單元設(shè)計(jì)理念下的物理綜合實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)

摘?要：在綜合實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)計(jì)中，采用基于理解的逆向單元教學(xué)設(shè)計(jì)策略，課堂實(shí)施的環(huán)節(jié)中，通過問題驅(qū)動(dòng)，學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行探究，生成成果，并在探究過程中明晰單元的核心概念以及單元知識(shí)結(jié)構(gòu)，完成知識(shí)建構(gòu)。在探究的過程中，學(xué)生將本單元學(xué)習(xí)到的知識(shí)與技能運(yùn)用到解決“真實(shí)性”問題的活動(dòng)中去，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的進(jìn)階，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)與物理學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：初中物理;綜合實(shí)踐活動(dòng);單元設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

單元設(shè)計(jì)被認(rèn)為是核心素養(yǎng)時(shí)代整合和落實(shí)課程目標(biāo)的關(guān)鍵，是走向深度學(xué)習(xí)的有效途徑，是撬動(dòng)課堂轉(zhuǎn)型的一個(gè)支點(diǎn)。做好單元設(shè)計(jì)有助于學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中整合自己所學(xué)的學(xué)科知識(shí)，同時(shí)也有助于學(xué)生提升解決問題的能力[1-2]。由于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)使用真實(shí)情境作為載體，以一系列驅(qū)動(dòng)性問題促使學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)探究，自主完成成果生成，自主完成知識(shí)建構(gòu)的過程，同時(shí)，項(xiàng)目化學(xué)習(xí)過程具有“培養(yǎng)高階思維、促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化、開發(fā)學(xué)生頭腦和激發(fā)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任生成”等優(yōu)勢(shì)，因此被認(rèn)為是觸發(fā)深度學(xué)習(xí)的重要途徑[3]。

單元設(shè)計(jì)理念下的綜合實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)，針對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)和制作的項(xiàng)目產(chǎn)品，教師采用“以終為始”的教學(xué)設(shè)計(jì)思路，基于學(xué)生設(shè)計(jì)的作品與本單元的內(nèi)容與目標(biāo)，設(shè)計(jì)一系列問題。通過這一系列問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，下面以“設(shè)計(jì)和制作一個(gè)簡(jiǎn)易調(diào)光燈”這個(gè)課堂實(shí)例，詳細(xì)闡述單元設(shè)計(jì)理念下的綜合實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)。

一、“以終為始”的教學(xué)設(shè)計(jì)

《追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)》[4]中提出了UbD（Understanding by Design）逆向教學(xué)設(shè)計(jì)框架，該框架包含了三個(gè)階段：階段1—預(yù)期結(jié)果;階段2—評(píng)估證據(jù);階段3—學(xué)習(xí)計(jì)劃。

下表是根據(jù)UbD逆向框架對(duì)綜合實(shí)踐活動(dòng)“設(shè)計(jì)和制作一個(gè)模擬的調(diào)光燈”進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)。

二、單元設(shè)計(jì)理念下綜合實(shí)踐活動(dòng)的實(shí)施過程

（一）情境與問題 有效激發(fā)學(xué)習(xí)的熱情

[教學(xué)片段1]

師：（播放zealer視頻，實(shí)物展示小米分段式調(diào)光燈）

在本節(jié)課之前，老師向?qū)W生說明本次活動(dòng)的任務(wù)是設(shè)計(jì)和制作一個(gè)模擬調(diào)光燈，學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)電路圖，并制作實(shí)物。

師：在課前，我們班已經(jīng)有五位制作人，制作出了調(diào)光燈，我們先讓他們來展示一下自己的調(diào)光燈。

生：展示自己制作的調(diào)光燈和設(shè)計(jì)的電路圖。

師：他們制作的調(diào)光燈的調(diào)光方式是否相同？

生：不同。

師：我們把連續(xù)調(diào)光的方式稱為“無極調(diào)光”，不連續(xù)調(diào)光的方式稱為“檔位分段調(diào)光”，我們能不能將他們制作的調(diào)光燈分分類？

