作業(yè)設(shè)計實踐，針對作業(yè)設(shè)計的有效性，提出了以下淺見：作業(yè)設(shè)計的形式要具有趣味性和實踐性，情景的創(chuàng)設(shè)要新穎，與時俱進。通過整體性、連續(xù)性、延續(xù)性和拓展性的作業(yè)設(shè)計，促進科學思維水平的提升?！娟P(guān)鍵詞】作業(yè)設(shè)計科學思維有效性隨著課程改革的不斷推進與實施，教育理念、教學內(nèi)容和教學方式的改革與創(chuàng)新早已在一線教育教學中有效地展開。作業(yè)設(shè)計作為教學過程的一個環(huán)節(jié)，既能鞏固學生在課堂上所學內(nèi)容，又能提高其綜合運用能力和創(chuàng)新能力，發(fā)展他們的科學思維水平。經(jīng)過多年的教育教學的實踐和不斷思考探索，我們越來越意識到提高作業(yè)有效性的重要性。給學生提供優(yōu)質(zhì)高效的作業(yè)，增加作業(yè)的有效性，在一定程度上就可以讓學生減少重復低效的“刷題”行為，通過“增效”實現(xiàn)“減負”。2014年，國家提出基于“核心素養(yǎng)”的物理課程改革，明確指出學生在中學的學習中應(yīng)該獲得哪些關(guān)鍵能力、必備品格與重要觀念。特別提出要培養(yǎng)和提升學生的物理核心素養(yǎng)。其中，物理核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”、“科學思維”、“科學探究”和“科學態(tài)度與責任”四個方面組成。科學思維是從物理學視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式，是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等科學思維方法的內(nèi)化；是基于事實證據(jù)和科學推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)?？茖W思維包含模型建構(gòu)、科學推理、科學論證和質(zhì)疑創(chuàng)新等要素?？茖W思維能力集中體現(xiàn)了知識時代對人才素質(zhì)提出的新要求，是適應(yīng)知識時代發(fā)展的關(guān)鍵能力。作業(yè)的設(shè)計與實施的品質(zhì)是提升科學思維品質(zhì)的重要抓手和載體。一、趣味性和實踐性作業(yè)發(fā)展科學推理能力論語有云：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者?！薄芭d趣是最好的老師?！敝挥袑W生對學習的資料感興趣，才會產(chǎn)生強烈的求知欲望，自動地調(diào)動全部感官，用心主動地參與教與學的全過程。所以教師在設(shè)計作業(yè)時要以學生為中心，從學生的實際生活出發(fā)盡可能地使我們的作業(yè)具有一定的趣味性和實踐性，在激發(fā)學生主動學習的興趣的同時，分析現(xiàn)象，推理本質(zhì)原因，發(fā)展科學推理能力，體驗知識探求的樂趣，從而提高做作業(yè)的有效性。作業(yè)1：準備一只空的礦泉水瓶（500毫升規(guī)格），在距離瓶底約3厘米處繞瓶子四周均勻地扎幾個（8-10個）小洞，然后向瓶內(nèi)倒水，觀察水從小孔的噴出情況，繼續(xù)倒水直至瓶滿，觀察水從小孔的噴出的遠近情況，運用今天所學有關(guān)液體內(nèi)部壓強特點的知識進行分析和推理并得出結(jié)論。作業(yè)評價量表：描述實驗現(xiàn)象分析推理、歸納總結(jié)實驗結(jié)論所得“☆”的個數(shù)能夠描述出水向外噴射。能夠分析推理得出液體對容器的側(cè)壁以及液體內(nèi)部向各個方向都有壓強?！