指向核心素养的初中物理大单元作业设计
——以八年级物理“压强”一章为例

河南省洛阳市洛阳外国语学校 于瑞莹

单元教学思想体现了学生学习是由易到难、循序渐进的过程。对物理学习来说，学生需要从直观了解到形成物理观念，从感性认识到科学思维，在实践与探索中形成科学探究的能力，培养具体的科学态度与责任。组织大单元教学可以帮助教师研读单元整体的知识结构与能力、素养框架，并通过分析课程标准及学情，按照任务逻辑进行作业设计。还可以帮助学生循序渐进地理解知识，形成物理观念，在实践探索中形成物理科学思维。总体而言，大单元作业设计对学生长远发展有重要影响，是落实核心素养培养的有效途径。

一、基于核心素养深挖教材，进行单元内容分析

作业设计需要教师充分理解教材，结合课程标准，基于团队的力量分析学情，从而设计适合学生的作业。以初中物理“压强”一章为例。作为现行教材八年级物理第九章内容，压强既是已学过的质量、密度、重力等知识的综合应用，也是学好浮力的基础，起到了承上启下的作用。本单元从一般性的压强概念开始，通过大量的生活现象，让学生了解了液体的压强和气体的压强的存在。学生在理解压强的过程中可以获得压强、液体压强、大气压强、流体压强与流速关系等物理概念；教材在安排上，通过研究液体压强特点的实验，从科学问题、形成猜想、设计实验与制订方案、分析数据、总结规律、得出结论，对探究的过程和结果进行交流和评估，让学生具备科学探究的能力，体验控制变量法在探究中的应用。在学生了解液体压强、大气压强及流体压强的应用过程中，笔者强调联系实际生活，构建模型，在教与学的过程中，学生逐渐具备严谨认真的科研精神，培养了学生的科学态度与责任。

本章的单元知识结构体系如图1。

图1

二、大单元教学中主要作业设计

苏霍姆林斯基说：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望自己是个发现者、研究者、探索者。”本章作业设计，打破了传统实验教学“照单抓药”模式，从创设情境到进阶式探究，充分发挥学生的创新思维，给学生提供广阔的自主探索发现的空间，从而呈现出一种开放的、自主的学习格局，使学生的主体地位得到了充分体现。

部分作业设计如下：

［课时1］压强

学生根据生活经验，已经对压强有了一定认知。如日常背书包的经验能使学生感受到压力的大小。学生也能感知不同粗细的书包带以及书包内所放不同数量的书本可以改变压强的大小。如图2所示，课本中采用了“观察小桌对海绵的形变程度”来探究“压力作用效果跟哪些因素有关”。但是，这样的教学对帮助学生深度理解压强还不够，所以在课堂活动中，笔者改进了教材中的实验，将海绵换成了如图3所示的弹簧，设计如下的课中实践性作业。

图2

图3

学习任务单如下：

例1，观察下图，思考哪个金属块对弹簧的压力作用效果更明显？

（1）如图4所示，当受力面积一定时，______越大，压力的作用效果越明显。

（2）如图5所示，当压力一定时，______越小，压力作用效果越明显。

（3）如图6所示，两个金属块对弹簧的压力大小和受力面积都不一样时，如何比较压力的作用效果？

图4

图5

图6

我们发现，单位受力面积上所受压力越大，压力的作用效果越明显（如图7所示）。

需要“转化为相同的______时，通过比较压力的大小”来确定。

图7

我们用压强来描述“压力的作用效果”。

因此，我们可以将“压力与受力面积的比”定义为________。

设计意图：通过一步步观察弹簧的形变程度，引导学生思考压力的作用效果与什么因素有关。教学中可以深入浅出、循序渐进地让学生在动手与思考的过程中，深刻地理解比值定义法，从而有助于学生物理观念的形成。

