依托關(guān)鍵要素實(shí)施大單元教學(xué)

任芝

摘要：大單元教學(xué)是教師根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，在充分考慮學(xué)情的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)行教材進(jìn)行有機(jī)整合，將教學(xué)內(nèi)容按照某種邏輯和順序劃分為若干主題的“大單元”，引導(dǎo)學(xué)生開展深度探究的一種教學(xué)理念或模式。高中物理大單元教學(xué)，可以基于核心目標(biāo)的一致性，確定教學(xué)內(nèi)容;通過核心方法的強(qiáng)化，聯(lián)結(jié)知識方法，明確探究過程，引領(lǐng)問題解決;在核心問題的導(dǎo)向下，突破重難點(diǎn);重視評價與質(zhì)疑，促進(jìn)策略的形成和遷移運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：大單元教學(xué);關(guān)鍵要素;高中物理

本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度重點(diǎn)資助課題“指向高中學(xué)科核心素養(yǎng)的大單元教學(xué)設(shè)計研究”（編號：Ba/2020/02/04）的階段性研究成果。大單元教學(xué)是教師根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，在充分考慮學(xué)情的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)行教材進(jìn)行有機(jī)整合，將教學(xué)內(nèi)容按照某種邏輯和順序劃分為若干主題的“大單元”，引導(dǎo)學(xué)生開展深度探究的一種教學(xué)理念或模式。這樣的教學(xué)，能夠減少知識碎片化的弊端，有利于促進(jìn)學(xué)生習(xí)得結(jié)構(gòu)化的知識，掌握解決問題的一般性方法。通過教學(xué)案例的分析和實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)高中物理大單元教學(xué)的關(guān)鍵要素有核心目標(biāo)、核心方法、核心問題及評價與質(zhì)疑等。本文以《氣體狀態(tài)實(shí)驗(yàn)規(guī)律》一課為例，具體說明上述四個關(guān)鍵要素在大單元教學(xué)實(shí)施中的意義。

一、依托“核心目標(biāo)”確定教學(xué)內(nèi)容

在整個高中物理學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生會遇到很多具有相似核心目標(biāo)的知識。由此，我們可以把具有關(guān)聯(lián)性的內(nèi)容進(jìn)行合并，形成大單元，使學(xué)生的學(xué)習(xí)具有連貫性，從而建構(gòu)結(jié)構(gòu)化的知識。

人教版高中物理選擇性必修第三冊第二章《氣體、固體和液體》的第二、第三節(jié)分別介紹了氣體的三個狀態(tài)參量（溫度、壓強(qiáng)、體積）間的兩兩關(guān)系。這兩節(jié)內(nèi)容在培養(yǎng)科學(xué)思維的目標(biāo)維度上具有一致性，因而，在教學(xué)設(shè)計上也具有一致性（詳見表1）。我們可以基于核心目標(biāo)的一致性，確定大單元教學(xué)內(nèi)容——?dú)怏w狀態(tài)實(shí)驗(yàn)規(guī)律。

二、依托“核心方法”引領(lǐng)問題解決

高中物理教學(xué)中，我們不僅要注重基礎(chǔ)知識、基本規(guī)律的傳授，更應(yīng)加強(qiáng)對學(xué)生研究問題和解決問題的科學(xué)思維方法的指導(dǎo)與訓(xùn)練。而掌握物理學(xué)科的特點(diǎn)，熟悉研究問題和解決問題的方法是至關(guān)重要的。物理規(guī)律的研究過程中經(jīng)常用到的科學(xué)思維方法有模型法、等效法、估算法、圖像法、極限法等。在氣體狀態(tài)規(guī)律的探究過程中，可通過核心方法引領(lǐng)問題解決，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

《氣體狀態(tài)實(shí)驗(yàn)規(guī)律》一課教學(xué)，首先利用控制變量法把規(guī)律的探究分解為等溫、等壓、等容變化三個過程。具體教學(xué)過程如下：

