基于深度學習的單元教學設計

張瑞萍

【摘 要】單元教學是實施深度學習的重要途徑。本文根據深度學習的實踐模型和單元教學的特點，設計規劃了基于深度學習的單元教學設計模型，并以“探究電荷相互作用之源—靜電場及其應用”為例進行了單元教學的設計分析

【關鍵詞】深度學習 單元教學設計 靜電場及其應用

深度學習是指在教師的引領下，學生圍繞著具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程。深度學習倡導單元教學。單元教學是以大概念統領下的一個單元的學習內容為整體，基于一定目標進行知識結構、認知發展等規劃而展開的由淺入深、由簡單到復雜、帶有層級的結構化系列教學活動。單元教學可以更好地實現深度學習，培養學生的核心素養[1]?！渡疃葘W習：走向核心素養（理論普及讀本）》一書中給出了深度學習的實踐模型，如圖1所示。根據深度學習的內涵和單元教學的特點，單元教學設計流程如圖2所示。本文以“探究電荷相互作用之源—靜電場及其應用”為例進行單元教學設計分析。

一、前期多元分析，構建單元教學主題

1. 教材課標分析

本單元教學內容選自人教版高中《物理》選擇性必修第三冊“靜電場及其應用”一章中的第三節和第四節。本章前兩節通過大量實例說明電荷之間有相互作用，并得出點電荷之間相互作用力的規律—庫侖定律。這兩節主要介紹電荷及其相互作用的產生原因—電場，并深入講解了電場的描述，最后把物理和生活聯系起來，利用電場知識解釋生活中常見的靜電現象。

這部分內容呈現了相對比較完整的科學研究過程，對提高學生的科學探究能力很有幫助。另外，這個單元的教學內容不僅非常適合設計挑戰性的學習任務，而且還能夠幫助學生更好地實現知識的遷移，可以真正將深度學習落到實處。

2. 學情分析

學生在初中已初步認識了磁場，對“場”有一定的感性認識。而且，學生初步具備了科學探究的意識及能力，了解科學探究的基本思路，但探究方法比較單一，探究思維深度較淺。學生對用物理量之比定義新物理量的方法有一定經驗。這些都為學生學習電場強度這個概念提供很好的基礎。

3. 核心素養價值分析

物理觀念：電場概念的建立，深化學生對場物質性的認識，培養學生的物質觀念。通過對靜電力的討論建立電場強度的概念，進一步拓展學生的相互作用觀。

科學思維：通過磁場類比電場，磁感線類比電場線，加強對類比方法的理解，發展學生的科學思維。通過電場強度的定義，再次體會用物理量之比定義新物理量的方法。通過分析多個點電荷電場強度的大小和方向，進一步體會疊加和小量求和的思想。

科學探究：通過探究如何描述電場的強弱和方向，學生經歷“提出問題—分析問題—猜想假設—實驗驗證—得出結論—完善結論”的整個探究過程，提升科學探究能力。

科學態度和責任：通過解釋生活中靜電現象，培養學生客觀理性的科學態度。通過調查公眾利用和防護靜電的一些行為，引導學生關注科學、技術、社會、環境的關系，提升學生的社會責任感[2]。

4. 本單元概念進階、知識結構圖和教學流程設計

二、單元教學目標設計

根據前期分析，本單元的教學目標設計如下。

（1）會用類比的方法建立電場概念，知道電荷間的相互作用是通過電場實現的，場是物質存在形式之一。

（2）通過電場強度概念的建立過程，體會物理量之比定義新物理量的方法，理解電場強度的定義式、單位和方向。

（3）能推導點電荷的電場強度的表達式，會用電場強度的疊加原理計算多個點電荷形成的合電場強度。

（4）會用電場線描述電場。熟悉電場線的特點和幾種典型電場的電場線。

（5）能夠理解靜電平衡狀態的形成過程，知道處于靜電平衡導體的特點。

（6）知道尖端放電、靜電屏蔽、靜電吸附原理，了解它們在生活和生產技術中的應用。

（7）關注生活生產中的靜電現象，體會物理學與生產和生活的緊密聯系[2]。

在確定單元教學目標的同時，教師還要關注單元教學目標與課時教學目標的關系。本單元中，第一課時的目的是完成單元教學目標（1）和（2），培養的核心素養主要有物理觀念、科學思維、科學探究，學習滲透的科學方法主要有類比方法、模型建構的方法、物理量之比定義新物理量的方法?；诖?，可以將第一課時的教學目標細化如下。