例2，课后实践作业

请学生在家尝试：能否成功站在鸡蛋上，鸡蛋不破（如图8所示）。如果可以，请分析原因，并拍下视频短片。

设计意图：这样的实践性作业趣味性强，取材容易，改变了单一作业形式。并且，实践性作业要求更多的动作和行为过程，符合初中生发展特征，也更能调动学生的兴趣。

［课时2］液体压强

例3，课前预习作业

液体内部存在压强吗？请你在手上套上塑料袋，将手浸入一盆水中（如图9所示），观察塑料袋的形变，感受液体对手的压强。

图8

图9

设计意图：观察是物理学习最基本的活动之一。学生可以在观察中，通过感官或仪器，有目的、有计划地考察描述实验与自然现象。由于手上套有塑料袋，学生明显地能感受到塑料袋紧紧地贴在手上，从而理解“液体内部存在压强”，并能观察到液体内部各个方向上都存在压强。这样的设计有助于提高学生的观察能力，培养学生实事求是的科学态度，还可以激发学生兴趣，促进学生对概念的理解。

例4，课中观察作业

请学生观察下图所示实验，用塑料片把两端开口的塑料管一端堵起来浸入水中。

（1）如图10所示，请观察塑料片是否会掉落？为什么？

（2）如图11所示，在玻璃管内加蓝色的水，直到内外液面相平时，发生了什么？为什么？

（3）为什么塑料片会掉落？请计算蓝色的水对塑料片的压强，并推导液体压强公式。

设计意图：如图12所示，课本对液体压强公式的推导是设想在该处有一个水平放置的“平面”，这个液柱对平面的压力等于液柱的重力。通过以上作业，可以让学生在脑海中形成具体的想象，给学生提供“脚手架”，让学生在逐步分析与思考的过程中理解所学知识。

图10

图11

图12

例5，课后阅读作业

从百米浅海到万米深海，这是中国载人深潜事业一代代深潜人的“深蓝梦”，它突破了我国多项核心深潜技术，完成万米级海试，首次探底全球海洋最深处——马里亚纳海沟“挑战者深渊”，创造我国载人深潜新纪录。它就是中国“奋斗者”号载人潜水器。

“奋斗者”号下潜的马里亚纳海沟最深处，水压超过110 MPa，相当于2000头非洲象踩在一个人的背上。如此高压，意味着潜水器的材料、结构设计等都面临严峻挑战。经过上千次的优化测试，中国自主研发的全新高强高韧钛合金足以应对深海的高压冲击。想要成功下潜万米，还需要极其精密的制造、冷弯、焊接技术，保证球舱的可靠性。研发团队改进焊接方式，从焊缝多、工期长的传统“瓜瓣焊接”改为焊缝少、可靠性高的“半球焊接”。“奋斗者号”钛合金载人球舱直径达2 m，标志着我国钛合金材料技术和焊接加工技术已经达到国际领先水平。

2020年11月10日，“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10909 m，也就是说，它已经可到达全球深海的任何地方。请估算“奋斗者”号在海下10909 m的深度受到的液体压强为多大？若“奋斗者”号观景窗的面积为0.5 m2，那么该观景窗此时所受液体的压力为多少？（不考虑海水密度变化，ρ海水取1.06×103kg／m3，g取10 N／kg）

设计意图：阅读类作业可以发展学生自主学习的能力以及解决问题的能力，还可以帮助学生理解科学概念、熟悉科学术语及表达规范。学生在完成作业中需要学会在大量信息中寻找有价值的信息，带着问题进行有目的的阅读。同时，选择“奋斗者”号设计题目，可以培养学生的民族自豪感，起到立德树人的作用。

［课时3］连通器

例6，课后实践作业

如图13所示，在软管中装适量的水，检测家中的电视、家具摆放是否水平。

设计意图：学生亲身体验连通器的应用，可以获取直接经验，巩固知识。

［课时4］大气压强

例7，课中实践作业

图14中，试管内红色的水柱没有下落，是被谁托起来的呢？

图13

图14

图15

（1）如何寻找大气压能支撑的最高水柱呢？

（2）一步步增加试管的长度，我们观察到大气压能支撑10.3 m的水柱（如图15所示），所以大气压的值p＝ρgh＝______＝______Pa。

（3）若想在实验室内测出大气压强的值，可以如何改进实验？如何降低液面所在的深度？

设计意图：由于水银有毒，所以目前托里拆利实验普遍放视频让学生学习，因此难度较大。为了突破这个难点，可以把托里拆利实验改为学生活动，从覆杯实验到寻找大气压强能支撑多高的水柱，一次次增加试管的长度，超越学生的心理期待，让学生逐渐对大气压强的大小有一定的认知。通过观察学生了解到，大气压强可以支撑10.3 m的水柱，进而将大气压强转换成液体压强进行测量，培养了学生的科学思维，也回顾了液体压强相关知识。接着，引导学生改进这个实验，通过增加液体的密度而减小深度，可以让学生对托里拆利实验深度思考，感受到科学家对实验精妙绝伦的设计，培养学生的理性思维和勇于创新的精神。

