國內(nèi)中學(xué)物理單元教學(xué)設(shè)計研究現(xiàn)狀及展望

黃澤璇 張軍朋

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

隨著我國課程改革的推進(jìn)，課程教育的目標(biāo)逐漸從知識技能的養(yǎng)成轉(zhuǎn)變?yōu)楹诵乃仞B(yǎng)的培育.而核心素養(yǎng)的培養(yǎng)需要較大的主題、項目或任務(wù)才有可能承載[1], 以往聚焦碎片化知識點的課堂教學(xué)難以與核心素養(yǎng)建立關(guān)聯(lián).因此課堂教學(xué)中需要教師從更上位的角度統(tǒng)攝教學(xué)內(nèi)容.在此背景下，“核心素養(yǎng)—課程標(biāo)準(zhǔn)(學(xué)科素養(yǎng)/跨學(xué)科素養(yǎng))—單元設(shè)計—課時計劃”成為課程發(fā)展與教學(xué)實踐中環(huán)環(huán)相扣的鏈環(huán)[2].然而在應(yīng)試教育的大環(huán)境下，我國課堂教學(xué)普遍存在聚焦碎片化知識點的課時主義現(xiàn)象，導(dǎo)致課堂教學(xué)出現(xiàn)“只見樹木不見森林”的困境，不利于學(xué)生核心素養(yǎng)的培育.

針對這一現(xiàn)狀，國內(nèi)研究者從單元的內(nèi)涵、單元設(shè)計模式和策略、單元內(nèi)容的建構(gòu)、單元目標(biāo)的確定、單元學(xué)習(xí)過程的設(shè)計等方面出發(fā)，對物理單元教學(xué)設(shè)計進(jìn)行了一系列研究.

1 單元的內(nèi)涵

什么是單元？單元的內(nèi)涵是什么？這兩個問題是進(jìn)行單元設(shè)計前需要回答的首要問題.鐘啟泉在2015-2016年發(fā)表的系列文章中對單元進(jìn)行了界定[3,4]：“單元”是基于一定的目標(biāo)與主題所構(gòu)成的教材與經(jīng)驗的模塊.張玉峰(2020)指出單元是教材單元與經(jīng)驗單元的整合[5]，具體單元的大小(由多少節(jié)課組成)需要綜合考慮學(xué)生的實際情況與教學(xué)內(nèi)容的特點.而郭允漷 (2019)、許幫正(2019)等學(xué)者則從單元的性質(zhì)出發(fā)對單元進(jìn)行界定，認(rèn)為單元是一個有結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)單位和課程單位，指出單元是一個圍繞著目標(biāo)、內(nèi)容、實施與評價的“完整”的學(xué)習(xí)事件，有效的單元應(yīng)將學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)評價等要素規(guī)范組織起來，形成一個有結(jié)構(gòu)的整體[6,7].

從國內(nèi)研究者對單元的界定可看出，單元教學(xué)設(shè)計中的單元與傳統(tǒng)教材中的“單元”和“章”并不等同.單元不再是基于教材編排結(jié)構(gòu)組成的教學(xué)內(nèi)容，而是綜合教學(xué)內(nèi)容分析和學(xué)情分析的學(xué)習(xí)單位.單元設(shè)計對學(xué)生學(xué)習(xí)的關(guān)注是“以學(xué)生為主體”的課程理念的體現(xiàn).

2 單元設(shè)計的模式及策略

2.1 單元設(shè)計的模式

明確了單元的內(nèi)涵之后，需要教師思考如何對單元進(jìn)行整體有序的規(guī)劃.國內(nèi)研究者紛紛開始關(guān)注國際科學(xué)教育界相關(guān)的單元設(shè)計模式.當(dāng)前單元設(shè)計的模式主要有兩種，一是教育技術(shù)學(xué)的思路，由“三設(shè)問”：到哪里去？如何實現(xiàn)目標(biāo)？怎樣才算實現(xiàn)了目標(biāo)？進(jìn)而引出單元設(shè)計的“三重心”：目標(biāo)的設(shè)計、教學(xué)的設(shè)計和評價的設(shè)計[2].二是建構(gòu)主義學(xué)習(xí)的思路，強(qiáng)調(diào)“學(xué)習(xí)”的設(shè)計而不是教師“講授”的內(nèi)容[8].從這兩種思路出發(fā)，研究者開發(fā)了一系列單元設(shè)計模式.