（1）通過聯想與體驗，體會電場是一種物質。

（2）通過問題引導，構建試探電荷的物理模型。

（3）通過由熟悉的磁場引出電場的概念，體會類比的方法。

（4）通過思維探究過程，經歷構建電場強度概念的建立過程，會用物理量之比定義新物理量的方法，進一步體會力的相互作用觀。

（5）通過問題討論和類比，體會電場強度的矢量性，理解電場強度的方向。

三、主要教學活動設計

1. 整體規劃單元學習過程，促進深度學習落地

教師統籌規劃基于深度學習的單元學習，不但要考慮學生的認知規律，使活動設計符合概念進階的層級關系，而且還要兼顧各個活動之間的銜接與關聯。根據圖3所示的單元概念進階和知識結構，結合單元教學目標，設計本單元的學習過程，其整體規劃如表1所示。

2. 以核心問題引領學生進行科學探究，促進學生深度思考

科學探究是在教師的指導下，以學生為主體，學生自覺地、主動地探索掌握解決問題的方法和步驟。教學中，教師可以從核心問題出發，同時以問題鏈的形式引領學生進行有效的科學探究活動，促進學生深度思考，達到知識、概念和能力的進階。例如，電場強度概念的建立是本單元教學的重點和難點，具體的教學活動設計過程如下。

【核心問題】 電場是有強弱不同的，我們如何研究電場呢？ 如何描述電場的強弱和方向呢？

【科學探究過程】

環節一：分析問題，提出猜想和假設

問題1：如何確定電場的存在？

問題2：如何判斷空間各點電場是否相同？

問題3：如何描述電場的強弱？（引導學生提出猜想）

問題4：如何驗證我們的猜想？

環節二：驗證猜想（利用點電荷的電場進行驗證）

問題1：將同一試探電荷分別放在A 、B 兩點，發現什么特點、規律？

問題2：在同一點 A 放入帶電量不同的試探電荷，發現什么特點、規律？

問題3：在另一點 B 放入帶電量不同的試探電荷，發現什么特點、規律？

問題4：綜合分析上面三個問題的結果，可以得到什么結論？能否驗證前面猜想是否正確。

環節三：建立概念

問題1：根據前面的猜想和驗證嘗試闡述如何建立描述電場強弱的物理量。

問題2：試著寫出這個物理量的表達式，并明確各個字母的物理意義。

環節四：完善概念

問題1：思考電場強度的標矢性。

問題2：如何描述電場強度的方向？

3. 以真實情境、主題任務引領學生解決問題，促進學生對知識的遷移和應用

物理教學的目的不僅是讓學生學習必要的物理基礎知識，而且要讓學生學會思考，掌握處理實際問題的方法。本單元的核心任務之一是應用電場的知識解決生活中的實際問題。教學中，教師應從真實情境出發，設計主題任務，促使學生在解決問題的過程中深化知識，提升能力。例如，關于靜電場的防止與利用的教學活動，教師可以設計如下。

【真實情境】播放《中國達人秀》節目中盧馭龍的表演視頻。

【主題任務】科學嚴謹地解釋表演者為什么能駕馭風雨雷電。

【解決過程】

第一步：建立模型：嘗試建立模型說明金屬導體放入電場中后會發生什么。

問題1：金屬導體的微觀結構如何？

問題2：導體處于電場中時自由電子會怎樣移動？

問題3：自由電子會在什么地方聚集？這種聚集會產生什么效果？

問題4：自由電子會一直運動下去嗎？最終出現什么現象？

第二步：實驗驗證。

第三步：修正模型：由不帶電金屬導體過渡到帶電金屬殼，要求學生嘗試說明帶電金屬導體會不會達到靜電平衡狀態。

第四步：再次實驗驗證，總結導體達到靜電平衡時的特點。

【問題解決】應用導體達到靜電平衡時的特點，解釋主題任務。

【提煉知識】靜電屏蔽? 尖端放電

【遷移應用】模仿前面解決問題的方法，試著解釋靜電復印和靜電除塵等現象，得到靜電吸附的概念。

四、學習效果評價

本單元將學習效果的評價和教學活動過程有機結合起來。本文以建立電場強度概念教學活動為例說明評價內容、評價指標和評價方法。如表2所示[3]。

基于深度學習理論開展單元教學，有利于真正落實課堂教學中學生的主導地位，提高學生的參與度，引導學生主動學習，提高學生的學習能力。深度學習活動的設計，使學生真正參與物理知識的形成過程、物理規律的得出過程、物理實驗的設計過程和物理問題的解決過程。在此過程中不僅強化了學生的知識結構，而且還培養了學生的科學研究能力，對核心素養培養目標的落實有很大的幫助。

參考文獻

[1] 劉月霞，郭華.深度學習：走向核心素養（理論普及讀本）[M].北京：教育科學出版社，2018：16-75.

[2] 人民教育出版社課程教材研究所物理課程教材研究開發中心.普通高中教科書物理必修第三冊教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2019：1-24.

[3] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020 年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：46-48.

本文系北京市西城區普通高中新課程新教材實施國家級示范區建設專項課題“指向深度學習的高中物理單元教學實踐研究”（課題編號SX2021Z036）的階段性研究成果。

（作者單位：北京市第一六一中學）

責任編輯：胡玉敏