睢畈粌H能夠描述出水向外噴射，而且能夠描述出不同深度的水噴射的遠近不同。不僅能夠分析得出液體對容器的側(cè)壁以及液體內(nèi)部向各個方向都有壓強，而且能夠分析推理得出液體壓強與深度有關(guān)?！睢睢畈粌H能夠描述出水向外噴射，而且能夠描述深度越深，噴射越遠。不僅能夠分析推理得出液體對容器的側(cè)壁以及液體內(nèi)部向各個方向都有壓強，而且能夠分析推理得出深度越深液體內(nèi)部壓強越大?！睢睢睢畈粌H能夠描述出水向外噴射，深度越深，噴射越遠，而且能夠描述出深度相同，噴射遠近相同。不僅能夠分析推理得出液體對容器的側(cè)壁以及液體內(nèi)部向各個方向都有壓強，深度越深液體內(nèi)部壓強越大；而且能夠分析推理得出同種液體深度相同，液體向各個方向壓強相等。☆☆☆☆☆筆者認為學習完液體內(nèi)部壓強的第一課時后，設(shè)計這樣一道回家作業(yè)，初中生大部分都會很感興趣地去做，在做的過程中加深液體內(nèi)部壓強特點的理解和記憶，比起單純的以書面形式讓他們機械地記住液體內(nèi)部壓強特點效果要好一些。此作業(yè)設(shè)計得不僅趣味性強，而且具有很強的可操作性、實踐性和思維性，在動手實驗的同時，通過對實驗現(xiàn)象的觀察和描述，形成觀察生活現(xiàn)象，提出問題，運用所學知識解決問題的意識，逐步具有物理觀念。同時思考其本質(zhì)原因，進而分析推理得出液體壓強的特點及規(guī)律，發(fā)展科學推理能力。二、創(chuàng)設(shè)新穎和與時俱進的情境作業(yè)設(shè)計發(fā)展科學建模能力要激發(fā)學生學習的興趣，還需要作業(yè)設(shè)計的情境創(chuàng)設(shè)要新穎，與時俱進，以學生為本，既符合學生的心理年齡又與生活實際緊密結(jié)合，是物理知識在現(xiàn)實生活中的最新走向。教師在進行作業(yè)設(shè)計時，不能一成不變，面對日新月異的科技進步和時代變遷，針對不同的學生，每年都布置一模一樣的作業(yè)，那肯定是不行的，教師要更新自己作業(yè)設(shè)計的情境創(chuàng)設(shè)，使之符合時代進步和社會發(fā)展，符合學生的心理年齡和認知水平，通過創(chuàng)設(shè)的物理情境發(fā)展學生的科學建模能力。這一點，每年的上海市中考物理試卷在命題時就做得非常到位。作業(yè)2（2017年上海市物理中考題的第10題）：2017年5月，我國自主研制的C919大型客機在上海首飛成功，客機飛行時．以地面為參照物．客機是____的（選填“運動”或“靜止”）；客機下降過程中......此題的情境創(chuàng)設(shè)結(jié)合2017年的新聞特點和社會關(guān)注點，在激發(fā)學生學習物理的興趣的同時能夠讓學生深深地感受到物理與實際生產(chǎn)和生活的緊密聯(lián)系，了解國家科學技術(shù)的發(fā)展，增強民族自豪感。在解決問題的同時，建立物理模型，發(fā)展科學建模能力。三、具有一定思維難度的作業(yè)設(shè)計發(fā)展科學論證能力我們目前的作業(yè)設(shè)計過于關(guān)注鞏固知識與技能，作業(yè)內(nèi)容中多以記憶性質(zhì)和簡單理解等低層次的任務(wù)為主，缺少針對科學思維目標的設(shè)計。我們需要設(shè)計具有一定思維難度的作業(yè)，發(fā)展學生的科學論證能力。作業(yè)3：在討論關(guān)于物體排開液體體積的問題時，某小組同學用燒杯、水盆、水、鐵球和木塊等器材進行了實驗。請在圖2和3中仿照圖1用“”標出物體浸在液體中的體積，在圖5和6中仿照圖4用“”標出物體排開液體的體積。圖3圖圖3圖2圖1圖5圖圖5圖6圖4此作業(yè)是將《物理練習冊》上的一道題進行了改編。