核心素養(yǎng)視域下高中物理單元的教學(xué)設(shè)計(jì)
——以第三單元牛頓運(yùn)動(dòng)定律為例

■福建永安市第一中學(xué) 周 云

立足整體，有序設(shè)計(jì)單元教學(xué)，可突破傳統(tǒng)課時(shí)教學(xué)中碎片化設(shè)計(jì)局限，有效解決目前教學(xué)中存在的缺陷與不足，落實(shí)核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展。高中物理知識(shí)難度較大，單課時(shí)教學(xué)不利于學(xué)生建立整體化知識(shí)構(gòu)架。為在高中物理教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展，本文重點(diǎn)結(jié)合物理學(xué)科核心素養(yǎng)，提出高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)思路，并以牛頓運(yùn)動(dòng)定律這一單元為案例探討單元教學(xué)設(shè)計(jì)。近年來(lái)，物理學(xué)科教學(xué)改革持續(xù)推進(jìn)，但目前很多教育者依舊保持單一課時(shí)教學(xué)模式，各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)均基于單一課時(shí)進(jìn)行備課、聽課、上課、評(píng)課等，對(duì)課時(shí)之間的關(guān)聯(lián)有所忽視。為有效培養(yǎng)高中生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，需要教師立足整體層面統(tǒng)籌多個(gè)課時(shí)的教學(xué)目標(biāo)、活動(dòng)、內(nèi)容、評(píng)價(jià)、作業(yè)等，系統(tǒng)化的地組織單元教學(xué)活動(dòng)。

一、物理學(xué)科核心素養(yǎng)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包含四方面要素，即物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，四個(gè)要素保持著相互依存與共同發(fā)展的關(guān)系。物理學(xué)科核心要素彼此之間具有一定關(guān)聯(lián)性、整體性要求，物理教學(xué)中也要體現(xiàn)這一關(guān)聯(lián)性、整體性。在高中物理教學(xué)中，可圍繞一個(gè)大概念進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，立足學(xué)習(xí)進(jìn)階層面制訂教學(xué)計(jì)劃，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)全面發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要站在整體視角構(gòu)建結(jié)構(gòu)化教學(xué)模式，使學(xué)生保持進(jìn)階學(xué)習(xí)過(guò)程。相比傳統(tǒng)單一課時(shí)教學(xué)，從整體和單元角度出發(fā)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，更有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、高中物理教學(xué)存在的問(wèn)題

（一）教學(xué)模式單一

枯燥和單一是大部分學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的第一印象，而這個(gè)印象也正是來(lái)源于傳統(tǒng)的教學(xué)模式。由于應(yīng)試教育觀念的影響，大部分教師在教學(xué)過(guò)程中依然在采用灌輸式的教學(xué)方法，輔以大量的練習(xí)，讓學(xué)生強(qiáng)硬地加深印象。這種教學(xué)方法雖然直接簡(jiǎn)便，但效率極低，也很容易拉開學(xué)生之間的差距，進(jìn)而造成教育不平衡的情況，而且灌輸式的學(xué)習(xí)方法將大量的時(shí)間利用到練習(xí)和復(fù)習(xí)中，因此也造成了大量時(shí)間的浪費(fèi)。物理知識(shí)來(lái)源于生活，抽象的教學(xué)模式不僅無(wú)法讓知識(shí)和生活相連，大量的公式記憶也不利于學(xué)生提起對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣，因此改變物理教學(xué)模式是當(dāng)前高中物理教學(xué)的改革重點(diǎn)之一。

（二）缺乏實(shí)踐教學(xué)

