以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的初中物理學(xué)習(xí)活動設(shè)計
——以“大氣壓強”為例

朱 英 馮 杰

（1.上海市位育初級中學(xué)，上海 200031；2.上海師范大學(xué)數(shù)理學(xué)院，上海 200234）

上海市教委教研室中小學(xué)物理學(xué)科啟動了單元整體設(shè)計的研究.以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)活動設(shè)計可以幫助學(xué)生構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)體系，圍繞單元目標(biāo)設(shè)計的學(xué)習(xí)活動能夠大大提升教學(xué)內(nèi)容的邏輯性，這是培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑.

1 理論基礎(chǔ)及概念分析

1.1 認知理論

學(xué)科核心素養(yǎng)是人才需求的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的，而“具身認知理論”和認知發(fā)展階段理論為核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提供的理論依據(jù).以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)活動設(shè)計的教學(xué)策略和這兩個理論又有著密不可分的關(guān)系，他們能有力的促進教學(xué).

首先，“具身認知理論”認為認知活動不僅離不開生物的大腦，而且與人類身體及其所處的環(huán)境密切相關(guān)；“心智之所以從根本上是具身的，并非僅僅因為心智的所有過程必須以神經(jīng)活動為基礎(chǔ)，而是因為我們的知覺和運動系統(tǒng)在概念形成和理性推理中扮演了一種基礎(chǔ)性的角色”.而作為人體最重要感覺之一的視覺在我們的認知世界中扮演了重要角色，對于科學(xué)知識的建構(gòu)占據(jù)了關(guān)鍵性的作用.

其次，認知發(fā)展階段理論強調(diào)知識和經(jīng)驗之間的轉(zhuǎn)換和改造，最具代表性的是皮亞杰理論，他認為個體自出生一直到成年的認知發(fā)展階段，在他看來，認知發(fā)展并不是一個簡單的數(shù)量累積過程，而是一個不斷創(chuàng)建新圖式的過程.從認知圖式的性質(zhì)出發(fā)，皮亞杰將兒童的認知發(fā)展共劃分為4個階段，而第4階段就是（11～15歲以后）形式運算階段：可以不憑借具體的事物，作出符號形式的推理分析.初三學(xué)生就是處于這個階段，可以對表征的和抽象的物體進行邏輯思維運算，學(xué)生有能力將內(nèi)容與形式分開，運用符號來代替其他東西.

初中生正處于表象與抽象過度的階段，學(xué)生能夠通過視覺來觀察生活中的物理，能夠通過視覺來觀察物理實驗現(xiàn)象，能夠通過視覺來觀察知識點的聯(lián)系，能夠憑借自己的認知發(fā)展對物理現(xiàn)象和知識進行推理分析.

1.2 單元目標(biāo)

單元目標(biāo)是基于教學(xué)基本要求設(shè)定的目標(biāo)，是把握教學(xué)內(nèi)容及重點內(nèi)容的方向.初中物理單元目標(biāo)是一個單元所要掌握的物理學(xué)科素養(yǎng)四維目標(biāo)，初中物理單元目標(biāo)需要明確學(xué)生掌握的物理觀念、落實好學(xué)生科學(xué)探究需要具備的科學(xué)思維、明確學(xué)生需要培養(yǎng)的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，需要通過整個單元學(xué)習(xí)讓學(xué)生達到預(yù)期的效果.

1.3 學(xué)習(xí)活動設(shè)計

以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)活動設(shè)計是根據(jù)單元大活動的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)情，確定教學(xué)單元的構(gòu)建，從物理學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)涵出發(fā)，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的認知特點找出相應(yīng)的學(xué)習(xí)模式，形成物理學(xué)科特定的思維方式，以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為目標(biāo)設(shè)計的教學(xué)活動.以往的教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足新要求，我們必須通過以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)活動設(shè)計來激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，明確學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，獲得科學(xué)觀念，落實初中物理核心素養(yǎng).