（請一位學(xué)生上講臺吹氣球，先將氣球放在一個被割了一條縫的瓶子里吹，再將氣球放到密封的瓶子里吹，現(xiàn)象分別如圖1、圖2所示。）

師比較兩次氣球的大小，思考造成區(qū)別的原因。

（學(xué)生思考并交流。教師演示實(shí)驗(yàn)：放入液氮中的氣球變癟;將氣球從液氮中拿出，氣球又恢復(fù)到原來的大小。）

師思考一下：為什么會出現(xiàn)這樣的變化？

（學(xué)生思考并交流。）

師為了描述物體的機(jī)械運(yùn)動，物理學(xué)中引入了哪些物理量？

生引入了位移、速度、加速度、動能等物理量。

師為了研究氣體的性質(zhì)，我們常用氣體的壓強(qiáng)、體積和溫度這三個物理量來描述氣體的狀態(tài)。要想研究氣體的這三個狀態(tài)參量之間的關(guān)系，應(yīng)采用什么樣的研究方法？

生控制變量法。

師我們首先來研究一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，壓強(qiáng)與體積的變化關(guān)系。我們把這種變化稱為氣體的等溫變化。相應(yīng)地，還有氣體的等壓變化、等容變化。等同學(xué)們探究得到等溫變化的規(guī)律后，可以自己嘗試設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案探究等壓變化、等容變化的規(guī)律。通過剛才的定性實(shí)驗(yàn)和日常生活經(jīng)驗(yàn)，大家猜想一下：一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變時，其壓強(qiáng)與體積之間有何關(guān)系？

生體積減小，壓強(qiáng)增大。

師通過上述情境，我們得到的只是氣體壓強(qiáng)和體積的定性關(guān)系。下面，我們通過實(shí)驗(yàn)來研究這兩個量之間的定量關(guān)系。

接下來，師生在探究過程中，采用理想模型、定性分析、定量研究等方法，使規(guī)律逐漸顯現(xiàn);然后，在數(shù)據(jù)處理的過程中，通過表格法、圖像法使數(shù)據(jù)觀察可視，用化曲為直的方法讓結(jié)果直觀;在誤差分析中，通過補(bǔ)償法、減小相對誤差法質(zhì)疑創(chuàng)新。這也體現(xiàn)了大單元教學(xué)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了知識的聯(lián)結(jié)和遷移。比如，減小相對誤差法在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)選擇重物的過程中有所體現(xiàn)：選擇質(zhì)量大、體積小的重物的目的是忽略空氣阻力的影響。所以在本課的實(shí)驗(yàn)過程中，原本實(shí)驗(yàn)所用針筒的最大容積是20 mL，如果換用最大容積為100 mL的針筒，那么約06 mL的連接端的體積就可以忽略不計了。

三、依托“核心問題”引領(lǐng)重難點(diǎn)突破

相較于平鋪直敘的講授式教學(xué)，教師通過主題鮮明的核心問題循循善誘，激發(fā)學(xué)生的求知欲，能夠有效促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)走向深入。尤其在實(shí)驗(yàn)探究時，教師基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象用核心問題驅(qū)動學(xué)生積極思考，后一個問題成為前一個問題的答案，同時又是新問題的引線，從鞏固舊知識向掌握新知識演化，從現(xiàn)象往本質(zhì)遞進(jìn)，從而突破教學(xué)的重難點(diǎn)。

《氣體狀態(tài)實(shí)驗(yàn)規(guī)律》一課教學(xué)，通過四個核心問題引領(lǐng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計，解決這四個核心問題的過程就是讓實(shí)驗(yàn)方案逐步明確的過程。四個核心問題如下：

1.實(shí)驗(yàn)中的研究對象是什么？

2.如何改變壓強(qiáng)p和體積V？

3.如何測量壓強(qiáng)p和體積V？

4.如何控制氣體的質(zhì)量m和溫度T保持不變？

實(shí)驗(yàn)誤差分析時，通過七個核心問題讓學(xué)生的思維螺旋上升，一方面分析出誤差產(chǎn)生的原因，另一方面得出減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法。七個核心問題如下：

