合理重构 有效促成物理核心素养的培育

王金铎 沈计春

摘 要：核心素养是指学生应具备的必备品格和关键能力，是中学教学的最高目标，这些目标需要在以知识为载体的课堂教学中达成.物理学科教学中的“单元”，是以同一主题或任务串联起来的教学内容，具有内在的逻辑性和认知的规律性.以单元教学设计与实施为抓手，合理统整单元内知识、方法、能力进行教学，对于核心素养的培育是大有裨益的.以沪科版（基础型）及华师大教材（拓展型课程）中的电场大单元为例进行单元设计.

关键词：高中物理;单元教学设计;核心素养;电场

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）15-0029-06

作者简介：王金铎（1963-），男，江苏南通人，本科，中学高级教师，研究方向：高中物理课堂教学;

沈计春（1978-），男，上海人，本科，中学高级教师，研究方向：高中物理课堂教学.

《普通高中课程标准（2017年版）》（简称“新课标”）在“地方和学校实施本课程的建议”中指出：“重视课程开发与建设，完善物理学科的课程体系…，有计划地开展有关的课程实施研究，促进国家课程建设更适合于学校，更贴近学生的实际.”按照新课标对教学的实施要求，结合教材的特点，开展单元教学设计是落实新课标精神，使物理核心素养的培育得以落实的重要举措.

1 章节教学与单元设计

1.1 章节教学

在传统的教学设计过程中，教师是根据教材规定的课时（节）教学内容，制定课时教学目标，在分析了课时教学的重、难点后，通过观察与体验、分析与讨论、实践与探究等教学手段，利用动画视频等现代媒体手段，使课堂教学的效益得到提升，教学质量也得到提高.然而，透过这种以课时教学为基调的教学设计不难发现，这样的教学更多的是关注课时内学生的知识、技能与情感习得，学生得到的知识是零碎的，技能是分散的，思维方式也是割裂的，难以实现物理观念、科学思维、科学态度与责任的整体形成.因此，只强调章节的课时教学存在一定的局限性与不足.

1.2 单元设计

随着新课标与新教材的实施，课程改革的意识不断彰显，特别是培育核心素养教学目标的现代教学要求，迫切需要通过“单元教学设计”促成上述目标的实现.所谓“单元”，从知识角度理解是一组相互关联、先后有序的教学内容的组合，每一个单元又具有相对的独立性;从认知规律上看，单元又是基于学科核心素养，以相关主题与任务为线索串联起来的教学内容单位，有关内容的组成符合学科知识发展的逻辑顺序和学生的认知规律，有明显的結构化.“学科单元教学设计”是为实施学科课程而以一个单元为整体进行的一种系统化、科学化的教学设计.通过学科单元教学设计，可以凸显教学过程的整体性、递进性、关联性等系统教学的特征，以解决“教什么”“何时教”“如何教”等实际问题，有利于教学中时间、资源、顺序等教学变量的统筹，更利于物理核心素养的培育.一般而言，一个完整的单元教学设计应包含教学安排、教学策略、教学评价等三部分构成，具体如图1所示.在教学实施过程中，这三个部分应做到有机衔接、前后呼应、详略得当，从而把教学预设转化为教学行为，达成教学目标.

本文以沪科版高中物理教材（基础型）及华师大版教材（拓展型课程）中的“电场”大单元为例，介绍单元教学设计与实施的具体过程.

2 单元分析与教学安排

2.1 内容分析

电场是高中物理教学中全面、系统研究“场”知识的重要单元，其知识内容与研究方法，既是重力场的拓展与延伸，也是学习磁场及电磁感应的基础.因此，本单元在高中物理教学中具有极其重要的意义.

电场单元的重要特点是概念多而抽象，且各概念间的内在逻辑关联性强.概念的属性也不尽相同，有的是反映电荷与电场本身的，也有的是由电荷与电场共同决定的，具体见表1.在教学过程中，搞清这些概念的形成过程，正确界定其内涵与外延，不断进行有意义的辨析，是单元教学成败的关键.

