高中物理单元教学目标的分析与设计

黎东波 曹蔚奇

摘 要：高中物理单元教学设计是推进高中物理课程改革的重要抓手，教学目标是教学设计的基础。文章从核心素养的四个方面分析了相互作用与运动定律，对课程标准中的内容要求、学业要求与教材内容、学生学情进行了整合与分析，设计了该单元的教学目标。

关键词：高中物理;核心素养;相互作用与运动定律;单元教学目标

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 收稿日期：2018-12-19 文章编号：1674-120X（2019）05-0076-02

一、引言

2017年，教育部颁布了新修订的普通高中课程标准，提出了课程的核心素养[1]。钟启泉先生在关于“核心素养与课堂革命”的报告中指出：“单元设计是教师的基本功。没有单元设计的功夫，哪来好的学科或课程的开发。”[2]从课程设计角度看，单元教学目标是单元设计的基础，是课程目标与课时目标之间的桥梁、纽带。在高中物理课程中，单元课程指的是与某个主题对应的内容，在教材中常常用章或篇来呈现。

本文研究的高中物理单元教学目标是指在高中物理课程实施过程中制订的与相应主题对应的教学目标。近几年学界在单元教学目标设计方面的研究较少，2014年杨贵、杨为民研究了单元教学设计的框架建构问题[3]，2018年张飞研究了单元目标设计与落实物理核心素养的关系[4]。更多的学者研究的是核心素养、课程目标等理论问题，而中学教师更关心的是课时教学的细节问题。教师不仅是课程的实施者，还是课程的研究者。如何制订既符合课程标准要求，又符合学生实际的单元目标是值得思考的问题。

二、相互作用与运动定律的核心要素分析

（一）物理观念

依据新修订的课程标准，此单元仅含机械运动与相互作用的观念。

第一，物体间存在相互作用的观念。学生知道自然界有四种基本相互作用，按其作用强度排列为强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、万有引力;知道强相互作用与弱相互作用是短程力，电磁相互作用与万有引力是长程力;知道在研究机械运动时讨论的弹力、摩擦力的本质是电磁相互作用，在物体相互接触时可能存在;知道重力源于地球与物体间的万有引力，不用相互接触。

第二，受力物体一定有外在表现的观念。相互接触可导致形变，可能导致运动状态的变化，非接触的重力可能导致运动状态的改变。

第三，等效替代的观念。初步建立力是矢量的观念，多个力可以合成为一个力，替代的基础是它们的作用效果相同。一个力也可以按作用效果进行分解。

第四，静止或匀速直线运动的物体，受到的合力为零或不受力的作用。惯性是物质的固有属性。受力不为零的物体，其运动状态的改变快慢不仅与所受力有关，还与其惯性质量有关。相互作用是同性质的作用，是作用与反作用的关系。

（二）科学思维

此单元包括力的图示、平行四边形定则、重心、弹性形变、光滑面、惯性参考系、超重与失重的模型建构，有力的分解、牛顿第一、第二定律及其应用等内容的科学推理，有牛顿第三定律的科学论证，有对力学基本单位定义的质疑等。

（三）科学探究

实验探究主要体现在探究滑动摩擦力、力的合成与分解、加速度与力及质量的关系的活动过程中。在牛顿运动定律的建立过程中还含有理论探究的要素。

（四）科学态度与责任

主要涉及在探究过程中对学生物理学习兴趣的巩固与提高，增强其学习的内在动力。教师可以利用伽利略、笛卡尔、牛顿等历史人物对惯性定律研究的素材，利用当代我国航天（与超重失重现象相联系）事业的发展实例，使学生初步形成严谨的科学态度与社会责任。

三、对四个要素与两个结合的分析

（一）将课程标准的内容要求与对教材的内容分析相结合

课程标准在该主题中的内容要求共有4条。教材以人教版高中必修1为例[5]。

教材第三章內容有5节，教材第四章内容有7节（详见文献5）。它们所体现的核心素养有相互作用观念、模型建构、科学思维、科学推理、科学论证、质疑创新、科学探究、科学态度与责任。

（二）将课程标准的学业要求与对学生的学情分析相结合

在课程标准的必修1中提出了该模块的学业要求，从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面做了具体描述。以下从这四方面分析学情。

1.物理观念

通过对机械运动与物理模型的学习，学生建立了质点的匀变速直线运动的观念，对运动状态变化及变化率的观念有一定认识。但他们并不清楚导致其变化的原因。虽然学生在初中对力学中常见的几种相互作用形成了一定的认识，但认识不深刻、不全面，对重心、弹性力的方向理解存在一定认知困难，且对静摩擦现象缺乏认知基础，容易将其等同于最大摩擦力或滑动摩擦力。同时学生对力是矢量的观念不牢靠，没有真正理解等效替代，矢量运算能力弱;力的分解随意性较强，不注意区分施力物体与受力物体;对合力与分力的概念不清楚，容易混淆相似概念;对惯性的理解较肤浅，往往认为其仅在从运动到静止或从静止到运动的过程之中存在;易混淆相互作用与平衡力，在运用物理观念解释或解决问题时有一定的盲目性。

