大概念統(tǒng)領(lǐng)下，基于情境式教學(xué)的物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)

蔣婷婷

摘? ?要：近年來隨著教育改革的熱潮，單元教學(xué)逐漸成為國(guó)內(nèi)研究教學(xué)的熱點(diǎn)。從確定單元目標(biāo)、編制核心問題、開發(fā)層級(jí)任務(wù)、設(shè)計(jì)情境活動(dòng)到布置單元作業(yè)，是單元教學(xué)的完整流程。以新人教版物理教材必修一第一章“運(yùn)動(dòng)的描述”為例，基于大概念進(jìn)行物理教學(xué)設(shè)計(jì)，在課程標(biāo)準(zhǔn)的指引下，實(shí)現(xiàn)物理課堂核心素養(yǎng)培養(yǎng)最優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；單元教學(xué)；情境式教學(xué)；大概念

前言

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）2020年修訂》提出了包括物理觀念在內(nèi)的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求[ 1 ]。傳統(tǒng)的課時(shí)教學(xué)由于側(cè)重單個(gè)概念、規(guī)律的學(xué)習(xí)，忽略了它們之間的聯(lián)系，造成學(xué)生的學(xué)習(xí)割裂化，難以形成連貫性的物理觀念，更遑論學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，因此不能適應(yīng)新課改的節(jié)奏。單元教學(xué)因其整體性和可操作性，被教育研究者們認(rèn)為是培養(yǎng)物理學(xué)科素養(yǎng)的新途徑。但有研究表明，目前單元教學(xué)研究還存在一定的問題：各環(huán)節(jié)沒有體現(xiàn)完善性，鮮少提到單元教學(xué)作業(yè)，很少提供具體的設(shè)計(jì)案例[ 2 ]。鑒于此，本文以新人教版物理教材必修一（2019版）“運(yùn)動(dòng)的描述”為例，探討在核心素養(yǎng)背景下的物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)，以期為一線教學(xué)提供參考和借鑒。

1? 大概念統(tǒng)領(lǐng)下的單元教學(xué)

1.1? 大概念統(tǒng)領(lǐng)下的單元教學(xué)對(duì)物理觀念的培養(yǎng)

有學(xué)者認(rèn)為學(xué)科大概念是在大量事實(shí)、經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上抽象出來的，能夠反映學(xué)科本質(zhì)、凝練學(xué)科體系、概括學(xué)科特征的方法、觀點(diǎn)、思想，具有高度的概括性、永恒性、抽象性[ 3 ]。它的上位概念是物理觀念，下位概念分別是單元大概念、課時(shí)重要概念和課時(shí)小概念，從上往下是分解，從下往上是進(jìn)階。

由于物理觀念、學(xué)科大概念過于抽象和復(fù)雜，直接作為教學(xué)內(nèi)容不具有實(shí)踐性。因此，分解為課時(shí)概念進(jìn)行教學(xué)至關(guān)重要。與傳統(tǒng)的課時(shí)教學(xué)不同，大概念統(tǒng)領(lǐng)下的單元教學(xué)，是以單元目標(biāo)為錨點(diǎn)，以核心問題為指引，以層級(jí)任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，以情境活動(dòng)為載體。它注重概念間的橫縱聯(lián)系，進(jìn)而整合單元內(nèi)容，使學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)呈螺旋式上升，達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。

1.2? “運(yùn)動(dòng)的描述”一單元的大概念、單元概念結(jié)構(gòu)圖

“運(yùn)動(dòng)的描述”一章是高中階段物理教學(xué)的伊始，且章內(nèi)各節(jié)有很強(qiáng)的聯(lián)系，適于作為單元教學(xué)的研究對(duì)象。基于物理學(xué)科視角，聚焦物理學(xué)科本質(zhì)，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和物理學(xué)科核心素養(yǎng)，本單元所屬的學(xué)科大概念為“運(yùn)動(dòng)學(xué)”，它的上位概念是物理觀念中的“運(yùn)動(dòng)與相互作用觀”，再結(jié)合物理教材和教學(xué)觀，繪制的單元概念結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，它能為后續(xù)單元教學(xué)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

