趙 波 趙 柳 李春密

(1.北京師范大學(xué)物理學(xué)系,北京 100875;2.昆明市第十中學(xué),云南昆明 650051)

1 問題的提出

2020年出臺(tái)的《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》中明確指出高考的核心功能是“立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”.[1]《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡(jiǎn)稱“2020年修訂版高中課標(biāo)”)提出了在初中物理教育的基礎(chǔ)上進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展的高中物理課程目標(biāo).[2]高考試題依據(jù)高校選拔人才需求和國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì),對(duì)核心素養(yǎng)培育具有很強(qiáng)的導(dǎo)向作用,而深度學(xué)習(xí)是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)、實(shí)現(xiàn)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要途徑.[3]基于上述認(rèn)識(shí),筆者認(rèn)為,基于深度學(xué)習(xí)的高考試題作業(yè)設(shè)計(jì)是將核心素養(yǎng)全面落實(shí)到物理教育教學(xué)活動(dòng)中的一種可行的手段與載體.本文選取一道新課標(biāo)卷物理高考試題,在探討試題對(duì)物理學(xué)科核心素養(yǎng)考查的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行改編,以適用于學(xué)生不同認(rèn)知階段進(jìn)行深度學(xué)習(xí)培育物理學(xué)科核心素養(yǎng)的不同要素.

2 深度學(xué)習(xí)的概念和特征

深度學(xué)習(xí)可以克服淺層學(xué)習(xí)、機(jī)械學(xué)習(xí)的弊端,使學(xué)生形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要應(yīng)具備的必備品格和關(guān)鍵能力.深度學(xué)習(xí)與淺層學(xué)習(xí)的區(qū)別體現(xiàn)在以下6個(gè)方面(見表1).[4]

表1 深度學(xué)習(xí)與淺層學(xué)習(xí)的區(qū)別

從2014年9月起,教育部基礎(chǔ)教育課程教材發(fā)展中心研究團(tuán)隊(duì)在借鑒國(guó)外研究成果和總結(jié)國(guó)內(nèi)改革經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,從理論和實(shí)踐等層面對(duì)深度學(xué)習(xí)進(jìn)行了深入研究.基于總項(xiàng)目組對(duì)深度學(xué)習(xí)的定義,本文將物理深度學(xué)習(xí)界定為:學(xué)習(xí)者在教師的引領(lǐng)下,能動(dòng)地參與基于生活實(shí)際情境和物理實(shí)驗(yàn)等情境化問題創(chuàng)設(shè)的挑戰(zhàn)性物理學(xué)習(xí)主題,體驗(yàn)成功,在物理學(xué)科核心素養(yǎng)各個(gè)方面獲得全面發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程.[5]深度學(xué)習(xí)具有以下5個(gè)特征(見表2).[3]

表2 深度學(xué)習(xí)的特征

3 深度學(xué)習(xí)物理作業(yè)設(shè)計(jì)的特征

作業(yè)主要是指由學(xué)校教師依據(jù)一定目標(biāo)布置的由學(xué)生在非教學(xué)時(shí)間完成的學(xué)習(xí)任務(wù).[6]學(xué)生的學(xué)習(xí)包括課堂學(xué)習(xí)和課外學(xué)習(xí),作業(yè)是學(xué)生課外學(xué)習(xí)的主要方式,它是學(xué)科教學(xué)不可或缺的環(huán)節(jié),在教學(xué)中發(fā)揮著復(fù)習(xí)鞏固、提升素養(yǎng)、診斷反饋、過程性評(píng)價(jià)、激發(fā)求知欲等正向功能.但是,過多的作業(yè)負(fù)擔(dān)會(huì)對(duì)學(xué)生產(chǎn)生負(fù)向作用.為了克服因作業(yè)設(shè)計(jì)不當(dāng)帶來的消極影響,需要挖掘作業(yè)的價(jià)值,以期用最少的作業(yè)量達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo).