2.科学思维

含有重力（力的图示、重心）、弹力（弹性形变、轻弹簧）、摩擦力（光滑平面）、力的合成（平行四边形定则）、牛顿第一定律（惯性参考系）等物理模型。有力的三要素与示意图为基础，通过标度单位，学生容易理解力的图示，但应作规范训练要求。初步的等效替代的思想基础，为重心的确立指明了方向，不规则的物体重心通过悬挂法利用二力平衡确定。微小形变与弹力之间的关系不易理解，缺少感性材料的支持。对静摩擦现象的理解过于片面，认为仅在静止时存在。滑动摩擦力与哪些因素有关联需要进行探究，利用科学推理，消除不良的前概念影响。以等效替代的思想为基础，运用实验来建构力的合成的模型。

在对静摩擦力的大小与方向进行判断时，需要经历假设、分析与综合的推理过程，对学生而言存在一定的思维困难。牛顿第一、第二定律的建立也需要经历推理与概括，对于其应用更需要经历从一般到特殊的推理。这些问题对高一的学生来说是未经历过的，他们易形成对物理的畏惧情绪。

3.科学探究

在探究滑动摩擦力与哪些因素有关时，不少学生会提出与接触面积有关的问题，而要让学生在思想上真正理解与面积无关，不能仅仅靠实验，应该揭示压力与有效接触面积的关系。在探究物体运动状态变化快慢时，虽然有实验来提供证据，但学生对实验误差会心存不满。分组探究、交流分享的效果往往不尽如人意。

4.科学态度与责任

高中生不满足于对新奇现象的观察，他们想探究其背后的原因，这使得物理教学具备了提高他们学习内在动力的条件。但是如果未能满足这样的因果兴趣，反而会成为学生学习的阻力。学生在探究实验中，严肃认真对待实验中出现的问题，对出现的问题有科学正确的解释，才能形成科学的态度，逐步形成社会责任，而教师的引领与示范非常重要。

四、相互作用与运动定律单元教学目标的设计

根据对课程标准中的核心素养、内容要求、学业要求与学生、教材等多方面的分析，设计如下单元教学目标。

第一，以引发认知冲突为主要策略，重新构建重力、弹力和摩擦力的概念;让学生知道力是物体间的相互作用，是矢量;知道弹力与摩擦力的本質是电磁相互作用，存在于相互接触的物体之间;知道可以用形变或运动状态的变化来判别物体是否受力的作用;理解胡克定律和滑动摩擦力的计算公式;能用共点力的平衡条件解释生产生活中的问题。

第二，以力的图示为基础，利用实验与等效替代的思想方法，建构起力的合成与分解的平行四边形定则。体会理想实验在建构牛顿第一定律中所起的作用，知道牛顿第二定律的建立不仅需要实验，还需要科学推理才能完成。知道以证据说明牛顿第三定律的观点。以对质量定义的变化为例，体会物理单位与国际单位制的意义。能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题。

第三，通过对滑动摩擦力的实验探究，理解摩擦力与压力、摩擦因素之间的关系。通过探究物体加速度与物体受力、物体质量之间的关系，进一步体会证据、交流在科学研究中的意义。

第四，以建立因果关联为手段，进一步提高对未知现象的探索欲望，增强学习物理的内在动力。以教师的科学态度与责任为示范，初步形成实事求是、严肃认真的科学态度。以超重与失重为载体，体会物理与技术、社会、环境的关系，初步形成社会责任意识。

五、结语

新一轮的课程改革与高考改革正在进行中，每个教师都应思考如何提高教育教学质量的。在教学目标的设计中，还应考虑地方、学校、教师等因素，因为具体情况千差万别，只有在教学实践中通过具体分析才能保证可行性。单元目标制订后再组织内容，设计单元教学及评价方案，并通过教学实践，不断修改完善，为课程目标乃至高中总目标的实现奠定基础。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]钟启泉.《核心素养与课堂革命》报告要旨[J].现代教育论丛，2017（3）：2-3.

[3]杨 贵，杨为民，李燕琼.高中物理单元教学设计框架的构建及其实施探讨[J].物理教学探讨，2014（1）：70-72.

[4]张 飞.指向物理核心素养的教学目标分析与设计[J].中学物理教学参考，2018（19）：1-5.

[5]人民教育出版社，课程教材研究所物理课程教材研究开发中心.普通高中物理课程标准实验教科书物理1（必修）教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2010.