物理知識(shí)來(lái)源于生活，直觀的知識(shí)以及實(shí)驗(yàn)更容易讓學(xué)生提起對(duì)物理的研究興趣。但是由于課時(shí)緊張，加上部分學(xué)校的實(shí)驗(yàn)器材緊張，大部分教師很少安排實(shí)驗(yàn)課，即使有實(shí)驗(yàn)課，也以物理實(shí)驗(yàn)考試的操作練習(xí)為主，學(xué)生難以直觀體會(huì)到物理知識(shí)的應(yīng)用。而且大部分教師在教學(xué)中并沒有和實(shí)際生活進(jìn)行關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法有效理解物理知識(shí)和公式背后的內(nèi)涵，只能進(jìn)行死記硬背，這不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的消化和應(yīng)用。這種教學(xué)方法雖然能讓學(xué)生應(yīng)付簡(jiǎn)單的考試問(wèn)題，但在遇到復(fù)雜問(wèn)題和實(shí)際應(yīng)用中則會(huì)經(jīng)常碰壁，也不利于學(xué)生物理能力的發(fā)展。

三、高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)思路

在高中物理教學(xué)中進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)，并非單一傳授知識(shí)點(diǎn)或安排技能訓(xùn)練，而是授課教師以學(xué)科素養(yǎng)為基礎(chǔ)，思考并探索怎樣圍繞一個(gè)主題和目標(biāo)組織知識(shí)探究活動(dòng)，最終提升教學(xué)有效性。因此，單元教學(xué)以學(xué)科核心素養(yǎng)為基礎(chǔ)，是整體中獨(dú)立存在而又自成體系的單元組成。在實(shí)現(xiàn)課時(shí)目標(biāo)、課程目標(biāo)過(guò)程中，單元教學(xué)設(shè)計(jì)屬于重要手段和方式，是為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)并基于一定主題和目標(biāo)開展的探究活動(dòng)與思維體驗(yàn)。單元教學(xué)主要目的是使學(xué)生突破原本零散分布的知識(shí)拼盤，結(jié)合整體思維打造系統(tǒng)化、完整的學(xué)科知識(shí)體系，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生增強(qiáng)思維能力、學(xué)習(xí)能力，養(yǎng)成優(yōu)良的學(xué)習(xí)習(xí)慣。在高中物理教學(xué)期間進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)，可結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)充分體現(xiàn)單元設(shè)計(jì)的邏輯性、系統(tǒng)性、整體性優(yōu)勢(shì)，基于核心素養(yǎng)視角確定單元教學(xué)設(shè)計(jì)思路，結(jié)合教學(xué)任務(wù)分析明確單元教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重點(diǎn)，組織教學(xué)活動(dòng)，通過(guò)作業(yè)引導(dǎo)以及學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)鞏固教學(xué)成果。

四、“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”單元教學(xué)設(shè)計(jì)案例

（一）教學(xué)任務(wù)

牛頓運(yùn)動(dòng)定律這一單元需重點(diǎn)學(xué)習(xí)慣性、受力分析、直線運(yùn)動(dòng)、力的合成與分解等物理知識(shí)，這期間需要用到三角函數(shù)等數(shù)學(xué)知識(shí)。此單元關(guān)鍵內(nèi)容是牛頓第二定律，牛頓第二定律對(duì)加速度和其所受外力之間關(guān)系做出了定量、詳細(xì)的回答，闡釋了加速度和物體自身慣性以及質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)，所以牛頓運(yùn)動(dòng)定律在牛頓物理學(xué)中屬于核心內(nèi)容，該內(nèi)容也是單元教學(xué)中的一大重點(diǎn)。高中生已經(jīng)積累了一些和力、運(yùn)動(dòng)有關(guān)的生活經(jīng)驗(yàn)，并且在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)牛頓運(yùn)動(dòng)定律基礎(chǔ)性知識(shí)，不過(guò)相關(guān)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)大多較為感性、定性，需要在本單元教學(xué)期間重點(diǎn)加強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、歸納能力、動(dòng)手操作能力，還要著重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)方法，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)提升。教師在結(jié)合牛頓第二定律相關(guān)內(nèi)容展開教學(xué)設(shè)計(jì)期間，要考慮學(xué)生既有基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)證相關(guān)知識(shí)理論，積極、自覺地參與到實(shí)踐環(huán)節(jié)，在問(wèn)題探究過(guò)程中感受學(xué)習(xí)的樂趣，逐漸養(yǎng)成優(yōu)良的學(xué)習(xí)意識(shí)和習(xí)慣，最終培育良好的學(xué)習(xí)能力。在本單元設(shè)計(jì)中可分為8 課時(shí)，在第1 課時(shí)對(duì)“牛頓第一定律—慣性”相關(guān)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，之后兩個(gè)課時(shí)重點(diǎn)對(duì)“牛頓第二定律”相關(guān)知識(shí)進(jìn)行教學(xué)，然后單獨(dú)安排一個(gè)課時(shí)對(duì)“牛頓第三定律”相關(guān)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，進(jìn)而安排兩個(gè)課時(shí)對(duì)“牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用”相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，再單獨(dú)設(shè)置一個(gè)課時(shí)進(jìn)行“從牛頓到愛因斯坦”相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，最后一個(gè)課時(shí)組織學(xué)生單元復(fù)習(xí)。

