基于結構化主題的高中物理能量單元整體教學

朱 健

(江蘇省無錫市第三高級中學,江蘇 無錫 214028)

《普通高中課程方案(2020年修訂)》(以下簡稱《課程方案》)指出進一步精選了學科內容,重視以學科大概念為核心,使課程內容結構化,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.[1]《普通高中物理課程標準(2020年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)建議通過對物理概念和規律的逐步學習、系統反思和遷移應用,可促進學生的物質觀念、運動與相互作用觀念和能量觀念不斷發展,使其學會用這些觀念解釋自然現象,解決生產生活中的實際問題.[2]

如何將《課程方案》和《課程標準》提出的課程理念與教學方式變革舉措落實在教學與活動中,近年來,一線高中物理教師們嘗試大概念統領下的單元教學設計與實施研究,引發了概念與規律的深度學習,促進學生物理學科核心素養發展,對落實課程變革理念與路徑進行了有效的探索.本文結合《課程方案》和《課程標準》提出的內容結構化,以及物理教學方式變革建議,以高中物理學科中能量主題為例,嘗試對基于結構化主題的單元整體教學進行實踐與思考.

1 單元教學設計與實施的困境與對策

當一線高中物理教師將目標聚焦在大概念統領下的單元教學設計與實施時,大概念悄然成為單元教學深度研究的瓶頸.主要原因有三:一是大概念統攝的范圍從單元內容到學習領域,再到整個學科,一直延伸到哲學范疇,范圍之廣、層次之多,一線教師教學時難以把控;二是大概念統攝下的概念層級劃分混亂,甚至出現同一研究者在不同文章中劃分方式不同現象,一線教師難以操作;三是大概念價值立意之高,一線教師難以將課堂中的概念、方法和問題與之建立深度關聯,具體參見表1.

表1 一線教師對概念層級的劃分

解決這些問題筆者以為,首先,要明確大概念的統攝范圍,高中物理教師將大概念確定在高中物理學科內容之內較適宜.其次,以學科教學視角對大概念統攝下的概念層級劃分進行統一表述,如學科大概念、單元核心概念、課時核心概念、一般概念、事實與現象,目的是既便于一線教師在教學過程中深度追蹤概念理解發展情況,也方便研究者們進行深度對話與研討.第三,建立一般概念統攝事實與現象、課時核心概念統攝一般概念、單元核心概念統攝課時核心概念、學科核心概念統攝單元核心概念層級結構,為探索課堂中的概念與學科大概念建立深度關聯提供實踐路徑.

2 學科大概念統領下的結構化主題設計流程

在物理教學實踐過程中,筆者嘗試以物理教材原有單元為基本單位統整結構化學習主題,從結構化主題內容中提煉大概念與相關核心概念,統整具有相同物理本質的概念與規律內容,構建系列學習單元;通過整體分析學習內容與學生的學習情況,確定指向核心素養的概念與規律達成目標;以單元中的關鍵內容設計主問題,圍繞主問題設計與實施體現概念與規律進階、遷移與應用的學習活動,借助概念發展層級進行系統評估與反思.圖1是能量主題結構化教學設計流程.

圖1 能量主題結構化教學設計流程

3 結構化主題的單元整體教學設計

3.1 選定主題,梳理結構化的知識層級

為了實現逐步學習各種形式能量,促進學生能量觀念不斷發展,筆者首先以能量觀念自上而下統整高中物理教材中相關內容,形成能量主題內容,在此基礎上,對其進行整體結構分析,提煉能統攝單元與課時內容的核心概念,圍繞核心概念進階、遷移與應用目標進行單元整體教學設計.圖2呈現的是能量主題知識內容與層級劃分,為單元系列劃分和課時教學設計提供支持.