例8，课后巩固作业

请说明下面几幅图中（如图16所示），分别是如何利用大气压强的？

图16

（1）纸片为什么不会掉下来？

（2）吸盘为什么不会掉下来？

（3）为什么用吸管可以喝玻璃瓶内的饮料？

（4）若用橡皮泥把玻璃瓶口与吸管的缝隙堵上，是否能喝到饮料呢？为什么？

设计意图：这一课会有较多活动证明大气压强的存在，然而学生对具体现象的分析还是感到有一定难度。在课后巩固性作业中设计这样的题目，可以让学生静下心来思考、分析这些现象产生的原因，巩固所学知识。后两张图的对比可以消除对学生“用吸管吸饮料是因为“吸力”的错误认知。总体而言，有助于学生将实际生活中大气压强的相关现象转换成物理模型，并通过实验对物理问题进行分析和推理，在归纳总结的过程中，培养学生的科学思维。

由于每节作业设计都围绕教学与核心素养展开，既能巩固本章基本知识，也能在学生的基础上加以提升，作业立足课本，贴近生活，由浅入深，变式拓展，整体布置规范、系统。把控书面作业时间，通过实践性作业、阅读性作业调动了学生的积极性，作业内容也呈现多样化、多元化的特点。联系生活的研究性学习，小论文、科技阅读类作业，让学生动起来，思维活起来，视野广起来。起到了较好的作业效果，减负赋能，培养了学生的创造力，促进了学生的全面发展。

三、作业设计的特点与启示

（一）设计难度匹配的作业

作业是学生自主学习的重要组成部分，主要功能在于使学生学会自主学习，并保持学习兴趣。作业设计首先应依据大单元核心概念和单元学习目标，并结合学情，设计出注重基础，并具有针对性的作业。比如例8，作业设计选择了“大气压强”这一节的课堂上“证明大气压强存在”的常见活动，由于课堂上大班教学缺乏学生自己对现象背后的深度本质思考，缺乏对压力具体的分析。这样的几个问题，巩固了课堂所学，有助于消除“用吸管吸饮料是因为‘吸力’”的错误认知。同时培养了学生对科学术语的表达能力。另外，作业内容的难度应该循序渐进、具有层次，如例1从学生观察到“压力作用效果与压力大小和受力面积有关”，逐步引导学生分析“单位面积上所受的压力越大，压力作用效果越明显”，再到通过“比值定义法”定义“压强”。可以让学生在完成作业的过程中逐步提升，有效避免学生的畏难情绪，落实核心素养。

（二）加强建构类作业的设计

在新授课的作业中需要极力避免设计无序、繁多主题的作业，而应注重在题目中给学生必要的铺垫，提供合适的思维线索，注重学生习得思维的具体过程。比如例7，托里拆利实验难度较大。作业设计选择学生熟悉的情境——“覆杯实验”，大气压强能托起卡片和杯内的水。提出问题：“大气压强可以支撑多高的水柱？”接着再逐渐增加试管高度，让学生一步步发现大气压强约能支持起10.3 m高的水柱。在学生感叹大气压强之大的同时，也渗透了科学方法“转换法”的应用，通过计算液体内部压强来计算大气压强的大小。再提出问题，改进实验，增加液体的密度以便减小液柱的高度计算大气压强。这样，从遇到问题、解决问题，利用学生生活中常见的水、玻璃管和逐步设问，为学生的思维搭建合理的“台阶”，使其对大气压强这一物理概念的理解更加深刻。

（三）注重作业类型的多样化

在作业设计中注意改变传统作业形式，注重作业类型的多样化。我们可以设计出观察、体验、制作、调查、探究等不同类型的作业。如例2“脚踩鸡蛋”、例3“手套塑料袋感受液体压强”、例5阅读类作业、例6“用软管观察桌面是否水平”，这些作业取材方便，易于操作，可以有效地培养学生动手能力和科学思维，帮助学生养成良好的学习品质，实现提质增效，促进学生全面发展。