基于物理學科核心素養(yǎng)的單元教學內(nèi)容分析與學情分析

王美芹 張玉峰

摘?要：介紹基于核心素養(yǎng)的高中物理單元教學設(shè)計關(guān)于“教學內(nèi)容分析”“學情分析”部分的思路與框架.教學內(nèi)容分析，即如何進行課程標準分析及圍繞大概念整合知識體系與認知體系，分析顯性知識與隱性知識，顯化學科核心素養(yǎng)載體;如何結(jié)合教學內(nèi)容進行學情分析，即分析學生認知基礎(chǔ)和進階關(guān)鍵點，為單元教學目標的制定、教學策略的選擇及單元學習活動安排提供重要依據(jù).

關(guān)鍵詞：單元教學內(nèi)容分析;學情分析;隱性知識;學習進階

文章編號：1008-4134（2020）07-0008中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

基金項目：北京市物理學會2020-2021年度科研課題“基于學科核心素養(yǎng)的高中物理單元教學設(shè)計”（WLXH202048）;北京市教育科學“十三五”規(guī)劃2018?年度一般課題“基于課前學習診斷的教學整合模式研究”（CDDB18155）.

作者簡介：王美芹（1970-），女，北京人，?本科，中學高級教師，研究方向：物理教學與實踐;

張玉峰（1973-），男，山東泰安人，博士，中學高級教師，北京市教育科學研究院基礎(chǔ)教育教學研究中心教研員，?研究方向：物理課程與教學論.

依據(jù)課程標準進行教學內(nèi)容分析和學情分析是進行單元教學設(shè)計的前提和基礎(chǔ).教學內(nèi)容是核心素養(yǎng)發(fā)展的載體，圍繞大概念整合單元內(nèi)容能夠明確知識在學科知識體系中的地位和作用，進一步挖掘其在發(fā)展學科核心素養(yǎng)過程中功能與作用;精準分析學情是落實以學生為中心理念的重要途徑，更是制定學習目標、確定單元重難點、優(yōu)化教學策略、安排單元學習活動以及設(shè)計評估與反饋的重要依據(jù).

1?單元教學內(nèi)容分析的思路與框架

單元教學內(nèi)容分析旨在為新課程目標引領(lǐng)下的單元教學設(shè)計提供內(nèi)容依據(jù)，分析的依據(jù)主要包括課程標準、教材以及學科教學指導意見等其他教學指導文件，分析思路主要從課程標準的解讀、整合教材內(nèi)容兩個層面展開.從整體上看，可以遵循從課程文件要求到具體知識內(nèi)容整合，再到素養(yǎng)與能力載體挖掘的思路進行.

1.1?依據(jù)課程標準、學科教學指導意見和教材確定單元教學要求和具體內(nèi)容

課程標準是確定課程水平及課程結(jié)構(gòu)的綱領(lǐng)性文件.在新一輪的基礎(chǔ)教育課程改革中，新課程標準處于核心地位，它對課程目標、課程結(jié)構(gòu)與內(nèi)容、課程評價均做出了明確要求，對各學業(yè)階段學生應(yīng)掌握的知識、技能以及物理學科核心素養(yǎng)的落實與發(fā)展做出了明確規(guī)劃.學科教學指導意見進一步細化了課程標準的要求，結(jié)合教材指出每個模塊的主題內(nèi)容及要求，以模塊為單位提出教學建議和評價建議，結(jié)合教材提出實現(xiàn)課程目標的要求與操作方法.教材則是對課程標準的具體化、提供達成課程標準要求的具體學習素材.課程標準、學科教學指導意見以及教材，三者具體化程度不同，但具有較高的一致性.因此確定單元教學要求和內(nèi)容通常需要結(jié)合課程標準、學科教學指導意見和教材.