生：2個(gè)分段式調(diào)光，4個(gè)無極調(diào)光。

師：這兩類臺(tái)燈的亮度都可以調(diào)節(jié)，是整個(gè)電路中哪一個(gè)物理量發(fā)生了變化呢？

生：電流。

[教學(xué)意圖]

測(cè)評(píng)視頻是目前的一種潮流，通過播放這種與學(xué)生生活緊密聯(lián)系的潮流視頻，激發(fā)出學(xué)生的探索欲望與學(xué)習(xí)熱情，基于學(xué)生已設(shè)計(jì)出的電路圖，明確調(diào)光燈的調(diào)光原理是改變電路中的電流。

（二）觀察與分析 分析結(jié)構(gòu)與排除故障

[教學(xué)片段2]

四名學(xué)生組成一個(gè)小組，每小組提供：電池四節(jié)（6V），小燈泡（2.5V 0.3A）兩個(gè)，滑動(dòng)變阻器、開關(guān)兩個(gè)、單刀雙擲開關(guān)一個(gè)、燈座兩個(gè)、鉛筆芯2組、電壓表一個(gè)、電流表一個(gè)、導(dǎo)線若干。

師：（展示兩個(gè)設(shè)計(jì)者的方案，如圖1）這兩種方案是如何改變電流大小的？

生：使用阻值不同的定值電阻。

師：他們選用的電路元器件的規(guī)格正確嗎？如何驗(yàn)證？

生：歐姆定律。（學(xué)生計(jì)算并判斷）。

師：相對(duì)于1方案，2方案有哪些優(yōu)勢(shì)？

生：有保護(hù)電阻，保護(hù)電路。

師：保護(hù)電阻是如何起到保護(hù)作用的？

生：如果沒有保護(hù)電阻，支路中的電阻短路時(shí)，小燈泡兩端的電壓過大，會(huì)燒毀燈泡。

師：還有其他優(yōu)勢(shì)嗎？

生：使用了單刀雙擲開關(guān)，可以連續(xù)轉(zhuǎn)換接入電路的電阻。

師：?jiǎn)蔚峨p擲開關(guān)相當(dāng)于生活中的三檔式開關(guān)，借助多檔式開關(guān)，我們可以連續(xù)轉(zhuǎn)換電路連接形式或者更換接入的用電器（展示GIF動(dòng)畫），除了三檔式開關(guān)，我們生活中還有很多種不同的多檔式開關(guān)。

[教學(xué)意圖]

歐姆定律是本章的重點(diǎn)與難點(diǎn)，在評(píng)價(jià)學(xué)生制作產(chǎn)品的過程中，通過學(xué)生的小組合作，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已學(xué)知識(shí)判斷電路元器件的規(guī)格是否正確，發(fā)現(xiàn)未加入保護(hù)電阻等一系列問題。在這種“真實(shí)”的情境中，學(xué)生應(yīng)用歐姆定律來解決問題，加深了學(xué)生對(duì)于歐姆定律的理解，同時(shí)也給設(shè)計(jì)、制作產(chǎn)品的同學(xué)修正自己的產(chǎn)品提供了依據(jù)。

（三）實(shí)驗(yàn)與選擇 探究元器件的調(diào)節(jié)精度

[教學(xué)片段3]

