促进科学思维提升的初中物理作业设计有效性研究

促进科学思维提升的初中物理作业设计有效性研究西南位育中学王翠萍【摘要】作业是教学系统的重要环节，是课堂教学的延伸和教学评价的重要依据。基于课程标准，以学生为本，结合教学中的作业设计实践，针对作业设计的有效性，提出了以下浅见：作业设计的形式要具有趣味性和实践性，情景的创设要新颖，与时俱进。通过整体性、连续性、延续性和拓展性的作业设计，促进科学思维水平的提升。【关键词】作业设计科学思维有效性随着课程改革的不断推进与实施，教育理念、教学内容和教学方式的改革与创新早已在一线教育教学中有效地展开。作业设计作为教学过程的一个环节，既能巩固学生在课堂上所学内容，又能提高其综合运用能力和创新能力，发展他们的科学思维水平。经过多年的教育教学的实践和不断思考探索，我们越来越意识到提高作业有效性的重要性。给学生提供优质高效的作业，增加作业的有效性，在一定程度上就可以让学生减少重复低效的“刷题”行为，通过“增效”实现“减负”。2014年，国家提出基于“核心素养”的物理课程改革，明确指出学生在中学的学习中应该获得哪些关键能力、必备品格与重要观念。特别提出要培养和提升学生的物理核心素养。其中，物理核心素养主要由“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”和“科学态度与责任”四个方面组成。科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等科学思维方法的内化；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品质。科学思维包含模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新等要素。科学思维能力集中体现了知识时代对人才素质提出的新要求，是适应知识时代发展的关键能力。作业的设计与实施的品质是提升科学思维品质的重要抓手和载体。一、趣味性和实践性作业发展科学推理能力论语有云：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”“兴趣是最好的老师。”只有学生对学习的资料感兴趣，才会产生强烈的求知欲望，自动地调动全部感官，用心主动地参与教与学的全过程。所以教师在设计作业时要以学生为中心，从学生的实际生活出发尽可能地使我们的作业具有一定的趣味性和实践性，在激发学生主动学习的兴趣的同时，分析现象，推理本质原因，发展科学推理能力，体验知识探求的乐趣，从而提高做作业的有效性。作业1：准备一只空的矿泉水瓶（500毫升规格），在距离瓶底约3厘米处绕瓶子四周均匀地扎几个（8-10个）小洞，然后向瓶内倒水，观察水从小孔的喷出情况，继续倒水直至瓶满，观察水从小孔的喷出的远近情况，运用今天所学有关液体内部压强特点的知识进行分析和推理并得出结论。作业评价量表：描述实验现象分析推理、归纳总结实验结论所得“☆”的个数能够描述出水向外喷射。能够分析推理得出液体对容器的侧壁以及液体内部向各个方向都有压强。☆☆不仅能够描述出水向外喷射，而且能够描述出不同深度的水喷射的远近不同。不仅能够分析得出液体对容器的侧壁以及液体内部向各个方向都有压强，而且能够分析推理得出液体压强与深度有关。☆☆☆不仅能够描述出水向外喷射，而且能够描述深度越深，喷射越远。不仅能够分析推理得出液体对容器的侧壁以及液体内部向各个方向都有压强，而且能够分析推理得出深度越深液体内部压强越大。☆☆☆☆不仅能够描述出水向外喷射，深度越深，喷射越远，而且能够描述出深度相同，喷射远近相同。不仅能够分析推理得出液体对容器的侧壁以及液体内部向各个方向都有压强，深度越深液体内部压强越大；而且能够分析推理得出同种液体深度相同，液体向各个方向压强相等。☆☆☆☆☆笔者认为学习完液体内部压强的第一课时后，设计这样一道回家作业，初中生大部分都会很感兴趣地去做，在做的过程中加深液体内部压强特点的理解和记忆，比起单纯的以书面形式让他们机械地记住液体内部压强特点效果要好一些。此作业设计得不仅趣味性强，而且具有很强的可操作性、实践性和思维性，在动手实验的同时，通过对实验现象的观察和描述，形成观察生活现象，提出问题，运用所学知识解决问题的意识，逐步具有物理观念。