2? 基于Ubd模式的單元教學(xué)設(shè)計(jì)流程

2.1? Ubd教學(xué)設(shè)計(jì)流程

國(guó)內(nèi)外對(duì)單元教學(xué)模式的研究成果頗豐，有ADDIE模式、PBL模式、逆向設(shè)計(jì)（Ubd）模式等。其中，Ubd模式由G.Wiggins和J.McTighe提出，采用的是“逆向設(shè)計(jì)”，主要由三個(gè)階段組成，即確定預(yù)期結(jié)果—確定合適的評(píng)價(jià)證據(jù)—設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)[ 4 ]。此模式基礎(chǔ)上的單元教學(xué)流程如圖2所示。

2.2? 確定單元目標(biāo)——單元教學(xué)的錨點(diǎn)

單元目標(biāo)的確定不僅要根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、物理教材，還要結(jié)合單元概念結(jié)構(gòu)圖，并考慮學(xué)生的認(rèn)知能力水平和心理發(fā)展現(xiàn)狀。基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的單元教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該更具整體性、相關(guān)性，本單元的目標(biāo)確定如下。

物理觀念：

（1）了解質(zhì)點(diǎn)、參考系、坐標(biāo)系、位置的概念，知道時(shí)刻與時(shí)間的區(qū)別及在數(shù)軸上的表示方法，知道這些概念能描述物體的運(yùn)動(dòng)。（2）理解位移的概念，能正確表示位移，掌握“位移-時(shí)間”圖像。（3）理解速度的概念，區(qū)分平均速度、瞬時(shí)速度等，掌握“速度-時(shí)間”圖像。（4）理解加速度的概念，知道加速度與速度、速度變化量和速度變化率之間的區(qū)別與聯(lián)系。（5）知道位移、速度和加速度能精確描述物體的運(yùn)動(dòng)。（6）知道矢量和標(biāo)量的區(qū)別，能對(duì)常見物理量進(jìn)行區(qū)分。

科學(xué)思維：

（1）經(jīng)歷質(zhì)點(diǎn)模型的建立，體會(huì)建模思維和理想化思維。（2）經(jīng)歷瞬時(shí)速度概念的建構(gòu)，體會(huì)數(shù)學(xué)中極限思想在物理學(xué)科中的應(yīng)用。（3）經(jīng)歷加速度概念的建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生抽象思維。

科學(xué)探究：

（1）會(huì)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究物體的運(yùn)動(dòng)。（2）知道將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理成圖像，感受圖像方法的直觀。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：

（1）知道速度、加速度等在實(shí)際生活中的應(yīng)用，體會(huì)物理學(xué)科的重要性。（2）體會(huì)數(shù)學(xué)學(xué)科與物理學(xué)科的融合。

2.3? 編制核心問題——單元教學(xué)的指引

教學(xué)目標(biāo)除了指導(dǎo)教師教學(xué)以外，還是編制問題鏈的依據(jù)。問題鏈就是一連串具有邏輯意義、進(jìn)階性質(zhì)的核心問題，它能夠啟發(fā)學(xué)生思考，并使得單元教學(xué)的指向性明確、操作性更強(qiáng)。本單元的問題鏈由6個(gè)層層遞進(jìn)的子問題構(gòu)成。

