蔡鉗 陳信余
摘? ?要:課后作業(yè)是左右學(xué)生學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)是否過重的重要因素,也是廣大教師、學(xué)者普遍關(guān)注的教學(xué)問題之一。文章嘗試以學(xué)業(yè)質(zhì)量水平為基礎(chǔ),創(chuàng)設(shè)一個(gè)真實(shí)情境,并基于此情境開發(fā)不同水平的作業(yè),試圖通過提高作業(yè)的質(zhì)量和針對(duì)性減輕學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān),并促進(jìn)不同層次學(xué)生的思維發(fā)展。
關(guān)鍵詞:課后作業(yè);分層作業(yè);學(xué)業(yè)質(zhì)量水平;真實(shí)情境;思維發(fā)展
中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ? 文章編號(hào):1003-6148(2021)1-0016-3
學(xué)業(yè)質(zhì)量是《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》[1](以下簡(jiǎn)稱課標(biāo))中提到的一個(gè)重要內(nèi)容,學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的劃分為教學(xué)、考試命題和課后作業(yè)設(shè)計(jì)都提供了依據(jù)。其中提到:“創(chuàng)設(shè)真實(shí)而有價(jià)值的問題情境,采用主體多元、方法多樣的評(píng)價(jià)方式,客觀全面了解學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展?fàn)顩r,找出存在的問題,明確發(fā)展方向,及時(shí)有效地反饋評(píng)價(jià)結(jié)果,促進(jìn)學(xué)生全面而有個(gè)性地發(fā)展?!?/p>
課標(biāo)對(duì)生產(chǎn)生活中的物理情境試題命制流程做了示范:(1)確定考核目標(biāo);(2)描述情境的各項(xiàng)任務(wù);(3)根據(jù)考核目標(biāo)和任務(wù)確定問題。
學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)過重一直是教育界普遍關(guān)注卻無法解決的問題。筆者所在的團(tuán)隊(duì)對(duì)這個(gè)問題也有過多年的研究,結(jié)合對(duì)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平內(nèi)涵的理解和課標(biāo)關(guān)于試題命制的做法,嘗試在學(xué)完某一知識(shí)內(nèi)容后,創(chuàng)設(shè)一個(gè)真實(shí)的情境,并基于同一個(gè)情境開發(fā)不同水平、適合不同思維層次學(xué)生的問題,并在評(píng)價(jià)方面進(jìn)行“不僅僅拘泥于知識(shí)本身”的嘗試。下面通過三個(gè)案例介紹這種做法。
案例1 設(shè)計(jì)《牛頓第二定律》課后作業(yè)。創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境:跳高運(yùn)動(dòng)員從蹬地起跳,到橫跨過桿,最后落地的過程(圖1)。
考核目標(biāo):考查對(duì)質(zhì)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)、超重與失重的認(rèn)識(shí)、作用力與反作用力的認(rèn)識(shí);應(yīng)用牛頓第二定律、勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律等解決問題的觀念;考查科學(xué)思維中的分析、推理能力。
任務(wù)描述:(1)跳高運(yùn)動(dòng)員蹬地起跳,與地面相互作用,地面支持力大于重力;(2)跳高運(yùn)動(dòng)員斜向上運(yùn)動(dòng),做減速運(yùn)動(dòng),加速度向下;(3)跳高運(yùn)動(dòng)員下落,做加速運(yùn)動(dòng),加速度向下;(4)跳高運(yùn)動(dòng)員在最高點(diǎn)的速度不為零。
水平1:下列可將運(yùn)動(dòng)員視為質(zhì)點(diǎn)的是(? ? ?)
A.研究運(yùn)動(dòng)員的跳高方式時(shí)
B.研究運(yùn)動(dòng)員的跳高成績(jī)時(shí)
C.研究運(yùn)動(dòng)員跳離地面的轉(zhuǎn)體動(dòng)作時(shí)
D.研究運(yùn)動(dòng)員落在墊子上的部位時(shí)
該題考查學(xué)生對(duì)模型的基本認(rèn)識(shí),屬于科學(xué)思維水平1的要求。
水平2:運(yùn)動(dòng)員在b、d位置的狀態(tài)分別為(? ? ?)
A.超重、超重? ? ? ?B.超重、失重
C.失重、失重? ? ? ?D.失重、超重
通過實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)超重和失重現(xiàn)象,了解所學(xué)的物理概念和規(guī)律,能解釋自然現(xiàn)象,解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問題。屬于物理觀念水平2的要求。
水平3:運(yùn)動(dòng)員在a處起跳瞬間(? ?)
