指向思維進(jìn)階的高中物理情境化作業(yè)設(shè)計(jì)探究

摘要：將情境化習(xí)題融入高中物理作業(yè)中，有利于培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階。闡述了情境化作業(yè)的內(nèi)涵，分析了情境化作業(yè)設(shè)計(jì)的意義，并對“拋體運(yùn)動(dòng)”情境化作業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例做了分析，探討了情境化作業(yè)設(shè)計(jì)路徑，總結(jié)了情境化作業(yè)的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：情境化作業(yè)；作業(yè)設(shè)計(jì)；高中物理；“拋體運(yùn)動(dòng)”新的高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出，教師應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)踐創(chuàng)設(shè)問題情境，從物理的角度提出有關(guān)問題，激發(fā)學(xué)生的探究欲望［1］。考試招生制度改革相關(guān)文件也指出，要加大改革力度，依據(jù)國家人才選拔要求和國家學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)，大力改革命題內(nèi)容，凸顯基礎(chǔ)性和綜合性，有效考查學(xué)生的思維能力和分析問題、解決問題的能力［2］?；诖?，教師要重視情境化作業(yè)的設(shè)計(jì)，提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識分析問題和解決問題的能力，加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生的思維進(jìn)階。一、情境化作業(yè)的內(nèi)涵情境化作業(yè)是以生活實(shí)踐和科技成就為載體，以問題和任務(wù)為中心的作業(yè)，能幫助學(xué)生鞏固學(xué)科知識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。情境化作業(yè)主要分為生活情境作業(yè)和探索情境作業(yè)兩大類［3］。生活情境作業(yè)是指根據(jù)日常生活現(xiàn)象、生產(chǎn)活動(dòng)和體育項(xiàng)目以及科技發(fā)展成就等設(shè)計(jì)的作業(yè)；探索情境作業(yè)是指根據(jù)實(shí)踐研究、探索問題或典型問題等設(shè)計(jì)的作業(yè)。情境化作業(yè)能幫助學(xué)生理解物理知識的本質(zhì)，提升學(xué)生聯(lián)系理論和實(shí)際的能力，培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力。情境化作業(yè)可以分為三個(gè)層次：一是利用單一知識點(diǎn)或方法就能解決的基本層次的情境作業(yè)；二是需要運(yùn)用多個(gè)知識點(diǎn)或多種方法才能解決的情境作業(yè)；三是需要運(yùn)用創(chuàng)造性思維才能解決的原始情境作業(yè)。二、設(shè)計(jì)情境化作業(yè)的意義（一）可以幫助教師更好地實(shí)現(xiàn)立德樹人教學(xué)目標(biāo)作業(yè)設(shè)計(jì)是物理教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，教師在設(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)應(yīng)重視作業(yè)的育人功能，充分發(fā)揮作業(yè)的價(jià)值導(dǎo)向作用。首先，情境化作業(yè)設(shè)計(jì)素材通常源于生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)和學(xué)習(xí)探索問題，能幫助學(xué)生深刻理解知識內(nèi)涵，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科學(xué)家的艱苦探索過程，培養(yǎng)學(xué)生勇于追求真理的精神。其次，情境化作業(yè)設(shè)計(jì)素材常常源于國家科技成果、中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化和體育競技項(xiàng)目，可以增強(qiáng)學(xué)生的國家自信、文化自信及民族認(rèn)同感。最后，情境化作業(yè)設(shè)計(jì)素材有時(shí)還取自中國古代成就、中國革命文化和社會主義建設(shè)成就等方面，可以幫助學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀念。由此可見，情境化作業(yè)設(shè)計(jì)可以幫助教師更好地實(shí)現(xiàn)立德樹人教學(xué)目標(biāo)。（二）可以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣情境化作業(yè)是以情境問題為載體的作業(yè)，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。第一，情境化作業(yè)中的情境問題與日常生活、生產(chǎn)實(shí)踐和體育運(yùn)動(dòng)聯(lián)系緊密，能有效提高學(xué)生的探究興趣。第二，情境化作業(yè)設(shè)計(jì)依托真實(shí)的、開放的情境，將物理學(xué)科知識與現(xiàn)實(shí)生活有機(jī)融合，能讓學(xué)生由被動(dòng)的解題者變?yōu)橹鲃?dòng)的問題發(fā)現(xiàn)者和問題探索者，這能提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識和學(xué)習(xí)興趣。