2 初中物理學(xué)習(xí)活動設(shè)計策略

傳統(tǒng)的教學(xué)體現(xiàn)的是知識點的講解，忽略的是情境，導(dǎo)致在教學(xué)中科學(xué)思維方法的滲透度不夠，沒有突出科學(xué)思維方法，導(dǎo)致學(xué)生的實驗?zāi)芰?、對問題的處理和分析能力受到限制，缺乏提問的精神和對現(xiàn)象的深入思考.隨著基礎(chǔ)教育改革的推進，從雙基到三維目標(biāo)到核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的初中物理學(xué)習(xí)活動設(shè)計刻不容緩，筆者設(shè)計了初中物理學(xué)習(xí)活動設(shè)計導(dǎo)圖如圖1所示.核心素養(yǎng)下的物理教學(xué)重視對知識的整合，強調(diào)的是實現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展.以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的初中物理學(xué)習(xí)活動設(shè)計有利于學(xué)生自主構(gòu)建知識體系，強化物理觀念；有利于學(xué)生利用已有物理知識進行科學(xué)制作，逐步養(yǎng)成創(chuàng)新思維；有利于學(xué)生對探究環(huán)節(jié)總結(jié)經(jīng)驗、歸納方法；有利于建立物理知識和生活的聯(lián)系.

圖1 初中物理學(xué)習(xí)活動設(shè)計導(dǎo)圖

2.1 初中物理學(xué)科單元核心素養(yǎng)目標(biāo)分析與構(gòu)建

單元目標(biāo)的分析能夠?qū)⒅R點整合在一個單元中進行融會貫通，能夠減少對單一知識的過度關(guān)注，更加注重提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，教師通過對教材進行深入分析，制定教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生特點采用符合學(xué)情的方式進行整合教學(xué)內(nèi)容，從整體把握教學(xué)需求，選用合適教學(xué)方法，完善教學(xué)過程，提高學(xué)生抽象和概括、分析與綜合、推理與判斷等思維方法，在概念和規(guī)律教學(xué)中滲透建構(gòu)模型內(nèi)容，提升學(xué)生模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)思維.

案例1.教學(xué)目標(biāo)分析：本節(jié)課是上教版初中物理九年級第一學(xué)期第6章第6節(jié)的內(nèi)容，大氣壓強與固體壓強、液體壓強一起構(gòu)成了一個相對完整的知識體系.由于大氣壓的產(chǎn)生與靜止液體內(nèi)部壓強的產(chǎn)生原因類似，所以大氣壓強的學(xué)習(xí)是前者的延伸和鞏固.本節(jié)要求學(xué)生主動參與，通過假想實驗、模擬實驗、演示實驗這一系列知識形成的過程，感受觀察、分析、推理、間接測量、假想實驗等科學(xué)的思想和方法（表1），并體驗學(xué)習(xí)的樂趣.

表1 單元核心素養(yǎng)目標(biāo)

初中生學(xué)情分析：學(xué)生已經(jīng)掌握了學(xué)習(xí)本節(jié)課需要具備的基礎(chǔ)知識壓力和壓強的概念、壓強公式：p=F/S、液體內(nèi)部的壓強公式：p=ρgh，這些都為本節(jié)課的學(xué)習(xí)做了很好的鋪墊.但是由于托里拆利實驗是應(yīng)用了間接測量的方法，所以學(xué)生在理解上一直存在著困難.初三學(xué)生已經(jīng)具備了一定的實驗探究能力和空間想象能力，形象思維和抽象思維都有了不同程度的發(fā)展，分析問題、解決問題的能力也更加進步.但是初三的學(xué)生往往是不愛發(fā)言，不主動表現(xiàn)自我，需要教師的積極、靈活的調(diào)動.初三年級學(xué)生心理和認知發(fā)展規(guī)律要求在教學(xué)中要充分調(diào)動他們的激情.他們不喜歡枯燥的理論分析和教條式的計算，但樂于參與動手實驗、觀察現(xiàn)象、了解與物理規(guī)律有關(guān)的圖片.在玩中學(xué)更能激發(fā)學(xué)生的情感.他們喜歡探索自己熟悉的或與所學(xué)知識有關(guān)的生活現(xiàn)象、科學(xué)事件.這樣才更能激發(fā)和培養(yǎng)他們的創(chuàng)造性.

（1）通過設(shè)計實驗證明大氣壓強的存在，感受“實驗、觀察、歸納”的科學(xué)方法.