分析課程標準，明確學業(yè)要求與核心素養(yǎng)任務(wù).對課程標準和學科指導意見進行分析，應(yīng)從學業(yè)要求與核心素養(yǎng)任務(wù)兩個層面進行.首先梳理課程標準關(guān)于本單元教學內(nèi)容在知識層面上有哪些要求？這些知識之間有著怎樣的邏輯聯(lián)系？然后關(guān)注學科教學指導意見要求學生通過何種學習方式進行學習，最后分析本單元通過哪些知識的學習，具體對應(yīng)落實哪些核心素養(yǎng)目標要素.例如，依據(jù)《普通高中物理課程標準（2017年版）》[1]（以下簡稱新課標），梳理出《磁場》單元的核心素養(yǎng)目標：在認識磁場對電流、運動電荷的作用過程中發(fā)展運動與相互作用的物理觀念;在從定性與定量的視角描述和解釋磁場過程中發(fā)展物質(zhì)觀和科學思維;在探究磁場對電流、運動電荷的相互作用力的影響因素中提升科學探究能力;在應(yīng)用磁場知識解決實際問題過程中培養(yǎng)科學態(tài)度與提升社會責任.

1.2?整合具體教學內(nèi)容，梳理結(jié)構(gòu)化概念體系

從整合的視角分析單元教學內(nèi)容，是物理學知識體系本身的要求，也是落實學科核心素養(yǎng)目標的要求.從學科知識的特點看：物理學是由事實、概念、規(guī)律與方法構(gòu)成的系統(tǒng)化理論體系，物理學習本身要求學生從整體上建構(gòu)知識體系;從物理學的教育功能看：物理學科知識體系的建構(gòu)是將概念和規(guī)律提煉和升華形成物理觀念的基礎(chǔ)，它不僅為學生提供科學探究的思維框架，更是學生發(fā)展科學思維、進一步認識科學本質(zhì)的重要支撐.在建構(gòu)概念體系過程中必然涉及具體概念之間內(nèi)在的邏輯關(guān)系，建構(gòu)概念之間清晰的邏輯聯(lián)系，有助于在學生頭腦中形成良好的認知結(jié)構(gòu)，而良好的認知結(jié)構(gòu)能夠促進解決問題的大思路的形成.

整合教學內(nèi)容的具體操作如下：在分析課標、學科指導意見以及教材的基礎(chǔ)上梳理單元主要知識有哪些？然后查閱資料并結(jié)合教師經(jīng)驗，圍繞大概念或?qū)W科核心概念建構(gòu)知識體系，對本單元內(nèi)容在知識體系中的地位、作用及知識之間邏輯關(guān)系進行分析.例如，梳理“磁場”單元知識結(jié)構(gòu)圖如圖1所示.

圖1展示了以學科大概念“能量”和“相互作用”為核心的涉及中學階段的電磁學體系.其中電場、磁場、電流，以及電磁感應(yīng)、電磁波是學科大概念“能量”“相互作用”統(tǒng)領(lǐng)下與電荷相關(guān)的五個單元主題概念.電流是電荷在電場力的作用下定向運動的宏觀表現(xiàn);電場、磁場、電磁波是能量不同的存在形式;電磁感應(yīng)則揭示其他形式能與電能的轉(zhuǎn)化;電場、磁場通過與電荷、磁極、電流之間的相互作用來認識和表征;在這張圖上單元主題概念“磁場”與學科大概念“相互作用”和“能量”的關(guān)系，與單元一般概念如磁感線、磁通量、磁感應(yīng)強度、安培力、洛倫茲力等之間的邏輯關(guān)系比較清晰地呈現(xiàn)出來.

1.3?挖掘隱性知識，明確物理學科核心素養(yǎng)發(fā)展的知識載體

物理學習的內(nèi)容不僅包括物理概念、物理規(guī)律等顯性知識的理論體系，還包括物理學的研究方法、認識方式等隱性知識體系.如果把物理學知識體系比作一棵樹，顯性知識就像我們看到的樹枝、樹葉和果實，而隱性知識則如樹根，深藏在地下.英國物理化學家和哲學家邁克爾·波蘭尼指出：隱性知識是指那些沒有以文本形式明確表述出來，深藏在顯性知識中的相關(guān)知識[2].在教學內(nèi)容分析中充分挖掘隱性知識，讓它們適時地從“幕后”轉(zhuǎn)到“臺前”，是落實學科核心素養(yǎng)目標的有效手段.物理學科的隱性知識是物理知識學習或者應(yīng)用中所涉及的認識方式、思想方法、跨學科概念等內(nèi)容的統(tǒng)稱[3].