對(duì)深度學(xué)習(xí)作業(yè)設(shè)計(jì)特征的描述,應(yīng)以作業(yè)設(shè)計(jì)為主體,將深度學(xué)習(xí)表征為目標(biāo)和內(nèi)容與之融合.綜合既有研究,可將其特征總結(jié)為如下幾個(gè)方面.

(1)素養(yǎng)性.

素養(yǎng)性主要體現(xiàn)在深度學(xué)習(xí)作業(yè)設(shè)計(jì)的立意是指向發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

作業(yè)設(shè)計(jì)的導(dǎo)向從讓學(xué)生“知道什么物理知識(shí)”到“能運(yùn)用物理知識(shí)解決什么問題”轉(zhuǎn)換,再進(jìn)一步地向“能靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)現(xiàn)實(shí)地解決怎樣的物理問題或跨學(xué)科問題”轉(zhuǎn)換.在深度學(xué)習(xí)的物理作業(yè)設(shè)計(jì)中,學(xué)生在素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)任務(wù)引領(lǐng)下,全身心參與以生活實(shí)際情境和物理實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)與情境互動(dòng),在物理概念和規(guī)律的探究與運(yùn)用過程中,物理問題的分析與解決過程中,生成核心物理知識(shí),完善物理觀念,充分訓(xùn)練和提升科學(xué)思維、自主遷移與運(yùn)用、科學(xué)探究等能力,形成積極的科學(xué)態(tài)度與正確的價(jià)值觀.

(2)情境性.

情境性主要體現(xiàn)在深度學(xué)習(xí)作業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)內(nèi)容和任務(wù)要求是分別通過“問題情境”與“情境活動(dòng)”兩類載體來實(shí)現(xiàn)的.

基于《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系說明》,本文對(duì)物理作業(yè)設(shè)計(jì)中的“問題情境”及“情境活動(dòng)”作如下界定.物理問題情境是指真實(shí)的物理問題背景,是以物理問題或物理任務(wù)為中心構(gòu)成的活動(dòng)場(chǎng)域.物理情境活動(dòng)是指學(xué)生在物理問題情境中所進(jìn)行的解決物理問題或完成物理任務(wù)的活動(dòng).[7]深度學(xué)習(xí)的物理作業(yè)設(shè)計(jì),以2020年修訂版高中課標(biāo)中的課程內(nèi)容為內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn),選取實(shí)踐、生活、社會(huì)、自然、科技與生產(chǎn)、物理學(xué)史、學(xué)習(xí)探索與科學(xué)探究等背景中真實(shí)發(fā)生的相關(guān)的事件作為設(shè)計(jì)作業(yè)內(nèi)容的素材,再現(xiàn)物理概念和規(guī)律產(chǎn)生的背景或是呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中的物理問題情境,將自主學(xué)習(xí)、合作、探究、實(shí)踐等學(xué)習(xí)方式融入作業(yè)設(shè)計(jì)中,引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)的物理背景下綜合運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)解決實(shí)際問題的情境活動(dòng)過程中,發(fā)揮主體作用全身心地主動(dòng)活動(dòng),經(jīng)歷物理知識(shí)的發(fā)現(xiàn)(發(fā)明)、形成、發(fā)展、運(yùn)用過程,生發(fā)豐富的內(nèi)心體驗(yàn),體會(huì)物理學(xué)科的思想方法和育人價(jià)值,從而發(fā)展學(xué)生自身認(rèn)知、能力、情感、態(tài)度等.

(3)多元性.

多元性主要體現(xiàn)在深度學(xué)習(xí)作業(yè)設(shè)計(jì)的形式要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì).

深度學(xué)習(xí)的物理作業(yè)設(shè)計(jì),需要依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)出具有辨析性、探究性和實(shí)踐性的作業(yè).依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和最近發(fā)展區(qū)理論,教師需要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展階段設(shè)計(jì)前置體驗(yàn)型作業(yè)和后置作業(yè),其中后置作業(yè)可以分為“基礎(chǔ)型—提升型—拓展型”進(jìn)階式的作業(yè).不同核心素養(yǎng)要素的培養(yǎng)方式存在差異,因此體現(xiàn)不同核心素養(yǎng)的作業(yè)也具有不同的設(shè)計(jì)類型.例如培養(yǎng)物理觀念可以采用基礎(chǔ)型習(xí)題的形式,培養(yǎng)科學(xué)思維可以采用拓展型習(xí)題的形式,培養(yǎng)科學(xué)探究可以采用小課題的形式等.

