徐国江
摘 要：以物理学科核心素养为指导，统领大单元作业，结合真实情境，设计出核心任务，布置课前启发性作业，帮助学生形成物理观念，布置课堂引导性作业，提升学生科学探究能力，布置课后基于真实情境的作业，帮助学生养成科学思维习惯。优化作业设计，发挥作业功能，帮助学生提升物理核心素养。
关键词：核心任务；
真实情境；
作业设计；
核心素养
2021年7月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》（以下简称《双减》），明确要求“减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担”。作业是教学的一个重要抓手，是学生获取知识、形成能力、培育素养的重要方式。但不能过于繁重，作业的设计与布置要体现“轻负高效”的理念。
高中生的物理作业往往存在以下问题：（1）以练习代替授课，缺少设计；
（2）作业多而杂，难度没有层次；
（3）试题来源网络，很多试题不够严谨，缺少科学性；
（4）新授课内容与试题无关，缺少针对性练习；
（5）作业的功能还停留在对概念的记忆、理解能力的培养，缺少综合分析能力、逻辑推理能力、科学探究能力的培养。不能体现物理核心素养的作业，失去了其应有的价值。作业设计离不开学科素养的指导，只有以学科核心素养为引领的作业设计才是减轻学生负担的“良药”[1]，才能高效地落实《双减》的根本任务，真正做到“轻负高效”。
为减轻学生作业负担，在物理作业中有机融入核心素养。可以将物理作业设计与大单元教学核心任务设计相结合，以物理核心任务为引领的大单元作业设计，能优化传统的作业设计。可以巩固学生课堂所学内容，对已有知识进行整理复习；
可以进一步开展课堂的拓展和延伸，对所学内容举一反三；
可以带领学生科学探究，对逻辑思维进行锻炼；
还可以拓展知识面，加强物理和实际情境、科学前沿的联系；
能有效提高作业质量与效果。使学生在完成作业的同时，巩固了基础，培养了能力，提升了素养，形成了品格。
一、确立核心任务
物理学科核心任务是引导学生深刻理解和把握物理概念与规律，开放学生思维模式，提高综合分析、应用能力，启发学生质疑探索，提升质疑创新能力。核心任务往往来源于真实情境，但要与物理教学相结合，与学生实际情况匹配，有一定的实际情境，也要有一定深度与广度。深度是指根据已有的知识，分析实际情境，进行逻辑推理或实验探究得出结论，进而做出决策。广度是说核心问题涉及范围较广，是课本内一部分或多个章节的融合，还拓展加入科技前沿知识。
在长时间的实践中发现，将核心任务应用于教学中可以让学生成为主体。让学生自主自发地进行学习，将认知冲突引发出来，进行深入的探索，给学生提供一定的探究机会，让学生沉浸在学习过程中，获得独特的学习体验。不过，想要提出高质量的核心任务，教师就需要对相关的资源进行收集、整理，进行相应的处理，从而为教学需要提供保障[2]。
解读课程标准，明确素养目标。明确把核心素养做为教学目标，通过分析课程标准、分析教材、分析内容、分析学情对情境、问题、学生学习活动有序、结构化设计，把学习内容清晰呈现给学生。
以素养目标为基础，结合情境确立核心任务。核心任务需要涵盖物理核心素养的各个要素，要综合考虑课程标准和物理教材，教師和学生实际，用科学严谨的手段将各要素之间脉络关系统领起来，解释或解决生活中的实际问题。解决核心任务过程就是落实素养目标的过程。
本文以“电路及其应用”为例，根据电路中的真实情境，结合学生现状，设计出核心问题：分析生活中常见的“大功率电器打开，电灯会忽然变暗，过一小会儿又会恢复正常”这一真实情境，将解释这个现象设计成为大单元核心任务。并将这一任务拆解为若干子任务，渗透到每个课时作业中。
二、设计作业
作业是落实素养目标的重要手段，作业方式有多种维度，按时间维度，可分为课前作业、课堂作业、课后作业。不同时间段，应该设置不同层次、不同素养要求的作业，如图1：