A.地面對(duì)人的作用力等于人對(duì)地面的作用力
B.地面對(duì)人的作用力大于人對(duì)地面的作用力
C.地面對(duì)人的作用力大于人的重力
D.人對(duì)地面的作用力等于人的重力
理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律,能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象、解決有關(guān)問題。并運(yùn)用力與運(yùn)動(dòng)觀念分析、推理、解決問題。屬于物理觀念、科學(xué)思維水平3的要求。
水平4:運(yùn)動(dòng)員在a處從開始蹬地到離地過程(視為勻加速),加速過程中重心上升的距離為“加速距離”。離地后重心繼續(xù)上升,在此過程中重心上升的最大距離稱為“豎直高度”。某同學(xué)身高1.8 m,質(zhì)量80 kg,在某次跳高比賽時(shí)“加速距離”為0.5 m,起跳后身體橫著越過(背越式)2.15 m高的橫桿。試估算人的起跳速度v和起跳過程中地面對(duì)人的平均作用力F(g取10 m/s2)。
理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律,能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象、解決有關(guān)問題;通過理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn),理解動(dòng)量定理,能用其解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象。能將實(shí)際問題中的對(duì)象和過程轉(zhuǎn)換成所學(xué)的物理模型;能對(duì)綜合性物理問題進(jìn)行分析和推理,獲得結(jié)論并作出解釋。屬于物理觀念、科學(xué)思維水平4的要求。
水平5:運(yùn)動(dòng)員在a處開始蹬地,離地瞬間速度大小為v1,方向與水平方向夾角為θ。落地瞬間速度大小為v2,方向與水平方向夾角為α。已知運(yùn)動(dòng)員受到的阻力與速率成正比,假設(shè)落地點(diǎn)與起跳時(shí)重心高度相等,重力加速度為g,求運(yùn)動(dòng)員從離開地面到落地所經(jīng)歷的時(shí)間t。
能在受線性變化阻力這種新的情境中對(duì)問題進(jìn)行分析和推理,應(yīng)用微元法結(jié)合力與運(yùn)動(dòng)觀念分析、解決問題。屬于高中階段的最高要求。
在一個(gè)情境中開發(fā)五個(gè)不同水平的作業(yè)題,讓學(xué)生在有限的課余時(shí)間中進(jìn)行思維進(jìn)階通關(guān)游戲,水平低的學(xué)生完成前3題,努力思考第4題;水平中上的學(xué)生完成前4題;水平極高的學(xué)生完成5道題。這樣處理,既節(jié)省了時(shí)間,又再一次讓學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)建構(gòu)、問題進(jìn)階的全過程,其優(yōu)點(diǎn)不言而喻。
案例2 設(shè)計(jì)《平拋運(yùn)動(dòng)》課后作業(yè)。創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境:沿水平方向勻速運(yùn)動(dòng)的飛機(jī),每隔相同時(shí)間釋放一顆炸彈(圖2)。
考核目標(biāo):考查對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解,運(yùn)用力與運(yùn)動(dòng)觀念解決平拋運(yùn)動(dòng)問題的能力;考查運(yùn)用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律解決問題的觀念;考查科學(xué)思維中應(yīng)用物理規(guī)律對(duì)具體問題進(jìn)行分析、推理的能力。
任務(wù)描述:(1)飛機(jī)每隔相同時(shí)間釋放一顆炸彈,每顆炸彈做平拋運(yùn)動(dòng);(2)炸彈的水平速度與飛機(jī)相同,因此落地前與飛機(jī)在同一豎直線;(3)炸彈運(yùn)動(dòng)過程中,相鄰炸彈的距離越來越大,且呈現(xiàn)一定規(guī)律;(4)能運(yùn)算炸彈投中各類目標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)。
水平1:關(guān)于每顆炸彈離開飛機(jī)后,對(duì)其運(yùn)動(dòng)的描述正確的是(? ? )
A.做自由落體運(yùn)動(dòng)
B.向下做勻速直線運(yùn)動(dòng)
C.做平拋運(yùn)動(dòng)
D.向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)