物理學認識方式，是指從物理學視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識過程中所使用的思維模式（路徑）或者信息處理對策.物理學認識方式的要素有：認識對象、表征方式、認識角度與認識思路，這些要素均隱含在物理概念的深層理解、概念之間聯(lián)系以及概念體系的建構(gòu)過程中.例如，上述“磁場”單元的認識線索為：磁現(xiàn)象→磁感線（定性描述）→磁感應(yīng)強度（定量描述）→安培力（宏觀磁相互作用）→洛倫茲力（微觀磁相互作用）→直流電動機、回旋加速器等（整合應(yīng)用）;磁場單元涉及的問題描述方式有：語言文字、圖像、圖形（磁感線）、表達式等;涉及的研究對象有磁極、磁場、電流、帶電粒子等;磁場對電流與運動電荷作用可以從宏觀與微觀、運動與相互作用、能量等不同視角進行認識;對磁場的描述可以采用定性與定量、猜想、推理與驗證等不同認識思路，這些有關(guān)認識方式的要素可以幫助學生發(fā)展程序性知識和策略性知識，在單元內(nèi)容分析時應(yīng)該充分予以挖掘.

跨學科概念使不同主題、不同學科的概念建立更普遍的聯(lián)系，將跨學科概念融入物理學習可以將各科知識相互聯(lián)系整合，幫助學生更好地完善科學知識體系，形成對自然的整體認識，加深對科學本質(zhì)的理解.同時可以使學科知識與方法能夠更有效、更廣泛遷移，用以分析和解決新問題，提高理論聯(lián)系實際的應(yīng)用能力，促進思維能力、創(chuàng)新能力發(fā)展以及社會責任的提升.例如在“直線運動”單元挖掘“變化率”這一跨學科概念有著重要意義：在“直線運動”單元用位置隨時間的變化率定義速度，進而用速度隨時間的變化率定義加速度，這樣層層深入對運動的描述更加精確.這一描述變化的認識方式可以遷移用來定義許多其他物理概念：例如曲線運動中用質(zhì)點轉(zhuǎn)過的角量隨時間的變化率定義角速度，進而可以用角速度隨時間的變化率定義“角加速度”;力可以定義為動量隨時間的變化率，也可以定義為動能隨距離的變化率;電場強度可以表示電勢隨距離的變化率;磁通量隨時間的變化率定義為感應(yīng)電動勢等.可見“變化率”這一跨學科概念的深入理解，不僅可以幫助學生認識對事物變化的描述從“變化多少”到“變化快慢”的進一步精確，更可以幫助學生優(yōu)化對事物的認識、描述與表征方式.因此單元教學內(nèi)容分析對這樣的跨學科概念應(yīng)該予以充分挖掘.

此外，單元知識中蘊含重要的物理方法、思想方法等隱性知識是建構(gòu)學生認知體系、發(fā)展思維能力的重要工具，例如“直線運動”單元在建構(gòu)“瞬時速度”時涉及的“極限的思想方法”，后續(xù)在推導勻變速直線運動的位移與時間關(guān)系、變力做功、變力的沖量等過程都起到至關(guān)重要的作用，在單元教學內(nèi)容分析時也必須足夠重視.

除上述顯性知識與隱性知識分析，在單元教學內(nèi)容分析時還應(yīng)結(jié)合學情，充分關(guān)注物理學史中蘊含的隱性知識以及本單元與科學·技術(shù)·社會·環(huán)境（STSE）的關(guān)系[4].例如在“直線運動”單元關(guān)注伽利略研究自由落體運動過程中蘊含的質(zhì)疑精神、科學態(tài)度、創(chuàng)新意識與科學方法;在“萬有引力定律”單元介紹我國宇宙航行的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，激發(fā)學生愛國主義情懷與社會責任感等.

