物理學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的單元教學(xué)設(shè)計探索

王丹　史紅姝

摘 要：以單元教學(xué)設(shè)計思路為前提，思考知識結(jié)構(gòu)間的聯(lián)系，闡述單元化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計以及教學(xué)結(jié)構(gòu)優(yōu)化.以“交變電流”為例設(shè)計單元教學(xué)，從遠(yuǎn)距離輸電中發(fā)現(xiàn)的問題為著手點，設(shè)置單元核心任務(wù)，開展實驗方案設(shè)計，構(gòu)建能量觀念，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)推理論證，激發(fā)社會責(zé)任感，促進(jìn)學(xué)生對電磁感應(yīng)本質(zhì)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：物理核心素養(yǎng);單元教學(xué)設(shè)計;交變電流

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）23-0040-03

發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)已成為當(dāng)下課程改革的共識，單元教學(xué)設(shè)計是發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑.在單元教學(xué)中注重課程創(chuàng)設(shè)的大情境，從實際問題入手，思考如何建立知識系統(tǒng)的思維過程.本文討論以“交變電流”單元教學(xué)為例.

1 單元教學(xué)設(shè)計指導(dǎo)思想

單元教學(xué)設(shè)計整合碎片化的知識點，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，能夠?qū)χR結(jié)構(gòu)有系統(tǒng)的規(guī)劃和認(rèn)識[1].教師圍繞單元的核心任務(wù)組織教學(xué)，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行物理概念、規(guī)律、原理等理論的學(xué)習(xí)，統(tǒng)攬全局，有序開展教學(xué)活動.

2 單元教學(xué)內(nèi)容分析

從知識構(gòu)成方面分析，“交變電流”是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的延續(xù)和發(fā)展，又是電磁感應(yīng)理論的具體應(yīng)用.圖1呈現(xiàn)的是知識結(jié)構(gòu)框架圖.電磁感應(yīng)是產(chǎn)生交變電流的原因，本章圍繞交變電流、電磁感應(yīng)等物理觀念展開，學(xué)習(xí)交流電的特征，建構(gòu)理想模型，以實際情景分析為大背景[2]，思考知識的前后聯(lián)系，重新組建教學(xué)過程.

交變電流作為獨立單元，依托實際情境為主線貫穿全章，設(shè)置單元學(xué)習(xí)任務(wù)，建構(gòu)理想變壓器的模型，掌握變壓器各物理量之間的規(guī)律，應(yīng)用變壓器、認(rèn)識交流電又是完成單元核心任務(wù)的必備基礎(chǔ).教師在教材提供的實驗基礎(chǔ)上，改進(jìn)實驗裝置，注重實驗任務(wù)的設(shè)計和階梯性問題的引導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生通過理論分析和實驗探究，最終達(dá)成課程的學(xué)習(xí)目標(biāo).圖2為單元教學(xué)設(shè)計思路圖.

3 學(xué)習(xí)目標(biāo)的制定

課堂上注重對物理觀念、科學(xué)思維的滲透，讓學(xué)生在科學(xué)探究過程中體會到科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感.本單元從生產(chǎn)生活用電遇到的問題入手，以實際情景為主線，結(jié)合相關(guān)知識和學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展要求，制定單元教學(xué)目標(biāo)：

（1）完善物理觀念及能量觀念.學(xué)習(xí)交流電的特征，知道遠(yuǎn)距離輸電的優(yōu)點和電能傳輸過程;圍繞單元核心任務(wù)做好基礎(chǔ)知識的鋪墊.

（2）完成模型建構(gòu).通過實踐調(diào)查和實驗探究，總結(jié)歸納變壓器的原理、特征;完成交流發(fā)電機(jī)、理想變壓器、遠(yuǎn)距離輸電電路圖的模型建構(gòu).

（3）能夠依據(jù)交變電流原理與變壓器解決生活中的實際問題.鞏固對變壓器的應(yīng)用，體會交變電流與電磁感應(yīng)在知識結(jié)構(gòu)的關(guān)系.

（4）培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，激發(fā)社會責(zé)任感.會理論分析遠(yuǎn)距離輸電中高壓輸電的合理性和實驗驗證其可行性.

4 學(xué)情分析

4.1 學(xué)習(xí)基礎(chǔ)分析

學(xué)生在初中階段對交變電流有初步的認(rèn)識，通過前面電磁感應(yīng)現(xiàn)象的學(xué)習(xí)，可以更好地理解交變電流產(chǎn)生的原因和變壓器的工作原理.實驗現(xiàn)象和生活情境相對比，學(xué)生更容易從生活經(jīng)驗中抽象出理想化模型，要求學(xué)生具備分析實驗數(shù)據(jù)、歸納總結(jié)的能力.

4.2 學(xué)習(xí)困難分析

（1）初中階段學(xué)生初步學(xué)習(xí)了變壓器外形、用途，高中階段要求從認(rèn)識一般的變壓器中抽象出理想變壓器模型，懂得升高電壓可以減小電壓損失的原因，并能應(yīng)用其解決實際問題，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的演繹推理和歸納總結(jié)的能力、實驗操作能力.

（2）設(shè)置單元學(xué)習(xí)任務(wù)，進(jìn)行實驗方案的設(shè)計、實驗探究，對學(xué)生的理解能力、分析綜合能力要求較高.實驗探究過程對學(xué)生是思維上的擴(kuò)展，要求學(xué)生具備探索精神、質(zhì)疑和創(chuàng)新的能力.師生互動，合理引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，不流于形式，從而提高學(xué)習(xí)能力.

