以大概念統(tǒng)領(lǐng)單元教學(xué)設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)

朱寧寧 崔琰

摘? ?要：以大概念為統(tǒng)領(lǐng)進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)，是落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。文章以“機(jī)械能及其守恒定律”單元為例，詳細(xì)闡釋了如何圍繞大概念的建構(gòu)進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)，包括教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)活動(dòng)流程以及教學(xué)評價(jià)的設(shè)計(jì)分析，從而促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：大概念;核心概念;單元教學(xué)設(shè)計(jì);核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）2-0031-6

學(xué)科大概念是指在學(xué)科中處于上位的、能反映學(xué)科本質(zhì)特征、組織學(xué)科內(nèi)容的少數(shù)關(guān)鍵性學(xué)科核心概念，比如，物理學(xué)科中“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與特性”“運(yùn)動(dòng)與相互作用”“能量及其轉(zhuǎn)變（包括能量形式、轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移、耗散與守恒）”等?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“課標(biāo)”）中提出的“物理觀念”是基于物理大概念的學(xué)習(xí)，從學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的角度進(jìn)行的提煉與概括。對學(xué)生物理觀念的培養(yǎng)直接體現(xiàn)了物理大概念的教育價(jià)值，比如，“機(jī)械能及其守恒定律”單元圍繞“能量及其轉(zhuǎn)變”這一大概念展開教學(xué)，有助于學(xué)生能量觀念的形成與發(fā)展。由于物理學(xué)科核心素養(yǎng)中物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面是相互聯(lián)系、共同發(fā)展的，即物理觀念的形成過程是學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)思維與科學(xué)探究的過程，也是對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識不斷深化、

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任發(fā)展的過程。所以，在能量觀念發(fā)展的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了核心素養(yǎng)其他方面的同步發(fā)展。

以大概念統(tǒng)領(lǐng)單元教學(xué)設(shè)計(jì)，是圍繞大概念建構(gòu)單元內(nèi)容中概念、規(guī)律的聯(lián)系，使單元教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)出整體性;圍繞大概念設(shè)計(jì)相互關(guān)聯(lián)的單元教學(xué)活動(dòng)，有助于培養(yǎng)學(xué)生思維的連貫性與發(fā)展性，圍繞大概念的單元設(shè)計(jì)更有助于從整體與部分的角度深挖學(xué)科育人價(jià)值，體現(xiàn)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的全面性與綜合性。所以，圍繞大概念進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)，是落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要途徑。本文以“機(jī)械能及其守恒定律”單元為例，闡釋如何圍繞大概念開展單元教學(xué)設(shè)計(jì)。

1? ? 以大概念為統(tǒng)領(lǐng)，整合單元教學(xué)內(nèi)容

單元教學(xué)設(shè)計(jì)首先需要明確教學(xué)單元，分析教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)單元的選取上，需要以大概念的建構(gòu)為主題，規(guī)劃、組織單元內(nèi)容。這需要教師基于對學(xué)科知識本質(zhì)的把握，對物理概念、規(guī)律間的聯(lián)系進(jìn)行梳理，以大概念的發(fā)展為主線，在單元教學(xué)中逐漸實(shí)現(xiàn)物理概念體系整體化與結(jié)構(gòu)化。物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)是學(xué)生形成物理觀念的有機(jī)組成部分，經(jīng)歷物理概念和規(guī)律的建構(gòu)過程是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的重要途徑。在梳理單元內(nèi)的概念及其發(fā)展進(jìn)階關(guān)系的同時(shí)，需分析與挖掘這一過程對學(xué)生思維發(fā)展與能力培養(yǎng)的價(jià)值。所以，單元教學(xué)內(nèi)容的整合分析可分為兩方面：單元概念發(fā)展的整合，學(xué)生思維發(fā)展的整合。

1.1? ? 單元概念發(fā)展的整合

以大概念為統(tǒng)領(lǐng)，構(gòu)建單元的科學(xué)概念進(jìn)階關(guān)系。比如，學(xué)生在高中第一次建立能量觀念時(shí)，教師選取“功與功率”“重力勢能與彈性勢能”“動(dòng)能與動(dòng)能定理”“機(jī)械能守恒定律”等內(nèi)容作為一個(gè)教學(xué)單元——“機(jī)械能及其守恒定律”，圍繞大概念“能量及其轉(zhuǎn)變”整合本單元的科學(xué)概念進(jìn)階層級（見表1），進(jìn)而建構(gòu)本單元的概念發(fā)展進(jìn)階圖（如圖1）。

1.2? ? 學(xué)生思維發(fā)展的整合

在物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)中，物理觀念是基礎(chǔ)，科學(xué)思維是核心。如“機(jī)械能及其守恒定律”單元中，基于概念進(jìn)階層級框架，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建“能量及其轉(zhuǎn)變”的大概念、培養(yǎng)能量觀念時(shí)，讓其經(jīng)歷一系列理論探究與模型建構(gòu)、推理論證的過程，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)與提出問題、基于證據(jù)進(jìn)行邏輯分析、表述交流等，最終實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的問題意識、證據(jù)意識、解釋與表述能力。本單元學(xué)生思維發(fā)展的整合分析如圖2所示。

