基于核心素养的单元教学设计

摘 要：以大概念为核心整合单元教学内容;通过创设大情境，建构单元知识体系;依据学习进阶规划单元学习活动.指向学科核心素养的单元教学设计，使教师立足于学科高度更好地挖掘蕴含的核心素养要素，并依此规划设计课堂教学活动，有利于突出学科知识的内在联系，形成可迁移的大思路，有利于核心素养目标的长期规划与具体落实.

关键词：单元教学设计;大概念;核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）07-0036-07

作者简介：王美芹（1970-），女，北京人，本科，中学正高级教师，研究方向：物理教学与实践.

围绕学科大概念组织单元教学内容，整合物理概念、规律，形成有意义关联的结构化知识体系，帮助学生逐步形成学科知识体系，发展物理观念;挖掘单元知识中蕴含的思想方法、跨学科概念、认识方式等隐性知识，通过这些隐性知识的理解、应用与迁移，建构和完善学生认知体系;通过创设大情境，在大情境中建构物理概念、认识物理规律、解决物理问题，形成一般化的解决问题的大思路，发展学生学科思维能力、科学态度与社会责任感[1].根据课程标准的要求、教材知识内容和学生情况，梳理大概念认知发展进阶，并依此规划单元学习过程，恰当选择学习策略，充分发挥学生的主体作用，才能真正实现以学生为中心的知识体系建构与认知整合的同步发展，落实学科核心素养的教学目标.

1 依据课标进行学习内容分析

教学内容分析，即依据课程标准要求和教材等资料，分析本单元教学内容在整个学科知识体系中的地位、单元具体知识及其内在联系，分析其中蕴含的学科思想方法、认识方式、跨学科概念、学科核心素养要素及其育人价值等.

“磁场”单元基本要求如下：通过安培力与洛伦兹力的学习，进一步认识场的物质性，发展学生的物质观念、运动与相互作用观念和能量观念.引导学生学会建构磁感线、匀强磁场等模型，体会物理模型在研究具体问题中的应用.运用与静电场对比的方法了解磁感应强度的概念.能用磁感线、匀强磁场等模型分析磁场问题，能恰当使用证据推出物理结论或质疑已有结论，能说出电磁知识在生产生活、科技、军事等方面的一些重要作用，深入认识物理学对现代生活和科技社会发展的促进作用[2].

1.2 整合单元知识，形成知识体系

首先，梳理出本单元知识结构图，明确单元知识的在知识体系中的地位，如图1《围绕大概念的知识结构图》所示.

本结构图呈现了 以“能量”和“相互作用”这两个大概念为核心的电磁学知识体系，在此结构图中，“磁场”这一单元主题概念与学科大概念、与其他单元主题概念之间的关系比较清晰地呈现出来[3].

然后，梳理单元知识之间的内在联系，建立本单元知识体系，如图1所示.

剖析知识背后蕴含的隐性知识，挖掘其育人价值，具体内容见表1.

2 学情分析

学生在初中学过磁相互作用的知识，对磁相互作用有了初步认识.但是“场”是一个十分抽象的概念，学生对“场是一种物质”的理解，存在一定困难.学生了解建构物理模型的抽象思维过程，对比值定义物理量的思想方法有一定理解，但上升到“描述事物本质属性”的高度来认识，尚存在一定困难.

3 磁场单元教学目标和重、难点分析

3.1 單元教学目标

3.2 单元重、难点分析

重点分析：磁感应强度是认识磁场、建立“场”的概念的基础，是电磁学的基础概念之一，其定义过程蕴含重要的物理思想方法——比值定义法，因此磁感应强度是本单元的重点概念;安培力、洛伦兹力是表征磁场对宏观导体、微观粒子作用的基本概念，是感受、体验“场物质”存在的重要实例，也是发展运动与相互作用观念的重要知识载体，安培力与洛伦兹力之间的关系蕴含“因果解释”这一跨学科概念.有助于学生对磁场本质的深入理解.因此，安培力与洛伦兹力及二者关系是本单元的重点;洛伦兹力应用的实例分析，如质谱仪和回旋加速器等，对培养学生科学的推理和逻辑思维能力，以及了解科学知识在现代科学技术领域的应用都有着重要的意义，因此是本单元的重点内容.

