單元設計指向核心素養(yǎng)，實踐創(chuàng)新水到渠成

杭建英

摘 要：單元設計考慮學科的邏輯性與學生認知特點的融合，漸進建構核心概念形成物理觀念；關注學生學習的過程，通過過程保障學生體驗的發(fā)生，逐步提升學生的思維能力；教學過程滲透常態(tài)理念、建模思想，發(fā)展實踐創(chuàng)新能力，發(fā)展物理學科核心素養(yǎng)。

關鍵詞：單元設計；物理觀念；核心技能；建模；實踐創(chuàng)新

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）4-0073-5

“蘇科版”《物理》教材設置“綜合實踐活動”欄目，提供創(chuàng)新性的研究課題，鼓勵和引導學生采用多樣化的學習方式和多途徑利用教學資源，讓物理知識的學習更貼近生活。內容具有一定的綜合性，與生活和社會有較緊密的聯(lián)系，有利于發(fā)展學生的個性和特長。它能使學生經(jīng)歷相對完整的探究過程和獲得開放性的技術訓練，從而培養(yǎng)創(chuàng)新意識、提高實踐能力。顯然它不是一個簡單的課題，它的教育價值也很難在一堂課上得以充分體現(xiàn)。它應該是學生通過一個單元的學習，實現(xiàn)了對知識的漸進建構、掌握了必備技能及足夠強烈的探究興趣之后，才能較好地開展的綜合性的實踐創(chuàng)新活動，而這恰恰是物理學科核心素養(yǎng)的要求。因此，要切實有效地開展綜合實踐活動，教師要從指向核心素養(yǎng)的單元設計開始。

物理核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”四個方面的要素構成。其中，物理觀念代表知識的內化與升華，是其他核心素養(yǎng)的基礎，科學思維和科學探究是關鍵能力，科學態(tài)度和責任是必備品格。四個方面相互依賴、共同發(fā)展。因此，在單元設計時，應圍繞這四個方面，構建核心概念，形成物理觀念；強化科學思維，發(fā)展探究技能；結合生活實際，培養(yǎng)核心品格，才能讓實踐創(chuàng)新水到渠成。本文以“電路初探”單元為例，對此進行討論。

1 在活動中構建核心概念形成物理觀念，為實踐創(chuàng)新儲備知識

電，是現(xiàn)代社會須臾不可離的“空氣和水”。電路，對學生來說是既熟悉又陌生，時刻看到各種“有電”的現(xiàn)象，卻不明白“電”為何物？且常常因各種“有電危險”的警示標志，對“電”敬而遠之。因此，關于“電”，學生其實沒什么概念，他們只知道“燈亮了”“電風扇轉動了”“電腦打開了”……就是有電了。電流真實存在，卻難以見到其具體形態(tài)。如何才能讓學生有實踐創(chuàng)新的可能呢？本單元活動豐富，層層遞進，共有7個活動、2個學生實驗和1個綜合實踐活動。從最緊密的生活現(xiàn)象開始熟悉用電器，通過拆接手電筒了解電路的基本組成，知道用電器工作是因為有電流流經(jīng)用電器；嘗試讓1個燈亮起來，深度觀察各電路元件的構造，知道如何形成通路；通過讓2個燈亮起來，嘗試不同方式連接，再探究得出串并聯(lián)電路電流、電壓的特點。在不同活動中使學生逐步認識了電流，在認識電流的過程中為了幫助學生建構電流的概念，我們通常將“電流”與“水流”相類比。當學生將電流與生活中常見的水流相類比時，又容易產(chǎn)生幾種錯誤的理解。

1.1 誤以為電流的產(chǎn)生有先后

信息快遞理論告訴我們當直流電源對用電器供電，電流的方向是由電源的正極經(jīng)用電器到負極。這里很明確地指出“正極到負極”指的是“方向”，不表示“先后”。學生容易錯誤地想象成電荷從正極奔流而出回到負極，形成電流。所以教師在類比時，要指出電路中充滿了電荷，就像水管中充滿了水一樣，一旦發(fā)生定向移動，整個電路同時產(chǎn)生電流。

