大概念驅(qū)動的高中物理單元及單元目標(biāo)的確立

鄒偉通

摘? ?要：隨著新版普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的出臺，如何培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的物理觀念成為高中物理課程教學(xué)的重點。學(xué)生物理觀念的形成需要大概念教育，學(xué)生大概念的形成則需要單元教學(xué)的設(shè)計支持。文章以高中物理必修部分“能量守恒”的相關(guān)內(nèi)容為例，以促進(jìn)學(xué)生能量守恒觀念為目的，以機(jī)械能守恒和電路中能量守恒的大概念為主題，建立新的單元及目標(biāo)，落實對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：物理觀念;大概念;能量守恒;單元

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）12-0005-4

1? ? 引? 言

1.1? ? 培養(yǎng)學(xué)生物理觀念需要大概念教育

隨著《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》的出臺，學(xué)科目標(biāo)由過去對知識點的了解、理解與記憶轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)下對學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。物理觀念作為物理學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動與相互作用、能量等的基本認(rèn)識;是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華;是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的基礎(chǔ)[1]。如何培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的物理觀念成為當(dāng)下高中物理課程的重要任務(wù)和教學(xué)重點。而在教學(xué)中，物理概念的學(xué)習(xí)是物理觀念形成的重要組成部分，也是物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)與核心。物理概念的學(xué)習(xí)應(yīng)該重視概念的本質(zhì)屬性、概念之間的關(guān)聯(lián)，重視物理概念的深度理解與實際情境中的應(yīng)用。大概念教育是教學(xué)中強(qiáng)化概念的本質(zhì)屬性、拓展概念之間聯(lián)系的一種重要的方法和手段，它能讓學(xué)生在更大的視域內(nèi)認(rèn)識問題，從寬泛的角度形成物理觀念，提升學(xué)生的物理觀念水平，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)[2]。

1.2? ? 學(xué)生大概念的形成需要單元教學(xué)

物理觀念教學(xué)涉及同一類別諸多概念群，以往的分課時教學(xué)設(shè)計難以體現(xiàn)物理觀念的整體思想和培養(yǎng)目標(biāo)，而由多個課時構(gòu)成的單元教學(xué)，則有利于建立科學(xué)大概念或物理觀念體系[3]。因此，針對課程標(biāo)準(zhǔn)中所要求的物理觀念，需要從課程內(nèi)容的知識體系中提煉發(fā)展學(xué)生物理觀念所需要的大概念，并以大概念為主題，驅(qū)動新的單元內(nèi)容的建立，開展新的單元教學(xué)。

2? ? 確定單元的依據(jù)

確定一個新的單元就需要依據(jù)學(xué)科核心素養(yǎng)的相關(guān)要求、教材的邏輯和內(nèi)容結(jié)構(gòu)、課程標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)以及對學(xué)生的學(xué)情分析這四方面內(nèi)容。而如何開展一個新的單元學(xué)習(xí)，就需要確定一個主題來統(tǒng)領(lǐng)整個單元，是基于大任務(wù)、大項目還是大觀念或者大概念[4]。以高中物理必修部分“能量守恒”的相關(guān)內(nèi)容為例：

2.1? ? 學(xué)科核心素養(yǎng)的相關(guān)要求

高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面，而物理觀念又分為物質(zhì)觀念、運(yùn)動與相互作用觀念、能量觀念。在培養(yǎng)學(xué)生形成能量觀念的過程中，必須認(rèn)識能量不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，能量在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的過程中總量保持不變，進(jìn)而樹立能量是守恒的這一重要觀念。

2.2? ? 教材的邏輯和內(nèi)容結(jié)構(gòu)

以2019年版普通高中物理（人教版）必修1、2、3三本教材為例進(jìn)行分析，其中涉及到能量內(nèi)容的包括第八章“機(jī)械能守恒定律”、第十章“靜電場中的能量”、第十二章“電能 能量守恒定律”。而其中涉及到“能量守恒”的內(nèi)容為第八章和第十章，如表1所示。第八章的知識內(nèi)容是由力學(xué)部分的功與功率、機(jī)械能以及機(jī)械能守恒構(gòu)成，而第十二章的知識內(nèi)容是由電學(xué)部分的電功與電功率、電能以及電路中的能量守恒構(gòu)成。兩章都體現(xiàn)了從學(xué)習(xí)功、能到學(xué)習(xí)能量守恒這一遞進(jìn)過程，因此可以選擇對教材內(nèi)容進(jìn)行重組修改形成一個新的單元。

2.3? ? 課程標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)

對《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中必修課程的內(nèi)容要求進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，課標(biāo)中明確規(guī)定要求學(xué)生知道不同形式的能量可相互轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中能量總量保持不變，能量轉(zhuǎn)化是有方向性的。同時，在必修2的教學(xué)提示中指出，要在應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的過程中引導(dǎo)學(xué)生體會守恒的思想，在必修3的學(xué)業(yè)要求中強(qiáng)調(diào)學(xué)生能分析電學(xué)中的能量轉(zhuǎn)化問題。因此，結(jié)合課標(biāo)中的要求可以選擇組建“能量守恒”的單元來統(tǒng)領(lǐng)機(jī)械能守恒和電路中的能量守恒的相關(guān)知識。