2? ? 以大概念為統(tǒng)領(lǐng)，明確單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

以大概念為統(tǒng)領(lǐng)的單元學(xué)習(xí)目標(biāo)著眼于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。單元學(xué)習(xí)目標(biāo)的確定，需要分析課程標(biāo)準(zhǔn)中對本單元整體與具體內(nèi)容的教學(xué)要求，結(jié)合學(xué)生的學(xué)情表現(xiàn)，以及對本單元概念進(jìn)階、思維發(fā)展進(jìn)行整合分析，從而明確學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)價(jià)值。比如，通過“機(jī)械能及其守恒定律”的學(xué)習(xí)，學(xué)生能從“能量轉(zhuǎn)化與守恒”的角度分析與解釋有關(guān)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的問題，提高解決問題的能力。

本單元具體的學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)與發(fā)展價(jià)值的分析如下：

（1）物理觀念：經(jīng)歷從功的角度研究不同形式能量變化的原因，通過理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程，逐步深化對機(jī)械運(yùn)動(dòng)中功能關(guān)系的認(rèn)識，了解能量的轉(zhuǎn)化與守恒，形成初步的能量觀念。

（2）科學(xué)思維：通過理論探究重力做功與重力勢能變化的關(guān)系、彈簧彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系，以及推導(dǎo)動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律，經(jīng)歷模型建構(gòu)、推理論證、質(zhì)疑等思維活動(dòng)過程，實(shí)現(xiàn)微元、極限、類比等思想方法的遷移應(yīng)用，從而有助于科學(xué)思維的發(fā)展。

（3）科學(xué)探究：采用探究的方式研究本單元中的功能關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生敢于思考與質(zhì)疑、積極發(fā)表觀點(diǎn)，基于證據(jù)作出解釋、對結(jié)果進(jìn)行交流，從而培養(yǎng)學(xué)生的問題意識、證據(jù)意識。

（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：在經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究與理論推導(dǎo)的過程中，體會(huì)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、尊重事實(shí)的科學(xué)態(tài)度;了解人類認(rèn)識能量這一守恒量的過程，體會(huì)對真理與科學(xué)本質(zhì)的追求精神;從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度了解可持續(xù)發(fā)展的意義，培養(yǎng)節(jié)能減排的責(zé)任意識。

另外，單元學(xué)習(xí)目標(biāo)必須兼具整體性與可拆解性，即單元學(xué)習(xí)目標(biāo)一方面統(tǒng)領(lǐng)本單元的教學(xué)高度，另一方面必須細(xì)化到單元的每一節(jié)教學(xué)內(nèi)容中，而且各節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)之間要體現(xiàn)發(fā)展性與進(jìn)階性。

本單元學(xué)習(xí)目標(biāo)的進(jìn)階性分析見表2。

3? ? 以大概念為統(tǒng)領(lǐng)，設(shè)計(jì)單元教學(xué)活動(dòng)與流程

基于大概念的建構(gòu)，分析與明確了具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)后，緊接著需要規(guī)劃與設(shè)計(jì)對應(yīng)的單元教學(xué)活動(dòng)與詳細(xì)操作流程，這直接指向了學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與落實(shí)。建構(gòu)概念、探究規(guī)律等單元教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)需要重視情境的創(chuàng)設(shè)，包括創(chuàng)設(shè)能夠體現(xiàn)概念本質(zhì)特征的情境，有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)與提出問題，從而開展深入的研究?？傊?，合適的情境是引導(dǎo)學(xué)生開展學(xué)習(xí)活動(dòng)的前提，也體現(xiàn)了學(xué)生概念建構(gòu)以及思維發(fā)展的效果?！皺C(jī)械能及其守恒定律”單元基于“功決定和量度能量變化”這一理論，創(chuàng)設(shè)研究性情境，同時(shí)結(jié)合發(fā)展學(xué)生思維的價(jià)值分析，采用了探究性的教學(xué)方式。本單元教學(xué)活動(dòng)流程設(shè)計(jì)見表3。

下面以教學(xué)內(nèi)容5“動(dòng)能表達(dá)式的探究與動(dòng)能定理的推導(dǎo)”為例，詳述教學(xué)活動(dòng)的開展思路。

（a）問題引入：已經(jīng)研究了重力做功量度重力勢能的變化、彈簧彈力做功量度彈性勢能的變化。運(yùn)動(dòng)的物體具有動(dòng)能，我們?nèi)绾瘟慷葎?dòng)能的變化呢？動(dòng)能的變化與什么力做功有關(guān)？（從動(dòng)能的角度，繼續(xù)研究功與能的關(guān)系）