（一）课前设置启发性的作业
通过设计启发性的作业，帮助学生形成物理观念。启发性问题应以生活实际、科学技术为背景，以激发学生学习物理的兴趣；
启发性问题应与课本内容相结合，学生能根据课本内容，联系生活现象，形成物理概念；
启发性问题应有明确的引导性，带领学生全面客观地认识物理问题，扩展学生思维的深度和广度。为了让学生能从物理知识中凝练出物理观念，设计的启发性问题应有以下特征：
1.以已学知识为基础，引发学生兴趣与思考
启发性作业1：为什么在导体和元件两端加上电源，电路中会有电流呢？
追问：什么原因使导线中的自由电子发生定向移动，形成电流？形成的电流为什么不能持续下去？
启发性作业2：如何才能使导线中存在持续的电流？
学生通过前一章电场知识的应用，从电压、电场、电场力、电子定向运动，形成电流。学生通过预习课本，了解电源在形成持续的电流中的作用。整合了前一章电场知识，运用了本章电路知识，厘清其中关系，引发了深度思考，形成潜意识里电流的观念。
2.以层层深入的方式，提升思维的层次与品质
例如电路中的能量转化。
启发性作业1：在电路中使用不同的用电器，往往会有不同的能量转化。回顾生活中用过的用电器，说说用电器将电能转化成怎样的能量？
启发性作业2：
①功是能量转化的量度，思考并说明：用电器将电能转化为其他形式的过程中，是什么力做功实现的呢？
②在一段电路中，电路两端电压为U，在t时间内，定向移动电荷量为q，则移动电荷电场力做多少功？若电路中的电流为I，又可以怎样表示电场力做功？电流在一段电路中做功的功率又怎样求解？
③用上述表达式求解电功和电功率，与接在电路中的元件是纯电阻、非纯电阻有关吗？
启发性作业3：
①在初中我们已学习了焦耳定律，回顾一下，焦耳定律的内容？焦耳定律是实验定律还是理论推导定律？
②电流通过导体发热的功率如何求解？在求解电热的表达式中，是否对任何电路都可以适用呢？
启发性作业4：
①当电流通过纯电阻元件时，电能完全转化为热能。但有些电路中除含有电阻外还含有其他负载，如电动机。以含电动机的电风扇为例，研究电路中的能量转化。思考：当电路中接入电风扇，电动机正常运行。电路中有怎样的能量转化？能量间又有怎样的关系？电路中有怎样的功率关系？
②通过对非纯电阻电路的分析，说明：欧姆定律适用于非纯电阻电路吗？
以上问题考查电流做功过程电能转化为其他形式的能，常见电路中电能的转化情况。学生根据实际用电器可以分析能量的转化，但这只是基于现象，不明白其中的本质。通过电路中移动电荷，电场力做功的计算，理解电能是如何被消耗的，但不明白电能是如何转化成内能的。需要通过查阅书籍，电能驱动力导体中的自由电荷定向运动，同时也会碰撞其他微观粒子，导致热运动加剧，内能增加。也不明白电能是如何转化成机械能的，再次查阅书籍，电流在磁铁的磁场中会受到安培力的作用，使得电动机转动，从而实现电能转化成机械能。
虽然这些问题不是本节课的考查目标，但学生通过自主翻阅资料学习，提升了思维的广度和层次，还体会到在无人监督下自主学习解决问题的快乐，激发了学习兴趣。
（二）课堂布置引导性作业
科学探究是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制定方案、获取和处理信息基于证据得出结论并做出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。布置结合科学探究的引导性作业，引导学生观察真实情境并提出物理问题，引导设计可操作性强的实验方案，引导利用身边的测量仪器获取和处理信息，引导基于测得的证据得出结论，并做出相应解释[3]。
例如：在导体的电子一节，探究影响导体电阻的因素，同学们通过小组研讨、展示分析。
引导性作业1：为什么实验室的滑动变阻器能改变电阻值？
引导性作业2：如何探究金属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系？