(4)標(biāo)準(zhǔn)性.

標(biāo)準(zhǔn)性主要體現(xiàn)在深度學(xué)習(xí)作業(yè)設(shè)計(jì)的難度分布、水平層次、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分層要以2020年修訂版高中課標(biāo)中的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平和物理學(xué)科核心素養(yǎng)的水平劃分為標(biāo)準(zhǔn).

落實(shí)國(guó)家減輕學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)的要求,實(shí)現(xiàn)減負(fù)提質(zhì)增效,要求教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容、結(jié)合班級(jí)學(xué)生實(shí)際情況,設(shè)計(jì)作業(yè)的難度、數(shù)量和各個(gè)層次水平作業(yè)的比例.作業(yè)的梯度、難度和水平層次設(shè)計(jì),可以通過情境創(chuàng)設(shè)分層、問題設(shè)置分層兩條路徑解決.而作業(yè)的具體難度及分層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),則需要統(tǒng)一的質(zhì)量水平劃分標(biāo)準(zhǔn),顯然,2020年修訂版高中課標(biāo)中的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平和物理學(xué)科核心素養(yǎng)的水平劃分滿足了這一需求.作業(yè)難度不應(yīng)超出國(guó)家2020年修訂版高中課標(biāo)的要求.

(5)發(fā)展性.

發(fā)展性主要體現(xiàn)在深度學(xué)習(xí)作業(yè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展,培養(yǎng)和提升學(xué)生高階思維水平.

具體而言,深度學(xué)習(xí)的物理作業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容與形式,應(yīng)有利于促進(jìn)學(xué)生生成結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系,把握知識(shí)本質(zhì)與內(nèi)在聯(lián)系,培養(yǎng)邏輯分析與推演變式能力、自主遷移運(yùn)用與實(shí)踐創(chuàng)新等能力.研究發(fā)現(xiàn),在應(yīng)試教育“唯分?jǐn)?shù)論”的強(qiáng)大影響和桎梏下,我國(guó)基礎(chǔ)教育階段,作業(yè)的功能被單一固化為鞏固知識(shí)與技能,作業(yè)的內(nèi)容被窄化為去情境化的結(jié)果性知識(shí)的記憶、理解與熟練.作業(yè)的形式被淺表化為記憶、再認(rèn)或應(yīng)用而缺乏深層次理解和創(chuàng)造性應(yīng)用.作業(yè)設(shè)計(jì)只關(guān)注學(xué)科知識(shí)重難點(diǎn)而無視學(xué)生已有知識(shí)、能力與興趣.[7]大量反復(fù)“機(jī)械刷題”的結(jié)果是把學(xué)生培養(yǎng)成為了只能在既定的狀態(tài)與情境中發(fā)揮作用的“定型熟練者”,而非核心素養(yǎng)要求培養(yǎng)的能在任何情境中靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題的“適應(yīng)性熟練者”.深度學(xué)習(xí)的物理作業(yè)設(shè)計(jì),應(yīng)避免低水平、低效無效、機(jī)械重復(fù)的作業(yè),應(yīng)在注重基礎(chǔ)性的前提下突出應(yīng)用性、綜合性和創(chuàng)新性,設(shè)計(jì)促進(jìn)學(xué)生各方面能力與素質(zhì)發(fā)展的分層作業(yè)、實(shí)踐式作業(yè)、探究式作業(yè)、情境化作業(yè)、學(xué)科融合類作業(yè)和個(gè)性化作業(yè)等.

(6)成長(zhǎng)性.

成長(zhǎng)性主要體現(xiàn)在深度學(xué)習(xí)作業(yè)設(shè)計(jì)的價(jià)值取向是立德樹人,促進(jìn)學(xué)生成長(zhǎng).

