基于核心素養(yǎng)的單元教學(xué)設(shè)計(jì)

摘 要：以大概念為核心整合單元教學(xué)內(nèi)容;通過創(chuàng)設(shè)大情境，建構(gòu)單元知識體系;依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階規(guī)劃單元學(xué)習(xí)活動.指向?qū)W科核心素養(yǎng)的單元教學(xué)設(shè)計(jì)，使教師立足于學(xué)科高度更好地挖掘蘊(yùn)含的核心素養(yǎng)要素，并依此規(guī)劃設(shè)計(jì)課堂教學(xué)活動，有利于突出學(xué)科知識的內(nèi)在聯(lián)系，形成可遷移的大思路，有利于核心素養(yǎng)目標(biāo)的長期規(guī)劃與具體落實(shí).

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

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）07-0036-07

作者簡介：王美芹（1970-），女，北京人，本科，中學(xué)正高級教師，研究方向：物理教學(xué)與實(shí)踐.

圍繞學(xué)科大概念組織單元教學(xué)內(nèi)容，整合物理概念、規(guī)律，形成有意義關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化知識體系，幫助學(xué)生逐步形成學(xué)科知識體系，發(fā)展物理觀念;挖掘單元知識中蘊(yùn)含的思想方法、跨學(xué)科概念、認(rèn)識方式等隱性知識，通過這些隱性知識的理解、應(yīng)用與遷移，建構(gòu)和完善學(xué)生認(rèn)知體系;通過創(chuàng)設(shè)大情境，在大情境中建構(gòu)物理概念、認(rèn)識物理規(guī)律、解決物理問題，形成一般化的解決問題的大思路，發(fā)展學(xué)生學(xué)科思維能力、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任感[1].根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求、教材知識內(nèi)容和學(xué)生情況，梳理大概念認(rèn)知發(fā)展進(jìn)階，并依此規(guī)劃單元學(xué)習(xí)過程，恰當(dāng)選擇學(xué)習(xí)策略，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，才能真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的知識體系建構(gòu)與認(rèn)知整合的同步發(fā)展，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo).

1 依據(jù)課標(biāo)進(jìn)行學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

教學(xué)內(nèi)容分析，即依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)要求和教材等資料，分析本單元教學(xué)內(nèi)容在整個學(xué)科知識體系中的地位、單元具體知識及其內(nèi)在聯(lián)系，分析其中蘊(yùn)含的學(xué)科思想方法、認(rèn)識方式、跨學(xué)科概念、學(xué)科核心素養(yǎng)要素及其育人價值等.

“磁場”單元基本要求如下：通過安培力與洛倫茲力的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步認(rèn)識場的物質(zhì)性，發(fā)展學(xué)生的物質(zhì)觀念、運(yùn)動與相互作用觀念和能量觀念.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會建構(gòu)磁感線、勻強(qiáng)磁場等模型，體會物理模型在研究具體問題中的應(yīng)用.運(yùn)用與靜電場對比的方法了解磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念.能用磁感線、勻強(qiáng)磁場等模型分析磁場問題，能恰當(dāng)使用證據(jù)推出物理結(jié)論或質(zhì)疑已有結(jié)論，能說出電磁知識在生產(chǎn)生活、科技、軍事等方面的一些重要作用，深入認(rèn)識物理學(xué)對現(xiàn)代生活和科技社會發(fā)展的促進(jìn)作用[2].

1.2 整合單元知識，形成知識體系

首先，梳理出本單元知識結(jié)構(gòu)圖，明確單元知識的在知識體系中的地位，如圖1《圍繞大概念的知識結(jié)構(gòu)圖》所示.

本結(jié)構(gòu)圖呈現(xiàn)了 以“能量”和“相互作用”這兩個大概念為核心的電磁學(xué)知識體系，在此結(jié)構(gòu)圖中，“磁場”這一單元主題概念與學(xué)科大概念、與其他單元主題概念之間的關(guān)系比較清晰地呈現(xiàn)出來[3].

然后，梳理單元知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，建立本單元知識體系，如圖1所示.

剖析知識背后蘊(yùn)含的隱性知識，挖掘其育人價值，具體內(nèi)容見表1.