改編后的作業(yè)能夠提升學生的“科學思維”的品質(zhì)——從物理學視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式。學生在學習浮力這一章節(jié)內(nèi)容時，對于“排開液體體積”的理解一直存在一定的障礙，他們會將“排開”錯誤理解為“排出”、“溢出”等。學生完成此作業(yè)便對于排開液體體積的本質(zhì)屬性有一定的認識。經(jīng)過分析歸納、推理論證，對排開液體體積與液面上升的高度之間的相互關(guān)系有清晰的了解和認識（尤其是物體漂浮狀態(tài)時的V排與Δh的關(guān)系），科學推理論證能力得到了進一步的發(fā)展?？茖W推理論證能力的發(fā)展非一時一作業(yè)之功，需要我們把科學推理論證能力的發(fā)展貫穿于每次作業(yè)的布置中，并且需要連續(xù)幾次作業(yè)的練習和鞏固。初三下學期，在進行綜合復習時，發(fā)現(xiàn)本校大部分學生會用公式解題目，但是如果讓他們分析、推理、論證解題過程，學生的分析要么描述不準確，要么過程太過簡略不完整，要么不符合物理的思維邏輯，邏輯鏈缺失。大部分學生在分析、推理論證方面存在一些問題。這一方面能力的提升僅通過一次作業(yè)的練習是不夠的，為此，我們結(jié)合本校學生現(xiàn)有的分析能力有針對性地設(shè)計了一系列專題性的作業(yè)，并且針對實施情況進行了前測和后測。所測班級的學生整體水平在年級里處于中等偏上水平，物理基礎(chǔ)還是比較扎實的，但是在邏輯思維表達可科學推理論證方面還有欠缺。液體對底部的壓強抽出前抽出后p水1960帕980帕p液1960帕1078帕作業(yè)3-1（前測試題）：兩個相同的薄壁圓柱形容器，一個裝有水，另一個裝有某種液體，水的質(zhì)量為5千克?，F(xiàn)從兩容器中分別抽取相同體積后，水和液體對容器底部的壓強關(guān)系如下表：求抽出液體前，液體原來的質(zhì)量。部分學生的分析1：∵抽出前p水=p液∴F水=F液∴m水=m液部分學生的分析2：∵抽出前p水=p液，p水=F水/S，p液=F液/S，∴F水=F液∴m水=m液分析1的分析過程太簡略，過程不完整，導致邏輯鏈缺失，缺少必要的物理規(guī)律，論證能力不足。分析2運用了物理規(guī)律，但是過程不完整，邏輯鏈缺失。要從p水=p液推理得到F水=F液，當中還缺少“p水=F水/S，p液=F液/S，S相同”的分析過程；而要從F水=F液推理得到m水=m液，當中還缺少“因為柱形容器，所以F水=G水，F(xiàn)液=G液，然后G水=m水g，G液=m液g，所以m水=m液”的分析過程。圓柱體底面積質(zhì)量AS2mB2S3mC3S3m作業(yè)3-2（后測試題）：：水平面上有A、B、C三個圓柱體(相關(guān)數(shù)據(jù)如表所示)，請將三個圓柱體從上到下依次豎直疊放，使最上方圓柱體對中間圓柱體的壓強P1最大且圓柱體對地面壓強P2最小。寫出從上到下的疊放順利，并說明理由。大部分學生的分析：∵p2=F2/S2=（GA+GB+GC）/S2,（GA+GB+GC）為定值∴當S2最大時，p2最小∴圓柱體C放最下面?！遬1=F1/S1=G物/S1,無論A或B誰在上面，S1相同∴當G物最大，p1最大∴將圓柱體A放中間，圓柱體B放最上面。經(jīng)過連續(xù)幾次針對性作業(yè)的練習和鞏固，大部分學生的分析過程與之前相比，分析過程完整，語言表述準確，推理論證過程嚴密，邏輯鏈完整，大部分學生的科學推理能力和科學論證能力都有了一定發(fā)展和提升。四、整體性和連續(xù)性作業(yè)設(shè)計發(fā)展整體科學思維能力進行作業(yè)設(shè)計時應(yīng)有單元意識，依據(jù)單元目標，從單元整體出發(fā)，將一個大的單元教學目標拆分成一個個小的課時教學目標，通過連續(xù)的課時作業(yè)進行一一落實。