深度學(xué)習(xí)的物理作業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容,不僅需要涉及學(xué)生的認(rèn)知側(cè)面,而且還需要涉及學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、人格、意志與情感、理性精神、價(jià)值觀等情意(非認(rèn)知)側(cè)面,促進(jìn)學(xué)生全面綜合發(fā)展,凸顯學(xué)科育人價(jià)值.深度學(xué)習(xí)的物理作業(yè)設(shè)計(jì),可以通過聯(lián)系中國(guó)優(yōu)秀傳統(tǒng)文化與航天等領(lǐng)域現(xiàn)代科技成果的作業(yè)情境創(chuàng)設(shè)培養(yǎng)學(xué)生的愛國(guó)精神與文化自信,通過探究類、實(shí)踐類任務(wù)式作業(yè)培養(yǎng)學(xué)生合作互助、溝通交流與勞動(dòng)觀念,通過復(fù)雜情境活動(dòng)創(chuàng)設(shè)的挑戰(zhàn)性物理學(xué)習(xí)主題培養(yǎng)學(xué)生鍥而不舍、堅(jiān)韌不拔地致力于問題解決的意志和情感.通過反思性作業(yè)自我評(píng)價(jià)與小組互相評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)自我理解,塑造自我認(rèn)識(shí),完善人格.

根據(jù)深度學(xué)習(xí)的特征,判斷某個(gè)物理作業(yè)設(shè)計(jì)是否符合深度學(xué)習(xí)的理念,可以從作業(yè)形式、作業(yè)內(nèi)容、學(xué)生活動(dòng)、作業(yè)過程、作業(yè)結(jié)果5個(gè)維度進(jìn)行分析(見圖1).

4 深度學(xué)習(xí)物理作業(yè)設(shè)計(jì)案例

4.1 高考真題及評(píng)析

例1.(2021年高考全國(guó)甲卷物理試題第14題)如圖2所示,將光滑長(zhǎng)平板的下端置于鐵架臺(tái)水平底座上的擋板P處,上部架在橫桿上.橫桿的位置可在豎直桿上調(diào)節(jié),使得平板與底座之間的夾角θ可變.將小物塊由平板與豎直桿交點(diǎn)Q處?kù)o止釋放,物塊沿平板從Q點(diǎn)滑至P點(diǎn)所用的時(shí)間t與夾角θ的大小有關(guān).若θ由30°逐漸增大至60°,物塊的下滑時(shí)間t將

圖2

(A)逐漸增大. (B)逐漸減小.

(C)先增大后減小. (D)先減小后增大.

答案:(D).

試題評(píng)析:本題以等底斜面上的物體運(yùn)動(dòng)為素材,創(chuàng)設(shè)了研究物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間與斜面傾角關(guān)系的學(xué)習(xí)探索問題情境.此類問題屬于牛頓第二定律應(yīng)用中的“從受力確定運(yùn)動(dòng)情況”問題,在人教版的新(2019年版)、舊(普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書)教材中都有篇幅專門介紹.[8,9]本題考查了牛頓第二定律、勻變速直線運(yùn)動(dòng)等基本知識(shí)和基本規(guī)律,功能關(guān)系(動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律)、動(dòng)量定理等基本知識(shí)和基本規(guī)律,涉及了受力分析、正交分解、運(yùn)動(dòng)分析等基本方法,涵蓋了處理力與運(yùn)動(dòng)問題的核心知識(shí)和必備技能,具有一定的基礎(chǔ)性.學(xué)生只需調(diào)動(dòng)牛頓運(yùn)動(dòng)定律應(yīng)用或動(dòng)量定理應(yīng)用中的一類知識(shí)與技能便可解決問題.綜上分析,本題是簡(jiǎn)單情境活動(dòng)層次的學(xué)習(xí)探索情境問題,學(xué)業(yè)質(zhì)量屬于2020年修訂版高中課標(biāo)中的水平4層次,體現(xiàn)了基礎(chǔ)性的考查要求.

