指向物理核心素養(yǎng)的單元設(shè)計*

本組專題中的“單元”不是指單純的內(nèi)容單位，而是課程單位和學(xué)習(xí)單位，包含“學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)評價”等?！皢卧O(shè)計”既是課程開發(fā)的基礎(chǔ)單位，也是課時計劃的背景條件，是課時計劃的指引，是“核心素養(yǎng)—課程標(biāo)準(zhǔn)—單元設(shè)計—課時計劃”鏈環(huán)的中觀層面的設(shè)計，其決定性的環(huán)節(jié)是指向核心素養(yǎng)，整合不同的教學(xué)方略。設(shè)計的重點是“目標(biāo)的設(shè)計（明晰教學(xué)目標(biāo)）、方法的設(shè)計（聚焦知識建構(gòu)）與評價的設(shè)計（有效反饋信息）”。具體研究路徑如圖1。歸納整理前期的課堂實踐，我們認為，在指向物理核心素養(yǎng)的單元設(shè)計中，教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計應(yīng)遵循學(xué)習(xí)進階原則，圍繞學(xué)科核心概念及科學(xué)實踐能力而展開；教學(xué)方法設(shè)計需要注重問題鏈和資源載體（主要是實驗資源）的設(shè)計，在知識建構(gòu)的同時培養(yǎng)科學(xué)思維和探究能力；要設(shè)計專題評價課，從評價的視角架構(gòu)物理的復(fù)習(xí)課和蘇科版教材中的綜合實踐活動的教學(xué)?，F(xiàn)結(jié)合具體案例加以闡述，以期在今后的研究中能得到同行的指導(dǎo)。

圖1“指向物理核心素養(yǎng)的單元設(shè)計”研究路徑

表1 “電磁能”單元目標(biāo)分解

一、目標(biāo)設(shè)計：基于大概念的物理學(xué)習(xí)進階設(shè)計

物理觀念的形成具有層遞性，科學(xué)思維的培養(yǎng)具有連續(xù)性，這些特征決定了物理教學(xué)需要圍繞大概念及核心任務(wù)設(shè)置，為避免學(xué)習(xí)重點的偏移，目標(biāo)的設(shè)計至關(guān)重要。

在單元設(shè)計中，目標(biāo)的設(shè)計應(yīng)是基于大概念的物理學(xué)習(xí)進階設(shè)計。北京師范大學(xué)郭玉英教授認為的學(xué)習(xí)進階是“對學(xué)生在一個時間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時，依次進階、逐級深化的思維方式的描述”，其實質(zhì)是在為學(xué)科核心素養(yǎng)各組成要素的發(fā)展脈絡(luò)建構(gòu)模型。從初中物理學(xué)習(xí)的角度而言，它包括物質(zhì)、運動和相互作用、能量在內(nèi)的科學(xué)核心概念的學(xué)習(xí)進階和包括解釋、建模在內(nèi)的科學(xué)實踐能力的學(xué)習(xí)進階。現(xiàn)以初中物理教學(xué)中的“電磁能”單元為例，結(jié)合教材（文中所提教材均為蘇科版義務(wù)教育物理教科書），闡述目標(biāo)的設(shè)計過程。

1.依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)進行目標(biāo)分解。

教材在內(nèi)容呈現(xiàn)上分為“電路初探”“歐姆定律”“電功和電熱”三章內(nèi)容，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)分解如表1。

物理核心素養(yǎng)與教學(xué)目標(biāo)的對應(yīng)分析：物理觀念是從認識結(jié)果的角度描述物理核心素養(yǎng)的，科學(xué)思維是從認識方式和過程的角度對學(xué)生關(guān)鍵能力做出說明，科學(xué)探究關(guān)注實驗和實踐。對應(yīng)表1中課程標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)分解，“認知性目標(biāo)”描述的是物理觀念要求，“技能性目標(biāo)”和“體驗性目標(biāo)”描述的是科學(xué)實踐能力要求，包括科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

2.依據(jù)大概念進階設(shè)計表現(xiàn)性評價任務(wù)及核心學(xué)習(xí)任務(wù)。

由表1可知，本單元在物理核心概念的建構(gòu)上，涉及“歐姆定律、電功、電功率”三個理解層次的目標(biāo)；在實踐能力上則經(jīng)歷“電路識別、畫電路圖、連接電路、測量電流及電壓、歐姆定律探究及焦耳定律探究”。大概念的進階分三個層級：第一層級是“電路的結(jié)構(gòu)和連接方式”；第二層級是“電路工作遵循相關(guān)的規(guī)律（歐姆定律）”；第三層級是“從能量的角度認識電源和用電器（電功、電功率）”?，F(xiàn)結(jié)合教材提供的資源說明該單元的大概念進階及任務(wù)設(shè)計。（見下頁表2）

