指向物理核心素养的单元设计*

本组专题中的“单元”不是指单纯的内容单位，而是课程单位和学习单位，包含“学习内容、学习目标、学习方法、学习评价”等。“单元设计”既是课程开发的基础单位，也是课时计划的背景条件，是课时计划的指引，是“核心素养—课程标准—单元设计—课时计划”链环的中观层面的设计，其决定性的环节是指向核心素养，整合不同的教学方略。设计的重点是“目标的设计（明晰教学目标）、方法的设计（聚焦知识建构）与评价的设计（有效反馈信息）”。具体研究路径如图1。归纳整理前期的课堂实践，我们认为，在指向物理核心素养的单元设计中，教学目标的设计应遵循学习进阶原则，围绕学科核心概念及科学实践能力而展开；教学方法设计需要注重问题链和资源载体（主要是实验资源）的设计，在知识建构的同时培养科学思维和探究能力；要设计专题评价课，从评价的视角架构物理的复习课和苏科版教材中的综合实践活动的教学。现结合具体案例加以阐述，以期在今后的研究中能得到同行的指导。

图1“指向物理核心素养的单元设计”研究路径

表1 “电磁能”单元目标分解

一、目标设计：基于大概念的物理学习进阶设计

物理观念的形成具有层递性，科学思维的培养具有连续性，这些特征决定了物理教学需要围绕大概念及核心任务设置，为避免学习重点的偏移，目标的设计至关重要。

在单元设计中，目标的设计应是基于大概念的物理学习进阶设计。北京师范大学郭玉英教授认为的学习进阶是“对学生在一个时间跨度内学习和探究某一主题时，依次进阶、逐级深化的思维方式的描述”，其实质是在为学科核心素养各组成要素的发展脉络建构模型。从初中物理学习的角度而言，它包括物质、运动和相互作用、能量在内的科学核心概念的学习进阶和包括解释、建模在内的科学实践能力的学习进阶。现以初中物理教学中的“电磁能”单元为例，结合教材（文中所提教材均为苏科版义务教育物理教科书），阐述目标的设计过程。

1.依据课程标准进行目标分解。

教材在内容呈现上分为“电路初探”“欧姆定律”“电功和电热”三章内容，依据课程标准的目标分解如表1。

物理核心素养与教学目标的对应分析：物理观念是从认识结果的角度描述物理核心素养的，科学思维是从认识方式和过程的角度对学生关键能力做出说明，科学探究关注实验和实践。对应表1中课程标准的目标分解，“认知性目标”描述的是物理观念要求，“技能性目标”和“体验性目标”描述的是科学实践能力要求，包括科学思维和科学探究能力。

2.依据大概念进阶设计表现性评价任务及核心学习任务。

由表1可知，本单元在物理核心概念的建构上，涉及“欧姆定律、电功、电功率”三个理解层次的目标；在实践能力上则经历“电路识别、画电路图、连接电路、测量电流及电压、欧姆定律探究及焦耳定律探究”。大概念的进阶分三个层级：第一层级是“电路的结构和连接方式”；第二层级是“电路工作遵循相关的规律（欧姆定律）”；第三层级是“从能量的角度认识电源和用电器（电功、电功率）”。现结合教材提供的资源说明该单元的大概念进阶及任务设计。（见下页表2）

表2 “电磁能”单元大概念进阶及任务设计

大概念既是各种条理清晰的关系的核心，又是使事实更容易理解和有用的一个概念锚点，具体由物理核心概念和实践能力要求组成，“大概念进阶”是对教学目标核心内涵的说明和外延界定。“表现性评价任务”是对预期结果的评估，注重综合实践活动是苏科版教材的特色之一，每章提供的综合实践活动可以给学习进阶提供具体的表现性评价任务。在设计单元核心学习任务之前，我们要求设计者在制订目标后思考以下问题：什么可以用来证明学习目标的达成？达到这些目标的证据是什么？教与学所指向的、构成评估的表现性行为是什么样的？只有回答了这些问题，我们才能在逻辑上导出合适的教学和学习体验，从而使学生成功地完成学习任务，达到内容标准的要求。美国课程改革专家格兰特·威金斯认为，在“为理解而教时”，我们必须把握的观点是“我们是在培养学生用表现展示理解能力的指导者，而不是将自己的理解告知学生的讲述者”。

二、方法设计：围绕核心学习任务设计问题链和实验载体

在明晰了单元目标及核心任务之后。接下来，我们需要思考的就是如何完成知识的建构，并在此过程中培养科学思维，形成物理观念。我们从一节具体的课例“光的色彩 颜色”的教学设计谈起。

1.基于课程标准的目标分析。

该节属于“声和光”单元。大概念进阶要求是：通过实验观察，探究颜色之谜。具体的学习目标是“通过实验，了解白光的组成和不同色光混合的现象”；为了观察色光混合现象，课程标准提供的参考样例是“观察两只手电筒分别射出的红光与蓝光在白墙上重叠部分的颜色”。

2.分析教材资源，设定核心任务及问题链。

（图2）

教材资源由一组生活现象及四组物理探究活动组成。可由现象观察提出引导性问题，四组探究活动为本节核心任务，可围绕探究活动设置四个基本问题，构成问题链。具体如上页图2所示。