在作業(yè)設(shè)計(jì)時(shí),針對(duì)不同階段學(xué)生的認(rèn)知水平做如下改編,以適用于不同階段學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)培育物理學(xué)科核心素養(yǎng)的不同要素的需求.

4.2 基于高考真題的作業(yè)設(shè)計(jì)

4.2.1 通過核心方法,形成物理觀念

例2.如圖3所示,分別為公園的滑梯、上海南浦大橋螺旋狀引橋、湖南張家界天門山盤山公路,請(qǐng)你仔細(xì)觀察,它們有什么特點(diǎn)?并思考為什么公園滑梯傾角較大,而大橋引橋、盤山公路等傾角又不能太大?

圖3

設(shè)計(jì)意圖:本題以生活化的公園滑梯、現(xiàn)代化的立交橋、巧奪天工的盤山公路為素材,創(chuàng)設(shè)了簡(jiǎn)單分析建筑中的力學(xué)原理的生活實(shí)踐問題情境.要求學(xué)生能用力的合成與分解的知識(shí),簡(jiǎn)單分析斜面上物體受力問題.本題既有學(xué)生熟悉的生活化場(chǎng)景,又有體現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的現(xiàn)代化縮影,還有祖國(guó)大好河山的秀美風(fēng)光,設(shè)計(jì)的目的就是鏈接學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn),在經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)之間建立起關(guān)聯(lián),促進(jìn)知識(shí)重構(gòu)和生成,形成相關(guān)物理觀念.同時(shí)讓學(xué)生感受祖國(guó)舉世矚目的成就,接受大自然美的熏陶,培養(yǎng)學(xué)以致用觀念和民族自信.

本題具有一定的基礎(chǔ)性和應(yīng)用性,學(xué)業(yè)質(zhì)量屬于2020年修訂版高中課標(biāo)中的水平2層次,適合作為高一力的合成和分解的課前前置體驗(yàn)型預(yù)習(xí)作業(yè)題使用.

例3.某游樂場(chǎng)要在空地上建一個(gè)滑梯,如圖4所示,根據(jù)空地的大小,滑梯的水平跨度確定為6 m.如果你是設(shè)計(jì)師,為使滑梯者能以最短時(shí)間從滑板上滑下,將滑梯者視為質(zhì)點(diǎn),不計(jì)一切阻力,設(shè)計(jì)時(shí),滑梯高度應(yīng)為多少?

圖4

設(shè)計(jì)意圖:本題以學(xué)生熟悉的游樂場(chǎng)滑梯為素材,創(chuàng)設(shè)了求解符合設(shè)計(jì)要求滑梯高度的生活實(shí)踐問題情境.要求學(xué)生能用牛頓第二定律得到加速度的表達(dá)式,利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律找到時(shí)間和滑梯高度的函數(shù)關(guān)系,能用數(shù)學(xué)(跨學(xué)科知識(shí))中的三角函數(shù)找到位移、高度、底邊、傾角之間的關(guān)系式,用函數(shù)關(guān)系式討論時(shí)間的極值.或者學(xué)生也可以利用功能關(guān)系找到滑梯者滑到最低點(diǎn)的速度表達(dá)式,利用動(dòng)量定理找到時(shí)間和滑梯高度的函數(shù)關(guān)系式.本題涉及牛頓運(yùn)動(dòng)定律應(yīng)用和動(dòng)量定理應(yīng)用的基本知識(shí)、基本方法和基本技能,有利于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念或能量觀念.

本題具有一定的基礎(chǔ)性,學(xué)業(yè)質(zhì)量屬于2020年修訂版高中課標(biāo)中的水平4層次,適合作為高一牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用或高二動(dòng)量定理新授課的課后作業(yè)的訓(xùn)練題或單元復(fù)習(xí)的復(fù)習(xí)題使用.