5 單元學(xué)習(xí)過程設(shè)計

本單元學(xué)習(xí)過程可分為四個層級：一是認(rèn)識交變電流，了解交變電流和直流電各自優(yōu)勢;二是從公式計算和圖像分析兩方面進(jìn)一步描述交變電流;三是認(rèn)識變壓器，它是電磁感應(yīng)定律的實際應(yīng)用;四是本章的核心任務(wù)——探究遠(yuǎn)距離輸電節(jié)能的方案.四個學(xué)習(xí)層級相輔相成，前三個層級內(nèi)容搭建知識基礎(chǔ)，第四個層級創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生理論與實踐相結(jié)合，促進(jìn)知識的理解，強(qiáng)化學(xué)科素養(yǎng)的形成.表1為交變電流單元的學(xué)習(xí)過程設(shè)計.

6 主要教學(xué)活動設(shè)計

以層級4中探究任務(wù)——如何減小遠(yuǎn)距離輸電電能損耗為核心任務(wù)，設(shè)計以下教學(xué)活動.

環(huán)節(jié)一：引入實際情境，發(fā)現(xiàn)問題;理論分析與實驗現(xiàn)象對比，初步分析電壓損失的影響因素.

通過新聞視頻，展現(xiàn)某山區(qū)居民用電過程中出現(xiàn)的實際問題：用電高峰時家用電器因電壓不足而損壞、電燈的亮度明顯變暗等.

設(shè)計意圖：激發(fā)學(xué)生的好奇心，使其投入到課堂的討論和學(xué)習(xí)中.請學(xué)生完成以下學(xué)習(xí)任務(wù).

任務(wù)一：（1）根據(jù)實際情況估算導(dǎo)線上電阻的大小，對比不同導(dǎo)線上損失電能的情況;（2）結(jié)合生活實際，分析電能損失原因.

任務(wù)二：學(xué)生分組實驗，體會導(dǎo)線電阻損失的電壓所產(chǎn)生的影響.

通過任務(wù)設(shè)置，把理論分析與實驗觀察的現(xiàn)象進(jìn)行對比;通過實驗?zāi)M實際情境，簡化問題，突出主要矛盾.在此教學(xué)環(huán)節(jié)中運用了分析和綜合的思維方法.

環(huán)節(jié)二：設(shè)計實驗方案，探究減小遠(yuǎn)距離輸電電能損失的方法.

通過實驗現(xiàn)象找出矛盾點，提升學(xué)生對實驗電路定性分析的能力.設(shè)計過程如圖3所示.

此環(huán)節(jié)讓學(xué)生經(jīng)歷演繹推理、歸納推理的科學(xué)過程，實驗中相互質(zhì)疑、改進(jìn)方法、相互討論、合作探究，促進(jìn)質(zhì)疑和創(chuàng)新思維的生成.圖4～圖6為思維進(jìn)階過程中的輸電線路圖.

環(huán)節(jié)三：實驗驗證電路合理性.

分組實驗討論，觀察現(xiàn)象，電壓表示數(shù)變化微小.表2與表3為改進(jìn)前后的實驗數(shù)據(jù)對比.實驗驗證成功，學(xué)生們非常興奮，鼓掌歡呼，課堂效果極好.

實驗中，學(xué)生探究電路中電流、電壓、功率之間的關(guān)系，屬于歸納、推理的過程.以實驗現(xiàn)象為依據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題、改進(jìn)實驗、實驗驗證，直到達(dá)成目標(biāo)，屬于科學(xué)論證.

7 單元學(xué)習(xí)評價設(shè)計

單元教學(xué)評價可以圍繞單元核心概念及學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，分為課時評價、層級評價、單元評價.本單元實踐性活動和開放性作業(yè)較多，所以層級評價更為適合.下面以層級4為例說明.

例：通過小組的實踐調(diào)查，設(shè)計實驗方案，匯報并交流如何實現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸電節(jié)能？

要求：

（1）在實踐調(diào)查中，調(diào)查的主要問題有哪些？建議匯總1～3個問題，確定調(diào)查的主題，進(jìn)行第一次小組匯報.

（2）在調(diào)查中遇到了哪些知識上、技術(shù)上的困難，是如何解決的？（可以展示查找資料;也可以錄制采訪視頻，PPT講解.）

（3）在探究遠(yuǎn)距離輸電節(jié)能的過程中，設(shè)計一份實驗報告，寫出實驗設(shè)計方案，記錄實驗步驟以及改進(jìn)原因，并通過實驗數(shù)據(jù)的推理得到哪些結(jié)論？完善實驗報告并進(jìn)行第二次小組匯報.

以上任務(wù)形成統(tǒng)一材料，為期兩周，學(xué)習(xí)結(jié)束學(xué)生以小組為單位提交，教師對學(xué)生每次作業(yè)評價并記錄在學(xué)習(xí)檔案中，作為學(xué)習(xí)評價的一部分.

在這一單元教學(xué)中，注重任務(wù)設(shè)置，用大任務(wù)的形式串聯(lián)起單元知識的聯(lián)系與學(xué)習(xí)，形成結(jié)構(gòu)化知識體系.有利于學(xué)生對知識的理解，減輕記憶負(fù)擔(dān)，從而為學(xué)生的思維活躍釋放空間，有利于促進(jìn)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，突出少而精的核心概念課程.

參考文獻(xiàn)：

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[4] 盧明，崔允漷.學(xué)科核心素養(yǎng)呼喚單元教學(xué)[J].課程教材教學(xué)研究（教育研究），2020（Z3）：58.

（收稿日期：2021-10-14）

基金項目：北京市物理學(xué)會2020-2021年度“學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的單元教學(xué)設(shè)計探索與實踐研究”（項目編號：WLXH202078）.

作者簡介：王丹（1978-），女，黑龍江哈爾濱人，碩士，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué);

史紅姝（1978-），女，黑龍江人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué).