大概念統領下，基于情境式教學的物理單元教學設計

蔣婷婷

摘? ?要：近年來隨著教育改革的熱潮，單元教學逐漸成為國內研究教學的熱點。從確定單元目標、編制核心問題、開發層級任務、設計情境活動到布置單元作業，是單元教學的完整流程。以新人教版物理教材必修一第一章“運動的描述”為例，基于大概念進行物理教學設計，在課程標準的指引下，實現物理課堂核心素養培養最優化。

關鍵詞：核心素養；單元教學；情境式教學；大概念

前言

《普通高中物理課程標準（2017版）2020年修訂》提出了包括物理觀念在內的物理學科核心素養的要求[ 1 ]。傳統的課時教學由于側重單個概念、規律的學習，忽略了它們之間的聯系，造成學生的學習割裂化，難以形成連貫性的物理觀念，更遑論學科核心素養的培養，因此不能適應新課改的節奏。單元教學因其整體性和可操作性，被教育研究者們認為是培養物理學科素養的新途徑。但有研究表明，目前單元教學研究還存在一定的問題：各環節沒有體現完善性，鮮少提到單元教學作業，很少提供具體的設計案例[ 2 ]。鑒于此，本文以新人教版物理教材必修一（2019版）“運動的描述”為例，探討在核心素養背景下的物理單元教學設計，以期為一線教學提供參考和借鑒。

1? 大概念統領下的單元教學

1.1? 大概念統領下的單元教學對物理觀念的培養

有學者認為學科大概念是在大量事實、經驗基礎上抽象出來的，能夠反映學科本質、凝練學科體系、概括學科特征的方法、觀點、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、課時重要概念和課時小概念，從上往下是分解，從下往上是進階。

由于物理觀念、學科大概念過于抽象和復雜，直接作為教學內容不具有實踐性。因此，分解為課時概念進行教學至關重要。與傳統的課時教學不同，大概念統領下的單元教學，是以單元目標為錨點，以核心問題為指引，以層級任務為驅動，以情境活動為載體。它注重概念間的橫縱聯系，進而整合單元內容，使學生的認知結構呈螺旋式上升，達成培養學生學科核心素養的教學目標。

1.2? “運動的描述”一單元的大概念、單元概念結構圖

“運動的描述”一章是高中階段物理教學的伊始，且章內各節有很強的聯系，適于作為單元教學的研究對象?；谖锢韺W科視角，聚焦物理學科本質，依據課程標準和物理學科核心素養，本單元所屬的學科大概念為“運動學”，它的上位概念是物理觀念中的“運動與相互作用觀”，再結合物理教材和教學觀，繪制的單元概念結構圖如圖1所示，它能為后續單元教學設計提供指導。

2? 基于Ubd模式的單元教學設計流程

2.1? Ubd教學設計流程

國內外對單元教學模式的研究成果頗豐，有ADDIE模式、PBL模式、逆向設計（Ubd）模式等。其中，Ubd模式由G.Wiggins和J.McTighe提出，采用的是“逆向設計”，主要由三個階段組成，即確定預期結果—確定合適的評價證據—設計學習體驗和教學[ 4 ]。此模式基礎上的單元教學流程如圖2所示。

2.2? 確定單元目標——單元教學的錨點

單元目標的確定不僅要根據課程標準、物理教材，還要結合單元概念結構圖，并考慮學生的認知能力水平和心理發展現狀?；谖锢韺W科核心素養的單元教學目標應該更具整體性、相關性，本單元的目標確定如下。

物理觀念：

（1）了解質點、參考系、坐標系、位置的概念，知道時刻與時間的區別及在數軸上的表示方法，知道這些概念能描述物體的運動。（2）理解位移的概念，能正確表示位移，掌握“位移-時間”圖像。（3）理解速度的概念，區分平均速度、瞬時速度等，掌握“速度-時間”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別與聯系。（5）知道位移、速度和加速度能精確描述物體的運動。（6）知道矢量和標量的區別，能對常見物理量進行區分。

科學思維：

（1）經歷質點模型的建立，體會建模思維和理想化思維。（2）經歷瞬時速度概念的建構，體會數學中極限思想在物理學科中的應用。（3）經歷加速度概念的建構，培養學生抽象思維。

科學探究：

（1）會利用打點計時器研究物體的運動。（2）知道將實驗數據處理成圖像，感受圖像方法的直觀。

科學態度與責任：

（1）知道速度、加速度等在實際生活中的應用，體會物理學科的重要性。（2）體會數學學科與物理學科的融合。

2.3? 編制核心問題——單元教學的指引

教學目標除了指導教師教學以外，還是編制問題鏈的依據。問題鏈就是一連串具有邏輯意義、進階性質的核心問題，它能夠啟發學生思考，并使得單元教學的指向性明確、操作性更強。本單元的問題鏈由6個層層遞進的子問題構成。

（1）怎樣粗略地描述物體運動？

（2）怎樣精確地描述物體運動？

（3）位移、速度、加速度之間有何聯系？

（4）怎么表示矢量，標量和矢量怎么區分？

（5）在學習過程中，你體會到了哪些物理思維方式？

（6）數學學科在物理學習中重要嗎？舉例說明。

學生對核心問題的回答可作為評價證據，以此衡量他們是否完成既定的教學目標，檢驗教師的教學成果。但不能強行灌輸，要循序漸進、步步為營。教學過程中可以選擇有獎競猜、學科研討會等活動，奠定輕松愉快的氣氛，在學生的熱烈討論中，把單元最核心最抽象的問題都解決掉，并領悟問題鏈背后的深意。

2.4? 開發層級任務——單元教學的驅動

在開發層級任務時，要貼近學生的最近發展區，避免設置難度不當的任務。因此，單元大任務要“降維”成子任務，使學生經歷“爬梯式”學習，最終完成大任務。同時，要立足設計者和學習者雙視角，對單元目標、核心問題、單元概念結構圖加以分析，理清層級任務的設計思路，重組教學內容，重塑物理課堂。

基于物理教材和教學觀，本單元大任務確定為“描述物體的運動”，教材中第1節（質點 參考系）的學習可編成子任務1：學習描述運動的兩個基本概念；原本的第2節（時間 位移）可拆分為時間、時刻、位置的學習和位移的學習，將時間時刻等知識點聯合坐標系的學習編為子任務2：學習描述運動的變量；而位移、速度和加速度能精確地描述運動，故編為子任務3：學習精確描述運動的物理量；打點計時器能記錄運動的時間和位移，從而繪制“位移-時間”圖像并計算速度，因此可以把練習使用打點計時器編為子任務4：學習研究物體運動的工具。各子任務的依次推進，最終指向了單元大任務的學習。

2.5? 設計情境活動——單元教學的載體

單元教學還要滿足新課標中“以主題為引領，使課程內容情境化，促進學科核心素養的落實”的要求。因此，要充分發掘情境，實施情境式教學。將情境式教學融入到單元教學中來，就是要設計對應大任務的大情境活動、對應子任務的子情境活動，促進任務與情境活動的有效對接。

單元教學所選擇的情境活動應該具備以下特點：{1}生活化，學生掌握的是解決實際問題的知識，能夠在日常生活中練習、應用，使物理觀念內化于心外化于行。{2}趣味性，游戲類、故事類、闖關類、影視類情境活動，能夠將學生的學習激情點燃，提高他們學習的自覺性、主動性，實現有意義的深度學習。此外，主題大情境活動還具包容性，包容性是指它能宏觀展現單元教學內容，包含多而深的知識點，不僅要素豐富而且層次多級。只有這樣，才能在教學過程中貫穿始終，是實施單元教學的過程保障，也是新課改的價值追求。