表2 “電磁能”單元大概念進階及任務(wù)設(shè)計

大概念既是各種條理清晰的關(guān)系的核心，又是使事實更容易理解和有用的一個概念錨點，具體由物理核心概念和實踐能力要求組成，“大概念進階”是對教學(xué)目標(biāo)核心內(nèi)涵的說明和外延界定。“表現(xiàn)性評價任務(wù)”是對預(yù)期結(jié)果的評估，注重綜合實踐活動是蘇科版教材的特色之一，每章提供的綜合實踐活動可以給學(xué)習(xí)進階提供具體的表現(xiàn)性評價任務(wù)。在設(shè)計單元核心學(xué)習(xí)任務(wù)之前，我們要求設(shè)計者在制訂目標(biāo)后思考以下問題：什么可以用來證明學(xué)習(xí)目標(biāo)的達成？達到這些目標(biāo)的證據(jù)是什么？教與學(xué)所指向的、構(gòu)成評估的表現(xiàn)性行為是什么樣的？只有回答了這些問題，我們才能在邏輯上導(dǎo)出合適的教學(xué)和學(xué)習(xí)體驗，從而使學(xué)生成功地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，達到內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的要求。美國課程改革專家格蘭特·威金斯認為，在“為理解而教時”，我們必須把握的觀點是“我們是在培養(yǎng)學(xué)生用表現(xiàn)展示理解能力的指導(dǎo)者，而不是將自己的理解告知學(xué)生的講述者”。

二、方法設(shè)計：圍繞核心學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計問題鏈和實驗載體

在明晰了單元目標(biāo)及核心任務(wù)之后。接下來，我們需要思考的就是如何完成知識的建構(gòu)，并在此過程中培養(yǎng)科學(xué)思維，形成物理觀念。我們從一節(jié)具體的課例“光的色彩 顏色”的教學(xué)設(shè)計談起。

1.基于課程標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)分析。

該節(jié)屬于“聲和光”單元。大概念進階要求是：通過實驗觀察，探究顏色之謎。具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)是“通過實驗，了解白光的組成和不同色光混合的現(xiàn)象”；為了觀察色光混合現(xiàn)象，課程標(biāo)準(zhǔn)提供的參考樣例是“觀察兩只手電筒分別射出的紅光與藍光在白墻上重疊部分的顏色”。

2.分析教材資源，設(shè)定核心任務(wù)及問題鏈。

（圖2）

教材資源由一組生活現(xiàn)象及四組物理探究活動組成?？捎涩F(xiàn)象觀察提出引導(dǎo)性問題，四組探究活動為本節(jié)核心任務(wù)，可圍繞探究活動設(shè)置四個基本問題，構(gòu)成問題鏈。具體如上頁圖2所示。

3.實驗器具設(shè)計。

本實驗的部分實驗器具為：（1）強光電筒、帶有狹縫的木板、三棱鏡、光屏，該套設(shè)備可用于學(xué)生實驗探究“分解太陽光”；（2）強光電筒、攝影濾色紙，該設(shè)備可用于獲得紅、綠、藍三種單色光。具體實驗操作是：在透明充氣圓柱中充入白色煙霧，用（1）中的器材和三棱鏡，讓白光透過三棱鏡后射入圓柱中，觀察色散現(xiàn)象；用（2）中器材獲得單色光后，射入圓柱中觀察色光的混合現(xiàn)象。

上述三種實驗器具均為自制，經(jīng)過課堂實踐，可以呈現(xiàn)清晰的光現(xiàn)象，利于學(xué)生進行觀察和描述。

牛頓在《光學(xué)》一書中提到“我的計劃不是用假設(shè)來解釋光的性質(zhì)，而是用推理和實驗來提出并證明這些性質(zhì)”。蘇科版教材主編劉炳昇提出“在物理教學(xué)中，如何培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)？其中一個十分重要的問題，就是如何對待物理實驗”。在初中物理的學(xué)習(xí)中，正是一次次的實驗、實踐、體驗，潛移默化地提高了學(xué)生的證據(jù)意識、探究能力，培養(yǎng)了實事求是、堅持真理的品格。

任何物理學(xué)習(xí)單元，會同時涉及許多教育目標(biāo)，如觀念、思維、技能、應(yīng)用等。如果我們的目標(biāo)是幫助學(xué)生充分感知和運用所學(xué)的知識，那么我們的教學(xué)設(shè)計必須明確地專注于那些連接所有離散事實和技能并給他們帶來意義的大概念，利用基本問題來架構(gòu)目標(biāo)，形成問題鏈，滲透評價先行的理念，開展有目的、有層次的探究，完成知識建構(gòu)。單元設(shè)計要避免零散的知識、技能點教學(xué)，這一意識需在每一節(jié)課中滲透。

三、評價設(shè)計：從評價的視角架構(gòu)綜合實踐活動課和物理復(fù)習(xí)課教學(xué)

評價既是對預(yù)期目標(biāo)的檢測，更是促進學(xué)習(xí)的一種方式。日常的單元檢測主要對學(xué)生的學(xué)業(yè)水平進行評價，是基于認知理論的測量，是“對學(xué)習(xí)的評價”，“為學(xué)習(xí)的評價”則更多的是發(fā)生在日常課堂教學(xué)中。因此，我們專門在每一單元學(xué)習(xí)結(jié)束后，研究如何從評價的視角架構(gòu)綜合實踐活動課和物理復(fù)習(xí)課的教學(xué)。下面以“綜合實踐活動：設(shè)計簡單電路”為例來說明。

