科学设计作业是实现高效课堂的前提，是教学过程的重要组成部分，它贯穿整个教学过程，好的作业设计不仅有利于学生巩固已学知识，还能帮助学生实现知识与方法的迁移；不仅有利于学生建立科学概念，还能帮助学生了解知识的发生和发展过程；不仅有利于教师及时了解教学目标的达成情况，还有利于教师教学行为的反思和矫正。当前作业设计存在的问题是作业题缺少科学设计，缺乏针对性，训练过剩。因此，要实现高效课堂，首要任务是科学设计作业。
那么，如何做到科学设计作业呢？
科学设计作业，要依据学生认知规律，把学科知识的内在逻辑与学生的思维逻辑有机地统一起来，围绕某些基础知识、基本技能、基本规律、基本方法在不同侧面不同层次上，以基础知识和基本技能为载体，以适当的思维量和思维强度训练为主轴，在不同学习阶段，各有侧重地系统设计作业，精选知识覆盖面广、具有启发性、典型性、规律性和针对性的作业，为学生提供适量的作业训练。
下面结合高效课堂建设的实际情况，从作业设计的功能出发，根据课堂教学的实施过程，以《大气压强》一节的作业设计为例谈谈在课堂教学中对作业设计的感悟。
一、预习性作业，为高效课堂导航
预习作业是指为了使学生在课前做好“学习的准备”而设计的作业。课前预习，是学生自学的过程，是课堂教学的预备性学习，是高效课堂必不可少的一个“导航”环节。因此预习作业要具有强烈的指向性，要求要具体，便于操作，便于展开自学，教师要善于将预习要求分解为若干小点或若干小问题来呈现。设计时要求深入浅出，在原有经验和新知之间搭建起“桥梁”，重现有关旧知，为学习新知识提供支点。这样才有助于教师集中精力解决新课的重点、难点问题。这种作业可以逐步培养学生的自学能力。
案例：探究大气压强的存在
所需器材：细长玻璃管一根，空杯一只，水。
预习要求：按步骤完成以下实验，记录实验现象，分析实验结果。
（1）左手拿管，将空杯置于管的正下方，然后向管内倒水。
现象： （水从管底流出）
原因： （水柱受到重力作用）
（2）左手拿管，并且用食指紧紧堵住玻璃管的下端，仍然向管内注入水，至满。
思考：为什么水不会从下面流出？
原因： （手指对管内的水产生向上的压力，支撑住了水柱）
（3）左手拿管不变，同时用右手中指抵住玻璃管的上口，然后将管倒置。倒置过程中，手指不要松开
（4）接着缓慢移开右手指，使下面的管口露出，让学生猜想现象。
现象： （水没有流出）
思考：为什么水不会从下面流出？
（5）松开左手食指，水应声落下。
结论： （大气压强确实存在）
【设计意图】初中学生具有强烈的好奇心、求知欲和表现欲，喜欢动手动脑，他们的思维方式主要是形象思维，已经具备了初步的逻辑思维能力、观察能力和分析问题能力。气体看不见、摸不着，气体压强易被人们忽视，所以在课前先让学生通过小实验来感知大气压的存在，激发学生的求知欲。这对教师解决新课的重点、难点起到了事半功倍的效果，也为课堂中的分组探究实验打下了基础。
预习性作业内容不能过多或者过于具体，应该根据学情和教学目标有选择地进行，要从学生的角度考虑，要迎合学生心理，使学生乐于接受，从而在心理上减轻了学生的负担。
预习性作业是培养学生自主学习能力的重要途径，是进行学本教学的有力保证。在学生完成预习性作业时，要加强学习方法的指导，使学生的预习更有效，更深入。通过学生预习，我们可以了解到学生在自学中的困惑和需求，同时了解学生在自学能力和自学方法上存在的问题。学生的困惑和需求是我们制订教学目标、选择教学内容的重要依据。教学中把学生的需要和教材内容有机地结合起来，思考教学设计，精设教学活动，这样进行课堂“补缺”，就会使学生重获学习信心，有利于学生预习的良性循环。
二、形成性作业，为高效课堂领航