師：我們有一位同學(xué)，使用鉛筆芯制作了調(diào)光燈，鉛筆芯能夠調(diào)光的原理是什么？

生：改變接入電阻的長(zhǎng)度，改變電阻的大小，從而改變電流。

師：鉛筆芯有很多不同的種類（展示2H和HB），你采用的是哪一種筆芯？

生：14B。

師：你為什么采用14B的筆芯呢？

生：燈的亮度變化比較明顯。

師：你們覺得是由什么因素造成這種情況的？

生：鉛筆芯的阻值不同。

師：下面請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)電路，測(cè)出2H和HB鉛筆芯的阻值。

生：（設(shè)計(jì)電路并測(cè)量阻值）。

師：（展示學(xué)生測(cè)量結(jié)果）從中你發(fā)現(xiàn)了什么？

生：鉛筆芯的阻值不同，說明可以調(diào)節(jié)的范圍不一樣。

師：在實(shí)際電路中，我們?yōu)槭裁闯３＿x用滑動(dòng)變阻器而不是鉛筆芯呢？

生：鉛筆芯易斷。

師：有沒有其他的原因呢？

師：我們用Ω/cm來表示調(diào)節(jié)的精度，請(qǐng)你算出兩支鉛筆芯的調(diào)節(jié)精度，誰的精度更高？

生：HB的調(diào)節(jié)精度更高。

師：同樣的，20Ω的滑動(dòng)變阻器的電阻絲長(zhǎng)度約為15m，橫截面積約為0.332mm2;20Ω的2H鉛筆芯長(zhǎng)度約為0.175m，橫截面積約為3.14mm2，我們通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，如果把鉛筆芯也做成和電阻絲相同長(zhǎng)度與粗細(xì)，那么鉛筆芯的電阻大約是合金絲電阻的810倍，可見滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)精度比鉛筆芯高出很多倍，所以在實(shí)際的臺(tái)燈中，我們常用滑動(dòng)變阻器而不是鉛筆芯。

[教學(xué)意圖]

讓學(xué)生小組合作，并借助有效問題驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究與理論分析發(fā)現(xiàn)不同元器件的調(diào)節(jié)精度存在較大差異，這讓學(xué)生明白在設(shè)計(jì)與制作調(diào)光燈的過程中，調(diào)節(jié)精度是一個(gè)必須考慮的重要因素，為學(xué)生選擇合適的元器件制作調(diào)光燈打下基礎(chǔ)。

（四）應(yīng)用與創(chuàng)新 方法應(yīng)用與設(shè)計(jì)創(chuàng)新

[教學(xué)片段4]

師：我們有一位同學(xué)使用滑動(dòng)變阻器制作了一個(gè)調(diào)光燈（如圖2），同學(xué)們，請(qǐng)仔細(xì)觀察，有沒有發(fā)現(xiàn)什么問題？

生：滑動(dòng)變阻器移到阻值最小處時(shí)，小燈泡特別亮。

師：說明什么問題？

生：小燈泡兩端電壓過大。

師：如何解決該問題呢？

生：加入一個(gè)保護(hù)電阻。

師：加入一個(gè)多大的保護(hù)電阻？

生：（利用歐姆定律計(jì)算）

師：在該電路中，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格是否有什么要求呢？

生（計(jì)算變阻器規(guī)格，電流方面）。

師：在實(shí)際生活中的臺(tái)燈中，我們使用的是電位器（展示電位器）。

師：（展示電位器內(nèi)部結(jié)構(gòu)）有同學(xué)知道電位器的三個(gè)接線柱如何連接嗎？

生：上臺(tái)展示連接，并解釋原理。

師：（展示兩位學(xué)生所用電位器的銘牌）在目前的電路中，我們使用哪一個(gè)更好？

生：綠色電位器更好，因?yàn)榱硪粋€(gè)阻值過大。

師：調(diào)光燈修正過后，我們將滑動(dòng)變阻器移至阻值最小處時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡并未完全熄滅，但是實(shí)際生活中的調(diào)光燈，旋動(dòng)旋鈕，燈的亮度可以從完全不亮開始變化，這是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

生：（小組合作設(shè)計(jì)方案）

師：如圖3，這樣設(shè)計(jì)還有什么好處呢？

生：滑動(dòng)變阻器損壞，小燈泡依舊可以發(fā)光。

師：在剛才的視頻中還提到了一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)：色溫，事實(shí)上，一個(gè)臺(tái)燈的主要參數(shù)由以下11個(gè)方面組成（展示11個(gè)參數(shù)）。目前，我國(guó)青少年的近視率居世界第一，一個(gè)具有良好色溫和照度的臺(tái)燈就顯得至關(guān)重要，4000K—5000k的色溫，250—500lx的照度對(duì)我們的眼睛比較友好。

