大概念理念下的物理單元設(shè)計(jì)
——以初中物理“力與運(yùn)動(dòng)”單元為例

美國(guó)于2013年5月正式頒布《新一代K-12科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》，提出科學(xué)教育要聚焦于有限的核心概念，以學(xué)科核心概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階為主線，強(qiáng)調(diào)核心概念學(xué)習(xí)的重要性。［1］這對(duì)于我們圍繞有效問(wèn)題建構(gòu)核心概念，從核心問(wèn)題出發(fā)進(jìn)行單元教學(xué)的整體設(shè)計(jì)，具有重要的啟示作用。

本文以初中物理“力與運(yùn)動(dòng)”單元設(shè)計(jì)為例，談大概念理念下的目標(biāo)制訂、評(píng)價(jià)及活動(dòng)設(shè)計(jì)。這里所指的“大概念”側(cè)重于“抽象概括的程度較高、處于學(xué)科知識(shí)體系的核心位置、集中承載重要的物理觀念”等特征，如“宇宙中所有的物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的”（物質(zhì)的微粒模型）、“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”（運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念）等。［2］

一、以概念性理解為本的單元目標(biāo)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行單元設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要進(jìn)行內(nèi)容分析，在科學(xué)劃定概念層級(jí)的基礎(chǔ)上明確大概念，并以概念性理解為本制訂單元學(xué)習(xí)目標(biāo)。

1.單元概念層次分析與大概念的界定。

在物理教育領(lǐng)域，物理概念層次分析是課程設(shè)計(jì)、教材編寫(xiě)、教學(xué)實(shí)踐等方面的基礎(chǔ)性工作。［3］依據(jù)概念認(rèn)知復(fù)雜度和概念本體復(fù)雜度，“力與運(yùn)動(dòng)”單元概念層次分析如圖1所示。

圖1 “力與運(yùn)動(dòng)”單元概念層次分析

單元概念的層次分析和大概念的界定，為指向概念進(jìn)階的單元目標(biāo)設(shè)計(jì)與活動(dòng)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。上圖中，大概念“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”是經(jīng)歷“力與運(yùn)動(dòng)”單元學(xué)習(xí)后所形成的物理觀念，是整合運(yùn)動(dòng)觀念和相互作用觀念的紐帶。核心概念是對(duì)若干重要概念抽象概括的產(chǎn)物，同時(shí)又是構(gòu)成學(xué)科核心概念的主要成分。重要概念是構(gòu)成科學(xué)理論體系的基石，但其抽象程度概括程度不及核心概念?；A(chǔ)概念是人類建構(gòu)科學(xué)概念并以此認(rèn)識(shí)客觀世界的起點(diǎn)或者工具。

需要說(shuō)明的是，概念層次分析具有開(kāi)放性和相對(duì)性。相較于初中階段，高中階段的模型在內(nèi)容上更加豐富，這種豐富體現(xiàn)在內(nèi)容的增加和原有內(nèi)容的拓展上。各層次之間并沒(méi)有明確的界限，不同研究者所采用的劃分標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，但“物理概念是有層次的，物理學(xué)習(xí)要實(shí)現(xiàn)概念的進(jìn)階”是基本共識(shí)。

2.制訂單元學(xué)習(xí)目標(biāo)。

長(zhǎng)期以來(lái)，單元目標(biāo)設(shè)計(jì)被內(nèi)容和技能目標(biāo)所框定，依賴諸如了解、認(rèn)識(shí)、理解等行為動(dòng)詞來(lái)表征心智處理所處的水平。這容易導(dǎo)致學(xué)生在主題和概念、事實(shí)和概括上產(chǎn)生混淆，學(xué)習(xí)后很難清晰地陳述一個(gè)概念性觀點(diǎn)及相關(guān)的系列證據(jù)。［4］

大概念理念為物理課程提供了一個(gè)不同層面心智處理的清晰描述：在事實(shí)性層面上能“知道”，在概念性層面上能“理解”，在技能和過(guò)程層面上能“做”。我們以“力與運(yùn)動(dòng)”單元學(xué)習(xí)目標(biāo)為例。