3.实验器具设计。

本实验的部分实验器具为：（1）强光电筒、带有狭缝的木板、三棱镜、光屏，该套设备可用于学生实验探究“分解太阳光”；（2）强光电筒、摄影滤色纸，该设备可用于获得红、绿、蓝三种单色光。具体实验操作是：在透明充气圆柱中充入白色烟雾，用（1）中的器材和三棱镜，让白光透过三棱镜后射入圆柱中，观察色散现象；用（2）中器材获得单色光后，射入圆柱中观察色光的混合现象。

上述三种实验器具均为自制，经过课堂实践，可以呈现清晰的光现象，利于学生进行观察和描述。

牛顿在《光学》一书中提到“我的计划不是用假设来解释光的性质，而是用推理和实验来提出并证明这些性质”。苏科版教材主编刘炳昇提出“在物理教学中，如何培养和发展学生核心素养？其中一个十分重要的问题，就是如何对待物理实验”。在初中物理的学习中，正是一次次的实验、实践、体验，潜移默化地提高了学生的证据意识、探究能力，培养了实事求是、坚持真理的品格。

任何物理学习单元，会同时涉及许多教育目标，如观念、思维、技能、应用等。如果我们的目标是帮助学生充分感知和运用所学的知识，那么我们的教学设计必须明确地专注于那些连接所有离散事实和技能并给他们带来意义的大概念，利用基本问题来架构目标，形成问题链，渗透评价先行的理念，开展有目的、有层次的探究，完成知识建构。单元设计要避免零散的知识、技能点教学，这一意识需在每一节课中渗透。

三、评价设计：从评价的视角架构综合实践活动课和物理复习课教学

评价既是对预期目标的检测，更是促进学习的一种方式。日常的单元检测主要对学生的学业水平进行评价，是基于认知理论的测量，是“对学习的评价”，“为学习的评价”则更多的是发生在日常课堂教学中。因此，我们专门在每一单元学习结束后，研究如何从评价的视角架构综合实践活动课和物理复习课的教学。下面以“综合实践活动：设计简单电路”为例来说明。

该课重在完成“电路初探”一章的表现性评价任务，可以评价学生对“电路的结构和连接方式”的了解。授课教师在构思本堂课时一直在思考如何将物理中的电路设计和生活中的应用联系起来。由此设计了一堂“基于STEAM理念的综合实践活动”，鼓励学生像科学家一样思考问题，像工程师一样解决问题。整节课围绕着医院呼叫系统、抢答器、楼道灯三件项目作品展开学习。先是小组讨论选题，再利用节假日、课外活动，引导学生创作，包括去医院实地考察，关注作品的创意和深度。本节课以展示作品、展示设计为载体，物理电路设计为主线，请学生围绕着三件项目作品，分组展示，提出自己的想法，让不同观点发生碰撞，促使他们不断修正方案，从而达到更深层次的理解。部分课堂实录如下：

教师：设计只有一张病床的呼叫电路，指示灯和电铃如何连接？请画出电路图。

学生将设计的电路图通过平板上传给教师，教师展现在投影幕上，请学生评价。

学生：我觉得并联更好，这样即使一个用电器坏了，另一个还能正常工作。因为并联电路互不影响。

教师设计有两张病床的呼叫电路。

学生将设计的电路图通过平板上传给教师，教师展现在投影幕上，请学生评价。

生1：我们组设计的是一床指示灯先和电铃并联，再和病床前的开关串联，再用同样的方法接好二床，最后再并联到一个电路中。

生2：我们组觉得要将两盏灯并联后再与电铃串联，两个开关分别与两盏灯串联。这样的设计比较合理，可以节省一个电铃的成本。

生3：医院比较安静的，如果接太多电铃，会太吵，不符合实际。

教师：大家对电路设计有了合理的判断，我们请承担此项设计任务的小组上台展示他们的作品并谈谈有没有进一步改进的想法，可以让作品更好地应用于实际。

主创1：我们去医院考察过现实的呼叫系统，我们的作品，还存在一些问题，比如，病人呼叫时，自己并不知道自己能否呼叫成功，可以在病房区再装一个指示灯；当护士到达病房，应该自动结束呼叫。

主创2：还有一些病人由于各种病情的不同，有时不能自己呼叫，所以为了更方便病人，我们想设计一种可穿戴的呼叫系统，比如病人是心脏病，当仪器检测到病人的心脏跳动异常，就会立刻启动呼叫。

主创3：护士听到铃声都要跑去护士站才能看到几床呼叫，可以在走廊安装提示器，或者用移动互联技术，实时发信息给护士，不管护士在什么位置都能随时随地接收到呼叫信号。

教师：第一组同学的设计非常棒，对作品还有很多进一步改进的想法，为了完成设计他们还搭建了一个模拟医院场景，通过这个实际场景设计出了较为合理的电路，感谢同学们的作品分享。

刘炳昇认为，物理综合实践活动不仅能为那些笔试理论成绩好的学生提供培养实践能力的机会，而且也为那些理论成绩稍差的学生提供发展的可能，有利于学生个性的发展。开发综合实践活动课的评价功能，使学生用物理的眼光去认识和处理周围的事物，将生活事实转化为物理关系，在解决问题的实践中潜移默化，形成物理观念、培养实验技能。

在指向物理核心素养的单元设计中，单元目标的设计要能提供大概念进阶、表现性评价任务及核心学习任务；课时学习要利用基本问题架构目标，设计问题链及实验载体；注重“为学习的评价”，新课教学以问题链为导引，做好学习评估，要从评价的视角设计综合实践活动及复习课教学。