2?學情分析的內(nèi)容與思路

學情分析是在教學設(shè)計之前對學生進行全面診斷過程，旨在更清楚地了解學生在觀念、能力、方法、素養(yǎng)等方面的已有基礎(chǔ)，對學生未來學習中可能遇到的問題、困難，可能達到的發(fā)展水平等做出評估和判斷，為確定單元教學目標，教學重難點等提供重要參考依據(jù).學情分析主要涉及學生學習單元內(nèi)容之前頭腦中已有什么？本單元學習可能經(jīng)歷怎樣的認識過程？以及影響學生認知發(fā)展的因素有哪些等.要回答這些問題，概括起來可以確定學情分析的基本框架如圖2所示.

2.1?分析原有認知基礎(chǔ)，明確單元學習起點

現(xiàn)代意義的學習過程就是學生用已有知識去建構(gòu)新知識的過程.因此在單元教學設(shè)計時，分析學生頭腦中已經(jīng)掌握的學科知識、跨學科知識、解決問題的經(jīng)驗、方法、能力等，明確單元學習的起點，是落實以學生為中心的教學理念的必備之舉.

學情分析必須要弄清學生已有的知識體系和方法體系對新知建構(gòu)正反兩方面的作用：即要分析學生已經(jīng)擁有的哪些知識和概念（包括跨學科概念）及概念之間的關(guān)聯(lián)是對單元新知學習有利的;同時也必須分析干擾新知學習的生活概念、錯誤聯(lián)系特別是學生頭腦中頑固的錯誤前概念等.例如，生活中我們用同樣的力推質(zhì)量小的物體容易推動，而質(zhì)量大的物體不容易推動，這些經(jīng)驗對我們理解質(zhì)量與慣性關(guān)系有著積極的作用;生活中“超重”的概念、望文生義對“失重”理解，都會對超重和失重概念的理解造成困難.

分析學生的認知基礎(chǔ)除關(guān)注概念、經(jīng)驗等顯性知識外，還需關(guān)注學生認知方式、解決問題策略、能力等隱性知識基礎(chǔ).例如可以通過觀察或訪談了解到，學生經(jīng)常會從生活經(jīng)驗的視角思考力與物體關(guān)系：認為形變厲害一定受力大;在分析力對物體的作用時忽略摩擦力;認為力大小和運動快慢存在因果關(guān)系;向上運動一定受到向上的力等等.分析這些知識、經(jīng)驗、能力、思維方式等認知基礎(chǔ)可以幫助我們確定單元學習的起點，對制定學習目標、規(guī)劃學習過程、選擇教學策略有十分積極的作用.

2.2?分析進階關(guān)鍵點，突破思維障礙

所謂進階關(guān)鍵點就是學生在學習路徑上認識和理解出現(xiàn)困難的點，即出現(xiàn)“階”的“位置”.從學生的角度分析進階的關(guān)鍵點，才能抓住影響學生單元學習的關(guān)鍵因素，針對其采取有效的教學措施，從而突破思維障礙，促進學生認知發(fā)展[5].

進階關(guān)鍵點可以從認知發(fā)展和思維障礙角度來進行分析.從認知發(fā)展的角度看進階的關(guān)鍵點經(jīng)常存在于較深的錯誤概念干擾點.例如在“力和運動”單元：“有力才會有運動”這樣的錯誤前認知會對“力和運動關(guān)系”的進階造成很大的影響，從而成為進階的關(guān)鍵點.從思維障礙角度看，進階關(guān)鍵點經(jīng)常出現(xiàn)在對學生思維能力水平要求較高的“位置”，例如從平均速度向瞬時速度概念進階時，對時間和空間的無限分割，時間和位移“極短”可以看做一個時刻或者一個位置，因為十分抽象使學生難以理解，從而成為進階的關(guān)鍵點.此外進階關(guān)鍵點還可能出現(xiàn)在新模型建立的“位置”，例如勻速圓周運動模型的建立會成為從直線到曲線進階的關(guān)鍵點.當然，除上述幾種情況之外，學習進階的關(guān)鍵點還有可能存在于其他“位置”，還需要根據(jù)教學內(nèi)容和學生情況具體分析，不能一概而論.

結(jié)合教學內(nèi)容從認知發(fā)展和思維障礙角度分析進階的關(guān)鍵點，并據(jù)此確定教學目標和重難點，實現(xiàn)單元目標對教學策略選擇和教學活動設(shè)計的統(tǒng)領(lǐng)，是真正落實以學生為中心的單元教學設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，是促進學生的認知發(fā)展、實現(xiàn)學科素養(yǎng)發(fā)展目標的重要支撐.