學(xué)生將知道（Know）：

·力可以改變物體運(yùn)動(dòng)的方向和快慢。

·二力平衡的條件。

·牛頓第一定律的內(nèi)容。

學(xué)生將理解（Understand）：

·受到平衡力作用時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持不變。

·不受力時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也保持不變。

·受到非平衡力時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將發(fā)生改變。

·一切物體都具有慣性，慣性反映了改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的難易程度。

學(xué)生將能做（Do）：

·在具體情境中，運(yùn)用牛頓第一定律解釋相關(guān)現(xiàn)象。

·用物體的慣性解釋有關(guān)現(xiàn)象。

·根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷受力情況，根據(jù)初始狀態(tài)和受力情況預(yù)測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)情況。

·形成充分利用慣性或防止慣性危害的設(shè)計(jì)，將慣性知識(shí)遷移到新的情境中解決問(wèn)題。

用KUD替代傳統(tǒng)課程框架中的目標(biāo)，能更清晰、明確地區(qū)分知識(shí)、理解和技能，給教師提供深入思考教學(xué)設(shè)計(jì)的信息，更有效地導(dǎo)引教學(xué)過(guò)程和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。

二、注重概念遷移應(yīng)用的單元學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

大概念體現(xiàn)的是學(xué)生的深層次理解，學(xué)習(xí)評(píng)估注重學(xué)生在概念層面上遷移運(yùn)用綜合技能的表現(xiàn)。

1.設(shè)計(jì)能滿足關(guān)鍵KUD的有意義的表現(xiàn)性評(píng)價(jià)任務(wù)。

評(píng)價(jià)本身也是學(xué)習(xí)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，圍繞關(guān)鍵KUD設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)任務(wù)，能起到以評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)習(xí)的功用。開(kāi)發(fā)表現(xiàn)性評(píng)價(jià)任務(wù)時(shí)，要做以下考慮：（1）本項(xiàng)任務(wù)是否需要學(xué)生具備更高水平的主動(dòng)思考？（2）你能否評(píng)估學(xué)生在事實(shí)和概念理解之間發(fā)現(xiàn)模式和聯(lián)系的能力？（3）學(xué)生能否展現(xiàn)出本單元所需的關(guān)鍵技能？（4）本項(xiàng)任務(wù)是否明確聯(lián)系到目標(biāo)概念上？

評(píng)價(jià)任務(wù)示例1：畫(huà)圖記錄逐次減小阻力時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變情況。

學(xué)生作品示例1：如圖2所示。

圖2 阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響

評(píng)價(jià)任務(wù)示例2：對(duì)于“運(yùn)動(dòng)”和“力”這兩個(gè)物理學(xué)中常常聽(tīng)到的物理名詞，你想起了哪些相關(guān)的概念？這些概念間存在什么聯(lián)系？請(qǐng)你盡可能詳細(xì)地用知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖表示出來(lái)。

學(xué)生作品示例2：如圖3所示。

圖3 力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系（學(xué)生板書(shū)）

2.形成評(píng)估結(jié)果的有效標(biāo)準(zhǔn)。

單元評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)不僅包含任務(wù)設(shè)計(jì)和期望描述，還應(yīng)形成評(píng)估結(jié)果的有效標(biāo)準(zhǔn)。以“力與運(yùn)動(dòng)”表現(xiàn)水平劃分為例。

水平1：能意識(shí)到力可以改變物體運(yùn)動(dòng)的方向和快慢。水平2：能簡(jiǎn)單分析常見(jiàn)的物理現(xiàn)象中力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。水平3：知道力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，可預(yù)測(cè)物體運(yùn)動(dòng)方向或速度大小的變化。水平4：能將單元大概念遷移應(yīng)用到陌生情境解決問(wèn)題，能綜合使用理論、事實(shí)及證據(jù)質(zhì)疑和評(píng)估已有結(jié)論。