（1）怎樣粗略地描述物體運(yùn)動(dòng)？

（2）怎樣精確地描述物體運(yùn)動(dòng)？

（3）位移、速度、加速度之間有何聯(lián)系？

（4）怎么表示矢量，標(biāo)量和矢量怎么區(qū)分？

（5）在學(xué)習(xí)過程中，你體會(huì)到了哪些物理思維方式？

（6）數(shù)學(xué)學(xué)科在物理學(xué)習(xí)中重要嗎？舉例說明。

學(xué)生對(duì)核心問題的回答可作為評(píng)價(jià)證據(jù)，以此衡量他們是否完成既定的教學(xué)目標(biāo)，檢驗(yàn)教師的教學(xué)成果。但不能強(qiáng)行灌輸，要循序漸進(jìn)、步步為營(yíng)。教學(xué)過程中可以選擇有獎(jiǎng)競(jìng)猜、學(xué)科研討會(huì)等活動(dòng)，奠定輕松愉快的氣氛，在學(xué)生的熱烈討論中，把單元最核心最抽象的問題都解決掉，并領(lǐng)悟問題鏈背后的深意。

2.4? 開發(fā)層級(jí)任務(wù)——單元教學(xué)的驅(qū)動(dòng)

在開發(fā)層級(jí)任務(wù)時(shí)，要貼近學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，避免設(shè)置難度不當(dāng)?shù)娜蝿?wù)。因此，單元大任務(wù)要“降維”成子任務(wù)，使學(xué)生經(jīng)歷“爬梯式”學(xué)習(xí)，最終完成大任務(wù)。同時(shí)，要立足設(shè)計(jì)者和學(xué)習(xí)者雙視角，對(duì)單元目標(biāo)、核心問題、單元概念結(jié)構(gòu)圖加以分析，理清層級(jí)任務(wù)的設(shè)計(jì)思路，重組教學(xué)內(nèi)容，重塑物理課堂。

基于物理教材和教學(xué)觀，本單元大任務(wù)確定為“描述物體的運(yùn)動(dòng)”，教材中第1節(jié)（質(zhì)點(diǎn) 參考系）的學(xué)習(xí)可編成子任務(wù)1：學(xué)習(xí)描述運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)基本概念；原本的第2節(jié)（時(shí)間 位移）可拆分為時(shí)間、時(shí)刻、位置的學(xué)習(xí)和位移的學(xué)習(xí)，將時(shí)間時(shí)刻等知識(shí)點(diǎn)聯(lián)合坐標(biāo)系的學(xué)習(xí)編為子任務(wù)2：學(xué)習(xí)描述運(yùn)動(dòng)的變量；而位移、速度和加速度能精確地描述運(yùn)動(dòng)，故編為子任務(wù)3：學(xué)習(xí)精確描述運(yùn)動(dòng)的物理量；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器能記錄運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移，從而繪制“位移-時(shí)間”圖像并計(jì)算速度，因此可以把練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器編為子任務(wù)4：學(xué)習(xí)研究物體運(yùn)動(dòng)的工具。各子任務(wù)的依次推進(jìn)，最終指向了單元大任務(wù)的學(xué)習(xí)。

2.5? 設(shè)計(jì)情境活動(dòng)——單元教學(xué)的載體

單元教學(xué)還要滿足新課標(biāo)中“以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)”的要求。因此，要充分發(fā)掘情境，實(shí)施情境式教學(xué)。將情境式教學(xué)融入到單元教學(xué)中來，就是要設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)大任務(wù)的大情境活動(dòng)、對(duì)應(yīng)子任務(wù)的子情境活動(dòng)，促進(jìn)任務(wù)與情境活動(dòng)的有效對(duì)接。

單元教學(xué)所選擇的情境活動(dòng)應(yīng)該具備以下特點(diǎn)：{1}生活化，學(xué)生掌握的是解決實(shí)際問題的知識(shí)，能夠在日常生活中練習(xí)、應(yīng)用，使物理觀念內(nèi)化于心外化于行。{2}趣味性，游戲類、故事類、闖關(guān)類、影視類情境活動(dòng)，能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)激情點(diǎn)燃，提高他們學(xué)習(xí)的自覺性、主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)有意義的深度學(xué)習(xí)。此外，主題大情境活動(dòng)還具包容性，包容性是指它能宏觀展現(xiàn)單元教學(xué)內(nèi)容，包含多而深的知識(shí)點(diǎn)，不僅要素豐富而且層次多級(jí)。只有這樣，才能在教學(xué)過程中貫穿始終，是實(shí)施單元教學(xué)的過程保障，也是新課改的價(jià)值追求。

