學(xué)科核心素養(yǎng)視域下高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)的研究
——以第三單元“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”為例

沈志輝

(上海市松江一中 上海 201600)

隨著課改的深化，教育技術(shù)的變革，物理學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)研究在不斷推進(jìn).但從開展的研究和積累的經(jīng)驗(yàn)來看，多數(shù)還是針對單一課時(shí)內(nèi)容，學(xué)校的教、學(xué)、研活動(dòng)通常還是以課時(shí)為單位的備課、上課、聽課、評課等活動(dòng)為主，忽視課時(shí)與課時(shí)之間的關(guān)聯(lián)，較少開展以單元為單位的結(jié)構(gòu)化研究和實(shí)踐.

為進(jìn)一步培育物理學(xué)科核心素養(yǎng)，統(tǒng)整課時(shí)目標(biāo)、內(nèi)容、活動(dòng)、作業(yè)、評價(jià)和資源等要素，形成結(jié)構(gòu)化組織的學(xué)習(xí)單元，高中物理亟需開展基于核心素養(yǎng)的“單元教學(xué)設(shè)計(jì)”研究.

本文從“單元教學(xué)設(shè)計(jì)”的內(nèi)容和內(nèi)涵、框架和案例、學(xué)科核心素養(yǎng)視域下的單元教學(xué)設(shè)計(jì)的反思等幾個(gè)方面加以陳述.

1 內(nèi)涵和意義

1.1 物理學(xué)科核心素養(yǎng)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個(gè)方面的要素構(gòu)成[1].這4個(gè)方面相互依賴、共同發(fā)展.物理學(xué)科核心素養(yǎng)所具有的整體性和聯(lián)系性決定了物理教與學(xué)應(yīng)該強(qiáng)化整體性和聯(lián)系性.

有專家提出,通過圍繞大概念的整合設(shè)計(jì)和基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的發(fā)展規(guī)劃來統(tǒng)籌學(xué)科核心素養(yǎng)的整體發(fā)展[2].該問題聚焦于以整體的視角通過結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計(jì)建構(gòu)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，因此從單元與整體設(shè)計(jì)出發(fā)，比用傳統(tǒng)單一課時(shí)設(shè)計(jì)更有利于學(xué)科核心素養(yǎng)的培育.

1.2 高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)

鐘啟泉教授指出，“單元設(shè)計(jì)不是單純知識點(diǎn)傳輸與技能訓(xùn)練的安排，而是教師基于學(xué)科素養(yǎng)，思考怎樣描繪基于一定目標(biāo)與主題而開展探究活動(dòng)敘事的活動(dòng)，目的是為了創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的教學(xué)[3].”

所以，單元是基于學(xué)科核心素養(yǎng)，是整體之中相對獨(dú)立但自成體系的組成單位.單元教學(xué)設(shè)計(jì)是整合和落實(shí)課程目標(biāo)和課時(shí)目標(biāo)的關(guān)鍵，同時(shí)單元教學(xué)設(shè)計(jì)不是單純的知識與技能訓(xùn)練的安排，而是基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)，思考基于一定目標(biāo)與主題而展開的思維體驗(yàn)和探究活動(dòng).其目的是為了跳出零散的知識點(diǎn)拼盤，在整體統(tǒng)整下構(gòu)建學(xué)科知識體系，利于深度學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)能力和思維能力.

2 框架和案例

2.1 框架

物理學(xué)科單元教學(xué)設(shè)計(jì)可從學(xué)科特點(diǎn)出發(fā)，發(fā)揮“單元”相對“課時(shí)”整體性、系統(tǒng)性、邏輯性更強(qiáng)的優(yōu)勢，建立學(xué)科核心素養(yǎng)視域下高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)的框架，其中單元教學(xué)任務(wù)分析是基礎(chǔ)，單元教學(xué)目標(biāo)是導(dǎo)向，單元教學(xué)重點(diǎn)是價(jià)值所在，單元教學(xué)資源選編服務(wù)于教學(xué)活動(dòng)之中，單元重點(diǎn)活動(dòng)是關(guān)鍵，單元作業(yè)導(dǎo)引和單元學(xué)習(xí)評價(jià)是基于單元教學(xué)目標(biāo)導(dǎo)向下更好優(yōu)化教學(xué)活動(dòng)的載體.框架圖如圖1所示.

圖1 學(xué)科核心素養(yǎng)視域下高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)框架

2.2 案例

以高中物理學(xué)科的“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”單元教學(xué)為例.