引导性作业3：复述物理学中控制变量的研究过程。
引导性作业4：实验过程中还有其他的发现吗？
情境1：将滑动变阻器C端和B端接入电路（图2），将滑动触头P向D端移动，接入电路的阻值如何变化？滑动变阻器改变阻值的原理是什么？说明导体的电阻与什么因素有关？
情境2：将灯泡串联接入电路（图3），实验发现灯丝较粗的灯泡较亮。灯泡的亮度由哪个物理量决定？这个现象说明电阻与什么因素有关？
情境3：生活中导线大多是铜材料。铁也是导体为什么不用？电阻与什么因素有关？
问题1：金属导体电阻与哪些因素有关？
问题2：如何研究电阻某个因素的关系？你打算采用什么方法？
实验设计：控制变量（图4）
分析归纳：影响金属导体电阻大小的因素有导体的长度、导体的横截面积和导体的材料。
问题3：还有什么发现？
学生实验过程中发现，电阻丝时间长了温度会升高，电表示数发生变化，提出疑问，温度对电阻是否有影响？有什么样的影响？
在实验中发现影响电阻的除了材料、长度、截面积以外，温度变化也有关系。培养学生要善于观察实验的每一个细节，初中学电阻时没有涉及温度带来的影响，要敢于怀疑一切，科学质疑是基本科学精神之一，也是学习的内在动力。任何已有的结论都允许被质疑。应当延续这种良好的学习习惯，促进科学思维的培养。
（三）课后布置基于真实情境深度思考性的作业
1.引导学生解决真实情境问题的分析过程
例如：布置学生有质疑的作业，科学质疑的思想和方法是让事实说话，让实验数据说话。在科学研究的道路上，讲究的是摆事实，做实验，讲道理，不讲科学权威，不论科学资格。
①设置情境，给出实验可能需要的器材：电池、导线、电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡、半導体电阻等。
②提出问题：温度对电阻是否有影响？什么样的影响？
③分析问题：如何利用电流表和电压表测量电阻？为了获得电压、电流分布广泛的数据，滑动变阻器应如何连接？
④建立模型：应当如何设计实验电路图？
⑤数据处理与分析：如何处理实验数据，U-I图像反应了什么关系？
⑥提出假设：如果温度不变，电阻是否会变化？
⑦实验检验：将小灯泡玻璃去掉，放入温度不变的水里，再次实验，读取数据，分析实验U-I图像，验证假设。
⑧得出最终结论：小灯泡的阻值与温度有关，温度越高，阻值越大，温度不变，阻值不变。
质疑是内驱力，学生在教师引导下，不断对问题修正与完善，获得成功的体验与经验。作业设计应提倡和引导质疑，在质疑中发现认知冲突，在质疑中创新，“发现问题→明确原理→解决问题”是培养学生创新能力的重要途径[4]。布置学生有质疑的作业，巧妙设置悬念，吸引学生兴趣。用实验解决问题的过程中，激发了高中生的想象力和逻辑思维能力，培养学生的质疑能力等综合能力。这种课后作业方式，使得教学具有可持续发展性。
2.引导学生深度思考解决综合性问题
例如，课后布置解决大单元核心任务的作业：解释“大功率电器打开，电灯会忽然变暗，过一小会儿又会恢复正常”这一真实现象。
⑴实际情境分析：有哪些电学元件？生活中输电线电阻能否忽略不计？哪些是纯电阻？哪些是非纯电阻？它们的能量是如何转化的？
⑵建构模型：它们之间是串联还是并联关系？画出电路图。
⑶科学推理：电动机打开瞬间，能量是如何变化的，是否可以看成纯电阻，接下来，能量是如何变化的，是否可以看成纯电阻？
⑷学生质疑：提出问题“打开电源后流过电动机的电流是如何变化的？”
⑸学生猜测：根据实际现象推测，电动机在打开瞬间，电流很大，然后变小了。
⑹设计实验：用实验室的器材，如小灯泡，电动机，干电池，定值电阻，电流表，电键导线设计实验，用定值电阻充当导线电阻进行模仿。
⑺出现问题：发现电流表变化太快，不能分辨。
⑻寻找解决办法：用电流传感器来替换电流表，可以对电流值实时记录。
⑼获得数据：数据（图5）