該課重在完成“電路初探”一章的表現(xiàn)性評價任務(wù)，可以評價學(xué)生對“電路的結(jié)構(gòu)和連接方式”的了解。授課教師在構(gòu)思本堂課時一直在思考如何將物理中的電路設(shè)計和生活中的應(yīng)用聯(lián)系起來。由此設(shè)計了一堂“基于STEAM理念的綜合實踐活動”，鼓勵學(xué)生像科學(xué)家一樣思考問題，像工程師一樣解決問題。整節(jié)課圍繞著醫(yī)院呼叫系統(tǒng)、搶答器、樓道燈三件項目作品展開學(xué)習(xí)。先是小組討論選題，再利用節(jié)假日、課外活動，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)作，包括去醫(yī)院實地考察，關(guān)注作品的創(chuàng)意和深度。本節(jié)課以展示作品、展示設(shè)計為載體，物理電路設(shè)計為主線，請學(xué)生圍繞著三件項目作品，分組展示，提出自己的想法，讓不同觀點發(fā)生碰撞，促使他們不斷修正方案，從而達到更深層次的理解。部分課堂實錄如下：

教師：設(shè)計只有一張病床的呼叫電路，指示燈和電鈴如何連接？請畫出電路圖。

學(xué)生將設(shè)計的電路圖通過平板上傳給教師，教師展現(xiàn)在投影幕上，請學(xué)生評價。

學(xué)生：我覺得并聯(lián)更好，這樣即使一個用電器壞了，另一個還能正常工作。因為并聯(lián)電路互不影響。

教師設(shè)計有兩張病床的呼叫電路。

學(xué)生將設(shè)計的電路圖通過平板上傳給教師，教師展現(xiàn)在投影幕上，請學(xué)生評價。

生1：我們組設(shè)計的是一床指示燈先和電鈴并聯(lián)，再和病床前的開關(guān)串聯(lián)，再用同樣的方法接好二床，最后再并聯(lián)到一個電路中。

生2：我們組覺得要將兩盞燈并聯(lián)后再與電鈴串聯(lián)，兩個開關(guān)分別與兩盞燈串聯(lián)。這樣的設(shè)計比較合理，可以節(jié)省一個電鈴的成本。

生3：醫(yī)院比較安靜的，如果接太多電鈴，會太吵，不符合實際。

教師：大家對電路設(shè)計有了合理的判斷，我們請承擔(dān)此項設(shè)計任務(wù)的小組上臺展示他們的作品并談?wù)動袥]有進一步改進的想法，可以讓作品更好地應(yīng)用于實際。

主創(chuàng)1：我們?nèi)メt(yī)院考察過現(xiàn)實的呼叫系統(tǒng)，我們的作品，還存在一些問題，比如，病人呼叫時，自己并不知道自己能否呼叫成功，可以在病房區(qū)再裝一個指示燈；當(dāng)護士到達病房，應(yīng)該自動結(jié)束呼叫。

主創(chuàng)2：還有一些病人由于各種病情的不同，有時不能自己呼叫，所以為了更方便病人，我們想設(shè)計一種可穿戴的呼叫系統(tǒng)，比如病人是心臟病，當(dāng)儀器檢測到病人的心臟跳動異常，就會立刻啟動呼叫。

主創(chuàng)3：護士聽到鈴聲都要跑去護士站才能看到幾床呼叫，可以在走廊安裝提示器，或者用移動互聯(lián)技術(shù)，實時發(fā)信息給護士，不管護士在什么位置都能隨時隨地接收到呼叫信號。

教師：第一組同學(xué)的設(shè)計非常棒，對作品還有很多進一步改進的想法，為了完成設(shè)計他們還搭建了一個模擬醫(yī)院場景，通過這個實際場景設(shè)計出了較為合理的電路，感謝同學(xué)們的作品分享。

劉炳昇認為，物理綜合實踐活動不僅能為那些筆試?yán)碚摮煽兒玫膶W(xué)生提供培養(yǎng)實踐能力的機會，而且也為那些理論成績稍差的學(xué)生提供發(fā)展的可能，有利于學(xué)生個性的發(fā)展。開發(fā)綜合實踐活動課的評價功能，使學(xué)生用物理的眼光去認識和處理周圍的事物，將生活事實轉(zhuǎn)化為物理關(guān)系，在解決問題的實踐中潛移默化，形成物理觀念、培養(yǎng)實驗技能。

在指向物理核心素養(yǎng)的單元設(shè)計中，單元目標(biāo)的設(shè)計要能提供大概念進階、表現(xiàn)性評價任務(wù)及核心學(xué)習(xí)任務(wù)；課時學(xué)習(xí)要利用基本問題架構(gòu)目標(biāo)，設(shè)計問題鏈及實驗載體；注重“為學(xué)習(xí)的評價”，新課教學(xué)以問題鏈為導(dǎo)引，做好學(xué)習(xí)評估，要從評價的視角設(shè)計綜合實踐活動及復(fù)習(xí)課教學(xué)。