師：課后，請(qǐng)同學(xué)們查閱資料，想一想如何修正自己臺(tái)燈的色溫與照度，同時(shí)請(qǐng)制作人針對(duì)剛剛的問題對(duì)自己的臺(tái)燈進(jìn)行修正，也希望其他同學(xué)敢于嘗試，利用今天自己學(xué)習(xí)的知識(shí)制作一個(gè)屬于自己的調(diào)光燈！

[教學(xué)意圖]

該環(huán)節(jié)中設(shè)置的判斷電路元器件的規(guī)格是否正確，是否要加入保護(hù)電阻，滑動(dòng)變阻器規(guī)格的確定等問題，目的在于引導(dǎo)學(xué)生將剛剛所學(xué)的分析結(jié)構(gòu)和排除故障的方法靈活運(yùn)用，評(píng)估學(xué)生對(duì)物理知識(shí)和思維方法的理解程度?，F(xiàn)實(shí)生活中，小臺(tái)燈可以從完全不亮開始變化，由此創(chuàng)設(shè)一個(gè)亟待解決的真實(shí)問題“如何增大調(diào)光燈的調(diào)節(jié)范圍？”，引導(dǎo)學(xué)生將本單元所學(xué)的知識(shí)與方法靈活的遷移與應(yīng)用，評(píng)估學(xué)生對(duì)本單元物理知識(shí)與思維方法的理解程度，體會(huì)學(xué)習(xí)的價(jià)值和意義。色溫、照度的提出，也為學(xué)生進(jìn)一步優(yōu)化自己的產(chǎn)品提供了方向與思路。

三、結(jié)語

“真實(shí)性學(xué)習(xí)”是基于“核心素養(yǎng)”的單元設(shè)計(jì)的基本訴求，“真實(shí)性”的第一個(gè)要點(diǎn)是，在“真實(shí)性學(xué)習(xí)”中面對(duì)的課題，而不是教科書或者習(xí)題集中所出現(xiàn)的“問題”。綜合實(shí)踐活動(dòng)將零碎的知識(shí)進(jìn)行融合，讓學(xué)生在應(yīng)對(duì)綜合性問題的過程中，構(gòu)建出一種高階的統(tǒng)整性知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)遷移的發(fā)生。“真實(shí)性”的第二個(gè)要點(diǎn)是重視有現(xiàn)實(shí)感的綜合性問題。綜合實(shí)踐活動(dòng)讓問題緊貼學(xué)習(xí)者的日常生活，學(xué)習(xí)者感受到解決問題的現(xiàn)實(shí)感，就會(huì)有動(dòng)員自身力量致力于問題解決的激情。

單元設(shè)計(jì)理念下的教學(xué)設(shè)計(jì)，提倡將單元評(píng)價(jià)前置，并進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，這樣做的好處是教學(xué)目標(biāo)更加明確，學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)更易展開的同時(shí)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的發(fā)展。在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，以學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)作為學(xué)生學(xué)習(xí)的境脈，通過一系列綜合問題的分步解決中形成對(duì)電阻的認(rèn)識(shí)，掌握各種變阻器的使用和歐姆定律的理解，形成電路安全的意識(shí)與進(jìn)一步地運(yùn)用與創(chuàng)造。

參考文獻(xiàn)：

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[2]鐘啟泉.基于核心素養(yǎng)的課程發(fā)展：挑戰(zhàn)與課題[J].全球教育展望，2016，45（01）：3-25.

[3]許幫正.單元設(shè)計(jì)，讓真實(shí)學(xué)習(xí)發(fā)生[J].江蘇教育，2020，1390（59）：61-63.

[4]格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰格，閆寒冰譯.追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)（第二版）[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2017：23.

作者簡(jiǎn)介：宋佳文（1994—），男，漢族，江蘇無錫人，碩士，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)。