核心素養(yǎng)背景下高中物理大單元教學(xué)的實踐與探索

在教育改革的浪潮中，核心素養(yǎng)的培養(yǎng)已成為教育界的共識。核心素養(yǎng)培養(yǎng)不僅關(guān)注學(xué)生的知識技能掌握，還強調(diào)提高學(xué)生的思維能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和社會責(zé)任感。大單元教學(xué)作為一種有效的教學(xué)手段，能使核心素養(yǎng)培養(yǎng)理念在高中物理教學(xué)中順利落地。與傳統(tǒng)的碎片化教學(xué)模式不同，大單元教學(xué)要求教師以單元主題為線索重新建構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，旨在通過深度整合教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法與手段及建構(gòu)以解決實際問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)項目，為學(xué)生營造更加開放、綜合且富有實踐性的學(xué)習(xí)環(huán)境，進而提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。文章探討了核心素養(yǎng)背景下高中物理大單元教學(xué)的實踐策略，以供參考。

一、基于核心概念，整合單元內(nèi)容

（一）學(xué)科內(nèi)容整合，厘清動量和沖量

動量與沖量是高中物理力學(xué)部分的核心概念，二者之間存在緊密聯(lián)系。在實施大單元教學(xué)時，教師可以將學(xué)科知識有機整合，不僅要單獨講解這兩個概念，還要引導(dǎo)學(xué)生理解它們之間的相互作用及轉(zhuǎn)化關(guān)系，以幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識體系。

以人教版高中物理選擇性必修第一冊第一章“動量守恒定律”為例。為了加深學(xué)生對動量守恒定律的理解和記憶，教師可以選取一個“碰撞問題”的物理實例進行講解，如：“一輛質(zhì)量為1500kg的小汽車以10m/s的速度撞上了一輛靜止的質(zhì)量為1000kg的小貨車。在這個碰撞過程中，由于外力遠小于內(nèi)力，因此我們可以將其視為一個動量守恒的系統(tǒng)。根據(jù)動量守恒定律，碰撞前后系統(tǒng)的總動量應(yīng)保持不變。假設(shè)汽車初速度為v1，小貨車初速度為0，碰撞后兩者速度均為vI，則有公式：m1v1+m2v2=（m1+m2）vI，代入數(shù)值1500kg×10m/s+1000kg×0m/s=（1500kg+1000kg）×

vI，解得碰撞后共同速度vI約為6m/s?！睘榱藥椭鷮W(xué)生厘清動量與沖量的關(guān)系，教師可以進一步分析碰撞過程中沖量的作用。沖量等于動量的變化，即I＝Δp。在這個例子中，汽車和小貨車的動量都發(fā)生了變化，而沖量則是由它們之間的相互作用力產(chǎn)生的。借助這樣的實例分析，學(xué)生能夠深入理解動量守恒定律和沖量的概念，并學(xué)會應(yīng)用這些知識解決實際的碰撞問題。教師在教學(xué)中應(yīng)注重知識的連貫性和系統(tǒng)性，要通過具體的例子和實際問題，引導(dǎo)學(xué)生在實踐中應(yīng)用所學(xué)知識。教師還可以利用圖表、動畫等輔助手段，幫助學(xué)生更好地理解和掌握相關(guān)知識。

（二）跨學(xué)科整合，理解能量守恒

在大單元教學(xué)的背景下，教師在教授能量守恒定律相關(guān)內(nèi)容時，不能局限于物理學(xué)科知識的講解，而應(yīng)注重知識的交叉性和綜合性。教師可以將物理學(xué)與其他學(xué)科如數(shù)學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)乃至人文社會科學(xué)等相結(jié)合，通過多學(xué)科視角全面解釋和闡述能量守恒的概念、原理及其應(yīng)用。這種跨學(xué)科整合的教學(xué)方式不僅能加深學(xué)生對能量守恒這一單元核心概念的理解，提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力，還能拓寬學(xué)生的知識視野，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維。