同时思考其本质原因，进而分析推理得出液体压强的特点及规律，发展科学推理能力。二、创设新颖和与时俱进的情境作业设计发展科学建模能力要激发学生学习的兴趣，还需要作业设计的情境创设要新颖，与时俱进，以学生为本，既符合学生的心理年龄又与生活实际紧密结合，是物理知识在现实生活中的最新走向。教师在进行作业设计时，不能一成不变，面对日新月异的科技进步和时代变迁，针对不同的学生，每年都布置一模一样的作业，那肯定是不行的，教师要更新自己作业设计的情境创设，使之符合时代进步和社会发展，符合学生的心理年龄和认知水平，通过创设的物理情境发展学生的科学建模能力。这一点，每年的上海市中考物理试卷在命题时就做得非常到位。作业2（2017年上海市物理中考题的第10题）：2017年5月，我国自主研制的C919大型客机在上海首飞成功，客机飞行时．以地面为参照物．客机是____的（选填“运动”或“静止”）；客机下降过程中......此题的情境创设结合2017年的新闻特点和社会关注点，在激发学生学习物理的兴趣的同时能够让学生深深地感受到物理与实际生产和生活的紧密联系，了解国家科学技术的发展，增强民族自豪感。在解决问题的同时，建立物理模型，发展科学建模能力。三、具有一定思维难度的作业设计发展科学论证能力我们目前的作业设计过于关注巩固知识与技能，作业内容中多以记忆性质和简单理解等低层次的任务为主，缺少针对科学思维目标的设计。我们需要设计具有一定思维难度的作业，发展学生的科学论证能力。作业3：在讨论关于物体排开液体体积的问题时，某小组同学用烧杯、水盆、水、铁球和木块等器材进行了实验。请在图2和3中仿照图1用“”标出物体浸在液体中的体积，在图5和6中仿照图4用“”标出物体排开液体的体积。图3图图3图2图1图5图图5图6图4此作业是将《物理练习册》上的一道题进行了改编。改编后的作业能够提升学生的“科学思维”的品质——从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式。学生在学习浮力这一章节内容时，对于“排开液体体积”的理解一直存在一定的障碍，他们会将“排开”错误理解为“排出”、“溢出”等。学生完成此作业便对于排开液体体积的本质属性有一定的认识。经过分析归纳、推理论证，对排开液体体积与液面上升的高度之间的相互关系有清晰的了解和认识（尤其是物体漂浮状态时的V排与Δh的关系），科学推理论证能力得到了进一步的发展。科学推理论证能力的发展非一时一作业之功，需要我们把科学推理论证能力的发展贯穿于每次作业的布置中，并且需要连续几次作业的练习和巩固。初三下学期，在进行综合复习时，发现本校大部分学生会用公式解题目，但是如果让他们分析、推理、论证解题过程，学生的分析要么描述不准确，要么过程太过简略不完整，要么不符合物理的思维逻辑，逻辑链缺失。大部分学生在分析、推理论证方面存在一些问题。这一方面能力的提升仅通过一次作业的练习是不够的，为此，我们结合本校学生现有的分析能力有针对性地设计了一系列专题性的作业，并且针对实施情况进行了前测和后测。所测班级的学生整体水平在年级里处于中等偏上水平，物理基础还是比较扎实的，但是在逻辑思维表达可科学推理论证方面还有欠缺。液体对底部的压强抽出前抽出后p水1960帕980帕p液1960帕1078帕作业3-1（前测试题）：两个相同的薄壁圆柱形容器，一个装有水，另一个装有某种液体，水的质量为5千克。现从两容器中分别抽取相同体积后，水和液体对容器底部的压强关系如下表：求抽出液体前，液体原来的质量。部分学生的分析1：∵抽出前p水=p液∴F水=F液∴m水=m液部分学生的分析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的分析过程太简略，过程不完整，导致逻辑链缺失，缺少必要的物理规律，论证能力不足。分析2运用了物理规律，但是过程不完整，逻辑链缺失。要从p水=p液推理得到F水=F液，当中还缺少“p水=F水/S，p液=F液/S，S相同”的分析过程；而要从F水=F液推理得到m水=m液，当中还缺少“因为柱形容器，所以F水=G水，F液=G液，然后G水=m水g，G液=m液g，所以m水=m液”的分析过程。