（二）教學(xué)目標(biāo)

本單元教學(xué)目標(biāo)主要有4 個(gè)：①使學(xué)生對(duì)牛頓第一定律有深刻理解，通過(guò)參與實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到理想實(shí)驗(yàn)屬于一種科學(xué)思維方法；②通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生感受實(shí)驗(yàn)探究帶來(lái)的成就和喜悅，學(xué)習(xí)并掌握科學(xué)的探究方法，了解交流合作的重要性；③深刻理解并正確掌握牛頓第二定律、第三定律；④掌握國(guó)際單位制，感受科學(xué)家對(duì)物理領(lǐng)域做出的貢獻(xiàn)，并明白經(jīng)典力學(xué)存在一定局限。

（三）教學(xué)重點(diǎn)

本單元重點(diǎn)為牛頓第二定律，需要通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)掌握加速度和力之間所保持的關(guān)系，使學(xué)生明白加速度和質(zhì)量所保持的定量關(guān)系，并可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)有關(guān)規(guī)律，結(jié)合所學(xué)牛頓第二定律對(duì)部分實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行有效解決。

（四）教學(xué)活動(dòng)

本文在單元教學(xué)活動(dòng)探討中，主要以牛頓第二定律這一重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容為例介紹重點(diǎn)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)。此內(nèi)容教學(xué)期間，主要通過(guò)DIS 對(duì)加速度和力之間保持的關(guān)系以及加速度和質(zhì)量保持的定量關(guān)系進(jìn)行探究。教學(xué)過(guò)程中，主要通過(guò)探究教學(xué)法、情景教學(xué)法、小組合作教學(xué)法等組織教學(xué)。首先進(jìn)行情景導(dǎo)入，結(jié)合所創(chuàng)情景提出質(zhì)疑；其次組織學(xué)生探究互動(dòng)、總結(jié)運(yùn)動(dòng)規(guī)律；最后歸納總結(jié)，將相關(guān)知識(shí)應(yīng)用在實(shí)踐中。在教學(xué)之初，教師先創(chuàng)設(shè)情境：將小車放在特制的水平導(dǎo)軌上，并拋出問(wèn)題：小車在水平導(dǎo)軌上保持什么狀態(tài)？怎樣可以讓小車在水平面上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變？在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生快慢變化時(shí)可運(yùn)用什么物理量進(jìn)行描述？之后引導(dǎo)學(xué)生思考并發(fā)言。教師再次加工情景：分別將有兩個(gè)鉤碼和四個(gè)鉤碼拉著的兩輛小車放在特制的水平導(dǎo)軌上，再次拋出問(wèn)題：若在同一個(gè)地點(diǎn)、同一時(shí)間釋放兩輛小車a誰(shuí)較大？a和什么物理量可能相關(guān)？物體a和m、F保持怎樣關(guān)系？這兩輛小車都保持多大的加速度？學(xué)生結(jié)合教師提問(wèn)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行觀察，并對(duì)問(wèn)題做出猜測(cè)，分享猜測(cè)依據(jù)，回顧原有知識(shí)。