(1)“ADDIE”模式

如圖1所示， “ADDIE”模式的主要步驟為：

①分析學(xué)習(xí)者特征和教學(xué)內(nèi)容等要素，闡明單元教學(xué)目標(biāo)；

②設(shè)計學(xué)習(xí)方式、教學(xué)策略及活動等形成單元計劃；

③開發(fā)教材及教學(xué)資源，構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境；

④根據(jù)設(shè)計方案實施教學(xué)實踐；

⑤對教學(xué)實踐進(jìn)行反饋.

圖1 “ADDIE模型”結(jié)構(gòu)示意圖

(2)“UbD”模式

“UbD”(Understanding by Design)模式主要由3個階段構(gòu)成，如圖2所示.與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計相比，該模式從終點——想要的結(jié)果出發(fā)，強(qiáng)調(diào)以清晰的學(xué)習(xí)目標(biāo)為起點，并將評價置于教學(xué)活動設(shè)計之前，指向促進(jìn)目標(biāo)的達(dá)成.

圖2 “UbD”模式設(shè)計流程圖

(3)科學(xué)—寫作啟發(fā)模式

在國際教育領(lǐng)域，科學(xué)—寫作啟發(fā)式教學(xué)是教師培訓(xùn)的重要內(nèi)容[9]，主要由3個與大概念息息相關(guān)的階段組成：單元設(shè)計階段、論證階段、寫作總結(jié)階段.在單元設(shè)計階段，教師需要圍繞單元的相關(guān)概念從圖3所示的3個步驟出發(fā)對單元進(jìn)行整體規(guī)劃.

圖3 科學(xué)—寫作啟發(fā)模式單元設(shè)計步驟

(4)PBL項目式學(xué)習(xí)模式

項目式學(xué)習(xí)(Project-based learning)的基本流程為“主題—探究—表達(dá)”.該模式從學(xué)生的已有經(jīng)驗出發(fā)，圍繞特色項目任務(wù)的開展或項目產(chǎn)品的制作，使學(xué)生在具體的情景和活動中通過自己或合作來解決切身需要解決的問題，在完成項目的過程中提升自主學(xué)習(xí)及問題解決能力[10].當(dāng)前國內(nèi)主要針對初中物理開展項目式單元的實踐，具體案例有“光現(xiàn)象”和浮力[10,11].

2.2 單元設(shè)計策略

除了引進(jìn)國際科學(xué)教育領(lǐng)域成熟的單元設(shè)計模式，國內(nèi)研究者還從教學(xué)實踐出發(fā)，提出單元設(shè)計的相關(guān)策略.姚建明(2018)提出以“學(xué)科+”形式進(jìn)行單元設(shè)計的策略[12]，即在單元設(shè)計中增加綜合實踐活動、研究性學(xué)習(xí)等模塊， 以豐富物理教學(xué)內(nèi)涵；馮爽(2020)提出通過融入、裁剪物理學(xué)史進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計的策略，引導(dǎo)學(xué)生在真實的研究背景下經(jīng)歷提出概念、實驗探究等一系列過程，真正懂得概念建立的背景、典型的思維方式[13]；張玉峰(2020)從幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)化知識體系的視角出發(fā)，提出以大概念、大思路、大情境和大問題統(tǒng)領(lǐng)物理單元教學(xué)設(shè)計的策略，以系統(tǒng)規(guī)劃學(xué)生核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力的發(fā)展藍(lán)圖[5].

3 單元內(nèi)容的建構(gòu)

單元設(shè)計的模式與策略主要是從總體上把握單元的設(shè)計路徑，對于如何進(jìn)行具體的單元設(shè)計實踐，國內(nèi)學(xué)者也有了一定的研究.首先，如何劃分和確定一個單元是單元設(shè)計的首要任務(wù)也是關(guān)鍵的技術(shù).當(dāng)前學(xué)者對單元內(nèi)容構(gòu)建的研究主要分為以下3類：

(1)依據(jù)學(xué)科知識體系構(gòu)建單元

這種單元建構(gòu)的方式主要是聚焦教材章節(jié)知識的內(nèi)在邏輯關(guān)系，將教材中的單獨一章或幾章構(gòu)成一個較為完整的學(xué)習(xí)主題[14]，目的在于使學(xué)生形成完整的學(xué)科知識體系.

(2)依據(jù)大概念/大觀念構(gòu)建單元

在國際科學(xué)教育領(lǐng)域，哈倫(Harlen.W)等人提出的大概念對科學(xué)教育界有較大的影響.大概念(big ideas)也被譯作核心概念、大觀念、核心觀念等，是指能夠反映學(xué)科本質(zhì)，居于學(xué)科中心地位，具有廣泛適用性和解釋力的原理、思想和方法[15]. 近幾年國內(nèi)學(xué)者紛紛將圍繞大概念構(gòu)建單元的思想引入物理教育，成為單元設(shè)計的發(fā)展趨勢.

(3)以項目為主線進(jìn)行單元的建構(gòu)

這種單元建構(gòu)的方式圍繞特定項目的開展，將學(xué)生完成這一項目所需要學(xué)習(xí)的知識內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)的串聯(lián).任曄(2019)以“設(shè)計和制作一個模擬的調(diào)光燈”為項目，將 “電阻”“變阻器”“歐姆定律及其應(yīng)用”建構(gòu)為一個單元[16].通過具體項目來統(tǒng)整單元內(nèi)容有利于學(xué)生在解決切身問題的基礎(chǔ)上自主建構(gòu)知識，凸顯了學(xué)生的主體地位.

綜合當(dāng)前單元建構(gòu)的幾種方式，以教材知識結(jié)構(gòu)為中心的單元主要是從學(xué)科自身的邏輯結(jié)構(gòu)出發(fā)，難以全面反映學(xué)生學(xué)習(xí)的完整性和全面性，容易出現(xiàn)知識的被動接受；以大概念為中心建構(gòu)教學(xué)單元有利于揭示知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)化的知識體系；而以項目為主線建構(gòu)單元能夠促進(jìn)學(xué)生在需要解決切身問題的基礎(chǔ)上主動建構(gòu)自身知識體系；因而圍繞大概念或大項目建構(gòu)單元逐漸成為單元設(shè)計的發(fā)展趨勢.

4 單元目標(biāo)的確定

構(gòu)建了單元的具體學(xué)習(xí)內(nèi)容后，應(yīng)思考學(xué)生學(xué)習(xí)所確定的單元內(nèi)容后應(yīng)該達(dá)到什么目標(biāo)，也即單元目標(biāo)的確定.當(dāng)前國內(nèi)單元目標(biāo)的來源可大致分為直接來源與間接來源兩種.直接來源指的是《課程標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)條目，現(xiàn)有單元教學(xué)案例大多從核心素養(yǎng)的相關(guān)要求出發(fā)設(shè)計單元目標(biāo)，例如以形成物理觀念為目標(biāo)的單元設(shè)計案例“機(jī)械能守恒定律”[17]，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維為目標(biāo)的初中單元設(shè)計案例“光單元”等[18].

此外，教材內(nèi)容分析、學(xué)情分析和教師教學(xué)經(jīng)驗等也是確定單元教學(xué)目標(biāo)的重要參考，是單元目標(biāo)的主要間接來源.在單元設(shè)計實踐時，學(xué)者大多綜合各個維度確定單元學(xué)習(xí)目標(biāo)，當(dāng)前被廣泛采納的單元目標(biāo)的設(shè)計流程如圖4所示[19].

圖4 單元學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計流程圖

5 單元學(xué)習(xí)過程的設(shè)計

單元目標(biāo)的實際落地需要依托相應(yīng)的學(xué)習(xí)活動，因此單元學(xué)習(xí)過程的開發(fā)與設(shè)計也是單元設(shè)計的研究重點.當(dāng)前國內(nèi)針對單元學(xué)習(xí)過程應(yīng)如何進(jìn)行設(shè)計的研究主要有兩種思路：

(1)基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的單元學(xué)習(xí)過程設(shè)計

丁煥平等人(2020)基于單元目標(biāo)劃分學(xué)習(xí)過程進(jìn)階層級，在各層級中安排學(xué)習(xí)內(nèi)容、設(shè)置問題情境并設(shè)計學(xué)習(xí)方式[20].張玉峰(2020)基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論[21]，建構(gòu)單元學(xué)習(xí)過程的具體操作步驟，如圖5所示.

圖5 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的單元學(xué)習(xí)過程設(shè)計

(2)基于項目學(xué)習(xí)或問題解決的單元學(xué)習(xí)過程

建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)生學(xué)習(xí)的本質(zhì)是借助學(xué)習(xí)情境的幫助，實現(xiàn)學(xué)生對知識意義的主動建構(gòu).基于項目學(xué)習(xí)或問題解決設(shè)計單元學(xué)習(xí)的過程能促進(jìn)學(xué)生在真實的問題情境中自主探索與建構(gòu)知識、提升能力，因而圍繞項目學(xué)習(xí)或問題解決是設(shè)計單元學(xué)習(xí)過程的有效思路.圍繞特定項目設(shè)計學(xué)習(xí)過程，能使學(xué)生通過每一節(jié)課的學(xué)習(xí)解決項目中相應(yīng)的一個小問題，在問題解決的過程中自主建構(gòu)知識體系并提升關(guān)鍵能力.例如，吉臨榮(2019)通過3個項目活動出發(fā)對初中“初識家用電器和電路”單元進(jìn)行了較為系統(tǒng)的設(shè)計[22].

總的來看，基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的單元學(xué)習(xí)過程設(shè)計從學(xué)生視角出發(fā)規(guī)劃了單元學(xué)習(xí)的具體層級，有利于教師依據(jù)單元層級假設(shè)進(jìn)一步分解相關(guān)任務(wù)，并在課時教學(xué)中通過具體內(nèi)容逐步實現(xiàn)單元目標(biāo).基于項目式學(xué)習(xí)或問題解決的單元學(xué)習(xí)過程設(shè)計能激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，在任務(wù)導(dǎo)向下從局部突破走向問題的整體解決，這兩種設(shè)計思路雖有不同的側(cè)重點但均強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的認(rèn)知過程.

6 總結(jié)與展望

通過對國內(nèi)研究文獻(xiàn)的梳理與分析，可發(fā)現(xiàn)國內(nèi)學(xué)者對物理單元教學(xué)設(shè)計進(jìn)行了多維度的探討.但是當(dāng)前物理單元設(shè)計的研究仍處于起步階段，還有以下工作需要進(jìn)行深入的研究：

(1)構(gòu)建本土化的單元設(shè)計模式體系，提供單元設(shè)計各環(huán)節(jié)的具體操作方法，推進(jìn)單元設(shè)計在實際物理教學(xué)中落地.

從現(xiàn)有的文獻(xiàn)研究可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前單元設(shè)計的模式主要是對國外相關(guān)模式的直接引入，且在引入過程中一些相關(guān)術(shù)語尚未統(tǒng)一，如大概念、大觀念、核心概念、核心觀念等.另一方面，國內(nèi)學(xué)者提出的相關(guān)設(shè)計策略也未形成相應(yīng)的可操作性框架，結(jié)合我國教學(xué)實際情況的單元設(shè)計模式有待繼續(xù)深入探索.例如，在圍繞大概念和圍繞項目建構(gòu)單元的研究中，尚未明確回答以下問題：如何分析和挖掘出具體單元的大概念？如何確定恰當(dāng)?shù)膯卧诵娜蝿?wù)或單元項目？有哪些資源可以利用？深入探討單元設(shè)計的具體操作方法有利于單元設(shè)計理念在實際教學(xué)中更好地落地.

(2)致力于單元設(shè)計工具的開發(fā)與研究，加強(qiáng)單元設(shè)計的統(tǒng)整性.

單元的整合性需要相關(guān)技術(shù)的支撐，部分學(xué)者開始關(guān)注單元設(shè)計與教學(xué)媒體相結(jié)合的研究，當(dāng)前研究大多集中于幾何畫板、思維導(dǎo)圖等工具在單元設(shè)計上的應(yīng)用[23～25].但在單元設(shè)計的具體操作層面缺乏相應(yīng)工具的研發(fā)，特別是在單元評價層面，如何評價單元學(xué)習(xí)活動在多大程度上實現(xiàn)了單元目標(biāo)？如何開發(fā)統(tǒng)整性的單元評價任務(wù)？已有研究尚不能回答以上問題，需要在今后加強(qiáng)對單元設(shè)計工具的研發(fā)工作，以確保單元設(shè)計的統(tǒng)整性.

(3)拓寬單元設(shè)計的視野，全面落實育人目標(biāo).

當(dāng)前國內(nèi)對物理單元設(shè)計的研究主要聚焦本學(xué)科領(lǐng)域，對物理與其他學(xué)科融合的研究較為缺乏.突破學(xué)科界限的整合式單元設(shè)計可以促進(jìn)學(xué)生獲得可遷移的科學(xué)概念與深刻的理解力，全面提升科學(xué)素養(yǎng).學(xué)科融合視域下的單元設(shè)計也將是未來物理單元設(shè)計的發(fā)展趨勢.