物理教師在作業(yè)設(shè)計(jì)中要善于將抽象的物理知識融入真實(shí)的情境中，讓學(xué)生產(chǎn)生探究問題的興趣，感受到物理探究的魅力。（三）可以更好地提高學(xué)生的思維品質(zhì)具備良好思維品質(zhì)的學(xué)生可以在解決問題時(shí)，對信息進(jìn)行深度的思維加工，獲得更有價(jià)值的創(chuàng)新性成果。而情境化作業(yè)設(shè)計(jì)注重知識的傳授和真實(shí)情境的結(jié)合、技能訓(xùn)練和創(chuàng)造力培養(yǎng)的統(tǒng)一、非智力素養(yǎng)與思維能力的同步發(fā)展，能使學(xué)生的學(xué)科思維、抽象思維和發(fā)散思維等得到很好的培養(yǎng)。同時(shí)，情境化作業(yè)中蘊(yùn)含的學(xué)科知識是培養(yǎng)學(xué)生良好思維品質(zhì)的基礎(chǔ)。學(xué)科知識對激發(fā)學(xué)生靈感具有促進(jìn)作用，而靈感則是創(chuàng)造思維發(fā)展的關(guān)鍵。由此可見，情境化作業(yè)設(shè)計(jì)有助于學(xué)生科學(xué)創(chuàng)造思維的發(fā)展。此外，學(xué)生在完成情境化作業(yè)時(shí)能有效培養(yǎng)自己的抽象思維和發(fā)散思維，而這也是良好思維品質(zhì)的重要內(nèi)容。三、情境化作業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)例及分析下面，筆者以“拋體運(yùn)動(dòng)”一課為例，探討如何設(shè)計(jì)指向?qū)W生思維進(jìn)階的情境化作業(yè)，以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。（一）作業(yè)設(shè)計(jì)日常生活情境化，拉近生活和物理知識的距離【例1】投壺是中國古代的一種游戲，這種游戲是以壺口為目標(biāo)，人站在一定距離外投箭矢，以投入箭矢的數(shù)量決定勝負(fù)。某同學(xué)進(jìn)行投壺游戲，箭矢從高0.8m的A點(diǎn)以4m/s的初速度水平拋出，正好落在壺口C點(diǎn)，如圖1所示。重力加速度g取10m/s2。為簡化計(jì)算，將箭矢視為質(zhì)點(diǎn)，不計(jì)壺的高度，并且不計(jì)空氣阻力。求：（1）箭矢落入壺口時(shí)的速度大小和方向；（2）以拋點(diǎn)A為坐標(biāo)原點(diǎn)，初速度方向?yàn)閤軸正方向，豎直向下為y軸正方向，建立平面直角坐標(biāo)系，寫出該箭矢運(yùn)動(dòng)的軌跡方程?！痉治觥吭擃}是一道與我國古代傳統(tǒng)文化密切相關(guān)的日常生活情境類題目，與平拋運(yùn)動(dòng)知識聯(lián)系緊密，考查學(xué)生對相關(guān)知識的掌握程度與運(yùn)用知識解決問題的能力。該題目相對容易，學(xué)生只要掌握平拋運(yùn)動(dòng)有關(guān)速度的合成和分解知識，便可結(jié)合已知高度求出豎直方向的速度，進(jìn)而得出箭矢落入壺口時(shí)的速度大小和方向；根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)有關(guān)水平和豎直方向的位移公式，就可以根據(jù)給出的條件解決第二個(gè)問題。（二）作業(yè)設(shè)計(jì)科研前沿情境化，讓科學(xué)與知識連起來【例2】我國發(fā)射的探月人造衛(wèi)星圍繞著月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星可以發(fā)射一種新型的低速探測器，該探測器可以在月球表面沿任意方向靈活轉(zhuǎn)向飛行。在某次探測中，探測器以vo速度水平飛行時(shí)釋放了一個(gè)物體，該物體下落后垂直打在與月球表面成30度角的斜面上，如圖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為g，求物體從探測器拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的位移大小和方向?！痉治觥吭擃}是一道聯(lián)系航天航空的科技情境類題目，屬于基本層次的情境作業(yè)。該題目主要考查學(xué)生對速度的合成與分解知識的運(yùn)用以及豎直方向和水平方向運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解。（三）作業(yè)設(shè)計(jì)問題探究情境化，讓應(yīng)用和創(chuàng)新活起來【例3】一個(gè)獵人持槍水平瞄準(zhǔn)樹上的一只松鼠，在獵槍發(fā)射子彈的瞬間，松鼠看到槍口火光后立刻自由落下。問獵人打中松鼠時(shí)子彈的速度是多少？【例4】工作人員在一次檢查水池時(shí)發(fā)現(xiàn)，有一根水管正在向外排水。這根水管水平放置，離地面的高度未知，如圖3所示。如果只有一把卷尺，那么需要測出哪些數(shù)據(jù)才可估測該水管的排水量？寫出每秒排水體積的表達(dá)式?！痉治觥窟@兩題都是探究情境類問題，屬于開放性的原始物理問題，沒有已知物理量。要想解決這類問題，我們通常需要使用抽象表征、賦值表征、方法表征、物理表征和數(shù)學(xué)表征等［4］。在解答例3時(shí)，我們可通過抽象表征把松鼠和子彈看成質(zhì)點(diǎn)，并認(rèn)為松鼠和子彈同時(shí)運(yùn)動(dòng)；通過賦值表征假設(shè)子彈射出時(shí)的速度為vo、松鼠所處位置的高度為h、槍口與松鼠的水平距離為s；通過方法表征將子彈的平拋運(yùn)動(dòng)看成水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)；通過物理表征，運(yùn)用相關(guān)的物理公式，經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算得出獵人擊中松鼠的條件。