2 學(xué)情分析

學(xué)生在初中學(xué)過磁相互作用的知識，對磁相互作用有了初步認(rèn)識.但是“場”是一個十分抽象的概念，學(xué)生對“場是一種物質(zhì)”的理解，存在一定困難.學(xué)生了解建構(gòu)物理模型的抽象思維過程，對比值定義物理量的思想方法有一定理解，但上升到“描述事物本質(zhì)屬性”的高度來認(rèn)識，尚存在一定困難.

3 磁場單元教學(xué)目標(biāo)和重、難點(diǎn)分析

3.1 單元教學(xué)目標(biāo)

3.2 單元重、難點(diǎn)分析

重點(diǎn)分析：磁感應(yīng)強(qiáng)度是認(rèn)識磁場、建立“場”的概念的基礎(chǔ)，是電磁學(xué)的基礎(chǔ)概念之一，其定義過程蘊(yùn)含重要的物理思想方法——比值定義法，因此磁感應(yīng)強(qiáng)度是本單元的重點(diǎn)概念;安培力、洛倫茲力是表征磁場對宏觀導(dǎo)體、微觀粒子作用的基本概念，是感受、體驗(yàn)“場物質(zhì)”存在的重要實(shí)例，也是發(fā)展運(yùn)動與相互作用觀念的重要知識載體，安培力與洛倫茲力之間的關(guān)系蘊(yùn)含“因果解釋”這一跨學(xué)科概念.有助于學(xué)生對磁場本質(zhì)的深入理解.因此，安培力與洛倫茲力及二者關(guān)系是本單元的重點(diǎn);洛倫茲力應(yīng)用的實(shí)例分析，如質(zhì)譜儀和回旋加速器等，對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的推理和邏輯思維能力，以及了解科學(xué)知識在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用都有著重要的意義，因此是本單元的重點(diǎn)內(nèi)容.

難點(diǎn)分析：磁場對于學(xué)生來說很抽象，不能通過感官直接感受，因此，磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義過程存在困難，是本單元教學(xué)的難點(diǎn);建構(gòu)物理模型分析宏觀的安培力與微觀的洛倫茲力之間的關(guān)系，因其抽象程度高且思維過程復(fù)雜，也成為本單元學(xué)習(xí)的難點(diǎn).

4 單元學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)與分析

這部分梳理單元學(xué)習(xí)的整體認(rèn)識思路，依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階劃分幾個主要層級，簡要說明每一個層級下具體包括哪些學(xué)習(xí)內(nèi)容，并對各層級教學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析.本部分前承接教學(xué)目標(biāo)與重難點(diǎn)，后則續(xù)接教學(xué)活動設(shè)計(jì).

本單元知識層級如圖2所示.

本單元的教學(xué)設(shè)計(jì)可以分為四個部分：

第一部分是在初中學(xué)習(xí)有關(guān)磁場知識的基礎(chǔ)上介紹常見的磁現(xiàn)象、磁效應(yīng)、地磁場等內(nèi)容，重點(diǎn)介紹科學(xué)史上有里程碑意義的奧斯特實(shí)驗(yàn)及STSE素材“指南針與鄭和下西洋”等內(nèi)容.

第二部分通過建立磁感線模型和磁感應(yīng)強(qiáng)度概念定性與定量描述磁場，通過磁感線描述和認(rèn)識幾種典型磁場，介紹磁通量概念.

第三部分是認(rèn)識磁場對通電導(dǎo)線、運(yùn)動電荷的作用力，從宏觀到微觀進(jìn)一步深入認(rèn)識磁場中力的性質(zhì).

第四部分介紹磁場知識在生產(chǎn)生活、科技、軍事等方面的一些重要作用.

這四個部分內(nèi)容相對獨(dú)立，但又彼此銜接，注重循序漸進(jìn)：從現(xiàn)象到本質(zhì)、從宏觀到微觀、從理論到應(yīng)用，體現(xiàn)了物理學(xué)認(rèn)識自然界事物的大思路，其中第二、三部分是本單元的重點(diǎn)與核心.各層級教學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)見表3.