（2）經(jīng)歷“探究測定大氣壓強值”的活動，感受分析、推理、間接測量的科學(xué)方法.

（3）通過了解馬德堡半球?qū)嶒灪屯欣锊鹄麑嶒?，領(lǐng)略先輩崇尚科學(xué)、勇于探索的精神.

（4）通過大氣壓強的學(xué)習(xí)，激發(fā)興趣，感悟理論聯(lián)系實際、學(xué)以致用的重要性.

（5）通過測量大氣壓強值的一系列活動，提高學(xué)生動手動腦學(xué)習(xí)物理的興趣，激發(fā)探索未知世界的熱情.

設(shè)計單元教學(xué)目標(biāo)要符合學(xué)生心理特點和認知規(guī)律，而難點的確立要基于學(xué)生的認知水平和思維障礙.如案例1中把作為托里拆利實驗中應(yīng)用了間接測量的方法作為難點，這樣的單元目標(biāo)設(shè)計導(dǎo)向的活動設(shè)計才能真正起到培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的作用.

2.2 初中物理學(xué)習(xí)活動設(shè)計要點

學(xué)習(xí)活動設(shè)計是單元教學(xué)設(shè)計的關(guān)鍵，是落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要步驟，能為學(xué)生的學(xué)習(xí)活動提供良好的基礎(chǔ)和方向.初中物理學(xué)科核心素養(yǎng)是通過物理教師對教學(xué)活動的設(shè)計，為學(xué)生創(chuàng)造學(xué)習(xí)環(huán)境，通過學(xué)習(xí)中的問題而不斷的交流的形式中慢慢培養(yǎng)出來的.在進行學(xué)習(xí)活動設(shè)計時應(yīng)該注意以下幾點：

第一，創(chuàng)設(shè)意境，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.對于學(xué)習(xí)意境的尋找是為了讓學(xué)生的物理知識學(xué)習(xí)更加的貼近實際生活，讓學(xué)生感受到物理來源于生活，此外，也能讓學(xué)生感受學(xué)習(xí)的魅力，讓物理在學(xué)生眼中不再只是符號、公式，而是可以感知和觸摸的生活中的世界.

案例2.活動1：利用實驗桌上所給器材，分組設(shè)計并實驗：證明大氣壓強是存在的，學(xué)生分組實驗如圖2所示.

圖2 學(xué)生分組實驗1

活動2：馬德堡半球?qū)嶒灥墓适陆榻B.

活動3：學(xué)生演示馬德堡半球?qū)嶒?學(xué)生通過模擬馬德堡半球的實驗，親身感受大氣壓強存在且很大.學(xué)生模擬馬德堡半球?qū)嶒灥姆纸M實驗如圖3所示.

圖3 學(xué)生分組實驗2

第二，設(shè)計問題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與探究.讓學(xué)生在意境中發(fā)現(xiàn)物理問題，根據(jù)課堂教學(xué)中的重難點為學(xué)生創(chuàng)造出良好的問題，讓學(xué)生在創(chuàng)設(shè)的問題情境中進行思考，自主學(xué)習(xí)，通過物理模型的構(gòu)建和實驗探究，提升學(xué)生物理模型建構(gòu)的能力，從而開展分析、綜合、類比、歸納等科學(xué)思維活動，培養(yǎng)學(xué)生猜想、假設(shè)、科學(xué)推理、科學(xué)論證的科學(xué)探究能力.此外，通過生生合作，還能促進不同能力層次學(xué)生的發(fā)展.托里拆利實驗是物理學(xué)中的重要實驗之一，具有重要的教育價值.但是，由于原有教材對于本實驗為什么這么做缺乏必要的鋪墊，導(dǎo)致了學(xué)生理解上的困難.因此，為了突破這個難點，就必須在忠于教材的基礎(chǔ)上，對教材進行一定的處理，補充假想實驗和模擬實驗的步驟，幫助學(xué)生理解為什么這么做和怎么做，為托里拆利實驗的理解打下基礎(chǔ)，注重對學(xué)生進行思維能力的培養(yǎng)，重視對學(xué)生進行科學(xué)精神和科學(xué)思想方法的熏陶和培養(yǎng)，體現(xiàn)學(xué)生主體地位，并在此過程中感受觀察、分析、推理、間接測量、假想實驗等科學(xué)的思想和方法，并體驗學(xué)習(xí)的樂趣.