圖2 能量主題知識與概念層級結構

依據能量主題的知識層級結構,我們將物理教材內容單元統整后劃分為機械能單元、內能單元、電勢能單元、電能單元、核能單元以及交叉單元(摩擦生熱與電熱交叉)等.對于每個單元,我們提煉出本質相同的各層級核心概念,為提煉能夠統領這些核心概念的大概念提供基礎.例如,通過對各種能量形式及其對應的力做功的本質探究與歸納,提煉功能關系單元大概念,將功能關系置于大情境、大活動、主要問題解決過程中遷移與應用、理解與反思,逐步從能量變化過程中形成能量觀念.

3.2 提煉核心概念,統構系列單元內容

依據能量主題的知識層級結構,重新構建單元學習內容,既能保證教學目標始終指向學科大概念,又容易設計每個單元的課內教學活動和課外項目式創新活動.便于設計每個課時學生應該達到的核心概念理解,以及每個項目需要達成的理解深度,實現從學生前概念、到一般概念、到課時核心概念、到單元核心概念、再到學科大概念全程貫通,形成形式分離、本質統領的結構化教學單元系列.表2是單元系列中機械能單元概念貫通設計.

表2 機械能單元概念設計

為了實現核心概念進階目標,我們將按照傳統的課時分段實施課內教學活動,在課后安排項目學習來深化核心概念理解,具體主題、時長、時段、成果展示與交流活動,將根據學生的學習進度和概念進階程度進行及時跟進.例如,我們將安排制作悠悠球項目活動,主要深度理解功、動能、重力勢能和功能關系,這將在學習本單元內容之后的節假日進行;我們還將舉辦為?；@球隊同學設計一款助彈鞋項目活動,主要深度理解動能、重力勢能和彈性勢能,在能量轉化或轉移過程中逐步形成能量守恒觀念,主要安排在學完機械能單元內容后的暑期進行.

3.3 提取單元主要問題,設計概念進階活動與路徑

表3以機械能單元為例,呈現了單元主要活動與概念進階路徑.具體第1課時建構功和功率概念,從位移、時間和力等概念出發設計活動.第2課時建構重力做功和重力勢能概念,從位移、重力和功等概念出發設計活動.第3課時建構動能、合力做功和動能定理概念,從速度、質量、運動學規律、牛頓第二定律和功等概念出發設計活動.第4課時建構各力做功關系、機械能守恒概念,從動能、重力勢能和彈性勢能等概念出發設計活動.

表3 機械能單元學習活動與概念進階路徑

3.4 優化評估指標,揭示概念本質

概念理解表現是指學生在學習具體概念時所表現出對概念本質的理解行為.在傳統教學中,教師通常會將自己事先準備好的概念理解講述給學生聽,并觀察學生的反應或直接詢問學生是否理解,這導致學生缺乏充分展示和建構自己概念理解的機會,使得概念學習僅停留在淺層階段.為了解決這個問題,我們需要在教學過程中根據概念進階設計活動,讓學生充分展示理解,并針對學生的實際理解表現進行反思和調整.

郭玉英研究團隊提出的科學概念理解五層發展模型為概念進階評估提供了技術支撐.[10]筆者針對重力勢能概念的本質建構過程,優化了概念理解五層發展的評估指標,設計了一系列概念理解活動.表4是基于五層級評估指標的重力勢能概念理解活動.

表4 重力勢能概念理解活動

其中,經驗層級是學習重力勢能概念前學生能從情境中提取的高度與高度差關系,映射與關聯層級是學生定性建構重力勢能、重力做功以及之間關系的具體活動與表現,系統層級是學生定量建構重力勢能、重力做功以及之間關系的具體活動與表現,整合層級需要經歷整個單元系列學習過程逐步形成的概念理解發展目標.

4 結語

高中物理能量主題中涉及對具體能量形式本質的理解、能量轉移與轉化規律探索,需要學生基于本質理解建立概念與探尋概念之間的規律.本文基于深度學習理念指導下對能量主題進行單元整體教學設計,是一次高中物理學科范圍內的理論與實踐結合探討.設計時采用自上而下的路徑來最大程度保障學科大概念的統攝性效能;實踐時讓學生經歷自下而上逐步學習、不斷反思與遷移應用過程,逐步形成能量觀念.