4.2.2 通過推理論證,促進(jìn)科學(xué)思維

例4.如圖5所示,將光滑長(zhǎng)平板的下端置于鐵架臺(tái)水平底座上的擋板P處,上部架在橫桿上.橫桿的位置可在豎直桿上調(diào)節(jié),使得平板與底座之間的夾角θ可變.將小物塊由平板與豎直桿交點(diǎn)Q處?kù)o止釋放,物塊沿平板從Q點(diǎn)滑至P點(diǎn)所用的時(shí)間t與夾角θ的大小有關(guān).若θ由70°逐漸減小至20°,物塊的下滑時(shí)間t將如何變化,請(qǐng)你動(dòng)動(dòng)腦筋嘗試用幾種不同的方法分析并寫出具體的分析論證過程.

圖5

設(shè)計(jì)意圖:本題在高考題的基礎(chǔ)上改變了題型和數(shù)據(jù),并要求學(xué)生用多種方法進(jìn)行解析.題型由選擇題調(diào)整為科學(xué)論證題,要求學(xué)生在綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行推理論證的基礎(chǔ)上,基于證據(jù)作出判斷,這一過程就是培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的過程.將θ由“逐漸增大”調(diào)整為“逐漸減小”,有利于培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維和知識(shí)遷移與運(yùn)用能力.

本題可以運(yùn)用相互作用觀利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析,也可以運(yùn)用能量觀利用能量和動(dòng)量分析.除核心解法,本題也可以運(yùn)用“等底斜面”模型或“等時(shí)圓”模型(如圖6所示)的規(guī)律快速得到正確答案.從不同視角“一題多解”可以突破學(xué)生的思維定式,啟發(fā)學(xué)生多角度地思考物理問題,培養(yǎng)高中生發(fā)散思維和思維的靈活性、敏捷性和創(chuàng)造性,激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣.

圖6 等時(shí)圓分析圖

本題有一定的綜合性,學(xué)業(yè)質(zhì)量屬于2020年修訂版高中課標(biāo)中的水平4層次,適合作為高三一輪復(fù)習(xí)階段教師的講解例題或二輪復(fù)習(xí)階段學(xué)生的課后訓(xùn)練題使用.

4.2.3 通過實(shí)踐作業(yè),培養(yǎng)科學(xué)探究

例5.為了測(cè)量物塊與長(zhǎng)平板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ,某實(shí)驗(yàn)小組使用位移傳感器設(shè)計(jì)了如圖7(甲)所示的實(shí)驗(yàn)裝置.讓物塊從傾斜長(zhǎng)平板上的P點(diǎn)由靜止釋放,位移傳感器可以測(cè)出物塊到傳感器的距離x.把位移傳感器與計(jì)算機(jī)連接,描繪出物塊到傳感器的距離x隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖7(乙)所示.

圖7

(1)根據(jù)圖(乙)可計(jì)算出物塊沿長(zhǎng)平板下滑時(shí)的加速度大小為a=________m/s2;

(2)已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,為了測(cè)定物塊與長(zhǎng)平板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ,還必須測(cè)量的物理量是_________(填正確答案標(biāo)號(hào)).

(A)物塊的質(zhì)量. (B)長(zhǎng)平板的傾角.

(C)長(zhǎng)平板總長(zhǎng)度. (D)點(diǎn)P距鐵架臺(tái)高度.

答案:(1)4;(2)(B).

設(shè)計(jì)意圖:本題以位移傳感器為素材,創(chuàng)設(shè)了測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)的學(xué)習(xí)探索問題情境.“光滑的長(zhǎng)平板”是一種理想化的物理模型.事實(shí)上,兩個(gè)物體接觸且有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),總有摩擦存在,本題旨在將“理想模型問題”回歸到“真實(shí)情境中的問題”,讓學(xué)生在運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決真實(shí)問題的過程中,培育和提升其科學(xué)探究素養(yǎng).本題有一定的創(chuàng)新性,學(xué)業(yè)質(zhì)量屬于2020年修訂版高中課標(biāo)中的水平4層次,適合作為高一牛頓運(yùn)動(dòng)定律應(yīng)用新授課結(jié)束后單元復(fù)習(xí)的訓(xùn)練題使用.