2.2.1 單元教學(xué)任務(wù)分析

本單元教學(xué)內(nèi)容選自上?？茖W(xué)技術(shù)出版社的高一年級物理課本(試用本).本單元學(xué)習(xí)需要以慣性、直線運(yùn)動(dòng)、受力分析、力的合成與分解等知識為基礎(chǔ)，需要具備三角函數(shù)等相關(guān)數(shù)學(xué)知識.“牛頓第二定律”是本單元的一個(gè)核心內(nèi)容，也是牛頓運(yùn)動(dòng)定律的核心規(guī)律之一，它是本單元教學(xué)的一個(gè)重點(diǎn).

高一學(xué)生已有力和運(yùn)動(dòng)相關(guān)的一些生活經(jīng)驗(yàn)，在初中牛頓運(yùn)動(dòng)定律的相關(guān)知識也曾學(xué)習(xí)過，但這些生活經(jīng)驗(yàn)和已學(xué)知識更多是定性和感性；同時(shí)，學(xué)生在動(dòng)手能力、歸納能力和科學(xué)探究過程方面還有待加強(qiáng).在本單元教學(xué)中，要關(guān)注學(xué)習(xí)方法的培養(yǎng)，提高學(xué)習(xí)物理的素養(yǎng)和能力.

在本單元，牛頓第二定律具體地、定量地回答了加速度與它所受外力的關(guān)系，以及加速度與物體自身的慣性——質(zhì)量的關(guān)系，因而成為牛頓物理學(xué)的核心.

在單元教學(xué)重點(diǎn)“牛頓第二定律”的教學(xué)過程中，教師要充分考慮在學(xué)生已有的對力和質(zhì)量認(rèn)識的基礎(chǔ)上，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究了加速度與力的關(guān)系、加速度與質(zhì)量的關(guān)系，取得數(shù)據(jù)、畫出圖像、尋求規(guī)律，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究，主動(dòng)參與，獲得研究問題的體驗(yàn)和探究問題的樂趣，進(jìn)而收獲一種習(xí)慣，成為一種意識，養(yǎng)育一種能力.

本單元建議8課時(shí)，具體的教學(xué)安排是：第1課時(shí)學(xué)習(xí)“牛頓第一定律 慣性”，第2，3課時(shí)學(xué)習(xí)“牛頓第二定律”，第4課時(shí)學(xué)習(xí)“牛頓第三定律”，第5，6課時(shí)學(xué)習(xí)“牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用”，第7課時(shí)學(xué)習(xí)“從牛頓到愛因斯坦”，第8課時(shí)進(jìn)行單元復(fù)習(xí).

2.2.2 單元教學(xué)目標(biāo)

(1)理解牛頓第一定律，感受理想實(shí)驗(yàn)作為一種科學(xué)的思維方法.

(2)設(shè)計(jì)“DIS研究加速度與力的關(guān)系、加速度與質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，在經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中，體驗(yàn)探究的喜悅，感受科學(xué)方法，懂得合作與交流的必要性.

(3)掌握牛頓第二定律.

(4)理解牛頓第三定律.

(5)知道國際單位制，知道牛頓、愛因斯坦對科學(xué)的貢獻(xiàn)和經(jīng)典力學(xué)的局限性[4].

2.2.3 單元教學(xué)重點(diǎn)

牛頓第二定律，用DIS探究加速度與力的關(guān)系、加速度與質(zhì)量的定量關(guān)系，能聯(lián)系運(yùn)動(dòng)學(xué)等規(guī)律用牛頓第二定律解決具體實(shí)際問題.

2.2.4 單元重點(diǎn)活動(dòng)

(1)活動(dòng)屬性(見表1)

表1 關(guān)于教學(xué)重點(diǎn)“牛頓第二定律”的活動(dòng)設(shè)計(jì)

(2)設(shè)計(jì)思路

從研究小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)入手，最大化開發(fā)和利用所創(chuàng)設(shè)的情境，制造認(rèn)知沖突實(shí)現(xiàn)定性地了解：物體的加速度a與合外力F有關(guān)，與物體的質(zhì)量m有關(guān)；然后基于DIS實(shí)驗(yàn)，通過小組合作、師生對話，經(jīng)歷利用DIS定量探究a與F，a與m關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，初步感受利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法；最終得出牛頓第二定律的內(nèi)容.

活動(dòng)要突出的重點(diǎn)：探究并理解a與F，a與m的關(guān)系.方法是：通過DIS實(shí)驗(yàn)，采用“控制變量”法，通過分解探究任務(wù)、分組合作探究，結(jié)合“師生對話”“生生對話”等途徑導(dǎo)航整個(gè)探究過程.