說明：教師在整體層級設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行每一課時的教學(xué)設(shè)計(jì).

5 主要教學(xué)活動設(shè)計(jì)

這一部分對概念教學(xué)、規(guī)律探究和問題解決三類教學(xué)活動的設(shè)計(jì)思路分別舉例，做簡要說明.

5.1 核心方法引領(lǐng)概念建構(gòu)的設(shè)計(jì)思路

如何描述磁場？具體思路如圖3所示.

這部分教學(xué)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是立足比值定義這一思想方法，詮釋比值定義的核心思想.設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膯栴}情境，引發(fā)學(xué)生對定義描述磁場的物理概念、定義思路、方法、程序的思考，通過正確理解概念，體會建構(gòu)概念的基本程序和方法.

5.2 核心問題引領(lǐng)規(guī)律探究的設(shè)計(jì)思路

實(shí)驗(yàn)探究洛倫茲力大小和方向的規(guī)律.設(shè)計(jì)思路如圖4所示.

這部分教學(xué)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是圍繞核心任務(wù)：探究洛倫茲力大小和方向，通過理論分析與實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，然后反思程序性知識和認(rèn)知策略，本案例的教學(xué)設(shè)計(jì)突出這樣的思維路徑.

5.3 核心任務(wù)引領(lǐng)問題解決設(shè)計(jì)思路

回旋加速器原理分析.設(shè)計(jì)思路如圖5所示.

這部分重點(diǎn)呈現(xiàn)如何在磁場中應(yīng)用力和運(yùn)動規(guī)律、功能關(guān)系分析解決問題.重點(diǎn)體會電磁學(xué)問題解決與力學(xué)有一致的大思路和程序，進(jìn)一步幫助學(xué)生理解“場”的物質(zhì)性，在完善學(xué)科知識體系的同時發(fā)展力和運(yùn)動、能量的物理觀念;體驗(yàn)解決力學(xué)問題的思路方法如何遷移至電磁學(xué)，發(fā)展認(rèn)知能力，提升科學(xué)思維水平.

5.4 梳理整章認(rèn)知線索，升華認(rèn)識自然界的大思路

本單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)思路如圖6所示.

本單元認(rèn)知主線梳理：磁場的學(xué)習(xí)以類比電場的研究思路展開：磁現(xiàn)象（磁效應(yīng)）、磁場的定量和定性描述、磁場性質(zhì)（對通電導(dǎo)線和運(yùn)動電荷有力的作用）、磁場力（安培力和洛倫茲力）的應(yīng)用.類比電場中的點(diǎn)電荷、電場線、電場強(qiáng)度、電場力，建立與磁場相關(guān)的電流元、磁感線、磁感應(yīng)強(qiáng)度、洛倫茲力和安培力等概念，逐步形成對“場”的物質(zhì)性的認(rèn)識方式，讓學(xué)生體會認(rèn)識世界的“大思路”.

本單元蘊(yùn)含的物理思想方法：用類比的方法建立磁感線模型，利用“電流元”模型和比值定義法定義磁感應(yīng)強(qiáng)度，對磁場從定性與定量兩個角度進(jìn)行描述.從宏觀和微觀兩個視角解釋磁場產(chǎn)生、對安培力與洛倫茲力的關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)，建構(gòu)宏觀與微觀的本質(zhì)聯(lián)系，是對“場”物質(zhì)認(rèn)識方式上的一次飛躍，同時也進(jìn)一步建構(gòu)電磁場知識體系和方法體系的聯(lián)系，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和理解電磁感應(yīng)以及電磁波的知識奠定了基礎(chǔ).

6 學(xué)習(xí)效果評價

單元評價必須包括單元過程性評價和單元形成性評價兩個部分，這樣有利于對學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)情況進(jìn)行全面檢測，體現(xiàn)教、學(xué)、評的一致性.