為了增加探究性和開放性,訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和高階思維,也可以在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)任務(wù)式作業(yè),如設(shè)計(jì)為學(xué)生課外活動(dòng)研究的小課題(如例6)或拓展為等高模型、等底模型、等邊模型、等時(shí)圓模型等與學(xué)生熟悉的情境結(jié)合進(jìn)行改編(如圖8所示),題型可以設(shè)計(jì)為選擇題、實(shí)驗(yàn)題或計(jì)算題等.[10]

圖8 可拓展的情境模型

例6.能否利用斜面來測(cè)量物塊與長(zhǎng)木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)?你能想到哪些方案?和大家交流一下,并選擇一種方案來進(jìn)行測(cè)量.完成測(cè)量后請(qǐng)思考,除了利用斜面,你還能想到其他方法嗎?和同學(xué)們交流一下你的方案.

4.2.4 通過聯(lián)系實(shí)際,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

例7.如圖9所示,等腰三角形的屋頂,是我國(guó)古代建筑中經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)形式.試設(shè)計(jì)一角度(屋頂?shù)耐呙媾c水平面的夾角),使雨水能以最短時(shí)間從屋頂瓦面流下.(假設(shè)雨水與瓦面間的摩擦阻力不計(jì),一般說來等腰三角形屋頂?shù)牡走吺且欢ㄖ?.

圖9 中國(guó)古代建筑代表故宮

設(shè)計(jì)意圖:實(shí)際上本題為筆者借用的一道陳題,也是高考題的原型題.本題以中國(guó)古代建筑為素材,創(chuàng)設(shè)了計(jì)算符合要求的屋頂角度的生活實(shí)踐問題情境.在讓學(xué)生感受到從生活走向物理,從物理走向社會(huì)的同時(shí),體會(huì)中華傳統(tǒng)文化中的中國(guó)智慧,培養(yǎng)學(xué)生的愛國(guó)精神和文化自信.本題聯(lián)系古今,有一定的應(yīng)用性和綜合性,學(xué)業(yè)質(zhì)量屬于2020年修訂版高中課標(biāo)中的水平4層次,可作為新授課結(jié)束后單元復(fù)習(xí)的訓(xùn)練題使用.

在具體學(xué)習(xí)過程中,由于一些錯(cuò)誤的前認(rèn)知,部分學(xué)生會(huì)從感性認(rèn)識(shí)出發(fā),認(rèn)為傾角越大下滑時(shí)間越短.教師可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí),例如“是不是傾角越大越好?為什么?”等,通過建模后計(jì)算和分析討論,學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)由于底邊不變,若傾角變大,則加速度變大的同時(shí),需要下滑的位移(斜邊)大小也變大,所以下滑的時(shí)間不一定變短.同時(shí)考慮到實(shí)際情況,若傾角變大,瓦片重力沿斜面向下分力也變大,則瓦片容易往下溜而不容易固定.通過這樣的作業(yè)設(shè)計(jì),讓學(xué)生在面對(duì)問題時(shí)能在猜想的基礎(chǔ)上,學(xué)會(huì)理性地邏輯思辨,形成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度.[11]

5 結(jié)束語

本文從理論和實(shí)踐兩個(gè)角度探討了基于深度學(xué)習(xí)促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展的物理作業(yè)設(shè)計(jì)特征和實(shí)例,對(duì)一道高考試題改編,使之適合學(xué)生不同認(rèn)知階段核心素養(yǎng)不同要素的培養(yǎng).目前深度學(xué)習(xí)物理作業(yè)設(shè)計(jì)的研究和案例相對(duì)匱乏,作業(yè)是教學(xué)活動(dòng)的重要環(huán)節(jié)、課程的重要組成部分、新課程改革的關(guān)鍵領(lǐng)域,也是核心素養(yǎng)培育的重要途徑,在此拋磚引玉,希冀引發(fā)大家對(duì)深度學(xué)習(xí)作業(yè)設(shè)計(jì)的關(guān)注和研究.同時(shí)也希冀引發(fā)大家對(duì)高考試題深度研究和二次開發(fā),重視和創(chuàng)新高考試題使用,[12]使其在引導(dǎo)教學(xué)方面發(fā)揮更大的作用和價(jià)值.