核心素養視域下高中物理單元作業設計探究

摘 要：隨著教育改革的持續推進，核心素養已然成為教學領域的核心要義。作為高中階段的重要學科，物理教學不僅要肩負起知識傳授的使命，更要致力于培育學生的物理核心素養。而單元作業作為物理教學的重要組成部分，如何科學設計以有效提升學生的核心素養，成為當前物理教師面臨的重要課題。本文將以高中物理必修內容為例，探討核心素養導向下的物理單元作業設計策略。

關鍵詞：高中物理；核心素養；單元作業

在當今信息爆炸的時代，知識的獲取已不再是教育的唯一目標，培養學生的核心素養顯得尤為重要。高中物理教學肩負著培養學生科學素養的重要使命，而單元作業設計則是實現這一目標的關鍵環節。通過精心設計的作業，不僅可以鞏固和拓展學生的物理知識，還能有效培養他們的思維能力、探究精神和責任意識。本文將圍繞核心素養的培養，對高中物理單元作業設計進行深入探究[1]。

一、高中物理核心素養概述

高中物理核心素養是一個多維度的綜合能力框架，它深度融合了物理觀念、科學思維、科學探究以及科學態度與責任四大核心要素。在物理觀念方面，學生應通過系統的物理學習，建立起對物質本質、運動規律、相互作用原理及能量轉換等基本概念的全面認識，并能夠運用這些觀念去解析和闡釋自然現象，從而夯實物理學科的基礎知識。在科學思維層面，學生需要不斷錘煉自身的邏輯思維能力，學會運用模型建構、邏輯推理、實證分析等科學方法去探索物理世界的奧秘，這種思維方式的培養將為他們未來的學術研究和創新實踐提供有力支撐。科學探究能力的培養則要求學生能夠自主設計并實施物理實驗，通過收集和分析數據來驗證科學假設，進而得出客觀、準確的結論。最后，科學態度與責任感的塑造是學生成為優秀科學公民的關鍵，他們應當秉持求真務實、勇于創新的科學精神，積極關注科學技術發展對社會和環境的深遠影響，努力為推動人類文明的進步貢獻自己的力量。這四大方面的素養相輔相成，共同構成了高中物理教育的核心目標，致力于培養學生的綜合素質[2]。

二、核心素養視域下高中物理單元作業設計策略

（一）概念理解作業，鞏固物理觀念

為了幫助學生深入理解和鞏固物理觀念，教師可以精心設計一系列針對物理核心概念的理解性作業。這些作業不僅要求學生簡單地記憶定義和公式，更重要的是通過創設實際問題和情境，指導學生運用所掌握的物理概念進行分析與實踐。在做作業的過程中，學生需要不斷回顧和思考物理觀念，從而加深對它們的理解。這種作業設計方式旨在確保學生能夠更加扎實地掌握物理基礎知識，為后續的科學探究和高級思維訓練奠定基礎。

以人教版必修第二冊中第六章《圓周運動》為例，教師在設計概念理解作業時，可以細致地從多個角度來鞏固學生的物理觀念。首先，聚焦于“線速度”這一核心概念，教師可以構思一系列選擇題。這些題目可以包含不同物體在圓周運動中的線速度對比，讓學生通過分析線速度的大小和方向變化，深刻理解線速度是描述物體沿圓周運動快慢的物理量。同時，題目設計應涵蓋線速度的定義、計算公式及其物理意義，使學生在解題過程中自然而然地掌握這些關鍵知識點。其次，對于“角速度”這一重要概念，填空題是一個很好的作業形式。教師可以根據教學內容，設置需要學生填寫角速度具體數值的題目。通過這些填空題，學生不僅能夠更深入地理解角速度作為描述物體轉動快慢的物理量，還能在實踐中學習如何準確計算和靈活運用角速度。再次，談到“周期”這一關鍵概念時，計算題便顯得尤為重要。教師可以設計一系列涉及不同物體在圓周運動中周期計算的題目。通過這些計算，學生將更清晰地認識到周期是物體完成一整周轉動所需的時間，并進一步掌握周期與線速度、角速度之間的內在聯系。最后，“向心力”和“向心加速度”是《圓周運動》章節中的難點和重點。為了使這兩個抽象概念更加具象化，教師可以結合日常生活中的實際案例來設計問題。例如，通過分析汽車轉彎時向心力的來源和大小，或者探討旋轉木馬上乘客感受到的向心加速度，學生能夠將理論知識與實際應用緊密結合，從而更好地理解和掌握這些復雜概念。教師在設計作業時，應針對圓周運動中的核心概念，采用多樣化的作業形式，并結合生活實例與科技應用來設置問題。這樣的教學策略不僅能有效地幫助學生鞏固和深化對圓周運動相關概念的理解，還能鞏固他們的物理觀念。借助此種方法，學生既能在學業上獲得提升，又能在日常生活中更有效地運用所學的物理知識[3]。