根據(jù)上述水平劃分，可以看出圖3示例中的學(xué)生大致處在水平3，能抓住“力影響物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”的關(guān)鍵因素，具有較好的關(guān)聯(lián)整合能力。但該生是否達(dá)到水平4，尚且無(wú)法判斷。因此，在設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)任務(wù)時(shí)要充分考慮表現(xiàn)水平的區(qū)分度。

三、以概念進(jìn)階為路線的單元活動(dòng)設(shè)計(jì)

單元學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是問(wèn)題設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生在具體的學(xué)習(xí)活動(dòng)中逐步邁向更高層次的概念和更深層次的理解。

1.以關(guān)鍵問(wèn)題驅(qū)動(dòng)概念的進(jìn)階過(guò)程。

問(wèn)題是課堂教學(xué)中重要的思維載體，以關(guān)鍵問(wèn)題驅(qū)動(dòng)概念的進(jìn)階，可以使學(xué)生超越某項(xiàng)學(xué)習(xí)的事實(shí)性內(nèi)容，并在概念性層面將其納入自己的思想。

表1 “力與運(yùn)動(dòng)”單元關(guān)鍵問(wèn)題設(shè)計(jì)

2.以重要實(shí)驗(yàn)發(fā)展概念的深刻理解。

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)習(xí)核心的資源載體，教師應(yīng)以重要實(shí)驗(yàn)為平臺(tái)，發(fā)展學(xué)生對(duì)概念的理解，使他們逐步建構(gòu)對(duì)于學(xué)科的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)和綜合理解。

表2 “力與運(yùn)動(dòng)”單元重要實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)單元實(shí)驗(yàn)群的設(shè)計(jì)，學(xué)生首先能體會(huì)到物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)各異、受力情況也可能不同，但運(yùn)動(dòng)與相互作用是存在某種聯(lián)系的。隨后意識(shí)到，長(zhǎng)期以來(lái)錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)主導(dǎo)人們觀念是由于沒(méi)有意識(shí)到阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響。并據(jù)此推斷，不受力時(shí)，運(yùn)動(dòng)的物體將做勻速直線運(yùn)動(dòng)。最后學(xué)生設(shè)計(jì)圖表，歸納力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，并回溯解釋單元學(xué)習(xí)過(guò)程中觀察到的相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

需要指出的是，過(guò)于強(qiáng)調(diào)學(xué)生的相異構(gòu)想，將教學(xué)中心聚焦于用科學(xué)概念強(qiáng)行替代學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)是不恰當(dāng)?shù)模鴳?yīng)立足于對(duì)學(xué)生已有認(rèn)識(shí)的關(guān)聯(lián)、拓展和整合，促進(jìn)學(xué)生在原有認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上向物理觀念發(fā)展。［5］我們倡導(dǎo)，從日常經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，通過(guò)圍繞運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念中的核心概念來(lái)統(tǒng)整教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，在建構(gòu)運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念的同時(shí)促進(jìn)學(xué)科能力的發(fā)展。

基于學(xué)科核心素養(yǎng)建構(gòu)教學(xué)單元，進(jìn)行單元教學(xué)的整體設(shè)計(jì)，是課堂教學(xué)轉(zhuǎn)型的支點(diǎn)。就知識(shí)單元（與項(xiàng)目統(tǒng)整下的“活動(dòng)單元”相對(duì)）而言，以大概念理念進(jìn)行單元設(shè)計(jì)是十分有效的做法。以概念理解為本的單元目標(biāo)設(shè)計(jì)是起點(diǎn)，注重概念遷移應(yīng)用的單元評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)是保障，以概念進(jìn)階為路線的單元活動(dòng)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。在進(jìn)行單元設(shè)計(jì)時(shí)，評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)先于活動(dòng)設(shè)計(jì)，這有利于教學(xué)活動(dòng)不偏離航道，促進(jìn)評(píng)價(jià)過(guò)程與學(xué)習(xí)過(guò)程的有機(jī)融合。所有設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，均圍繞大概念開(kāi)展，這對(duì)教師PCK（特別是學(xué)科內(nèi)容知識(shí)和學(xué)生理解知識(shí)）的發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用。［6］