本單元是運動學的范疇，結合高一學生的日常生活經驗，可設置的大情境活動為：太陽急速膨脹，人類為了求生不得不給地球裝上發動機，逃向4.3光年外的新恒星。請問在計算地球到新恒星的距離時，為什么不考慮地球大??？在逃離時，為什么人們感覺不到在運動？怎么確定地球在太空中的具體位置呢？有三條路徑可達新恒星，位置變化相同嗎？若發動機A可使地球在24 h內速度由0.2C變到0.4C，發動機B可使地球在16 h內速度由0.2C變到0.6C，你覺得哪種發動機加速性能更好？此情境活動以科幻電影《流浪地球》為背景，緊扣運動學主題，蘊含質點、參考系、坐標系、位移、加速度等知識，通過情境問題將學生引向單元學習。

各子情境活動要分課時展開，并與子任務有效對接。依據物理教材，設計如表1的子情境活動。

限于篇幅，本研究只展示部分情境活動。

情境活動（一）：坐標系的引入。

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

代表開始下棋，但學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系，五子棋大賽圓滿結束。

設計意圖：通過課堂中的五子棋大賽，讓學生自然生出將數學中的坐標系應用于物理的想法，體會坐標系在描述物體位置時的重要作用，并且高一學生已在初中學習了一維、二維坐標系，教師只需擴充三維坐標系。這樣的情境化教學不僅利于知識建構，還有益于推動學生從“要我學習”到“我要學習”的轉變，養成良好學習習慣。

情境活動（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），請學生思考：（1）從1500年到2018年，哪類動物的滅絕占比的變化量最大？（2）從1500年到2018年，哪類動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）依據此圖，哪類動物更瀕臨滅絕？

設計意圖：層層遞進的提問能引發學生思考，并自覺區分變化量與變化率這兩個容易混淆的概念，使學生明白圖像斜率與變化率的關系。并且，此情境與世界環保主題有關，通過直觀的圖像，讓學生具有保護動物的意識，加強社會責任感。

2.6? 布置單元作業——單元教學的鞏固

布置情境化作業是單元教學不可或缺的重要環節。富有彈性、聯系生活的情境化作業能夠提高單元教學目標和活動的契合度。同時，它也是一種反映學生運用物理知識解決實際問題能力的有效方法，學生在解題時，不再是死板地亂套公式，而是提取信息構建模型、運用知識分析情況，是對知識的高級加工，有利于形成物理觀念，對今后的生活也影響深遠。

情境化作業的設計原則就是在滿足科學性的前提下，要與生活、科學、技術緊密聯系，還要充滿趣味性，激發學生興趣。例如，本單元的情境化作業可與我們國家的北斗定位系統相接，讓學生課后查詢定位原理，在課堂上分享與交流，能培養學生的愛國熱情和民族自豪感，體現物理學科育人價值。再比如，布置圖4作業，讓學生利用圖像知識解決實際問題，感受物理學科與生活的息息相關。

3? 小結：實施發展性評價——幫助學生成為“發展中的人”

在實施單元教學后，應該對學生的學習成果有所評價。對學生實施發展性評價，有利于全面考察，幫助學生成為“發展中的人”。相較于終結性評價，發展性評價有更多“質”的性質，它并不局限于測試題，還能有問答、調查問卷、檔案袋、記錄表等多種方式。筆者認為，教師視野的發展性評價要以教學目標來擬定，只有基于教學目標的發展性評價才能判定學生是否有所進步。針對物理觀念的評價可選擇測試題、思維導圖的方式進行。另外，可以將學生對核心問題的回答制成記錄表，以此分析他們科學思維的培養程度?？茖W探究方面，要創設問題情境，向學生拋出探究性問題，以團隊合作的形式完成科學探究過程，在此過程中觀察學生的科學探究能力。至于科學態度與責任方面，可以號召學生舉辦讀書分享會、研討會，通過學生在會上的發言，觀察學生是否達成培養目標。

參考文獻：

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

［2］ 李俊鵬，魏潔.基于物理學科核心素養的單元教學設計現狀分析[J].物理教師，2021，42（1）：29-34.

［3］ 范心維，彭朝陽.大概念視角下的高中物理單元教學設計：以“勻變速直線運動”為例[J].中學物理教學參考，2022，51（15）：30-32.

［4］ 趙海艷，張曉琳.基于大概念的逆向單元教學設計：以“運動和力的關系”為例[J].中學物理教學參考，2022，51（8）：42-44.