1.一定量的氣體，在等溫變化過程中，根據(jù)所繪的p1V圖像（完成實(shí)驗(yàn)方案的過程中得到，如圖3），能得到壓強(qiáng)與體積成反比的結(jié)論嗎？

2.（將圖像放大后發(fā)現(xiàn)圖像不過原點(diǎn)）圖像不過原點(diǎn)是不是就能得到壓強(qiáng)與體積不成反比的結(jié)論？

3.是什么原因造成圖像不過原點(diǎn)？（預(yù)設(shè)：偶然誤差。對此，教師可再次實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)仍然不過原點(diǎn)。）

4.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中會不會有哪個因素造成圖像不過原點(diǎn)呢？（預(yù)設(shè)：可能與橡皮管內(nèi)氣體的體積有關(guān)。）

5.橡皮管內(nèi)氣體的體積只有06 mL，怎么會對圖像造成這么大的偏差？

6.在什么樣的情況下可以將橡皮管內(nèi)的氣體體積忽略掉？

7.得到壓強(qiáng)與體積成反比的結(jié)論后，能不能在圖像上把橡皮管內(nèi)的氣體求出？可以作什么樣的圖像？

四、依托“評價與質(zhì)疑”促進(jìn)遷移運(yùn)用

學(xué)生經(jīng)歷探究過程的最終目的是擁有解決問題的方法和能力。上述三個要素強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生學(xué)方法、用方法的過程，這個過程同時也是科學(xué)思維發(fā)展的過程。所以，還要有讓整個教學(xué)過程形成閉環(huán)的要素，即評價。在大單元教學(xué)中，對學(xué)生的評價不能局限于結(jié)果性評價，過程性評價也很重要。評價者也不能局限于教師，還應(yīng)該鼓勵學(xué)生成為評價的主體（自評、互評）。評價的過程本身就是檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是否達(dá)成的過程，也是學(xué)生提煉內(nèi)化知識的過程。學(xué)生只有主動評價、質(zhì)疑所學(xué)的知識，才能發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，進(jìn)而主動探索問題。

以本節(jié)課氣體的等容變化探究實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的處理為例，教師讓學(xué)生展示自己設(shè)計的探究過程并說明邏輯關(guān)系，請其他小組學(xué)生對探究方案提出質(zhì)疑和改進(jìn)意見，運(yùn)用評價與質(zhì)疑的方式推動學(xué)生應(yīng)用前面所涉及的思維方法探究規(guī)律，以此檢驗(yàn)核心目標(biāo)的達(dá)成情況。

學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表2）畫出圖像（如圖4，此處僅為示意圖，后同），得出結(jié)論：在氣體體積不變時，壓強(qiáng)與溫度為線性關(guān)系，可以用方程p=p0+kt表示。

學(xué)生互評：“這個規(guī)律不夠簡潔，在運(yùn)算的時候需要確定0 ℃時的壓強(qiáng)?！?“我們可以把圖像反向延長（如圖5），計算出與橫軸的交點(diǎn)，得到t0=-2720 ℃?！薄爱媹D像時，可以把橫軸轉(zhuǎn)換為開爾文溫標(biāo)?！薄罱K，學(xué)生重新畫出圖6，得出查理定律。

高中物理大單元教學(xué)，可以基于核心目標(biāo)的一致性，確定教學(xué)內(nèi)容;通過核心方法的強(qiáng)化，聯(lián)結(jié)知識方法，明確探究過程，引領(lǐng)問題解決;在核心問題的導(dǎo)向下，突破重難點(diǎn);重視評價與質(zhì)疑，促進(jìn)策略的形成和遷移運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 程佳燕，史佳麗.高中生物大單元教學(xué)的情境創(chuàng)設(shè)——以《生物遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)》為例[J].教育研究與評論（中學(xué)教育教學(xué)），2021（6）.

[2] 楊鳳樓.促進(jìn)高中物理深度學(xué)習(xí)的“問題鏈”策略研究[J].物理教師，2021（6）.