难点分析：磁场对于学生来说很抽象，不能通过感官直接感受，因此，磁感应强度的定义过程存在困难，是本单元教学的难点;建构物理模型分析宏观的安培力与微观的洛伦兹力之间的关系，因其抽象程度高且思维过程复杂，也成为本单元学习的难点.

4 单元学习过程设计与分析

这部分梳理单元学习的整体认识思路，依据学习进阶划分几个主要层级，简要说明每一个层级下具体包括哪些学习内容，并对各层级教学设计要点进行分析.本部分前承接教学目标与重难点，后则续接教学活动设计.

本单元知识层级如图2所示.

本单元的教学设计可以分为四个部分：

第一部分是在初中学习有关磁场知识的基础上介绍常见的磁现象、磁效应、地磁场等内容，重点介绍科学史上有里程碑意义的奥斯特实验及STSE素材“指南针与郑和下西洋”等内容.

第二部分通过建立磁感线模型和磁感应强度概念定性与定量描述磁场，通过磁感线描述和认识几种典型磁场，介绍磁通量概念.

第三部分是认识磁场对通电导线、运动电荷的作用力，从宏观到微观进一步深入认识磁场中力的性质.

第四部分介绍磁场知识在生产生活、科技、军事等方面的一些重要作用.

这四个部分内容相对独立，但又彼此衔接，注重循序渐进：从现象到本质、从宏观到微观、从理论到应用，体现了物理学认识自然界事物的大思路，其中第二、三部分是本单元的重点与核心.各层级教学设计要点见表3.

说明：教师在整体层级设计的基础上，进行每一课时的教学设计.

5 主要教学活动设计

这一部分对概念教学、规律探究和问题解决三类教学活动的设计思路分别举例，做简要说明.

5.1 核心方法引领概念建构的设计思路

如何描述磁场？具体思路如图3所示.

这部分教学设计的重点是立足比值定义这一思想方法，诠释比值定义的核心思想.设计适当的问题情境，引发学生对定义描述磁场的物理概念、定义思路、方法、程序的思考，通过正确理解概念，体会建构概念的基本程序和方法.

5.2 核心问题引领规律探究的设计思路

实验探究洛伦兹力大小和方向的规律.设计思路如图4所示.

这部分教学设计的重点是围绕核心任务：探究洛伦兹力大小和方向，通过理论分析与实验探究发现物理规律，然后反思程序性知识和认知策略，本案例的教学设计突出这样的思维路径.

5.3 核心任务引领问题解决设计思路

回旋加速器原理分析.设计思路如图5所示.

这部分重点呈现如何在磁场中应用力和运动规律、功能关系分析解决问题.重点体会电磁学问题解决与力学有一致的大思路和程序，进一步帮助学生理解“场”的物质性，在完善学科知识体系的同时发展力和运动、能量的物理观念;体验解决力学问题的思路方法如何迁移至电磁学，发展认知能力，提升科学思维水平.

5.4 梳理整章认知线索，升华认识自然界的大思路

本单元整体教学设计思路如图6所示.

本单元认知主线梳理：磁场的学习以类比电场的研究思路展开：磁现象（磁效应）、磁场的定量和定性描述、磁场性质（对通电导线和运动电荷有力的作用）、磁场力（安培力和洛伦兹力）的应用.类比电场中的点电荷、电场线、电场强度、电场力，建立与磁场相关的电流元、磁感线、磁感应强度、洛伦兹力和安培力等概念，逐步形成对“场”的物质性的认识方式，让学生体会认识世界的“大思路”.