6.1 單元過程性評價

過程性評價可以通過活動評價或作業(yè)評價兩種方式進(jìn)行.活動類評價可以通過記錄活動表現(xiàn)來進(jìn)行，也可以通過布置實(shí)踐類作業(yè)或閱讀類作業(yè)，進(jìn)行展示交流等方式來評價.具體作業(yè)任務(wù)可以布置在課前，也可以在課后.例如：在學(xué)習(xí)奧斯特實(shí)驗(yàn)之前讓學(xué)生查閱有關(guān)奧斯特生平與成就的資料在課堂上進(jìn)行交流分享.

過程性評價還可以是實(shí)驗(yàn)報(bào)告，評價學(xué)生科學(xué)探究的各項(xiàng)能力發(fā)展情況.例如探究安培力大小和方向的實(shí)驗(yàn)，就可以分別從問題提出、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、儀器操作、數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理、結(jié)論分析等方面讓學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，從而了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究各項(xiàng)能力水平和發(fā)展?fàn)顩r，及時進(jìn)行有針對性的教學(xué)改進(jìn).

在學(xué)習(xí)過程中，還可以通過繪制概念圖等評價項(xiàng)目了解學(xué)生單元知識的結(jié)構(gòu)化程度，促進(jìn)物理觀念的發(fā)展.概念圖的內(nèi)容可以是一個知識點(diǎn)的，也可以是一章的還可以跨章節(jié)的，有利于學(xué)生形成更系統(tǒng)的概念體系.

6.2 形成性評價

教師在制定評價方案時，應(yīng)針對物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個方面，結(jié)合學(xué)生的情況和發(fā)展需求，選擇適當(dāng)?shù)乃綄蛹壝苹蜻x取評價的問題.

例題1 如圖8所示，足夠短的a、b兩段通電直導(dǎo)線，分別放置于磁場P、Q兩處，并與該處磁場方向垂直，相關(guān)參數(shù)見表3.

（1）為比較P、Q兩處磁場的強(qiáng)弱，你認(rèn)為下列做法可行的是

A.比較F1和F2的大小

B.比較I1L1和I2L2的大小

C.比較F1I1L1和F2I2L2的大小

D.也比較I1L1F1和I2L2F2的大小

（2）說明你選擇的理由

（3）在磁場中定向移動的自由電子e也會受到磁場的作用力f，請說明如何根據(jù)這一特點(diǎn)來定義某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，并給出定義式.

這個問題考查學(xué)生概念建構(gòu)的能力.其中A、B、C項(xiàng)在課內(nèi)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，考查學(xué)生磁感強(qiáng)度概念的理解，對物理觀念和科學(xué)思維的考查達(dá)到水平三;D項(xiàng)和第（2）（3）問考查學(xué)生應(yīng)用比值定義法的遷移能力，在物理觀念方面，還是水平三，而科學(xué)思維中的推理論證和科學(xué)表述的能力要求則接近水平四的層級.

7 教學(xué)設(shè)計(jì)反思

從整體上看《磁場》單元教學(xué)設(shè)計(jì)較好地體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的課程改革理念，符合發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的課程改革理念.教學(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)容分析、學(xué)情分析、目標(biāo)設(shè)計(jì)、活動設(shè)計(jì)與評價設(shè)計(jì)等，系統(tǒng)體現(xiàn)了圍繞大概念建構(gòu)知識體系、在知識發(fā)展的同時關(guān)注認(rèn)知發(fā)展的單元設(shè)計(jì)理念.

6 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)梳理了磁場單元落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)容載體、給出了具體策略與實(shí)施路徑，同時注意挖掘承載物理學(xué)科核心素養(yǎng)要素的思想方法、認(rèn)識方式、跨學(xué)科概念等隱性知識，不僅設(shè)計(jì)了單元層面的教學(xué)目標(biāo)，規(guī)劃了單元教學(xué)活動，還預(yù)留了單元教學(xué)目標(biāo)具體分解到課時目標(biāo)的出口，以便于通過課時教學(xué)設(shè)計(jì)具體落實(shí)，為核心素養(yǎng)發(fā)展設(shè)計(jì)拓展可操作的路徑.

參考文獻(xiàn)：

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[3]王美芹，張玉峰.基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的單元教學(xué)內(nèi)容分析與學(xué)情分析[J].中學(xué)物理，2020，38（07）：8-11.

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（收稿日期：2021-02-05）