活動(dòng)要突破的難點(diǎn)：在通過實(shí)驗(yàn)，了解a與F,a與m定性關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過對DIS實(shí)驗(yàn)分解探究內(nèi)容，進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)來突破難點(diǎn).

(3)活動(dòng)過程

1)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用情境、探究、應(yīng)用的模式組織教學(xué)，第一環(huán)節(jié)，情境導(dǎo)入，借境激疑；第二環(huán)節(jié)，探究互動(dòng)，尋求規(guī)律；第三環(huán)節(jié)，歸納總結(jié)，實(shí)際應(yīng)用.

2)內(nèi)容與評價(jià)

“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”教學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容與評價(jià)如表2所示.

表2 “牛頓運(yùn)動(dòng)定律”教學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容與評價(jià)

續(xù)表

2.2.5 單元作業(yè)導(dǎo)引

筆者一直以來采用的是“三習(xí)作業(yè)”模式，即以“復(fù)習(xí)作業(yè)、練習(xí)作業(yè)和預(yù)習(xí)作業(yè)”的線索展開.復(fù)習(xí)作業(yè)主要是運(yùn)用自行繪制的思維導(dǎo)圖或是學(xué)生個(gè)性化知識樹的形式，引導(dǎo)學(xué)生梳理所學(xué)概念、規(guī)律與方法，明晰知識脈絡(luò)，形成知識框架圖.而知識練習(xí)作業(yè)主要是精選針對性分層習(xí)題和發(fā)展性趣味實(shí)踐，既實(shí)現(xiàn)物理概念規(guī)律鞏固與應(yīng)用的物理觀念，又提升學(xué)生分析問題與解決問題的科學(xué)思維品質(zhì).預(yù)習(xí)作業(yè)旨在幫助學(xué)生養(yǎng)成預(yù)習(xí)習(xí)慣，形成自主發(fā)現(xiàn)問題的意識.

2.2.6 單元學(xué)習(xí)評價(jià)建議

(1)日常作業(yè)評價(jià).可以通過教師評價(jià)、學(xué)生自評、學(xué)生互評、小組合作評價(jià)等多元評價(jià)，讓學(xué)生共同參與評價(jià)、參與分析，逐漸實(shí)現(xiàn)自我糾錯(cuò)，幫助他人.

(2)實(shí)驗(yàn)評價(jià).如學(xué)生實(shí)驗(yàn)：用DIS探究a與F,a與m的定量關(guān)系，以教師和學(xué)生評價(jià)為主，評價(jià)依據(jù)是學(xué)生小組分工、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析過程等，在實(shí)驗(yàn)探究時(shí)，教師可對學(xué)生活動(dòng)中的行為、態(tài)度等進(jìn)行評價(jià).

2.2.7 單元教學(xué)資源選編

單元教學(xué)資源選編是為單元中的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)編制提供可參考和便捷的教學(xué)資源.教學(xué)資源選編就是進(jìn)行教學(xué)資源的二次開發(fā)和最大化利用.本單元選編的教學(xué)資源主要有實(shí)驗(yàn)資源、媒體資源和學(xué)習(xí)單等.

3 學(xué)科核心素養(yǎng)視域下高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)的反思

基于上述實(shí)踐，筆者認(rèn)為高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)至少處理好兩層關(guān)系，即“學(xué)科知識”與“學(xué)科素養(yǎng)”的關(guān)系、“單元設(shè)計(jì)”和“課時(shí)設(shè)計(jì)”的關(guān)系.

物理學(xué)科知識不等于物理學(xué)科素養(yǎng)，但物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培育離不開物理知識這一載體.在進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)中，要基于“單元教學(xué)任務(wù)分析→單元教學(xué)目標(biāo)→單元教學(xué)重點(diǎn)→單元重點(diǎn)活動(dòng)”這樣一條流程框架，學(xué)生在經(jīng)歷這個(gè)系統(tǒng)過程中，生成的不僅是知識、方法和技能，更有情感和素養(yǎng)，從而很好地實(shí)現(xiàn)學(xué)科育人，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng).

另外，實(shí)施物理學(xué)科單元教學(xué)設(shè)計(jì)并不是摒棄課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)，相反，它最終還是通過課時(shí)教學(xué)來實(shí)施的.單元教學(xué)應(yīng)該與課時(shí)教學(xué)功能實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，相互支撐，把相對割裂、碎片化的知識有效連接起來，揭示問題解決的關(guān)鍵或本質(zhì)，讓學(xué)生知其然更知其所以然.