物理规律多也是本单元的特点.这些规律有的是实验定律，有的是在定律的基础上经过理论推导得出的物理结论.在利用规律解决实际问题时，又要注意物理量的矢量性，如电场力、电场强度等，在使用时不要带正负号运算，方向按照矢量的合成法则处理;标量性规律如电势、电势差、电场力功、电势能及变化等，运算时需要带入正负号运算，且注意正负号的物理意义;有些物理规律还要注意特定的适用条件.归结起来，本章的物理规律有：一个基本定律即库仑定律F=kQ1Q2r2; 两个基本定义：电场强度E=Fq和电势φ=Epq;三个基本关系：电场力做功WAB=qUAB ，电势差与电场强度UAB=Ed ，电场力与场强F=Eq.

2.2 教学目标

根据单元的教学内容，可以确立单元教学目标及学习水平（见表2）.

在教学设计过程中，努力挖掘各知识点与核心素养的关联，也是应着力思考并在课堂教学中体现的方面.本单元知识点与物理核心素养各要素的关联分析见表3.

表3所列的是本单元知识点与核心素养各要素关联的程度（其中H表示强关联、M表示中关联、L表示弱关联），这些要素的达成，需要在实际教学过程中，通过合理的教学手段及统筹各种教学资源实现.

2.3 课时划分

根据单元各知识点的特点及内在的逻辑关系，可以分为电场力的性质、能的性质、实际应用及检查评价四个知识块，具体见表4.同时注意穿插作业的讲评与教学情况的反馈.在单元教学内容完成以后，利用单元检测的方法，测评同学对单元教学内容的把握，并且通过对结果的归因，及时矫正学生存在的学习问题，提出补救方法.当然，实际教学课时还可以根据评价反馈的结果适当调整.

3 教学策略与结果评价

3.1 难点突破

突出教学重点、突破教学难点，是课堂教学顺利开展的重要标准.根据本单元教学内容的特点，可以从以下几方面展开教学过程.

3.1.1 厘清概念的内涵与外延

课堂教学中必须搞清概念的内涵与外延，并且不断进行概念的深层次辨析，才能在此基础上理解和把握概念的本质.首先要通过物理情境的设置，帮助学生形成对概念的表象认识，在此基础上通过抽象与概括、分析与综合等思维方式，建立物理概念;其次通过对概念的深层次剖析，在对概念表面特征和外部关系分析的基础上，抓住概念的本质和内在联系，从而在大脑中形成牢固而深刻的概念印象;再次是通过应用辨析，在大脑中升华概念，达到对概念内涵的确切认识.

3.1.2 理顺规律的形成与条件

物理规律是物理量之间内在的本质联系，是物理教学的主干和核心.

（1）创设情境，提出物理问题

情境认知理论认为，学习是学生基于特定的情境主动建构知识的过程，情境是一切认知活动的基础，而知识则融合、贯穿于产生它的情境之中.物理情境创设的目的是为了导致学生的认知失衡，从而产生困惑并形成亟待探究的问题，提高思维热情.例如，库仑定律是本单元重要的物理规律，通过教学视频让同学观察：两电荷间距离增大时，电荷间库仑力的变化;保持两电荷间距离改变电量时库仑力的变化.在这样的控制变量的实验过程中，让学生提出影响库仑力的大小因素，再进行理论归纳而得出结论，学生对规律的理解就会更加深刻.除了利用动画、视频以外，利用与重力场进行的类比迁移，也是本单元教学中最重要的情境设置方式.

（2）思维加工，建立物理规律

物理规律的形成过程是学生经过自己的大脑，对物理情境中物理量间关系加工的过程.因为只有通过这样的思维加工，才会对物理规律形成更深刻的认识.例如，对于电场力做功与电势差的关系，则可以在教师设置的情境下，由同学经过理论探究习得.

物理情境：如图2所示，在匀强电场中沿电场线方向有A、B两点，一个质量为m、电量为q的点电荷从A到B运动，则电荷在该运动过程中电场力做功多大？

理论分析：WAB=-（EPB-EPA）= EPA- EPB=qφA-qφB=q（φA-φB）=qUAB.

物理意义：电场中任意两点电场力所做的功，等于移动电荷的电量与始末两点电势差的乘积.

这里的思维加工的过程，同学们经过对原有物理规律进行分析与推理，形成了新的物理规律.从而既能对已学物理规律加深理解与认识，又经历了物理规律的形成过程，以利于形成稳固的物理知识体系，促进了物理规律教学过程中探究性思维的提升.