实践证明，科学形成性作业是提高课堂效率的有效途径，形成性作业能有效地为学生的学习“领航”。要有效使用形成性作业，使学生勇于尝试，促使课堂教学效率提高。科学概念和原理的建立有一个过程，在学习新知识时，应根据知识的逻辑结构和学生的认知规律，设计学习新知识的形成性作业，使新知识在有意义的学习材料的操作和训练过程中形成。
案例：我们身边真的存在大气压吗？能否用实验加以证明？
（1）“被吸住”的乒乓球：将矿泉水瓶装满水后把一个乒乓球放在瓶口，用手按住乒乓球，瓶子倒过来后，松开按乒乓球的手，你看到的现象是什么？想一想为什么？
（2）“覆杯实验”：将玻璃杯装满水，用硬纸片盖紧倒过来或朝向各个方向。
①观察到什么现象？②猜测为什么？③方向如何？④请利用所学知识设计实验加以证明。
（3）“吸盘模拟马德堡半球”实验：用两个吸盘相对用力挤压，再往外侧拉，你的感受怎样？这是什么原因？
【设计意图】由实验设疑，引起学生的求知欲，通过三个活动，让学生亲自动手、动脑，互相讨论来认识大气压的存在和特点，并尽可能解决活动中碰到的问题。第一个实验主要是抓住学生好奇的心理特点，用直观的教学方法，让学生对生活中与大气压有关的现象产生浓厚的兴趣。由于有预习性作业的铺垫，学生对回答“覆杯实验”中的①②③问已基本没有什么问题。但对其他的猜测，比方说“会不会是水把纸片粘住了”存在质疑。这也是这堂课的重点、难点，必须予以突破。因此，教学中教师应引导学生按照“体验→思考→分析”的思路将已学知识进行有效迁移，让学生通过实验方案的设计、实验验证、体验大气压的存在。由实验设疑，引起学生的求知欲，让学生亲自设计、动手、动脑，互相讨论来认识大气压的存在和特点，解决活动中碰到的问题，提升学生的思维品质。
在“高效课堂”背景下，科学课堂中的形成性作业应当在确保教学目标的前提下，最大限度控制作业量，坚持精品作业，以质取胜。作业设计应根据课堂教学实际和学生学习的需求加以精简。课堂中的形成性作业设计应富有创意，形式新颖，并有一定的趣味性，使学生在一种愉悦的环境中，体验到寻觅真知和增长才干的成功乐趣。在作业设计过程中，要结合科学学科特点，如让学生亲自设计实验方案、动手、动脑，互相讨论来学习新知识，在解决问题的过程中提升学生的思维品质。通过这样的作业，能有效提高学生的学习兴趣，发挥学生的主观能动作用，让学生在完成练习中产生愉快的情感体验，充分发挥自己的个性和潜能，增长见识，形成能力。
科学课堂中的形成性作业，是非常重要的，也是很有必要的。实践证明，它可以有效地促进学生综合能力的提高。同时，它还给学生充分的学习自主性，充分发挥学生学习的主观能动性，尊重学生对知识的自我需求，发展了学生的学习个性，为以后的终身学习打下良好的基础。
三、巩固性作业，为高效课堂护航
为了及时有效地巩固和理解所学的科学概念和原理等新知识，应根据教学目标及知识的重点、难点、关键处，设计针对性的巩固性作业。其作用是温故而知新，为学生达成教学目标“护航”。 巩固性作业将新的知识形成技能，其内容既要有新学的知识，也要联系旧知识，以加深对知识的理解，做到举一反三，把知识学活。
案例：1.下列实验不能说明大气压存在的是 （ ）
4.小张为研究“吸管中的饮料是被吸上来的，还是被压上来的”这一问题，设计了图1所示的实验。当用力推注射器活塞时，广口瓶内的气压将_______（选填“大于”、“小于”或“等于”）直玻璃管内的气压，能观察到的现象是_______。此实验_______（选填“能”或“不能”）验证“饮料是被大气压压上来的”这一结论。
【设计意图】1～3题作业是基础题，主要用于基础知识和基本技能的训练。这类题目重点突出，具有针对性，能够及时巩固和反馈教学内容。因此这类作业的设计应该立足于对学生学习过程、学习方法和知识运用能力的检查上，题目的立意应该符合学生的思维特征。
