优化作业设计,培养科学思维

朱暑波

【摘要】根据新课标内容和“双减”要求，将作业设计和培养科学思维有机结合，以“电磁感应及其应用”单元为例，从四个方面优化作业设计，即让思维可见、让思维深入、让思维发散、让思维创新，培养学生的科学思维，促使作业提质减量，落实“双减”政策。

【关键词】作业设计；科学思维；“双减”政策；电磁感应

2017年版高中物理新课标指出，“科学思维”是物理学科核心素养的主要方面，它包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素，培养学生科学思维的前提是落实物理观念，科学思维提升之后又有助于落实科学探究、科学态度与责任，所以培养科学思维是培育物理核心素养的主要抓手和突破口。“双减”政策要求教师精简作业、减轻学生负担。如何设计作业是摆在一线教师面前的一道必答题，如何把作业设计和培养科学思维结合起来更是一个值得思考的问题。下面以“电磁感应及其应用”单元为例，分四个方面阐述如何在作业设计中培养学生科学思维。

一、依据课标内容，让思维可见

为了使作业提质减量，可以按单元主题设计作业。教学的出发点和落脚点要依据课标，作业设计更是如此，可依据课标内容确定单元作业主题及作业的具体内容。如“电磁感应及其应用”单元主要包括产生感应电流的条件、楞次定律、法拉第电磁感应定律、自感现象、涡流、交变电流、变压器、远距离输电等内容。每道作业题在巩固物理观念的基础上突出培养科学思维的1～2个维度，兼顾其他维度，并在题首清晰标明维度。“电磁感应及其应用”单元中涉及到模型建构维度的主要有变压器，设计作业如下表1所示。

物理模型一般分为物质模型、过程模型、条件模型。河南师范大学侯新杰教授提出物理建模能力分为物理元建模知识和物理建模实践能力两部分，即先清楚什么是模型建构，再培养建模能力。中学物理的教学目标主要是培养学生认识模型、应用模型的能力，主要包括选取研究对象、分析建模条件、应用模型解决问题三个环节。故表1中作业设计的第1问意在让学生认识常见模型和分析模型成立的条件，并让学生说明什么是物理模型，什么条件下可看作理想化模型。让模型建构可视化、清晰化，让学生明白模型建构是重要的科学思维。第2问是在简单情景中应用模型，第3问改编自教材习题，考察学生在较复杂问题背景下应用模型的能力，进一步培养模型建构能力。虽然此题突出模型建构能力，但科学推理能力也必不可少。

表1 作业设计举例1

二、基于学习进阶规律，让思维深入

学习进阶是指“学生在一个时间跨度内学习和探究某一主题时，依次进阶、逐级深化的思维方式”。基于学习进阶规律设计作业有助于学生循序渐进，逐步深入掌握知识。在设计作业的同时，结合学业质量水平，逐层设计，让思维层层深入，不断提升思维能力。以科学推理为例设计作业，如表2所示。

表2 作业设计举例2

新课标中把科学推理学业质量划分为5个水平，如下表3所示：

表3 科学推理学业质量水平

科学推理是对已有知识、条件、论断进行对比、归纳、分析、推理，形成新结论的过程，是对一个多变量问题进行推断时表现出的思维能力。一般可分为归纳推理、演绎推理和类比推理三种，中学物理用的最多的是演绎推理，上述例2也是演绎推理。表2中的第1问先复习教材内容，即以中轴线P2为转轴研究感应电动势，第2问以P1为轴研究，比第1问稍有深入，属于学业质量水平1～2。第3问求电动势的瞬时值，由特殊到一般，这也是层层深入的表现，且要求学生解释推理结果。第4问改变转轴继续求解，要求进一步提高，属于学业质量水平3～4。第5问改变线圈形状繼续求解电动势的瞬时值，后又改变计时起点，总的来说是在一种较新的情景中分析和推理，属于学业质量水平4～5。如此设计既能使科学推理思维层层深入，又能落实学业质量水平要求。要说明的是，层层深入设计并不是要求每道题都包含1～5的水平，要结合学情、课标、教材等实际情况设计水平等级。