在解答例4時(shí)，我們要先用卷尺測出出水口的高度和落水位置距離出水口的水平距離、出水口的直徑，再根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的知識解決問題。這兩道例題都是綜合層次的情境作業(yè)，對學(xué)生的要求較高，主要考查學(xué)生的發(fā)散思維能力和問題解決能力。（四）作業(yè)設(shè)計(jì)教材問題情境化，將課本與現(xiàn)實(shí)聯(lián)系起來【例5】甲、乙兩名同學(xué)練習(xí)投籃，如圖4所示，甲同學(xué)在A點(diǎn)起跳投籃，將籃球在離地高h(yuǎn)1的位置以速度v0斜向上投出，籃球豎直速度為零時(shí)打在籃板離地高h(yuǎn)2的B點(diǎn)上?；@球與籃板碰撞后，平行于籃板的速度分量不變，垂直于籃板的速度分量大小變?yōu)榕銮暗?/5，碰撞后籃球與籃板面的夾角為53度?；@球飛出后被乙同學(xué)在C點(diǎn)接到。不計(jì)籃球與籃板碰撞的時(shí)間，籃球未碰籃筐，已知重力加速度為g，sin53°=0.8，求籃球與籃板碰撞后的速度大小。【分析】這是一道由教材課后習(xí)題改編而來的運(yùn)動(dòng)情境類作業(yè)，屬于較為復(fù)雜的綜合層次情境作業(yè)，對學(xué)生數(shù)學(xué)運(yùn)算能力的要求較高。該題目主要考查學(xué)生對平拋運(yùn)動(dòng)知識、速度合成和分解知識以及自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的掌握情況。四、情境化作業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及啟示（一）注重情境化作業(yè)的真實(shí)性，激發(fā)學(xué)生探究興趣教師進(jìn)行情境化作業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)要注重真實(shí)性，不能主觀臆造不符合實(shí)際的虛假情境，只有融入真實(shí)的物理情境才能消除傳統(tǒng)物理教學(xué)中只重理論分析、忽略實(shí)際應(yīng)用的弊端，促進(jìn)教學(xué)方式的變革。從情境化作業(yè)的選材來看，教師應(yīng)從學(xué)生日常生活出發(fā)，選擇契合課程內(nèi)容的生產(chǎn)生活情境。從化作業(yè)側(cè)重點(diǎn)來看，教師應(yīng)重視從社會生活、體育運(yùn)動(dòng)、物理實(shí)驗(yàn)和科學(xué)前沿中選擇問題情境，以激發(fā)學(xué)生對科學(xué)探究的興趣?？傊?，情境化作業(yè)的真實(shí)性要求教師在教學(xué)過程中有意識地結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選取更多貼近生活、貼近社會、貼近實(shí)際的生產(chǎn)科研素材，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注自然、關(guān)注環(huán)境，熱愛勞動(dòng)、熱愛科學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和愛國情懷。（二）注重情境化作業(yè)的原始性，提高學(xué)生思維品質(zhì)原始物理問題是從生活實(shí)踐活動(dòng)、體育運(yùn)動(dòng)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中抽象出來的問題，這些能反映物理規(guī)律、物理思維方法的問題并未經(jīng)過抽象加工，僅是對物k1JElftPmIsWHv23Q9hTWA==理現(xiàn)象的描述，沒有相應(yīng)的已知量。但是，它對物理現(xiàn)象的描述能反映真實(shí)的物理世界，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。另外，解決原始物理問題需要學(xué)生從生活實(shí)踐出發(fā)，根據(jù)真實(shí)物理情境提取有用信息，建立物理模型，利用圖像分析、物理數(shù)值表征等得出正確結(jié)論?？梢?，教師在實(shí)際作業(yè)設(shè)計(jì)中融入原始物理問題有利于提高學(xué)生的思維水平。首先，教師在作業(yè)設(shè)計(jì)和課堂教學(xué)中引入生動(dòng)有趣的原始物理問題，能讓學(xué)生在解決問題的過程中始終保持較高的研究熱情。其次，教師融入的原始物理問題通常以文字描述的形式將物理規(guī)律隱藏在物理現(xiàn)象中，并沒有解題需要的提示性已知條件，這樣一來，學(xué)生在復(fù)雜信息情境中并不能直接套用現(xiàn)有的物理模型，只能通過自己獨(dú)立思考、不斷探索構(gòu)建相應(yīng)的物理模型，這種原始物理問題生態(tài)性的特點(diǎn)更有利于學(xué)生知識體系的構(gòu)建和創(chuàng)造力的發(fā)展。再次，原始物理問題的情境源于學(xué)生的日常生活，能拓展學(xué)生的思維空間。最后，原始物理問題答案具有開放性，這能開闊學(xué)生的視野，提高學(xué)生的思維品質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)展。（三）注重情境化作業(yè)的適切性，提升學(xué)生核心素養(yǎng)教師要明確情境化作業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)，結(jié)合高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的要求以及學(xué)生的認(rèn)知水平，設(shè)計(jì)適切的情境化作業(yè)，以此提升學(xué)生的問題解決能力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。情境化作業(yè)內(nèi)容要合理，能覆蓋所學(xué)