本單元是運(yùn)動(dòng)學(xué)的范疇，結(jié)合高一學(xué)生的日常生活經(jīng)驗(yàn)，可設(shè)置的大情境活動(dòng)為：太陽(yáng)急速膨脹，人類為了求生不得不給地球裝上發(fā)動(dòng)機(jī)，逃向4.3光年外的新恒星。請(qǐng)問在計(jì)算地球到新恒星的距離時(shí)，為什么不考慮地球大小？在逃離時(shí)，為什么人們感覺不到在運(yùn)動(dòng)？怎么確定地球在太空中的具體位置呢？有三條路徑可達(dá)新恒星，位置變化相同嗎？若發(fā)動(dòng)機(jī)A可使地球在24 h內(nèi)速度由0.2C變到0.4C，發(fā)動(dòng)機(jī)B可使地球在16 h內(nèi)速度由0.2C變到0.6C，你覺得哪種發(fā)動(dòng)機(jī)加速性能更好？此情境活動(dòng)以科幻電影《流浪地球》為背景，緊扣運(yùn)動(dòng)學(xué)主題，蘊(yùn)含質(zhì)點(diǎn)、參考系、坐標(biāo)系、位移、加速度等知識(shí)，通過情境問題將學(xué)生引向單元學(xué)習(xí)。

各子情境活動(dòng)要分課時(shí)展開，并與子任務(wù)有效對(duì)接。依據(jù)物理教材，設(shè)計(jì)如表1的子情境活動(dòng)。

限于篇幅，本研究只展示部分情境活動(dòng)。

情境活動(dòng)（一）：坐標(biāo)系的引入。

師：大家都會(huì)下五子棋吧？今天我們玩進(jìn)階版五子棋：全班分成兩組，每組選派一名代表在電子白板上下棋，但是，每顆棋子放在哪個(gè)位置由剩下的同學(xué)決定，代表不能說話。你們準(zhǔn)備好了嗎？

代表開始下棋，但學(xué)生無法清楚地描述棋子的具體位置，之后教師建議使用坐標(biāo)系，五子棋大賽圓滿結(jié)束。

設(shè)計(jì)意圖：通過課堂中的五子棋大賽，讓學(xué)生自然生出將數(shù)學(xué)中的坐標(biāo)系應(yīng)用于物理的想法，體會(huì)坐標(biāo)系在描述物體位置時(shí)的重要作用，并且高一學(xué)生已在初中學(xué)習(xí)了一維、二維坐標(biāo)系，教師只需擴(kuò)充三維坐標(biāo)系。這樣的情境化教學(xué)不僅利于知識(shí)建構(gòu)，還有益于推動(dòng)學(xué)生從“要我學(xué)習(xí)”到“我要學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變，養(yǎng)成良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。

情境活動(dòng)（二）：變化率的引入。

教師展示1500年到2018年的全球物種滅絕占比圖（圖3），請(qǐng)學(xué)生思考：（1）從1500年到2018年，哪類動(dòng)物的滅絕占比的變化量最大？（2）從1500年到2018年，哪類動(dòng)物的滅絕占比的變化率最大？（3）在圖像中，怎么表示變化率呢？（4）依據(jù)此圖，哪類動(dòng)物更瀕臨滅絕？

設(shè)計(jì)意圖：層層遞進(jìn)的提問能引發(fā)學(xué)生思考，并自覺區(qū)分變化量與變化率這兩個(gè)容易混淆的概念，使學(xué)生明白圖像斜率與變化率的關(guān)系。并且，此情境與世界環(huán)保主題有關(guān)，通過直觀的圖像，讓學(xué)生具有保護(hù)動(dòng)物的意識(shí)，加強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

2.6? 布置單元作業(yè)——單元教學(xué)的鞏固

布置情境化作業(yè)是單元教學(xué)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。富有彈性、聯(lián)系生活的情境化作業(yè)能夠提高單元教學(xué)目標(biāo)和活動(dòng)的契合度。同時(shí)，它也是一種反映學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題能力的有效方法，學(xué)生在解題時(shí)，不再是死板地亂套公式，而是提取信息構(gòu)建模型、運(yùn)用知識(shí)分析情況，是對(duì)知識(shí)的高級(jí)加工，有利于形成物理觀念，對(duì)今后的生活也影響深遠(yuǎn)。

情境化作業(yè)的設(shè)計(jì)原則就是在滿足科學(xué)性的前提下，要與生活、科學(xué)、技術(shù)緊密聯(lián)系，還要充滿趣味性，激發(fā)學(xué)生興趣。例如，本單元的情境化作業(yè)可與我們國(guó)家的北斗定位系統(tǒng)相接，讓學(xué)生課后查詢定位原理，在課堂上分享與交流，能培養(yǎng)學(xué)生的愛國(guó)熱情和民族自豪感，體現(xiàn)物理學(xué)科育人價(jià)值。再比如，布置圖4作業(yè)，讓學(xué)生利用圖像知識(shí)解決實(shí)際問題，感受物理學(xué)科與生活的息息相關(guān)。

3? 小結(jié)：實(shí)施發(fā)展性評(píng)價(jià)——幫助學(xué)生成為“發(fā)展中的人”

在實(shí)施單元教學(xué)后，應(yīng)該對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果有所評(píng)價(jià)。對(duì)學(xué)生實(shí)施發(fā)展性評(píng)價(jià)，有利于全面考察，幫助學(xué)生成為“發(fā)展中的人”。相較于終結(jié)性評(píng)價(jià)，發(fā)展性評(píng)價(jià)有更多“質(zhì)”的性質(zhì)，它并不局限于測(cè)試題，還能有問答、調(diào)查問卷、檔案袋、記錄表等多種方式。筆者認(rèn)為，教師視野的發(fā)展性評(píng)價(jià)要以教學(xué)目標(biāo)來擬定，只有基于教學(xué)目標(biāo)的發(fā)展性評(píng)價(jià)才能判定學(xué)生是否有所進(jìn)步。針對(duì)物理觀念的評(píng)價(jià)可選擇測(cè)試題、思維導(dǎo)圖的方式進(jìn)行。另外，可以將學(xué)生對(duì)核心問題的回答制成記錄表，以此分析他們科學(xué)思維的培養(yǎng)程度?？茖W(xué)探究方面，要?jiǎng)?chuàng)設(shè)問題情境，向?qū)W生拋出探究性問題，以團(tuán)隊(duì)合作的形式完成科學(xué)探究過程，在此過程中觀察學(xué)生的科學(xué)探究能力。至于科學(xué)態(tài)度與責(zé)任方面，可以號(hào)召學(xué)生舉辦讀書分享會(huì)、研討會(huì)，通過學(xué)生在會(huì)上的發(fā)言，觀察學(xué)生是否達(dá)成培養(yǎng)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 廖伯琴.《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）要點(diǎn)解讀[J].物理教學(xué)，2020，42（2）：2-5.

［2］ 李俊鵬，魏潔.基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的單元教學(xué)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析[J].物理教師，2021，42（1）：29-34.

［3］ 范心維，彭朝陽(yáng).大概念視角下的高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)：以“勻變速直線運(yùn)動(dòng)”為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2022，51（15）：30-32.

［4］ 趙海艷，張曉琳.基于大概念的逆向單元教學(xué)設(shè)計(jì)：以“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2022，51（8）：42-44.