之后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)，再次觀察現(xiàn)象，調(diào)動(dòng)學(xué)生認(rèn)知沖突。這一設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣，可通過(guò)對(duì)話引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“力和運(yùn)動(dòng)定性關(guān)系”相關(guān)知識(shí)進(jìn)行回顧，還可讓學(xué)生通過(guò)親身體驗(yàn)深入理解加速度和力之間的關(guān)系，為后續(xù)探究奠定基礎(chǔ)。在此期間，教師動(dòng)態(tài)關(guān)注學(xué)生的課堂表現(xiàn)，同步做出評(píng)價(jià)。而后組織學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，觀察與探索小車a與F以及其和m之間保持的關(guān)系。學(xué)生以小組為單位，通過(guò)文本閱讀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并做出結(jié)論猜想。組內(nèi)學(xué)生通過(guò)交流與合作，制定完善的實(shí)驗(yàn)流程，補(bǔ)充注意事項(xiàng)，之后到講臺(tái)中預(yù)演交流。在此過(guò)程中，小組學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)動(dòng)手操作，經(jīng)實(shí)驗(yàn)明確a與F、a與m之間的定量關(guān)系，并在小組內(nèi)部經(jīng)討論和交流做出總結(jié)。在這一情景創(chuàng)設(shè)中，學(xué)生從定性體驗(yàn)轉(zhuǎn)化至定量實(shí)驗(yàn)，教師要在此期間引導(dǎo)學(xué)生分工合作，通過(guò)思考與探究提出問(wèn)題，做出假設(shè)與猜想，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)，和小組內(nèi)同伴共享交流，并彼此演示，嘗試親自操作。通過(guò)這一設(shè)計(jì)，可引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，在問(wèn)題引導(dǎo)下選出并收集有價(jià)值信息，利用所收集到的證據(jù)，結(jié)合邏輯思維回答問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題探索與解決能力，促進(jìn)邏輯思維發(fā)展。教師要在學(xué)生探索與動(dòng)手操作過(guò)程中動(dòng)態(tài)觀察，傾聽學(xué)生的問(wèn)題和回答，對(duì)小組合作中學(xué)生的分工表現(xiàn)與交流表達(dá)等做出評(píng)價(jià)。結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn)中得出的結(jié)論，教師再次重現(xiàn)之前創(chuàng)設(shè)的情景，使學(xué)生再次體驗(yàn)小車加速度場(chǎng)景，并向?qū)W生提問(wèn)：a 與m、a 與F 相互之間的定量關(guān)系如何表述？運(yùn)動(dòng)規(guī)律有哪些表達(dá)方式？學(xué)生根據(jù)之前兩輛小車所呈現(xiàn)出的加速度情況，結(jié)合所學(xué)知識(shí)作出判斷。根據(jù)教師提問(wèn)，學(xué)生在小組內(nèi)部分享實(shí)驗(yàn)中的收獲，提煉總結(jié)并思考回答教師的問(wèn)題，之后運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)小車加速度進(jìn)行計(jì)算，并立足物理學(xué)視角再次思考相關(guān)要素之間的關(guān)系，對(duì)牛頓第二定律做出一般表述。這一設(shè)計(jì)能使學(xué)生共享實(shí)驗(yàn)操作中的收獲，通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)與提煉重點(diǎn)知識(shí)內(nèi)容，在回顧中鞏固物理規(guī)律表達(dá)方式，在深刻感悟物理現(xiàn)象的簡(jiǎn)潔美。此環(huán)節(jié)和上述環(huán)節(jié)相互呼應(yīng)，營(yíng)造了完整的問(wèn)題情境，使學(xué)生從知識(shí)探究轉(zhuǎn)向知識(shí)運(yùn)用。學(xué)生在此期間通過(guò)事實(shí)分析與推理，不斷質(zhì)疑其他的結(jié)論和觀點(diǎn)，發(fā)表自身見解，有助于培養(yǎng)質(zhì)疑能力、推理能力和探究分析能力等。教師要圍繞實(shí)驗(yàn)過(guò)程，對(duì)學(xué)生語(yǔ)言表達(dá)和歸納能力進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

（五）作業(yè)引導(dǎo)