（二）邏輯分析作業，鍛煉科學思維

科學思維是物理學習中不可或缺的能力，而邏輯分析則是培養這種思維的關鍵。因此，教師可以布置一些需要學生進行深入邏輯分析和推理判斷的作業。這些作業可以涉及物理現象的解釋、規律的推導以及問題的解決等方面，要求學生運用所學的物理原理和規律，進行有條理、有邏輯的思考。通過這樣的訓練，學生不僅能夠提升自己的思維能力，還能夠更加準確地運用物理知識去解釋和預測各種現象，從而增強對物理知識的理解和掌握。

以人教版必修第二冊中第八章《機械能守恒定律》為例，教師可以精心設計一系列邏輯分析作業，旨在鍛煉學生的科學思維能力。這些作業應圍繞機械能守恒的核心概念，通過逐步引導的方式，讓學生深入探究機械能守恒的條件以及在不同物理情境中的應用。首先，教師可以布置關于自由落體運動的邏輯分析作業。例如，給定一個物體在自由落體過程中的初始速度和高度，要求學生通過邏輯推理，分析物體在下落過程中動能和勢能的變化情況，并判斷機械能是否守恒。這樣的作業能夠幫助學生理解自由落體運動中機械能轉化的過程，并鍛煉他們的分析能力。其次，教師可以設計拋體運動相關的邏輯分析作業。例如，讓學生分析一個物體在斜拋運動過程中，其速度、高度和機械能的變化情況。學生需要通過邏輯推理，結合所學知識，判斷在不同拋射角度和初速度條件下，機械能是否保持不變。此類作業有助于學生更深入地理解機械能守恒定律，同時提高他們的科學思維能力。最后，教師也可以布置一些綜合性強的邏輯分析作業，要求學生分析更復雜的物理系統中機械能的守恒情況。例如，讓學生研究一個彈簧振子在運動過程中機械能的轉化和守恒情況，或者分析一個滑塊在斜面上下滑時機械能的變化。這些作業需要學生綜合運用所學知識，進行深入地邏輯推理和分析，從而培養他們的科學思維和問題解決能力。通過設計一系列針對“機械能守恒定律”的邏輯分析作業，教師可以有效地鍛煉學生的科學思維能力。這些作業不僅能夠幫助學生加深對機械能守恒定律的理解，還能提升他們在面對復雜物理問題時的分析能力和解決問題的能力[4]。

（三）實驗操作作業，提升科學探究能力

實驗操作是物理學習中不可或缺的一環，也是提升學生科學探究能力的重要途徑。因此，在設計高中物理單元作業時，教師應注重實驗操作的融入。可以布置一些包含實驗設計、器材準備、實驗操作、數據記錄與分析等環節的作業，讓學生在親身實踐中感受科學探究的全過程。通過這樣的作業設計，學生不僅能夠提升自己的實驗技能，還能夠培養科學探究的興趣和熱情，更加深入地理解物理原理和規律。

以人教版必修第二冊中第五章《拋體運動》為例，教師擁有極大的空間和機會通過設計富有挑戰性的實驗操作作業，來有效提升學生的科學探究能力。這些實驗操作作業的設計應著重于激發學生的探究欲望，鼓勵他們積極動手進行拋體實驗，從而更直觀地理解和掌握拋體運動的核心概念和原理。教師可以設計一系列的實驗任務，比如讓學生探究平拋運動、斜拋運動等不同類型拋體運動的特點和規律。在這些實驗中，學生需要親自動手操作，調整實驗參數，如拋射角度、速度等，并仔細觀察拋體在運動過程中的各種現象，如軌跡的變化、速度的衰減等。同時，他們還需要詳細記錄實驗數據，包括拋體的初始狀態、運動過程中的關鍵點和最終落點等信息。完成實驗觀察和數據記錄后，教師應進一步引導學生運用所學的物理知識和分析方法，對實驗數據進行處理和解釋。這包括利用圖表展示數據、通過計算驗證理論預測，以及運用邏輯推理解釋實驗現象等步驟。在這一過程中，學生不僅能夠鞏固和加深對拋體運動基本概念和規律的理解，還能逐漸掌握科學探究的基本流程和方法，如提出假設、設計實驗方案、收集和分析數據，以及基于證據得出結論等。另外，教師還可以設計開放性問題或具有挑戰性的任務，以進一步激發學生的創新思維和探索欲望。例如，教師可以提問：“在不同的環境條件下，拋體運動會發生怎樣的變化？”或者“如何通過改進實驗方法，提高拋體運動實驗的準確性和可靠性？”這些問題能夠促使學生進行更深入地思考和探索，從而培養他們的科學素養和實驗能力。通過設計富有挑戰性和探究性的實驗操作作業，教師不僅能夠幫助學生深化對拋體運動的理解，還能有效提升他們的科學探究能力。