以人教版高中物理必修第三冊第十二章中的“電路中的能量轉(zhuǎn)化”為例。在講解“機械能守恒與電路中的能量轉(zhuǎn)化”這一知識點時，首先，教師可以引導(dǎo)學(xué)生回顧機械能守恒定律的數(shù)學(xué)表達式，即動能與勢能之和在封閉系統(tǒng)中保持不變（E機=E動+E勢），通過對數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)和闡釋，讓學(xué)生理解機械能守恒的定量關(guān)系。其次，在電路部分的教學(xué)中，教師可以引入電能、熱能等概念的數(shù)學(xué)表達，并解釋它們之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。例如，通過講解焦耳定律Q＝I2Rt，讓學(xué)生理解電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量與電流、電阻和時間的關(guān)系。最后，為了將機械能守恒與電路中的能量轉(zhuǎn)化相結(jié)合，教師可以設(shè)計跨學(xué)科的實驗。例如，讓一個小球從斜面滾下，同時接通一個電路，讓電流通過電阻。在實驗過程中，學(xué)生需要測量小球滾下的高度、速度，以及電阻上的電壓、電流等參數(shù)，并利用數(shù)學(xué)公式計算各部分的能量變化。在實驗中，學(xué)生通過比較和分析實驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，小球滾落過程中減少的重力勢能正好等于電路中增加的電能和熱能之和，這可以驗證能量守恒定律在不同領(lǐng)域的適用性。在教學(xué)過程中，教師要鼓勵學(xué)生應(yīng)用多學(xué)科知識來分析和解決問題，以提高他們的綜合思維能力和創(chuàng)新能力。同時，教師要引導(dǎo)學(xué)生認識不同學(xué)科之間的聯(lián)系和區(qū)別，幫助學(xué)生構(gòu)建更加完整的知識體系。

二、運用數(shù)字技術(shù)，開展創(chuàng)意實驗

（一）虛擬技術(shù)，觀察曲線運動

教師將虛擬技術(shù)引入高中物理教學(xué)能為學(xué)生營造安全、可控且可重復(fù)的實驗環(huán)境，尤其適用于觀察和分析復(fù)雜的曲線運動。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以從多角度觀察曲線運動的軌跡和特性，深入理解其背后的物理原理，如牛頓運動定律、向心力與離心力等。此外，虛擬實驗平臺通常具備交互功能，學(xué)生可以通過操作虛擬設(shè)備、調(diào)整參數(shù)等方式，觀察和分析曲線運動現(xiàn)象。這種互動性極強的學(xué)習(xí)方式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動他們學(xué)習(xí)的積極性，從而提高其學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率。同時，虛擬實驗平臺支持學(xué)生進行自主探究和創(chuàng)新實踐，能夠增強學(xué)生的創(chuàng)新意識和提高學(xué)生的實踐能力。

以人教版高中物理必修第二冊第六章中的“圓周運動”和“向心力”為例。在課堂上，教師可以利用虛擬現(xiàn)實（VR）或增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)，讓學(xué)生切身感受圓周運動，從而加深對向心力概念的理解。具體而言，教師可以設(shè)計一個虛擬實驗，讓學(xué)生佩戴VR設(shè)備，進入模擬的圓周運動場景。在這個場景中，一個質(zhì)量為m=1kg的小球被細線系住，在半徑r=2m的圓周上以v=4m/s的速度做勻速圓周運動。學(xué)生可以通過VR設(shè)備清晰地觀察小球的運動軌跡，感受向心力的作用，并在教師指導(dǎo)下應(yīng)用向心力公式計算小球維持勻速圓周運動所需要的向心力。在VR技術(shù)的輔助下，學(xué)生可以直觀地看到，當(dāng)小球速度增加或半徑減小時，所需要的向心力會相應(yīng)增大。VR和AR技術(shù)的融入，使學(xué)生在安全、可控的環(huán)境中進行實驗觀察，避免了實際操作中可能遇到的風(fēng)險。同時，虛擬實驗可以反復(fù)進行，這有助于學(xué)生鞏固知識，增強學(xué)習(xí)效果。教師可以根據(jù)教學(xué)需求和學(xué)生的特點，設(shè)計多樣化的虛擬實驗案例和數(shù)據(jù)分析工具，拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)空間，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)資源。