本单元蕴含的物理思想方法：用类比的方法建立磁感线模型，利用“电流元”模型和比值定义法定义磁感应强度，对磁场从定性与定量两个角度进行描述.从宏观和微观两个视角解释磁场产生、对安培力与洛伦兹力的关系进行推导，建构宏观与微观的本质联系，是对“场”物质认识方式上的一次飞跃，同时也进一步建构电磁场知识体系和方法体系的联系，为进一步学习和理解电磁感应以及电磁波的知识奠定了基础.

6 学习效果评价

单元评价必须包括单元过程性评价和单元形成性评价两个部分，这样有利于对学科核心素养的落实情况进行全面检测，体现教、学、评的一致性.

6.1 单元过程性评价

过程性评价可以通过活动评价或作业评价两种方式进行.活动类评价可以通过记录活动表现来进行，也可以通过布置实践类作业或阅读类作业，进行展示交流等方式来评价.具体作业任务可以布置在课前，也可以在课后.例如：在学习奥斯特实验之前让学生查阅有关奥斯特生平与成就的资料在课堂上进行交流分享.

过程性评价还可以是实验报告，评价学生科学探究的各项能力发展情况.例如探究安培力大小和方向的实验，就可以分别从问题提出、方案设计、实验设计、仪器操作、数据记录和数据处理、结论分析等方面让学生撰写实验报告，从而了解学生实验探究各项能力水平和发展状况，及时进行有针对性的教学改进.

在学习过程中，还可以通过绘制概念图等评价项目了解学生单元知识的结构化程度，促进物理观念的发展.概念图的内容可以是一个知识点的，也可以是一章的还可以跨章节的，有利于学生形成更系统的概念体系.

6.2 形成性评价

教师在制定评价方案时，應针对物理学科核心素养的四个方面，结合学生的情况和发展需求，选择适当的水平层级命制或选取评价的问题.

例题1 如图8所示，足够短的a、b两段通电直导线，分别放置于磁场P、Q两处，并与该处磁场方向垂直，相关参数见表3.

（1）为比较P、Q两处磁场的强弱，你认为下列做法可行的是

A.比较F1和F2的大小

B.比较I1L1和I2L2的大小

C.比较F1I1L1和F2I2L2的大小

D.也比较I1L1F1和I2L2F2的大小

（2）说明你选择的理由

（3）在磁场中定向移动的自由电子e也会受到磁场的作用力f，请说明如何根据这一特点来定义某处的磁感应强度，并给出定义式.

这个问题考查学生概念建构的能力.其中A、B、C项在课内学习的基础上，考查学生磁感强度概念的理解，对物理观念和科学思维的考查达到水平三;D项和第（2）（3）问考查学生应用比值定义法的迁移能力，在物理观念方面，还是水平三，而科学思维中的推理论证和科学表述的能力要求则接近水平四的层级.

7 教学设计反思

从整体上看《磁场》单元教学设计较好地体现了以学生为中心的课程改革理念，符合发展学生核心素养的课程改革理念.教学设计的内容分析、学情分析、目标设计、活动设计与评价设计等，系统体现了围绕大概念建构知识体系、在知识发展的同时关注认知发展的单元设计理念.

6 结束语

本设计梳理了磁场单元落实物理学科核心素养的内容载体、给出了具体策略与实施路径，同时注意挖掘承载物理学科核心素养要素的思想方法、认识方式、跨学科概念等隐性知识，不仅设计了单元层面的教学目标，规划了单元教学活动，还预留了单元教学目标具体分解到课时目标的出口，以便于通过课时教学设计具体落实，为核心素养发展设计拓展可操作的路径.

参考文献：

[1]张玉峰.以大概念、大思路、大情境和大问题统领物理单元教学设计[J].中学物理，2020，38（05）：2-7.

[2]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.

[3]王美芹，张玉峰.基于物理学科核心素养的单元教学内容分析与学情分析[J].中学物理，2020，38（07）：8-11.

[4]王美芹，柴丽苹.基于核心素养的高中物理单元教学目标设计——以“磁场”单元为例[J].物理教师，2020（06）：15-19.

（收稿日期：2021-02-05）