1.2 誤以為電流從正極到負極逐漸減弱

如圖1，在“探究串聯(lián)電路電流特點”時，最直觀的方法是三處同時接入電流表，無論兩燈規(guī)格是否相同，三個電流表示數(shù)始終相同，尤其是當兩燈規(guī)格不同時，引導學生仔細觀察，發(fā)現(xiàn)兩燈亮度其實不同，但電流完全相同。盡管這個現(xiàn)象和他們的前概念有沖突，但事實面前他們還是心悅誠服地接受了“串聯(lián)電路中，電流處處相等”的結論，再次說明電流不會遞減。

1.3 誤以為并聯(lián)支路越多，各支路電流越小

探究“并聯(lián)電路電流特點”時，學生比較容易通過實驗探究得出：并聯(lián)電路中，干路電流等于各支路電流之和。但知識內化還是需要過程的。雖然能通過實驗記住公式和結論，但學生還是容易不自覺地將電流和水流相類比，認為“干路電流不變，支路越多，各支路分到的電流越少”這樣的錯誤觀點。這個思維的障礙，在分析論證時，教師可以利用三個電流表同時接入并聯(lián)電路，設計演示實驗來模擬并聯(lián)支路逐漸增多的過程中干路及支路電流的變化情況（如圖2）。

步驟1：只閉合開關S，燈L2亮，A、B兩處電流相等，即IA=IB；

步驟2：再閉合開關S1，兩燈都亮，且L2亮度幾乎不變，電流表A2示數(shù)也幾乎不變，電流表A3示數(shù)變大，此時IA=IB+IC 。

可見，增加一條支路，對原有支路幾乎不影響，但干路電流增大了。并聯(lián)電路中每一條支路都可看成直接與電源相連形成通路的，干路只是各支路的公共通道。

知道“電路”，認識“電流”，并非僅僅指它的定義。物理的特點是，看到一個名詞，腦子里反應出的應該是一張圖、一個模型甚至是一個具體的動態(tài)的過程。如果只是記住幾個名詞、規(guī)律、公式，即便再豐富的活動和實驗，也只是機械的識記或是缺乏思考的模擬和操作，學生能力的缺乏必將在實踐中顯露出來。

2 在反思中提高核心技能，發(fā)展科學思維，為實踐創(chuàng)新提供能力

在豐富的活動中學生掌握了很多技能：（1）根據(jù)實物電路，能用規(guī)定的電路器件符號畫出簡單電路圖；（2）能看懂串、并聯(lián)電路圖，并連接實物電路；（3）會正確使用電流表、電壓表。但是，在這一系列的活動中，學生一定也遇到了不少問題。例如，有時燈不亮，有時電表沒有示數(shù)等。有的學生可能一堂課下來，因為各種原因電路都沒連接成通路，既沒得到及時的幫助，自己也找不出原因，更沒有興趣去自主探究與創(chuàng)新。所以，教師在教學過程中不僅要及時關注他們的探究行為，引導學生反思、總結并及時給予診斷分析，也要將促使實驗成功的技能逐步滲透在教學過程中。主要提倡兩種方法。

2.1 用導線查斷路故障

其實，其原理很簡單，就是用一根完好的導線去替換電路的各組成部分，直至形成通路。學生完全能接受，并且一旦他們自己查出問題，他們的熱情會伴著成就感劇增。實驗課上，教師也會比較省心，他們會自信地告訴你，他的電路故障可能是什么原因造成的，需要更換什么，教師只需復查就行。不管正確與否，起碼他們敢于去探索了。

2.2 用電壓表查斷路故障

用電壓表查斷路故障，操作方便又直觀，且電路安全，不會形成短路。首先，電壓表與電源并聯(lián)，測是否有電壓；然后，將電壓表與電路各組成部分并聯(lián)，當電壓表有示數(shù)時，即與之并聯(lián)的部分有斷路。

所以，結合本校學生的實際情況，筆者增設了一堂實驗復習課，除了復習一些主要實驗，另要求學生嘗試設置故障，體驗查故障。實踐下來發(fā)現(xiàn)，學生的興趣很濃，很有成就感，學物理的興趣也與日俱增。當學生懂得了如何去查故障，不僅發(fā)展了他們分析電路的思維能力，并且有助于他們養(yǎng)成堅毅的品格。他們在實驗探究過程中若遇到困難，就不會因為沮喪而輕易放棄，一定會在相互協(xié)作中試著自己去解決。

3 在拓展中建立常態(tài)理念孕育建模意識，為實踐創(chuàng)新指明方向

認真研讀“蘇科版”教材，在單元設計中整體把控教學主線的前提下，大膽嘗試拓展，讓教師體會到了物理真是越教越有趣。

3.1 水果電池常態(tài)取材的優(yōu)勢

教師在教學過程中，要依據(jù)教材但不拘泥于教材，教材也給執(zhí)教者提供了靈活再創(chuàng)造的空間。本章第四節(jié)課后“WWW”中，有個自制水果電池的實驗，實事求是地說，初三學生迫于學業(yè)的負擔和壓力，他們憑興趣進行自由創(chuàng)作的空間并不是很大。但這個實驗如果不做也很可惜，所以，可以選擇演示，作為拓展實踐內容之一。

實驗室有兩個專門的原電池電極，插入梨、柿子等水果中，產(chǎn)生的電壓很大，有時可以達到1 V以上，能用0～3 V量程的電壓表測量。但是，筆者選用了抽屜里廢棄的銅鑰匙和一塊廢鐵片零件（如圖3），用微電流計測量。學生對實驗現(xiàn)象非常新奇：原來電池就這么簡單！同時也進一步理解了電池是將化學能轉化為電能的裝置。教師刻意選擇得隨意，目的在于潛移默化地影響學生——這些材料你也有，你也可以回去試一試。物理教師一定不能刻板，不能過分在意機械識記的東西，要盡可能地讓物理課堂生活化。讓學生感覺到生活即物理，物理即生活，建立常態(tài)理念。另外，若用專用電極，因為產(chǎn)生的電壓較大，當改變電極間距時，由于電壓變化量較小，電壓表往往無法測出，因而不利于引導學生深入地猜想和探究。

3.2 建模從孩子心底的童話夢開始

環(huán)環(huán)相扣、層層遞進的活動和實驗，使學生逐步構建了電路的物理知識，掌握了電路連接的基本方式和基本技能，對“電”也由陌生到熟悉，以至于對電路也產(chǎn)生了一定的興趣。所以，像“病房呼叫電路”“選答器” 等簡單電路都可以在課堂上完成初步的設計。但要引燃學生內心強烈的創(chuàng)作欲望，總還需要關鍵的一點火苗。

拓展研究中，樓梯燈的設計要用兩個單刀雙擲開關，這樣的開關學生從沒涉及過，讓他們自行設計也是不太可能。所以，筆者自己設計了一個學生生活中非常熟悉的、內外都能獨立控制的“床頭燈”的電路模型（如圖4）。孕育建模興趣，從孩子們心底的童話夢開始。課堂教學片段如下：

師：這是一個房間，有一扇窗、一張床還有一盞床頭燈。

（仿佛共同步入一個神秘又可愛的童話世界，學生已然愉悅。）

師：如果這盞燈是由一個普通開關控制的話，天黑了，我們得抹黑走到床頭，摸索尋找開關……你們房間的燈是這樣打開的嗎？

生（恍然大悟，有點激動）：不是的！不是的！可以在門外開的。

（教師走到左側門外，向上撥動開關，燈亮了。）

師：燈亮了，走進房間，接下來準備關燈睡覺了。

（教師走到右側床邊，向下?lián)軇娱_關，燈滅了。學生非常熟悉這樣的場景，都開心地笑了。）

師：這時，你媽媽想來看看你。

（教師又走到左側門外，向下?lián)軇娱_關，燈又亮了，學生歡呼。）

有學生開始插嘴：我覺得太刺眼了，又把燈關了！

（教師按學生意思，走到右側床邊向上撥動開關，燈又滅了，學生非常欣喜又好奇。教師重復以上操作，引導學生仔細觀察。）

師：同學們！仔細看，仔細想，當兩個開關處于什么位置時，燈會亮??？

（同學們聚精會神，然后發(fā)現(xiàn)了。）

生：當兩個開關同時撥到上面，或同時撥到下面時。

（教師板畫如圖5，介紹兩個單刀雙擲開關。）

師：當開關同時接1和1'或2和2'時，燈就會亮，說明什么呢？

生：內部應該已有導線連接好了。

（教師補畫兩根導線，連接1、1'和2、2'，然后將此電路模型翻轉，向同學們展示其內部連接，同學們歡呼鼓掌。）

師：其實這個電路模型結構也很簡單，花個十幾分鐘時間就可以做好了。同學們，你們想不想試一試呢？你們一定也可以的！下周一單元測驗，100分文本測試，再附加10分設計一個電路模型，要求畫出電路圖及簡單的設計思路，自愿完成。利用你們自備的電學盒器材，可以選做書上提供的課題，也可以設計任何你喜歡的電路?？梢哉故灸銈儶毺氐膫€性設計，沒有器材的同學也可以選擇同學合作完成，可以從模型的科學性、設計的新穎性、工藝水平和演示效果等幾方面來完善你的設計。

此時，同學們的眼中放出異樣的光彩，那神采也持續(xù)地鼓舞著筆者。

4 在評價中拓寬維度鼓勵多元智能，為實踐創(chuàng)新強化動機

學生的智力是多元的，以一種方式來要求和評價他們真的是不太科學，教師應該發(fā)現(xiàn)每一個孩子的可愛之處，不以分數(shù)給他們貼上標簽。另外，在分數(shù)不可回避的前提下，教師也應盡可能給他們更多展示自己與眾不同某一方面思維特征的機會，對他們的個性和特長給予肯定和鼓勵。

所以，教師要多方面鼓勵孩子：（1）不要有壓力，做自己喜歡的東西就行；（2）每個人擅長的思維不同，有人擅長嚴謹?shù)倪壿嬐评怼⒗碚摲治?，可能你是個不拘小節(jié)，更喜歡靈感和創(chuàng)意的人；（3）不要覺得難以創(chuàng)新，哪怕是個簡單電路，你也可以從制作工藝、設計細節(jié)等方面來完善。即使是一樣的電路，不同的人做出來的東西一定是不一樣的。

內在強烈的興趣和外因分數(shù)的激勵，強化了學生的創(chuàng)作動機。跟學生的作品相比，筆者制作的電路模型不過是個小小的引導而已。學生的創(chuàng)意真是噴薄而出，遠遠超出了筆者的想象。我們的學生不是沒有能力，只是少有展示的空間和機會。他們創(chuàng)新的熱情與個性讓筆者感動，激動了很久。不過三五天的時間，他們交出了六十幾件作品。有的電路相當復雜，甚至超出了目前的知識水平，說明他們有興趣自己去探究了。所以說，一旦內在興趣被點燃了，思考是無處不在的。以下簡單展示幾件學生作品：

作品一（圖6）：利用單刀雙擲開關改變電源電壓（探究串并聯(lián)電路時，多次實驗的方法之一，改變電源電壓），設計的兩檔臺燈，利用所學知識，思路新穎，也注重細節(jié)設計，臺面上還利用“光的直線傳播”映出兩棵椰子樹的影子。

作品二（圖7）：溫馨的樓道燈設計，利用兩個單刀雙擲開關，生動簡潔，有很強的情境感，富于聯(lián)想。并有一句頗具人文氣息的配詞“世上最美好的便是回家的路”，很能打動人。

作品三（圖8）：一個簡單實用的手電筒。平日電池電量充裕時可將單刀雙擲開關向左閉合使用。電池電量所剩無幾時，可以將開關向右閉合，通過手搖發(fā)電機發(fā)電，手電筒即可使用。單刀雙擲開關用得巧妙，設計新穎，效果也不錯。雖說知識點超前了，但通過他的自主學習和探究，他做到了。

指向核心素養(yǎng)教學觀的終極目標應是把學生培養(yǎng)成掌握必備觀念和技能、思維靈活自由、具備協(xié)作創(chuàng)新能力的人。確保綜合實踐活動能切實有效地開展是單元教學的終極目標，也是教學有效性的充分體現(xiàn)。所以，教師單元設計時要注重學科知識的內在邏輯性與學生認知特點的融合，使學生順利實現(xiàn)核心概念的漸進建構，漸次形成物理觀念；同時，通過活動和實驗教學關注學生學習的過程，發(fā)展核心技能，指向核心素養(yǎng)。通過綜合實踐活動，讓絕大多數(shù)學生體驗了創(chuàng)作的樂趣、培養(yǎng)了持久的物理學習興趣、感受到了自身的成長。

參考文獻：

[1]劉炳昇，李容.物理教師教學用書（九上）[M].南京：江蘇鳳凰科學技術出版社，2017.