圆柱体底面积质量AS2mB2S3mC3S3m作业3-2（后测试题）：：水平面上有A、B、C三个圆柱体(相关数据如表所示)，请将三个圆柱体从上到下依次竖直叠放，使最上方圆柱体对中间圆柱体的压强P1最大且圆柱体对地面压强P2最小。写出从上到下的叠放顺利，并说明理由。大部分学生的分析：∵p2=F2/S2=（GA+GB+GC）/S2,（GA+GB+GC）为定值∴当S2最大时，p2最小∴圆柱体C放最下面。∵p1=F1/S1=G物/S1,无论A或B谁在上面，S1相同∴当G物最大，p1最大∴将圆柱体A放中间，圆柱体B放最上面。经过连续几次针对性作业的练习和巩固，大部分学生的分析过程与之前相比，分析过程完整，语言表述准确，推理论证过程严密，逻辑链完整，大部分学生的科学推理能力和科学论证能力都有了一定发展和提升。四、整体性和连续性作业设计发展整体科学思维能力进行作业设计时应有单元意识，依据单元目标，从单元整体出发，将一个大的单元教学目标拆分成一个个小的课时教学目标，通过连续的课时作业进行一一落实。这样设计的作用具有连续性和整体性，既做到知识点覆盖全面，又做到不重复考核，减轻学生负担；连续性的作业设计不仅利于学生掌握学科知识框架，还利于促进学生的思维能力“螺旋式”上升，发展整体科学思维能力。例如，在学完《阿基米德原理》第一、二、三课时后分别布置了作业4、5、6。作业4：小制作——学完《阿基米德原理》后，请用老师提供的材料，动手制作一艘小船，让它能漂浮在水面上，并拍摄小船在水中“航行”的照片或视频，微信发给老师。材料：锡纸一张（长30厘米，宽20厘米，厚70微米）作业5：1牛的水能产生2牛的浮力吗？还记得上节课制作的小船吗？学习完本节课后请你改造这艘船。要求：在船中盛一些沙子（重力约为2牛），使它能浮在一盆（或一桶）水中，船大部分浸在水面下。再利用锡纸做一个杯子，杯中盛有小于100毫升水，通过改变船和杯子的形状，能不能做到使船在杯子中浮起来？如果可以，将小船浮在锡纸做的杯子中的照片，发送到老师的微信中。作业6：活动与交流:——小船制作之“载重量比拼”——请你拿出前两节作业中锡纸制作的小船（或重新制作），用大米（或绿豆、黄豆等）或砝码进行载重量的测量。这三次课时作业具有整体性和连续性，学生通过作业4对浮体的概念有了形象的认识，建立了浮体这一物理模型，了解了它的受力情况，并对阿基米德原理有了一定理解；然后通过作业5能够辨析出浮力大小与容器内液体重力无关，进一步加深对于“排开液体的重力”的正确理解，发展了科学推理论证能力；最后通过作业6进一步加深对阿基米德原理的理解，进一步理解影响浮力大小的因素，并为后面学习“吃水线”做好铺垫，在设计和改造小船的过程中，发展科学创新能力。学生通过三次连续性和整体性的作业不仅巩固了所学物理知识内容，同时还整体发展了科学思维能力。五、延伸性和拓展性作业设计发展科学创新能力作业不仅仅是课堂教学内容的再巩固，还应该是学生对相关内容和知识所进行的延伸学习和拓展学习。所以教师在进行作业设计时可以给学生针对相关知识提供延伸和拓展的视频资料或者网址，让学生能在课后继续学习，进一步发展科学创新能力。作业7：阅读材料，做一做，扫描图8二维码查看相关视频。在中国科技馆一层“华夏之光”展厅内有一个叫做“公道杯”的展品，图7甲所示。后人又称之为“贪心杯”或者“功德杯”，其中蕴含“谦受益，满招损”的做人道理。扫码看制作公道杯视频当公道杯中装入水量较少时，水不会流出来；当装入水量较多时，水会从杯底全部流出。如图7乙所示是公道杯的简易模型，向杯内倒水，当杯中水位达到（选填“A”、“B”或“C”）位置时，杯中的水就会从出水口流出。扫码看制作公道杯视频此二维码具有时效性此二维码具有时效性图8图8图7此作业的设计紧跟时代步伐并与现代科技想结合，让学生能够在课后通过扫描二维码继续进行延伸和拓展学习。通过动手做公道杯，加深对连通器原理的理解，锻炼学生的动手能力，同时发展了学生的科学建模能力和学生的科学创新能力。在此题的情境创设中，还考虑到了德育教育的渗透。作为一名教师，都非常清楚德育教育的重要性，人人都是德育工作者，不仅要在课堂教学中进行学科德育教育的渗透，还要在作业设计里面渗透学科德育教育。作业或是教学过程的一个环