（四）討論反思作業，培養科學態度與責任

為了培養學生的科學態度和責任感，教師可以布置一些引導學生進行討論和反思的作業。這些作業可以圍繞科學技術對社會、環境和倫理的影響展開，讓學生從不同角度思考科學技術發展的利弊得失。通過討論和反思，學生能夠更加全面地認識科學技術的作用，形成正確、科學的價值觀和世界觀。同時，這種作業設計也能培養學生的批判思維和創新能力。

以人教版必修第二冊第七章《萬有引力與宇宙航行》為例，教師可以通過精心設計的討論反思作業，來有效培養學生的科學態度與責任感。這些作業應圍繞萬有引力定律的歷史背景、發現過程，以及宇宙航行的基本原理和其對人類社會的深遠影響等核心議題進行設置。教師可以引導學生就這些議題展開深入且廣泛的討論。例如，可以探討牛頓是如何通過觀察蘋果落地而聯想到天體間的引力作用，進而提出萬有引力定律的；或者討論現代宇宙航行技術是如何利用萬有引力定律來實現太空探索的，以及這些技術給人類帶來了哪些新的認識和可能性。同時，反思也是這類作業不可或缺的一部分。學生需要思考科學技術在推動人類文明進步的過程中，是否也帶來了一些潛在的挑戰和問題。例如，太空垃圾問題、對太空資源的過度開發等。通過反思，學生可以更加深刻地認識到科學技術發展所伴隨的責任與義務，從而培養他們的科學倫理意識。另外，教師可鼓勵學生在討論中發表觀點、提出解決方案，以培養其批判思維和創新能力。這樣的作業設計不僅有助于學生更全面地理解和掌握《萬有引力與宇宙航行》這一章節的相關知識，更重要的是，它能夠在潛移默化中引導學生形成科學的世界觀、價值觀和責任感。

三、核心素養視域下高中物理單元作業設計的建議

（一）突出實踐性與探究性

在設計高中物理單元作業時，教師應注重作業的實踐性和探究性。實踐性作業能夠幫助學生將理論知識應用于實際，加深對物理現象和原理的理解。同時，探究性作業可以激發學生的好奇心和探索欲，培養他們獨立思考和解決問題的能力。例如，可以設計一些基于真實情境的物理實驗任務，讓學生親自動手操作，觀察實驗現象，分析實驗數據，從而培養他們的實踐能力和科學探究精神。

（二）強化思維訓練與創新能力

高中物理單元作業的設計還應著重于學生的思維訓練和創新能力培養。教師可設計挑戰性強、開放度高的問題，引領學生深思，錘煉其邏輯與批判思維；同時，教師也可鼓勵學生提出新穎的觀點和解決方案，培養他們的創新意識和創造能力。例如，在設計必修第一冊第三單元《相互作用——力》的作業時，教師可以布置一個項目式作業，要求學生以小組為單位，設計并制作一個能夠承載一定重量的簡單橋梁模型。在這個過程中，學生不僅需要回顧和應用所學的力學知識，如力的平衡、材料的應力與應變等，還需要發揮創新思維，探索如何優化橋梁結構以提高其穩固性和承重能力。這樣的作業設計，不僅讓學生在實際操作中深化了對力學知識的理解，更通過解決問題的過程，鍛煉了他們的邏輯思維能力、批判性思維能力以及團隊協作能力。

（三）注重個性化與差異化

考慮到學生之間的個體差異，教師在設計高中物理單元作業時應注重個性化和差異化。作業的難度、內容和形式應根據學生的實際情況進行適當調整，以滿足不同學生的學習需求和發展水平。例如，可以為不同層次的學生提供不同難度的作業選項，或者設計一些具有彈性的作業任務，讓學生依據自身興趣與能力進行選題。此種作業設計能更有效地激發學生的學習熱情，助力其物理學習的個性化成長。

結束語

綜上所述，核心素養下高中物理單元作業設計是一項系統而富有挑戰性的工作。它要求教師不僅要有深厚的物理知識儲備，還要具備先進的教育理念和創新的教學方法。通過科學設計作業內容、豐富作業形式、注重作業反饋，教師可以有效提升學生的物理核心素養，為他們的全面發展奠定堅實基礎。隨著教育教學的不斷進步，期待更多的物理單元作業設計創新策略涌現，為學生的成長貢獻更多力量。

參考文獻

[1]許宏起.基于核心素養培養的高中物理作業設計方法探究[J].中華活頁文選（高中版），2024（8）：173-175.

[2]蔡東玲.基于核心素養的高中生物大單元作業設計研究[J].課堂內外（高中版），2024（5）：90-92.

[3]陳海濤，朱曉娟.基于核心素養的初中物理學生實踐作業設計與實施：以實踐作業“水瓶琴”為例[J].物理通報，2024（3）：53-56.

[4]姜明仙.核心素養導向下高中物理大單元教學策略初探：以“靜電場及其應用”為例[J].數理天地（高中版），2024（2）：104-106.

本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃立項課題“核心素養導向下的高中物理單元作業設計實踐研究”（項目編號：D/2020/02/319）的階段性成果。