在單元教學(xué)設(shè)計(jì)期間，可建立三級(jí)作業(yè)模式，包括預(yù)習(xí)作業(yè)、練習(xí)作業(yè)以及復(fù)習(xí)作業(yè)。其中，預(yù)習(xí)作業(yè)關(guān)鍵是引導(dǎo)學(xué)生逐漸養(yǎng)成良好的預(yù)習(xí)習(xí)慣，不斷增強(qiáng)學(xué)生的問(wèn)題發(fā)現(xiàn)意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神。練習(xí)作業(yè)重點(diǎn)是精心挑選具有一定針對(duì)性的習(xí)題，并分層次設(shè)置，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展，通過(guò)練習(xí)作業(yè)鞏固學(xué)生掌握的物理概念、規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生建立物理觀念應(yīng)用思維，并學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)。復(fù)習(xí)作業(yè)主要是引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)繪制個(gè)性化知識(shí)樹或思維導(dǎo)圖，梳理所學(xué)規(guī)律、概念、方法，建立清晰的知識(shí)脈絡(luò)，最終形成知識(shí)框架。

（六）學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)分為兩方面，一方面是對(duì)日常作業(yè)進(jìn)行評(píng)價(jià)，此環(huán)節(jié)可引入小組合作評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)、學(xué)生互評(píng)、學(xué)生自評(píng)等多種評(píng)價(jià)方式，使學(xué)生參與評(píng)價(jià)分析，并自主糾錯(cuò)，給予他人一定幫助。另一方面是讓學(xué)生、教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)主要依據(jù)方案設(shè)計(jì)、小組分工、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)裝置等，教師可在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作態(tài)度、行為等作出評(píng)價(jià)。

（七）選編教學(xué)資源

在單元教學(xué)設(shè)計(jì)中，通過(guò)精心選編單元教學(xué)資源，能為課堂教學(xué)提供便捷、有價(jià)值的教學(xué)資源。選編教學(xué)資源具體就是最大化地利用教學(xué)資源，并對(duì)資源展開二次開發(fā)。此單元設(shè)計(jì)中，所選編教學(xué)資源包括學(xué)習(xí)單、媒體資源、實(shí)驗(yàn)資源等。

（八）教學(xué)設(shè)計(jì)反思

針對(duì)高中物理進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)，要重點(diǎn)處理學(xué)科知識(shí)、學(xué)科素養(yǎng)以及課時(shí)設(shè)計(jì)、單元設(shè)計(jì)之間的關(guān)系。物理學(xué)科知識(shí)不能和物理學(xué)科素養(yǎng)畫上等號(hào)，但在培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)過(guò)程中，物理學(xué)科知識(shí)屬于重要載體。單元教學(xué)設(shè)計(jì)中，要按照教學(xué)任務(wù)、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)活動(dòng)等流程建立完整的設(shè)計(jì)框架，貫徹落實(shí)學(xué)科育人，使學(xué)生在整個(gè)框架下學(xué)習(xí)到知識(shí)技能與方法，并同步獲得情感體驗(yàn)，提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。單元教學(xué)設(shè)計(jì)和課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)并不沖突，單元教學(xué)實(shí)現(xiàn)需要依靠課時(shí)教學(xué)落實(shí)，所以課時(shí)教學(xué)和單元教學(xué)可優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，彼此支撐，順暢銜接碎片化、彼此割裂的知識(shí)，深層次揭示問(wèn)題本質(zhì)和解決關(guān)鍵，使學(xué)生充分理解與掌握知識(shí)內(nèi)涵。

綜上所述，在高中物理教學(xué)中對(duì)第三單元牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)，要以學(xué)生前概念為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，對(duì)單元知識(shí)進(jìn)行梳理，逐級(jí)設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，使學(xué)生在建立知識(shí)結(jié)構(gòu)體系過(guò)程中發(fā)展運(yùn)動(dòng)以及相互作用觀。單元教學(xué)設(shè)計(jì)中要深度挖掘研究方法、認(rèn)識(shí)方式、跨學(xué)科概念等隱性知識(shí)，立足整體層面促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展，并使學(xué)生建立問(wèn)題解決思路，自覺運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。