（二）傳感技術(shù)，分析電荷數(shù)據(jù)

傳感技術(shù)是一種從自然信源獲取信息，并對其進行處理（變換）和識別的多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)與工程技術(shù)。傳感技術(shù)能夠?qū)崟r采集電荷數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)處理軟件將這些數(shù)據(jù)以圖形、圖表等形式直觀展示出來。相較于傳統(tǒng)的理論講解和靜態(tài)圖示，這種直觀化的展示方式，有助于學(xué)生更好地理解電荷的分布、變化及其與物理現(xiàn)象之間的關(guān)系。

以人教版高中物理必修第三冊第九章中的“電荷”為例。教師在講解“靜電場中的電荷分布”這一知識點時，可以安排學(xué)生進行創(chuàng)意實驗：“在一個平行板電容器中放置不同數(shù)量的電荷，并使用電荷傳感器來測量電容器兩極板間的電荷量Q和電勢差U。假設(shè)電容器電容C為10μF，當(dāng)在兩極板間施加100V的電壓時，請根據(jù)電荷量公式Q＝CU，計算出電容器所帶的電荷量。”在實驗中，通過傳感技術(shù)，學(xué)生可以清晰地觀察到當(dāng)電荷量增加時，電勢差也隨之增加的現(xiàn)象。同時，電容器內(nèi)部的電場強度E可以通過電勢差U與極板間距d的比值來計算，即E＝U/d。這種實時的數(shù)據(jù)反饋使學(xué)生能夠更深入地理解電荷分布與電場強度之間的關(guān)系。此外，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用傳感技術(shù)，探究不同形狀和材料的導(dǎo)體在電場中的電荷分布情況。例如，對比球形和棒形導(dǎo)體在相同電場下的電荷分布，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)球形導(dǎo)體的電荷分布更為均勻，而棒形導(dǎo)體則呈現(xiàn)出兩端電荷集中、中間電荷稀少的現(xiàn)象。學(xué)生可以改變導(dǎo)體的形狀、大小及外部電場條件，觀察并記錄電荷分布的變化，從而分析電荷分布與電場強度的關(guān)系。這種基于傳感技術(shù)的實驗，有助于學(xué)生更加直觀地理解靜電場的性質(zhì)，提高實驗操作能力和數(shù)據(jù)分析能力。傳感技術(shù)的引入，為大單元教學(xué)注入了新的活力，使實驗教學(xué)更加精準、高效。教師在實驗教學(xué)中應(yīng)用傳感技術(shù)時，應(yīng)注重實驗設(shè)計的科學(xué)性和合理性，確保學(xué)生能夠準確理解實驗的目的和原理。

三、建構(gòu)項目模式，解決具體問題

（一）工程設(shè)計型項目，強化創(chuàng)新思維

工程設(shè)計型項目以解決實際問題為出發(fā)點，旨在引導(dǎo)學(xué)生面對真實或模擬的工程情境，激發(fā)他們的探索欲。教師可以將物理知識與實際工程問題相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生在解決具體問題的過程中應(yīng)用物理原理進行創(chuàng)意設(shè)計，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實踐能力。

以人教版高中物理必修第二冊第八章中的“機械能守恒定律”為例。在教學(xué)時，教師可以以“設(shè)計并制作簡易風(fēng)力發(fā)電裝置”為項目主題，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷從設(shè)計、制作到測試的全過程。這一過程不僅能讓學(xué)生掌握風(fēng)力發(fā)電的基本原理，還能提高他們的動手能力和創(chuàng)新思維能力。在項目開始前，教師可以向?qū)W生介紹風(fēng)力發(fā)電的基本原理和關(guān)鍵部件，如風(fēng)車葉片、發(fā)電機等。然后，教師可以將學(xué)生分組，讓學(xué)生以小組為單位自行設(shè)計簡易風(fēng)力發(fā)電裝置，設(shè)計要求包括使用環(huán)保材料、降低成本、提高發(fā)電效率等，并鼓勵學(xué)生發(fā)揮想象力，設(shè)計不同形狀和角度的風(fēng)車葉片，以探索其對發(fā)電效率的影響。在學(xué)生設(shè)計過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生運用物理知識進行計算，如根據(jù)風(fēng)速和葉片面積估算理論發(fā)電功率。在制作階段，學(xué)生要選擇合適的材料，如紙板、竹簽等，并動手組裝風(fēng)力發(fā)電裝置。教師應(yīng)為學(xué)生提供必要的工具和材料支持，并指導(dǎo)學(xué)生安全操作。學(xué)生完成制作后，教師要指導(dǎo)學(xué)生進行實地測試，記錄不同風(fēng)速下發(fā)電裝置的發(fā)電情況。同時，教師要鼓勵學(xué)生在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，討論改進方案，如調(diào)整葉片角度、優(yōu)化發(fā)電機配置等。通過反復(fù)測試和改進，學(xué)生不僅能加深對風(fēng)力發(fā)電原理的理解，還能在實踐中鍛煉創(chuàng)新思維能力和解決問題的能力。這種以問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式有助于學(xué)生跳出傳統(tǒng)思維的框架，從不同角度、不同層面思考問題，從而培養(yǎng)發(fā)散性思維和批判性思維。

（二）社會應(yīng)用型項目，促進可持續(xù)發(fā)展

社會應(yīng)用型項目要求教師將高中物理知識與社會實際問題相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生運用物理知識解決環(huán)境保護、能源利用、公共安全等領(lǐng)域的具體問題，從而培養(yǎng)他們的社會責(zé)任感和增強他們的可持續(xù)發(fā)展意識。社會應(yīng)用型項目的核心理念在于將物理學(xué)習(xí)從理論層面拓展到實際應(yīng)用層面，強調(diào)知識的社會價值和實踐意義。

以人教版高中物理必修第三冊第十二章中的“能源與可持續(xù)發(fā)展”為例。教師可以安排學(xué)生設(shè)計“社區(qū)垃圾分類與資源回收方案”，并組織學(xué)生深入社區(qū)，開展垃圾分類宣傳活動，通過發(fā)放宣傳冊、舉辦垃圾分類知識講座和互動問答等形式，增強居民的垃圾分類意識。同時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生參與社區(qū)垃圾分類設(shè)施的規(guī)劃與設(shè)計，如建議增設(shè)分類垃圾桶、優(yōu)化垃圾回收站布局等，使垃圾分類更加便捷高效。在資源回收方面，教師可以指導(dǎo)學(xué)生收集可回收物，如塑料瓶、廢紙等，并與社區(qū)回收站合作，建立定期回收機制。教師還可以鼓勵學(xué)生探索廢舊物品的創(chuàng)意再利用，如用廢舊物品制作手工藝品、開展舊物交換活動等，以增強學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展意識。學(xué)生通過參與活動，不僅能掌握垃圾分類與資源回收的相關(guān)知識和技能，還能培養(yǎng)社會責(zé)任感和增強環(huán)保意識，為社區(qū)的可持續(xù)發(fā)展貢獻自己的力量。教師在實施該活動的過程中，應(yīng)注重項目的社會價值和實際意義，確保項目既具有教育性又能滿足社會的需求。教師還應(yīng)加強與社會各界的合作，為學(xué)生提供更多的實踐機會和資源支持。

（作者單位：江蘇省南通市天星湖中學(xué)）