案例3.（1）大氣壓的產(chǎn)生原因.

提問：大氣對處于其中的物體是否產(chǎn)生壓強？

論據(jù)：類比液體內(nèi)部壓強，由于大氣受到重力的作用，大氣會對處于其中的物體產(chǎn)生壓強，我們稱它為大氣壓強.同樣氣體具有流動性，所以大氣壓也應(yīng)該是向各個方向的.

（2）通過假想實驗初步理解托里拆利實驗原理.

提問：紙片很容易落下導(dǎo)致實驗失敗，有沒有更加穩(wěn)妥的方法呢？為什么沒有水流出來？水對管口有沒有壓強？是不是不論管子有多長，水都不會流下來呢？大氣壓強托不住多高的水柱呢？

論據(jù)：知道大氣壓強所能托起水柱的最大高度就能間接地測出大氣壓強的值.在此過程中，學(xué)生初步理解了托里拆利實驗測量大氣壓強的原理.

方法：引導(dǎo)學(xué)生首先從覆杯實驗中尋找測量大氣壓強的方法，通過假想實驗，使學(xué)生理解大氣壓強的原理：p大氣=p液=ρ液gh.

（3）模擬托里拆利實驗.

提問：如何利用液體壓強替代大氣壓強？

論據(jù)：玻璃管足夠長；選擇密度大的液體；玻璃管內(nèi)要裝滿液體（不能有空氣）

實驗：將實驗用的瓶子加長直至1 m長，來試圖尋找大氣壓強所能托起水柱的最大高度.學(xué)生模擬托里拆利實驗如圖4所示，當(dāng)發(fā)現(xiàn)1 m長仍然不是最大高度的時候，引導(dǎo)學(xué)生討論得出：換更長的管子或換用密度更大的液體，例如水銀，并確定第2種方法為最佳方案.

圖4 學(xué)生分組實驗3

（4）托里拆利實驗.

視頻：觀看托里拆利實驗錄像.

（5）大氣壓強的利用.

提問：同學(xué)們討論一下生活中大氣壓強的應(yīng)用.

舉例：吸鋼筆水、注射器抽藥液、活塞式抽水機、離心式水泵等.

3 初中物理學(xué)習(xí)活動設(shè)計教學(xué)效果評估

課程標(biāo)準(zhǔn)在評價建議中倡導(dǎo)“立足過程，促進發(fā)展”的學(xué)習(xí)評價理念，所以多種評價方法，客觀地評價學(xué)生發(fā)展?fàn)顩r才是目前的趨勢（表2）.課堂評價是動態(tài)的交互過程，是學(xué)習(xí)過程相隨的質(zhì)性評價，要為課堂生成預(yù)留足夠的開放空間.此外，課程標(biāo)準(zhǔn)在評價建議中還指出：注意多種評價方式的有機結(jié)合.我們應(yīng)合理利用評價的診斷、激勵、發(fā)展等功能，量化評價與質(zhì)性評價、形成性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合，激勵學(xué)生改進學(xué)習(xí)行為，課堂觀察、實驗操作、作品展示等多種評價方式能全面了解學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展?fàn)顩r.通過以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的初中物理學(xué)習(xí)活動設(shè)計，學(xué)生對于托里拆利實驗有了深刻的理解，假想實驗和模擬實驗，幫助學(xué)生知其所以然，為托里拆利實驗的理解打下扎實的基礎(chǔ)，突破了教學(xué)難點.

表2 初中物理學(xué)習(xí)活動設(shè)計教學(xué)效果評估要素

核心素養(yǎng)下的以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的初中物理學(xué)習(xí)活動設(shè)計改變了以往的應(yīng)試教育教學(xué)模式，讓更多的學(xué)生在快樂中學(xué)習(xí)，體驗到了物理學(xué)習(xí)的魅力，讓物理教學(xué)中的更多零碎的知識點有效的結(jié)合在一起，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中形成了良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，落實了教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)了初中學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)生提供了真正有意義的學(xué)習(xí).