第4题是应用知识解决实际问题，每一次作业设计要有梯度，要体现渐进性，这样设计便于了解每一个学生的掌握程度，有利于激发学生学习兴趣，有利于大多数学生能力的提高。
巩固性作业设计的目的在于巩固学习效果。以作业来检测和复习课堂所学，同时作业要兼顾实用性和趣味性。巩固性作业的完成可以在当堂课快结束时，也可以作为课后作业留在自习课解决。通过巩固性作业的练习，要让学生在作业中有所收获，有所获益。同时还要能够吸引学生，让作业不再是学生的负担，而是乐学趣学的载体。
巩固性作业不仅是一堂课的内容回顾，也可以是一个单元、一个主题的总结。要让学生学会归纳整理所学知识。学会把零散的知识点变成有条理的知识树，形成自己的知识体系。
巩固性作业要能促使学生养成良好的学习习惯，促使学习方式变革，培养学生的学习能力。授之以渔，使学生养成良好的自学能力，为学生的终身学习打下良好的基础。
四、实践性作业，为高效课堂远航
实践性作业就是让学生选择有针对性和代表性的多样化问题，加强理论和实际的联系，让学生的学习从课堂延伸到生活，延伸到社会，提高学生解决实际问题的能力，为高效课堂“远航”。根据教材的内容和训练项目，实排表演、演示、操作等实践活动。这种作业应偏重于知识的应用和实际操作能力的培养。这部分练习有别于前面的几种作业，既要考虑必要的达标训练，又要考虑到知识的综合应用、能力的培养，即延伸性训练。
A.把注射器的活塞推至注射器筒的底端，排尽筒内的空气。然后用橡皮帽封住注射器的小孔。
B.用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部，使绳的一端与弹簧测力计的挂钩相连，然后水平向右慢慢拉动注射器筒。当注射器中的活塞刚开始滑动时，记下 ，即等于大气对活塞的压力F= 。
C.用刻度尺测出注射器的 ，记为 ，读出注射器的容积V= ，则活塞的面积S= 。
D.最后计算出此时大气压的数值p= （写出表达式），数值为 。
（2）实验中，小明正确使用了测量仪器，且读数正确，但她发现测量结果总是偏小，其主要原因是 。
【设计意图】此题是拓展题，能力要求较高，是对“估测大气压的值”实验方案进行评估。考查内容涉及估测大气压强的实验原理以及二力平衡等知识。设计思路是根据提供的实验方案，对“测得的大气压强的值，往往会比大气压强的实际值偏小”这一实验结果中的误差进行分析、评估，侧重考查科学探究中“分析与评估”这一能力要素和学生的思维能力；同时，由于产生这一误差的原因并非唯一，所以本题具有适度开放的特点，侧重考查了学生的思维过程。因此这是一道综合性题，它在考查学生知识的同时，还考查学生的知识运用和迁移能力。
美国教育家彼德·布莱恩说：“学习的三大要素是接触、综合分析、实际参与。”实践性作业正好符合上述要素，它是根据教学内容和学生的身心特点，把生活问题转化为学习问题，用探索、发现的眼光来看生活问题，用已学知识解决生活问题。
实践性作业是在新课程指导下，让学生通过实践去获得知识、情感、态度、价值观的初步发展，也是学生获得全面发展的必由之路，让学生在实际生活中处处留心身边所发生的科学现象，自己搜集相关资料，从而树立爱科学、用科学的信念。由于实践性作业具有研究性、体验性、可操作性等特点，与平时所留的巩固性作业，从内容、形式及重点等方面有截然不同的地方，所以不建议经常布置。
作业设计是教学的一个重要环节，是学生主体参与认知活动，获得最佳学习效果和终身学习能力的重要途径。深入研究各种不同类型的作业，不断完善和发展学生的认知结构，建构学生知识体系和技能体系，从根本上提高学生的作业能力，减轻学生负担是能实现的。
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