這樣設(shè)計的作用具有連續(xù)性和整體性，既做到知識點覆蓋全面，又做到不重復考核，減輕學生負擔；連續(xù)性的作業(yè)設(shè)計不僅利于學生掌握學科知識框架，還利于促進學生的思維能力“螺旋式”上升，發(fā)展整體科學思維能力。例如，在學完《阿基米德原理》第一、二、三課時后分別布置了作業(yè)4、5、6。作業(yè)4：小制作——學完《阿基米德原理》后，請用老師提供的材料，動手制作一艘小船，讓它能漂浮在水面上，并拍攝小船在水中“航行”的照片或視頻，微信發(fā)給老師。材料：錫紙一張（長30厘米，寬20厘米，厚70微米）作業(yè)5：1牛的水能產(chǎn)生2牛的浮力嗎？還記得上節(jié)課制作的小船嗎？學習完本節(jié)課后請你改造這艘船。要求：在船中盛一些沙子（重力約為2牛），使它能浮在一盆（或一桶）水中，船大部分浸在水面下。再利用錫紙做一個杯子，杯中盛有小于100毫升水，通過改變船和杯子的形狀，能不能做到使船在杯子中浮起來？如果可以，將小船浮在錫紙做的杯子中的照片，發(fā)送到老師的微信中。作業(yè)6：活動與交流:——小船制作之“載重量比拼”——請你拿出前兩節(jié)作業(yè)中錫紙制作的小船（或重新制作），用大米（或綠豆、黃豆等）或砝碼進行載重量的測量。這三次課時作業(yè)具有整體性和連續(xù)性，學生通過作業(yè)4對浮體的概念有了形象的認識，建立了浮體這一物理模型，了解了它的受力情況，并對阿基米德原理有了一定理解；然后通過作業(yè)5能夠辨析出浮力大小與容器內(nèi)液體重力無關(guān)，進一步加深對于“排開液體的重力”的正確理解，發(fā)展了科學推理論證能力；最后通過作業(yè)6進一步加深對阿基米德原理的理解，進一步理解影響浮力大小的因素，并為后面學習“吃水線”做好鋪墊，在設(shè)計和改造小船的過程中，發(fā)展科學創(chuàng)新能力。學生通過三次連續(xù)性和整體性的作業(yè)不僅鞏固了所學物理知識內(nèi)容，同時還整體發(fā)展了科學思維能力。五、延伸性和拓展性作業(yè)設(shè)計發(fā)展科學創(chuàng)新能力作業(yè)不僅僅是課堂教學內(nèi)容的再鞏固，還應(yīng)該是學生對相關(guān)內(nèi)容和知識所進行的延伸學習和拓展學習。所以教師在進行作業(yè)設(shè)計時可以給學生針對相關(guān)知識提供延伸和拓展的視頻資料或者網(wǎng)址，讓學生能在課后繼續(xù)學習，進一步發(fā)展科學創(chuàng)新能力。作業(yè)7：閱讀材料，做一做，掃描圖8二維碼查看相關(guān)視頻。在中國科技館一層“華夏之光”展廳內(nèi)有一個叫做“公道杯”的展品，圖7甲所示。后人又稱之為“貪心杯”或者“功德杯”，其中蘊含“謙受益，滿招損”的做人道理。掃碼看制作公道杯視頻當公道杯中裝入水量較少時，水不會流出來；當裝入水量較多時，水會從杯底全部流出。如圖7乙所示是公道杯的簡易模型，向杯內(nèi)倒水，當杯中水位達到（選填“A”、“B”或“C”）位置時，杯中的水就會從出水口流出。掃碼看制作公道杯視頻此二維碼具有時效性此二維碼具有時效性圖8圖8圖7此作業(yè)的設(shè)計緊跟時代步伐并與現(xiàn)代科技想結(jié)合，讓學生能夠在課后通過掃描二維碼繼續(xù)進行延伸和拓展學習。通過動手做公道杯，加深對連通器原理的理解，鍛煉學生的動手能力，同時發(fā)展了學生的科學建模能力和學生的科學創(chuàng)新能力。在此題的情境創(chuàng)設(shè)中，還考慮到了德育教育的滲透。作為一名教師，都非常清楚德育教育的重要性，人人都是德育工作者，不僅要在課堂教學中進行學科德育教育的滲透，還要在作業(yè)設(shè)計里面滲透學科德育教育。作業(yè)或是教學過程的一個環(huán)