学科核心素养视域下高中物理单元教学设计的研究——以第三单元“牛顿运动定律”为例

沈志辉

(上海市松江一中 上海 201600)

随着课改的深化，教育技术的变革，物理学科教学设计研究在不断推进.但从开展的研究和积累的经验来看，多数还是针对单一课时内容，学校的教、学、研活动通常还是以课时为单位的备课、上课、听课、评课等活动为主，忽视课时与课时之间的关联，较少开展以单元为单位的结构化研究和实践.

为进一步培育物理学科核心素养，统整课时目标、内容、活动、作业、评价和资源等要素，形成结构化组织的学习单元，高中物理亟需开展基于核心素养的“单元教学设计”研究.

本文从“单元教学设计”的内容和内涵、框架和案例、学科核心素养视域下的单元教学设计的反思等几个方面加以陈述.

1 内涵和意义

1.1 物理学科核心素养

物理学科核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”和“科学态度与责任”4个方面的要素构成[1].这4个方面相互依赖、共同发展.物理学科核心素养所具有的整体性和联系性决定了物理教与学应该强化整体性和联系性.

有专家提出,通过围绕大概念的整合设计和基于学习进阶的发展规划来统筹学科核心素养的整体发展[2].该问题聚焦于以整体的视角通过结构化教学设计建构学生的学习过程，因此从单元与整体设计出发，比用传统单一课时设计更有利于学科核心素养的培育.

1.2 高中物理单元教学设计

钟启泉教授指出，“单元设计不是单纯知识点传输与技能训练的安排，而是教师基于学科素养，思考怎样描绘基于一定目标与主题而开展探究活动叙事的活动，目的是为了创造优质的教学[3].”

所以，单元是基于学科核心素养，是整体之中相对独立但自成体系的组成单位.单元教学设计是整合和落实课程目标和课时目标的关键，同时单元教学设计不是单纯的知识与技能训练的安排，而是基于物理学科核心素养，思考基于一定目标与主题而展开的思维体验和探究活动.其目的是为了跳出零散的知识点拼盘，在整体统整下构建学科知识体系，利于深度学习，提升学习习惯、学习能力和思维能力.

2 框架和案例

2.1 框架

物理学科单元教学设计可从学科特点出发，发挥“单元”相对“课时”整体性、系统性、逻辑性更强的优势，建立学科核心素养视域下高中物理单元教学设计的框架，其中单元教学任务分析是基础，单元教学目标是导向，单元教学重点是价值所在，单元教学资源选编服务于教学活动之中，单元重点活动是关键，单元作业导引和单元学习评价是基于单元教学目标导向下更好优化教学活动的载体.框架图如图1所示.

图1 学科核心素养视域下高中物理单元教学设计框架

2.2 案例

以高中物理学科的“牛顿运动定律”单元教学为例.

2.2.1 单元教学任务分析

本单元教学内容选自上海科学技术出版社的高一年级物理课本(试用本).本单元学习需要以惯性、直线运动、受力分析、力的合成与分解等知识为基础，需要具备三角函数等相关数学知识.“牛顿第二定律”是本单元的一个核心内容，也是牛顿运动定律的核心规律之一，它是本单元教学的一个重点.

高一学生已有力和运动相关的一些生活经验，在初中牛顿运动定律的相关知识也曾学习过，但这些生活经验和已学知识更多是定性和感性；同时，学生在动手能力、归纳能力和科学探究过程方面还有待加强.在本单元教学中，要关注学习方法的培养，提高学习物理的素养和能力.

在本单元，牛顿第二定律具体地、定量地回答了加速度与它所受外力的关系，以及加速度与物体自身的惯性——质量的关系，因而成为牛顿物理学的核心.

在单元教学重点“牛顿第二定律”的教学过程中，教师要充分考虑在学生已有的对力和质量认识的基础上，在学生实验探究了加速度与力的关系、加速度与质量的关系，取得数据、画出图像、寻求规律，让学生通过实验探究，主动参与，获得研究问题的体验和探究问题的乐趣，进而收获一种习惯，成为一种意识，养育一种能力.

本单元建议8课时，具体的教学安排是：第1课时学习“牛顿第一定律 惯性”，第2，3课时学习“牛顿第二定律”，第4课时学习“牛顿第三定律”，第5，6课时学习“牛顿运动定律的应用”，第7课时学习“从牛顿到爱因斯坦”，第8课时进行单元复习.