⑽数据分析：电动机打开很短时间内，电流急剧变大，然后减小，直到一段时间后变为一个较小的定值。
⑾科学推理，做出解释：电动机在电源打开瞬间，电动机上的电流很大，输电线上的电流也很大，损失的电压也很大，小灯泡两端的电压就较小，灯泡变暗。一段时间后，电动机电流变为一个较小的定值，输电线电流变为较小的定值，其损失的电压也变为较小的定值，灯泡获得较大的电压，灯泡又恢复到原来亮度。
⑿课后拓展：查找资料，电动机转速加快过程中，电流为什么会变小，直至变为定值？
⒀写出科学解释报告，以学科竞赛的形式进行交流评比，颁发奖状。
通过真实情境的综合性作业引导学生科学思维。在作业设计中要实现科学思维可从三方面入手：构建物理模型的能力培养、综合分析推理论证的能力培养、质疑和创新的能力培养。
（1）引导学生转变思维方式，建构物理模型
物理问题往往是以实际情境呈现出来的，具有结构复杂、干扰因素多的特点。为了确定研究对象，找到物理规律，必须建立物理模型。上述实验，直接对220v交流电机进行单元测量，交流电分析复杂，存在很大安全隐患，所以将它转化为电学实验的模型，再进行测量和分析。在电路分析中，抓住主要性质，忽略次要性质，将实际电路中元器件的物理性质抽象出来，用定值电阻来代替输电线电阻，以达到用理想电学元件来模拟实际电路元件，实现电路模型的建构。
（2）引导学生从多个维度考虑问题，在分析、推理、科学探究中解决综合性问题
为解释大单元核心问题，几乎用到了本单元所有知识点，经历了科学探究的完整过程，进行了综合的分析与推理。①从电源、输电线、电动机、电灯泡多因数的实际情境分析。②欧姆定律，焦耳定律，闭合电路欧姆定律多知识点的分析。③对电路模型的抽象，从而实验探究电动机电流变化情况。④对实验电路进行动态分析，电动机电流变化带来一系列动态变化。
（3）引导学生根据科学原理对实际问题进行质疑与拓展
不仅仅教给学生物理概念、规律，更应该和学生一起开发学习资源，以拓展教学内容，加深对教学内容的理解，提高实践探究能力和动手操作能力，加强课本知识与生活情境、科学发展的联系。在撰写科学报告和交流评比环节中，为学生提供一个充分展示自我的平台。
结束语
“双减”背景下，作业需要体现更多的作用。核心素养为指导，核心任务为引领设计的作业，能有效改变作业品质，真正实现在减负的同时高效实现学习目标，激发学生学习热情，让学生轻松快乐地学习。在课前布置启发性作业，课堂布置探究性作业，课后布置实际情境的综合性作业，使同学们在作业引导下，由概念、规律的浅层，走向情境化、综合化的物理本质深度學习。搭建了师生互动的有效平台，使得教师的教育更具有针对性、时效性和感染力，师生在思想的碰撞中提升了教师的业务能力。
但这对教师有了更高的要求。（1）教师要有深厚的知识素养，教学内容与生活有实际的联系，来源于生活，又应用于生活，创设真实有效的问题情境，促使学生在实际情境中感悟体验，将所学的知识应用于实际情境。（2）不要放过学生每一个质疑，当学生的认知发生疑惑时，教师要对学生的疑问做个全面的剖析，找出问题所在，引导学生通过科学的手段寻求真理。（3）有高超的实验设计能力，注重实验的每个环节，抓本质，促拓展，真正培养学生独立思考、敢于质疑、尊重事实、敢于创新的科学探究能力。
参考文献
[1]马兴卫.“双减”背景下物理课外实践作业的选题与开发[J].物理教学探讨，2022，40（8）：73-76.
[2]任鑫，陈磊，崔琳.基于“3D模型”指向深度学习的物理单元作业设计：以“抛体运动”单元为例[J].中学物理，2022，40（15）：49-53.
[3]谢石荫.基于核心问题的高中物理核心素养培养方法[J].高考，2021（28）：35-36.
[4]陈希.基于高中物理核心素养的单元作业设计初探[J].中学物理教学参考，2022，51（9）：18-20.
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