三、根据“双减”要求，让思维发散

“双减”政策是针对义务教育阶段颁发的，但高中阶段更需要科学设计作业，高中学业繁重、学科难度加大、时间紧张，作业设计更要提质减量。可从三方面设计使作业提质减量。一是多题融合，在使用的教材、习题册等资源中，很多作业题重复出现，需要把这些作业归纳、融合在一起，包括题目背景、考查知识点、图像表格等元素的融合。二是一题多问、变式训练，在一个题干情景下尽量多提问题，尽量囊括各类情况，包含不同角度。三是控制作业数量，一个单元一般不超过12道题目。题目质量追求精益求精，精心挑选与设计每道作业题，鼓励改编与创新作业题。以科学论证为例设计作业如表4所示：

表4 作业设计举例3

科学论证是基于证据提出自己的观点，通过科学推理论证观点，同时反驳他人的质疑和批判辩护自己的观点。一般包含四个基本要素：观点、证据、科学推理、反驳。科学论证是培养学生“有理有据”的证据意识，说出的观点、写出的公式推理都必须“有理可依”。楞次定律是高中物理的重难点内容，很多学生对楞次定律的本质没有理解透彻。故上述例3在实验的基础上，通过一题多问、变式训练，让学生阐述证据、归纳推理观点、论证自己的观点并反驳他人的观点，尽可能通过一道题目让学生深刻理解楞次定律，并使科学论证思维得以发散。

四、创设“五部曲”，让思维创新

教师的“教”是为了学生的“学”，同理教师设计作业是为了学生使用作业。作业设计首先应具备可使用性，能落实到平时的教学中，学生能完成教师设计的作业。其次学生要高效完成作业，更好地掌握知识，更好地提升科学思维。为此笔者创设了作业书写“五部曲”，即本题目的题意、知识点、思路、解析、反思与创新。“五部曲”要求学生知道考什么，以什么样的思路去解答，然后是具体解析过程。特别值得一提的是反思与创新，该环节要求学生对习题和解析过程进行反思总结，包括哪里容易错、需要注意什么、怎样作答更好。还要求学生改变条件或提出不同问题或提出不同解法，对比其他题目进行归纳分析，本质是学生对习题的再创作。在完成单元学习后，还可以让学生根据“五部曲”积累经典题型、错题，如表5所示：

表5 学生完成作业情况实例实录

质疑创新是基于证据和推理针对不同观点或结论，提出质疑、批判、创造性见解的高阶能力和思维品格，是科技发展、社会进步的动力源泉，是高中物理教学最应该培养的科学思维。在作业设计中也可以培养学生的质疑创新能力，比如质疑题目背景是否符合实际情况、数据是否合理、解题方法是否恰当等，进而提出自己创造性的想法。学生刚开始对“五部曲”的应用很不适应，这是平时机械训练的 “后遗症”。经过不断引导，学生创新思维得以打开，绝大部分学生能提出新问题、新见解，少数学生的创新想法连教师都拍手叫好。欣赏学生，相信学生，给学生空间，既培养了学生质疑创新能力，让思维变活变新，又能使作业提质减量，让学生更透彻地理解知识。

在“双减”背景下，结合科学思维设计作业是一个创新实践，目前鲜有研究。作业设计看似简单，实则综合性强，绝不是拼凑几个习题而已，除了上述四个方面外，还有很多细节方面的设计。比如给出作业提示构建学习支架，配以详细解析方便学生使用。每一个单元设计一道实践操作题，丰富作业类型。结合教材，充分利用新教材课后习题等。研究过程中也遇到一些困惑，比如如何设计能更好地兼顾知识点巩固与思维培养的作业，不能只谈思维不谈知识，思维必须以知识为载体，要有机结合。另外在作业设计中提升科学思维的具体措施和方法还应该更加多样和有效，并融入到课堂教学之中。作业是评价学生的主要形式，是培养学生科学思维的有力武器，是学生与老师交流的重要桥梁。优化作业设计，落实教育政策，提升科学思维，物理人任重道远！

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[S].北京：人民教育出版社，2017.

[2]物理课程教材研究开发中心.普通高中教科书物理选择性必修第二册[M].北京：人民教育出版社，2019.

[3]侯新杰，李思雨.高中生物理模型建构能力的现状调查及培养策略[J].中学物理，2021（11）.

[4]郭玉英，姚建欣.基于核心素养学习进阶的科学教学设计[J].课程·教材·教法，2016（11）.

（基金项目：本文系海南省教育科学规划一般课题“‘双减’背景下提升科学思维的中学物理作业设计研究”的研究成果，课题编号：OJY20211051）