2.2.2 单元教学目标

(1)理解牛顿第一定律，感受理想实验作为一种科学的思维方法.

(2)设计“DIS研究加速度与力的关系、加速度与质量的关系”的实验，在经历实验探究活动中，体验探究的喜悦，感受科学方法，懂得合作与交流的必要性.

(3)掌握牛顿第二定律.

(4)理解牛顿第三定律.

(5)知道国际单位制，知道牛顿、爱因斯坦对科学的贡献和经典力学的局限性[4].

2.2.3 单元教学重点

牛顿第二定律，用DIS探究加速度与力的关系、加速度与质量的定量关系，能联系运动学等规律用牛顿第二定律解决具体实际问题.

2.2.4 单元重点活动

(1)活动属性(见表1)

表1 关于教学重点“牛顿第二定律”的活动设计

(2)设计思路

从研究小车运动状态入手，最大化开发和利用所创设的情境，制造认知冲突实现定性地了解：物体的加速度a与合外力F有关，与物体的质量m有关；然后基于DIS实验，通过小组合作、师生对话，经历利用DIS定量探究a与F，a与m关系的实验，初步感受利用图像处理数据的方法；最终得出牛顿第二定律的内容.

活动要突出的重点：探究并理解a与F，a与m的关系.方法是：通过DIS实验，采用“控制变量”法，通过分解探究任务、分组合作探究，结合“师生对话”“生生对话”等途径导航整个探究过程.

活动要突破的难点：在通过实验，了解a与F,a与m定性关系的基础上，通过对DIS实验分解探究内容，进行小组合作学习来突破难点.

(3)活动过程

1)设计

本设计采用情境、探究、应用的模式组织教学，第一环节，情境导入，借境激疑；第二环节，探究互动，寻求规律；第三环节，归纳总结，实际应用.

2)内容与评价

“牛顿运动定律”教学设计内容与评价如表2所示.

表2 “牛顿运动定律”教学设计内容与评价

续表

2.2.5 单元作业导引

笔者一直以来采用的是“三习作业”模式，即以“复习作业、练习作业和预习作业”的线索展开.复习作业主要是运用自行绘制的思维导图或是学生个性化知识树的形式，引导学生梳理所学概念、规律与方法，明晰知识脉络，形成知识框架图.而知识练习作业主要是精选针对性分层习题和发展性趣味实践，既实现物理概念规律巩固与应用的物理观念，又提升学生分析问题与解决问题的科学思维品质.预习作业旨在帮助学生养成预习习惯，形成自主发现问题的意识.

2.2.6 单元学习评价建议

(1)日常作业评价.可以通过教师评价、学生自评、学生互评、小组合作评价等多元评价，让学生共同参与评价、参与分析，逐渐实现自我纠错，帮助他人.

(2)实验评价.如学生实验：用DIS探究a与F,a与m的定量关系，以教师和学生评价为主，评价依据是学生小组分工、方案设计、实验装置、实验数据处理及分析过程等，在实验探究时，教师可对学生活动中的行为、态度等进行评价.

2.2.7 单元教学资源选编

单元教学资源选编是为单元中的课堂教学设计编制提供可参考和便捷的教学资源.教学资源选编就是进行教学资源的二次开发和最大化利用.本单元选编的教学资源主要有实验资源、媒体资源和学习单等.

3 学科核心素养视域下高中物理单元教学设计的反思

基于上述实践，笔者认为高中物理单元教学设计应至少处理好两层关系，即“学科知识”与“学科素养”的关系、“单元设计”和“课时设计”的关系.

物理学科知识不等于物理学科素养，但物理学科核心素养的培育离不开物理知识这一载体.在进行单元教学设计中，要基于“单元教学任务分析→单元教学目标→单元教学重点→单元重点活动”这样一条流程框架，学生在经历这个系统过程中，生成的不仅是知识、方法和技能，更有情感和素养，从而很好地实现学科育人，落实学科核心素养.

另外，实施物理学科单元教学设计并不是摒弃课时教学设计，相反，它最终还是通过课时教学来实施的.单元教学应该与课时教学功能实现优势互补，相互支撑，把相对割裂、碎片化的知识有效连接起来，揭示问题解决的关键或本质，让学生知其然更知其所以然.