（b）探究性問題：探究物體動(dòng)能的變化與什么力做功有關(guān)？

（c）分析與猜想：運(yùn)動(dòng)的物體具有動(dòng)能，已知物體的動(dòng)能與自身質(zhì)量m、運(yùn)動(dòng)速度v有關(guān)。物體速度變則動(dòng)能變;速度的變化源于加速度，加速度源于合力。所以，猜想動(dòng)能的變化與合力做功有關(guān)。

（d）創(chuàng)設(shè)情境與建構(gòu)模型：質(zhì)量為m的物體在水平恒力F的作用下，在粗糙水平面上運(yùn)動(dòng)，阻力大小為Ff。物體從A運(yùn)動(dòng)到B發(fā)生一段位移l，速度由v1增加到v2。（即建構(gòu)勻變速直線運(yùn)動(dòng)模型）

（e）演繹推理：

物體運(yùn)動(dòng)過程中，合力為（F-Ff），合力的功：

W■=（F-Ff）l（1）

根據(jù)牛頓第二定律： F-Ff=ma? ? ?（2）

根據(jù)勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：2al=v■■-v■■（3）

帶入（1）式中，得合力的功：

W■=■mv■■-■mv■■（4）

（f）分析與推理：深入分析■mv2，一方面與合力做功密切相關(guān)，另一方面具有動(dòng)能的基本特征。根據(jù)“功決定和量度能量的變化”的基本認(rèn)識思路，把■mv2定義為動(dòng)能表達(dá)式。

（g）探究結(jié)論：物體速度從v1變到v2的過程中，合力的功：

W■=■mv■■-■mv■■=Ek2-Ek1=ΔEk（5）

動(dòng)能的變化與物體合力的功有關(guān)：合力在一個(gè)過程中對物體所做的功等于物體在這個(gè)過程中動(dòng)能的變化量。

4? ? 基于核心素養(yǎng)的考查，設(shè)計(jì)教學(xué)評價(jià)

評價(jià)是日常教學(xué)活動(dòng)的重要部分，適時(shí)、準(zhǔn)確的評價(jià)才能了解學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展情況，從而指導(dǎo)進(jìn)一步的教學(xué)活動(dòng)。評價(jià)的角度和方式均是多樣的，包括教師評價(jià)、自我評價(jià)、同伴評價(jià)，以及過程性評價(jià)、階段性評價(jià)等。通過評價(jià)，診斷與檢測學(xué)生素養(yǎng)培養(yǎng)的效果，獲得真實(shí)表現(xiàn)的反饋性信息，以及激勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

比如，“機(jī)械能及其守恒定律”單元中，教學(xué)內(nèi)容4的設(shè)計(jì)即作為了課堂上的一種過程性的診斷性評價(jià)，通過學(xué)生在探究彈力做功及推導(dǎo)彈性勢能表達(dá)式的表現(xiàn)，診斷是否能夠遷移與類比重力勢能表達(dá)式的探究思路，是否能夠遷移分析變力做功時(shí)的微元法與極限思想，從而對學(xué)生思維能力的表現(xiàn)進(jìn)行及時(shí)診斷。此外，關(guān)于動(dòng)能表達(dá)式的探究與動(dòng)能定理的推導(dǎo)，也作為研究方法與研究思路的診斷性評價(jià)，診斷學(xué)生能否將之前學(xué)習(xí)的研究方法遷移應(yīng)用，是否掌握了探究問題時(shí)的一般研究思路，是否具有探究與解決問題的能力，即在教學(xué)過程中診斷學(xué)生的思維與探究能力。

除了課堂上師生互動(dòng)中的評價(jià)，課后作業(yè)也是一種很好的診斷學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評價(jià)方式。比如，“機(jī)械能及其守恒定律”單元中，下面一題是在學(xué)習(xí)“功”之后，檢測學(xué)生關(guān)于變力做功問題的掌握情況。

作業(yè)題：用手拉一小物體在水平面上做半徑為 R 的圓周運(yùn)動(dòng)（圖3），滑動(dòng)摩擦力的大小為Ff，在小物體運(yùn)動(dòng)一周的過程中， 摩擦力Ff做的功為多少？

發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)是一個(gè)連續(xù)且長期的過程。圍繞大概念建構(gòu)的單元教學(xué)設(shè)計(jì)，側(cè)重組織與開展具備系統(tǒng)性、發(fā)展性的教學(xué)內(nèi)容與評價(jià)，有助于關(guān)注學(xué)生物理知識及能力發(fā)展上的進(jìn)階性，有助于建立學(xué)生物理概念和規(guī)律的理解，有助于提高學(xué)生解決問題和解釋現(xiàn)象的能力。大概念統(tǒng)領(lǐng)的單元教學(xué)設(shè)計(jì)是落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要方式，在教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)該關(guān)注、統(tǒng)籌單元教學(xué)設(shè)計(jì)，圍繞大概念建構(gòu)、整合教學(xué)內(nèi)容與組織教學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)科育人目標(biāo)。

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（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）