水平2:請(qǐng)解釋炸彈落地前排出一條豎直線的原因。
水平3:在所有炸彈落地前,第n顆炸彈釋放瞬間,下列分析正確的是(? ? )
A.相鄰炸彈之間的距離保持不變
B.相鄰炸彈之間的距離越來越大
C.第n顆、n-1顆、n-2顆、n-3顆炸彈之間的距離的比是1:3:5
D.第1顆、2顆、3顆、4顆炸彈之間的距離的比是1:3:5
水平4:以初速度v0=100 m/s沿水平方向勻速運(yùn)動(dòng)的飛機(jī)A,每隔t=3 s時(shí)間釋放一顆炸彈, 記最先釋放的炸彈為第1顆,以后釋放的炸彈依次是第2、3、4……已知當(dāng)?shù)?顆炸彈落地時(shí)速度與水平方向夾角與第6顆炸彈速度與豎直方向夾角相同,第3顆炸彈在某高度處垂直擊中一飛機(jī)B的機(jī)身,被擊中飛機(jī)的機(jī)身與水平方向夾角為30°,求:
(1)投彈飛機(jī)A所在的高度H;
(2)飛機(jī)B被擊中時(shí)離第1顆炸彈落地點(diǎn)的水平距離。
案例2從水平1向水平4發(fā)展的設(shè)計(jì)與案例1相似,其作用不再贅述。下面通過案例3介紹在評(píng)價(jià)方面進(jìn)行改進(jìn)的做法。
案例3 創(chuàng)設(shè)情境:如圖3所示,一個(gè)小球從半徑R=0.8 m的光滑1/4豎直圓弧軌道底端滑入,小球的初速度v0=4 m/s,請(qǐng)選擇一種你認(rèn)為合適的方法求小球到達(dá)圓弧頂端的時(shí)間。
這是一個(gè)極簡(jiǎn)單的情境,卻是一個(gè)不容易解決的問題,通過這樣的問題,可以讓學(xué)生盡最大努力“搜索”解題思路,嘗試解決問題。而對(duì)學(xué)生的答案,不該以簡(jiǎn)單的“對(duì)錯(cuò)”進(jìn)行評(píng)價(jià),還應(yīng)該考慮學(xué)生答案所體現(xiàn)的思維層次。
層次三:將小球的運(yùn)動(dòng)分為兩段,從開始運(yùn)動(dòng)到經(jīng)過一半圓弧長(zhǎng)時(shí)間為t1,剩下一半圓弧長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 t2,設(shè)小球到達(dá)軌道中點(diǎn)的速度為v1,由機(jī)械能守恒定律:
層次四:將小球的運(yùn)動(dòng)分為三段,從開始運(yùn)動(dòng)到經(jīng)過三分之一圓弧長(zhǎng)時(shí)間為t1,中間三分之一圓弧長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 t2,最后三分之一圓弧長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t3,設(shè)小球到達(dá)第一段三分之一圓弧末端的速度為v1,到達(dá)第二段三分之一圓弧末端的速度為v2,由機(jī)械能守恒定律:
(評(píng)價(jià):將圓弧分段處理的思想,已經(jīng)接近處理非線性問題的微積分思想,可給滿分)
層次五:采用微積分嚴(yán)格求解。
如圖4所示,小球從最低點(diǎn)以初速度v0滑入光滑圓弧后,小球運(yùn)動(dòng)的路程對(duì)應(yīng)的圓心角為θ時(shí),小球的速度為v=Rω=R■(角速度大小等于角度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù))
總結(jié)與反思:基于一個(gè)真實(shí)情境開發(fā)整節(jié)課(整章)作業(yè)不僅能夠節(jié)約學(xué)生完成作業(yè)的時(shí)間,提高效率,還能夠較好地落實(shí)學(xué)業(yè)目標(biāo)要求。主要有三個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1)能夠讓學(xué)生經(jīng)歷從低階思維向高階思維發(fā)展的全過程,有利于不同層次的學(xué)生通過作業(yè)得到不同層次的提高;(2)能夠讓學(xué)生經(jīng)歷理解物理規(guī)律到應(yīng)用物理規(guī)律解決問題的全過程,較好地培養(yǎng)物理觀念;(3)能夠讓學(xué)生經(jīng)歷從認(rèn)識(shí)模型、模型建構(gòu)到應(yīng)用模型解決問題的全過程,較好地培養(yǎng)科學(xué)思維。
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[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)[M].北京:人民教育出版社,2018.
[2]廖伯琴.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)解讀[M].北京:高等教育出版社,2018.
(欄目編輯? ? 趙保鋼)