（3）理解规律，明确使用条件

物理规律一般都是有条件的，在学习过程中除了要对规律的范式文本熟悉以外，还要熟知其使用条件及应用注意事项，这样才不至于在应用中张冠李戴.电场单元的规律教学突出以下两点：

一是明晰使用条件.对于物理规律，不能仅以数学中对数的理解看待.例如，在理解库仑定律时，同学们都知道两电荷间的库仑力当间距r→∞时，作用力F→0，但不能理解r→0时，作用力F不会趋于无穷的物理事实.这是因为当间距r→0时，再小的带电体也不能看作点电荷，库仑定律已不再成立;再如对于电场强度E有三个公式，分别是F/q、kQ/r2和U/d.它们的使用场合也是不同的.可见，使用条件与使用范围是理解物理规律的必要前提.

二是规范化使用：电场单元的公式字母大部分都有下标，这些下标有其独特的物理意义，只有规范书写并理解其物理意义，才能正确使用.例如，WAB表示电荷从A到B移动过程中电场力所做的功，显然同一电荷WAB=-WBA;再有UAB=φA-φB=-UBA，而電势能变化ΔEAB=EB-EA;电荷在电场中某点的电势能EPA=WA∞，表示把电荷从该点移到无穷远电场力所做的功.对于这些规律的范式书写与使用，是解决电场单元教学不可忽视的重要方面.

3.1.3 把握原理的本质与用法

物理规律与原理都有其本质的内在属性，搞清物理原理的内涵，才能在解决实际问题时得心应手，避免盲目套用现象的发生.例如，电势的概念及电势的变化是本单元的学习难点，对其认识的深入与否也会直接影响整个电场能的性质的学习.就本质而言，电势是由电场本身的性质决定的，反映电场能的性质的物理量，类似于重力场中的位置;电场中某点的电势，是用检验电荷在该点具有的电势能与电荷所带电量的比值定义的，即电势φ=EP/q，但电势与电势能及电量无关，反映了电场的固有属性;电势的大小表征了单位正电荷在该点的电势能;电势是具有正、负的标量，正、负值代表了与零电势相比的高低，具有相对性;在正电荷形成的电场中，离正电荷越近电势越高，距负电荷越近电势越低，由此得出沿电场线各点电势逐点降低，逆电场线各点电势逐点升高;电势与电场强度分别是反映电场力与能的性质的物理量，它们间无必然关系.

3.2 活动设计

学生活动是教学过程中突出重点和突破难点的重要手段，是教学的重要组成部分.单元设计中，学生活动的设计也是其中的重要环节.一般学生活动由目的意义、内容方式、时间安排、组织管理等构成.例如，静电复印是带电粒子在电场中运动的实际应用，它综合了静电的应用与防范、电场力与电荷的运动等相关知识，可以把研究复印机的工作原理作为教学活动，活动设计见表5.

3.3 配套练习

作业作为物理课堂教学的组成部分，历来受到教师的重视，它为教学质量的提升所发挥的作用是有目共睹的.单元作业的设计一般应注意以下几个方面.

3.3.1 体现教学基本要求

在设计作业时，只有按照教学基本要求所规定的学习内容，逐条对应并编拟相应的试题，才能达到巩固提升课堂学习的效果.当然，按照学习水平的要求，还应注意试题的难度与综合程度，契合学生的能力水平，使他们在作业完成时，既需要思考，又能够思考，通过作业体会和形成物理学习的成就感.

3.3.2 符合学生知能状况

符合学生的知能状况，是作业设计科学与否的重要标志.由于不同学生的学业基础与思维状况的不同，在物理作业设计时，必须增加作业的可选择性.可以将作业设计成A、B、C三组.其中A是普遍完成（过关）类，是所有的同学都必须完成的基础练习，这类作业的指向是学生基础知识和技能，是与合格考试的学习水平匹配的;B为选择完成（提高）类，这类作业的指向是知识与技能的应用，是与等级考试的学习要求相对应的.在完成A组练习的基础上，鼓励更多的同学能完成B类，以形成更加稳固的知识体系;C是综合应用（竞赛）类，是以参加自主招生或竞赛为目标，供学有余力的同学练习.这样的作业设计，让每一个能力层次的学生都能得到学习上的满足，充分体现现代学习的分层和可选择的要求.