2.4? ? 學(xué)生的學(xué)情分析

在學(xué)習(xí)第八章“機(jī)械能守恒定律”前，學(xué)生已經(jīng)完成了高中運(yùn)動學(xué)部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，在進(jìn)行機(jī)械能這一部分內(nèi)容學(xué)習(xí)時不會有障礙。而在學(xué)習(xí)第十二章“電能? 能量守恒定律”前，學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)過電功方面的知識，對電路中各元件有一定的認(rèn)識，也掌握部分電路歐姆定律的知識，因此學(xué)生能夠在教師的引導(dǎo)下認(rèn)識電路中的能量轉(zhuǎn)化，同時進(jìn)一步地去掌握閉合電路中的歐姆定律。而針對學(xué)生在學(xué)習(xí)電動勢時還欠缺電勢能概念的問題，教師可以在教學(xué)中加入對電勢能的簡單介紹。

基于以上四方面的分析，我們發(fā)現(xiàn)若以培養(yǎng)學(xué)生形成“能量守恒”的大觀念為目的，那么學(xué)生就需要掌握機(jī)械能守恒的大概念和電路中能量守恒的大概念;在教學(xué)中就需要以一個完整的單元去系統(tǒng)地呈現(xiàn)知識，同時也使學(xué)生在長期的學(xué)習(xí)活動中真正落實學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，以機(jī)械能守恒和電路中能量守恒大概念為主題，并在該主題的驅(qū)動下將力學(xué)和電學(xué)中涉及能量的知識系統(tǒng)地組合，按其邏輯將相關(guān)的知識和內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，就得到了新的單元，具體流程如圖1所示。

3? ? 確定單元的名稱與課時

在確定單元的名稱與課時之前，根據(jù)已對教材邏輯和內(nèi)容結(jié)構(gòu)所做的分析，再梳理涉及“能量守恒”整個單元的概念及知識點，理清它們之間的關(guān)系，并得到該單元的知識結(jié)構(gòu)框架，如圖2所示。

以能量守恒觀念為核心，以機(jī)械能守恒和電路中能量守恒的大概念為驅(qū)動，分別從力學(xué)部分的功和機(jī)械能以及電路中電功和電能相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，到機(jī)械能守恒和電路中能量守恒知識的掌握。這兩方面概念之間的關(guān)系和知識點的邏輯關(guān)系均體現(xiàn)了從功、能到能量守恒。因此，新單元命名為“機(jī)械能和電能的能量守恒”，其中的課時也將以從功、能到能量守恒的邏輯呈現(xiàn)。

4? ? 確定單元目標(biāo)及課時目標(biāo)

首先，物理學(xué)科教學(xué)的起點應(yīng)不再是過去僅僅對知識目標(biāo)的要求，而是應(yīng)該轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。雖然本次的單元設(shè)計是以學(xué)科核心素養(yǎng)中物理觀念下的能量守恒觀念為目的，但在整個單元教學(xué)中仍然會滲透其他學(xué)科核心素養(yǎng)的方方面面，以保障學(xué)生經(jīng)歷單元學(xué)習(xí)后能夠適當(dāng)?shù)匦纬烧_價值觀、必備品格、關(guān)鍵能力。而單元目標(biāo)正是單元設(shè)計的關(guān)鍵，要以學(xué)生經(jīng)歷學(xué)習(xí)后能夠形成哪些素養(yǎng)的形式確立。因此，在確定本單元的目標(biāo)前應(yīng)先對單元中所滲透到的物理學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行歸類和分析，具體內(nèi)容如表2所示。

基于高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中課程內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)質(zhì)量水平并結(jié)合表3，圍繞提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，確定的單元目標(biāo)如下：

（1）理解功、電功、動能、重力勢能及電能的物理概念和動能定理、機(jī)械能守恒定律、閉合電路的歐姆定律等規(guī)律及其相互關(guān)系;初步建立相應(yīng)的物理觀念且統(tǒng)領(lǐng)于能量守恒觀念之下，能正確解釋自然現(xiàn)象，綜合應(yīng)用該單元下的物理知識解決實際問題。

（2）掌握物理學(xué)中的科學(xué)思維，通過分析、推理的方式在動能、勢能、動能定理、機(jī)械能守恒定律等物理概念或規(guī)律之間建立相應(yīng)的聯(lián)系;通過推理、論證的方式去掌握閉合電路的歐姆定律及認(rèn)識電路中的能量守恒，同時能將實際問題中的對象和過程轉(zhuǎn)換為物理模型并加以解決。

（3）能夠依據(jù)事實和經(jīng)驗，針對動能和勢能相互轉(zhuǎn)化是否存在定量關(guān)系的問題建立假設(shè);能制訂科學(xué)實驗計劃，依據(jù)收集的實驗證據(jù)作出解釋得出機(jī)械能守恒的結(jié)論。同樣，在面對電路時，能夠設(shè)計方案，通過探究得到電路中能量守恒的證據(jù)，解釋得出結(jié)論;能對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流與反思，提升科學(xué)探究的能力。

（4）體會前人在追尋自然中的守恒量時嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、持之以恒的科學(xué)態(tài)度，能在認(rèn)識科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)涉及該單元物理知識的例子，感悟生活中的物理。

同時，學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵是由知識、技能、態(tài)度三者綜合構(gòu)成的，包含知識、技能與態(tài)度等多層面的統(tǒng)一整體[5]。因此，既要從培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的角度出發(fā)制訂單元目標(biāo)，又要能更好地在實踐中使單元目標(biāo)更加具體、更加可操作，我們把整體落實在素養(yǎng)上的單元目標(biāo)轉(zhuǎn)化為分別指向知識性、技能性、情感與態(tài)度性的學(xué)生單元學(xué)習(xí)目標(biāo);結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)和教材，對所選擇及改編的課時內(nèi)容配對合適、具體、確切的行為動詞，最后借鑒泰勒二維表格陳述法將該單元學(xué)習(xí)目標(biāo)直觀地展現(xiàn)出來（表3）。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯? ? 趙保鋼）