3?教學內(nèi)容與學情相融合，為單元教學設(shè)計提供依據(jù)

教學內(nèi)容分析和學情分析并不是獨立的，而是密切聯(lián)系的，共同為進一步制定單元教學目標、確定重難點、選擇教學策略、安排學習活動以及評價和反饋提供依據(jù).

教學內(nèi)容分析的根本目的是幫助學生完善和發(fā)展現(xiàn)有的知識體系和認知體系，實現(xiàn)以學生為中心的認知發(fā)展[6].因此，圍繞大概念建構(gòu)知識體系和認知體系以及解決問題的大思路的形成都依賴學生原有的認知基礎(chǔ)和認知方式.單元教學內(nèi)容的下限和上限需要依據(jù)學生情況確定;建構(gòu)知識體系、分析認知思路更需要依據(jù)學情進行.例如“磁場”單元的知識體系建構(gòu)時必須考慮學生已經(jīng)學過的電場、電路知識和已經(jīng)建構(gòu)的電磁學體系;分析“磁場”單元認知思路時必須了解學生此前對電場的認識思路.讓新單元內(nèi)容的學習在原有知識體系和認知體上進一步建構(gòu)，是單元教學設(shè)計的初衷，也是實現(xiàn)從物理學視角建構(gòu)關(guān)于自然的物理圖景的新課程目標、發(fā)展學科核心素養(yǎng)的有效途徑.此外，挖掘隱性知識和跨學科概念、分析單元內(nèi)容教育價值等更是要針對學生的認知基礎(chǔ)以及對科學·技術(shù)·社會·環(huán)境（STSE）的理解來進行.例如在“曲線運動”單元挖掘極限思想方法和跨學科概念“變化率”時，必須要了解學生在直線運動中對“變化率”這一概念的理解和掌握程度.

基于學習進階的學情分析原本就是為實現(xiàn)單元內(nèi)容的學習進階而進行的，因此學生的認知基礎(chǔ)分析一定是分析與本單元內(nèi)容相關(guān)的知識、方法、能力等.進階關(guān)鍵點分析更是要針對本單元教學的具體內(nèi)容，分析學生存在哪些較深的錯誤概念干擾點和思維障礙點.例如“電場”單元學情分析中“電勢”概念成為進階關(guān)鍵點，其原因是學生的原有認知中對“力和運動”關(guān)系已經(jīng)比較熟悉，因而習慣用力和運動的視角思考物體之間的相互作用，所以對電場的認識從“力”視角向“能量”視角進階時，電勢成為進階的關(guān)鍵點.可以說學情分析的每個環(huán)節(jié)都與內(nèi)容分析相互關(guān)聯(lián)、相互滲透，就像力和運動一樣密不可分，二者共同成為單元教學設(shè)計的重要依據(jù).

綜上所述，單元教學內(nèi)容分析和學情分析共同作為合理制定單元教學目標，并進一步圍繞單元目標制定切實有效的活動方案、教學策略以及反饋的基礎(chǔ).這樣的單元教學指向物理學本質(zhì)，有助于實現(xiàn)真正意義上的深度學習，不僅能讓學生頭腦中“物理之樹”根基扎實、枝繁葉茂，更能發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)，真正落實物理教學的育人目標;促進教師教學觀念和角色轉(zhuǎn)變，推動其專業(yè)素養(yǎng)發(fā)展.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]Michael?Polanyi著.?徐陶譯.個人知識：一種后批判哲學的探索[M].上海：上海人民出版社，2017.

[3]張玉峰.以大概念、大思路、大情境和大問題統(tǒng)領(lǐng)物理單元教學設(shè)計[J].中學物理，2020（03）：2-7.

[4]郭玉英.中學物理教學設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2016.

[5]張玉峰，湯玉林.基于核心素養(yǎng)的高中物理教學重難點突破[M].北京：北京師范大學出版社，2019.

[6]王美芹，呂良.基于核心素養(yǎng)的高中物理教學目標設(shè)計[J].中學物理，2019（01）：26-28.

（收稿日期：2019-02-10）