3.3.3 适应新政考试模式

物理新政高考，选择题为单项选择，主要考核学生对主干与核心知识的理解，且难度不高于教学基本要求规定的学习水平;填空题则突出对基本物理规律、原理的理解与应用，反映学生基本的运算能力;综合题由实验题与计算、推理题构成，其中实验题主要考查实验目的、实验器材的选择与使用、实验操作、数据的记录与处理、误差的分析与实验改进等方面.而计算题则突出对物理原理、规律的综合应用，以及物理过程陈述的完整性、解题思维的逻辑性等方面.在设计作业时，必须体现新政高考对试题的要求，采用相应的试题形式，以形成有的放矢的课外练习.

3.3.4 凸显培养核心素养

核心素养是在具体的教学行为中培养与形成的.设计作业时，可增加试题的开放性、可观察性、可制作性，多设计具有探究性、研究性的试题，创设待解决的真实的问题情境等.具体可做到以下几点：

（1）=1＼*GB3结合实际的物理情境（物理观念）.

物理虽然具有抽象思维的特点，它是在大量感性材料的基础上形成的，因此离不开具体的物理情境.在设计物理问题时，多点结合实际的问题情境，多些物体间的相互关联，多点丰富多彩的运动方式.让同学在处理时，将实际问题抽象为熟悉的物理模型，再选择相应的物理规律得出结果.这样既符合人类思维由形象到抽象的特征，也体现了核心素养中关于物理观念的要求.

（2）=2＼*GB3极具思维的处理过程（物理思维）.

物理问题的处理过程，是一个由已知求解未知的过程;从信息论观点看，是一个获取问题信息，经过大脑的加工与处理，表征为自己的信息，并得出未知信息的过程，思维是这个过程的关键.在设计作业时，少一点死记硬背、单凭记忆、特殊的技巧、熟悉的套路可解决的问题;多一点需要思考、能够思考的问题.让学生在读题后，可以演绎与归纳、必须发散与收敛、既可定性也可定量等，使他们在有序的思维状态下处理问题.

（3）=3＼*GB3需要探究的问题设计（科学探究）.

在作业设计时，多点开发性与多可能性的问题，让同学在处理时，需要通过提出问题、进行猜想与假设、设计实验搜集证据、进行论证最后才能得出结论.这样的过程，符合科学家发现物理规律的轨迹.经过这样的问题处理的经历与过程，对他们处理更加复杂的社会问题，乃至做出科学的发现或发明都是有益的.

（4）=4＼*GB3体现情感的价值取向（科学责任）.

处理物理问题的过程，既是物理思維的过程，也是科学态度、情感、伦理等人文情感的形成过程.在习题设计时，注意蕴含这些元素，让学生在练习中，潜移默化地形成热爱科学、崇尚科学、投身科学的情操及严谨、踏实的科学态度与责任.

3.4 小结评价

3.4.1 单元小结

在单元教学完成以后，通过单元教学小结可以使学生学习的内容“由厚变薄”，使“树木森林化”.这样的小结可以是问题处理方法方面的，也可以是知识网络的构建方面的.基于本单元的知识特点，可以布置学生自行梳理、归纳本章知识网络，图3是某同学整理的知识网络图.这种对学习内容的立体式表达，也是学生抽象思维能力的表现.

3.4.2 教学评价

评价是与教学相伴而行的过程，它是依据教学目标对教学过程及结果进行价值判断并为教学决策服务的活动，是对教学活动现实的或潜在的价值作出判断的过程.这样的评价，既可以是恰如其分的课堂及时评价，也可以是客观全面的作业过程评价，更是可量化的考核综合评价，通过评价实时矫正教学行为，确保教学过程达成预设的教学目标.

4 结束语

实施单元教学，让学生在每堂课知识学习“量”的积累中，内化形成了具有“质”意义的单元知识体系，使他们对物理问题能够由表及里、由点到面更加立体化、系统化.在利用物理知识解决实际问题时，建模、推理、归纳、演绎等思维能力得到不断增强，为创造性思维能力的形成奠定了基础.

参考文献：

[1]陆伯鸿.学科单元教学设计的研究和应用[J].上海课程教学研究，2018（04）：8-15.

[2]上海市教育委员会教学研究室.中学物理单元设计指南[M].北京：人民教育出版社，2018.

[3]中华人民共和国教育部.中学物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[4]廖伯琴.普通高中物理课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2020.

（收稿日期：2021-03-26）