物理学科核心素养导向下的单元教学设计探索

王丹　史红姝

摘 要：以单元教学设计思路为前提，思考知识结构间的联系，阐述单元化教学内容设计以及教学结构优化.以“交变电流”为例设计单元教学，从远距离输电中发现的问题为着手点，设置单元核心任务，开展实验方案设计，构建能量观念，引导学生进行科学推理论证，激发社会责任感，促进学生对电磁感应本质的理解，培养学生的物理学科核心素养.

关键词：物理核心素养;单元教学设计;交变电流

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）23-0040-03

发展学生学科核心素养已成为当下课程改革的共识，单元教学设计是发展学生学科核心素养的重要途径.在单元教学中注重课程创设的大情境，从实际问题入手，思考如何建立知识系统的思维过程.本文讨论以“交变电流”单元教学为例.

1 单元教学设计指导思想

单元教学设计整合碎片化的知识点，让学生在学习过程中，能够对知识结构有系统的规划和认识[1].教师围绕单元的核心任务组织教学，带领学生进行物理概念、规律、原理等理论的学习，统揽全局，有序开展教学活动.

2 单元教学内容分析

从知识构成方面分析，“交变电流”是电磁感应现象的延续和发展，又是电磁感应理论的具体应用.图1呈现的是知识结构框架图.电磁感应是产生交变电流的原因，本章围绕交变电流、电磁感应等物理观念展开，学习交流电的特征，建构理想模型，以实际情景分析为大背景[2]，思考知识的前后联系，重新组建教学过程.

交变电流作为独立单元，依托实际情境为主线贯穿全章，设置单元学习任务，建构理想变压器的模型，掌握变压器各物理量之间的规律，应用变压器、认识交流电又是完成单元核心任务的必备基础.教师在教材提供的实验基础上，改进实验装置，注重实验任务的设计和阶梯性问题的引导，引导学生通过理论分析和实验探究，最终达成课程的学习目标.图2为单元教学设计思路图.

3 学习目标的制定

课堂上注重对物理观念、科学思维的渗透，让学生在科学探究过程中体会到科学态度和责任感.本单元从生产生活用电遇到的问题入手，以实际情景为主线，结合相关知识和学科素养发展要求，制定单元教学目标：

（1）完善物理观念及能量观念.学习交流电的特征，知道远距离输电的优点和电能传输过程;围绕单元核心任务做好基础知识的铺垫.

（2）完成模型建构.通过实践调查和实验探究，总结归纳变压器的原理、特征;完成交流发电机、理想变压器、远距离输电电路图的模型建构.

（3）能够依据交变电流原理与变压器解决生活中的实际问题.巩固对变压器的应用，体会交变电流与电磁感应在知识结构的关系.

（4）培养学生严谨认真的科学态度，激发社会责任感.会理论分析远距离输电中高压输电的合理性和实验验证其可行性.

4 学情分析

4.1 学习基础分析

学生在初中阶段对交变电流有初步的认识，通过前面电磁感应现象的学习，可以更好地理解交变电流产生的原因和变压器的工作原理.实验现象和生活情境相对比，学生更容易从生活经验中抽象出理想化模型，要求学生具备分析实验数据、归纳总结的能力.

4.2 学习困难分析

（1）初中阶段学生初步学习了变压器外形、用途，高中阶段要求从认识一般的变压器中抽象出理想变压器模型，懂得升高电压可以减小电压损失的原因，并能应用其解决实际问题，要求学生具有较强的演绎推理和归纳总结的能力、实验操作能力.

（2）设置单元学习任务，进行实验方案的设计、实验探究，对学生的理解能力、分析综合能力要求较高.实验探究过程对学生是思维上的扩展，要求学生具备探索精神、质疑和创新的能力.师生互动，合理引导，激发学生的学习热情，不流于形式，从而提高学习能力.

5 单元学习过程设计

本单元学习过程可分为四个层级：一是认识交变电流，了解交变电流和直流电各自优势;二是从公式计算和图像分析两方面进一步描述交变电流;三是认识变压器，它是电磁感应定律的实际应用;四是本章的核心任务——探究远距离输电节能的方案.四个学习层级相辅相成，前三个层级内容搭建知识基础，第四个层级创设情境，让学生理论与实践相结合，促进知识的理解，强化学科素养的形成.表1为交变电流单元的学习过程设计.

6 主要教学活动设计

以层级4中探究任务——如何减小远距离输电电能损耗为核心任务，设计以下教学活动.

环节一：引入实际情境，发现问题;理论分析与实验现象对比，初步分析电压损失的影响因素.

通过新闻视频，展现某山区居民用电过程中出现的实际问题：用电高峰时家用电器因电压不足而损坏、电灯的亮度明显变暗等.

设计意图：激发学生的好奇心，使其投入到课堂的讨论和学习中.请学生完成以下学习任务.

任務一：（1）根据实际情况估算导线上电阻的大小，对比不同导线上损失电能的情况;（2）结合生活实际，分析电能损失原因.

任务二：学生分组实验，体会导线电阻损失的电压所产生的影响.

通过任务设置，把理论分析与实验观察的现象进行对比;通过实验模拟实际情境，简化问题，突出主要矛盾.在此教学环节中运用了分析和综合的思维方法.

环节二：设计实验方案，探究减小远距离输电电能损失的方法.

通过实验现象找出矛盾点，提升学生对实验电路定性分析的能力.设计过程如图3所示.

此环节让学生经历演绎推理、归纳推理的科学过程，实验中相互质疑、改进方法、相互讨论、合作探究，促进质疑和创新思维的生成.图4～图6为思维进阶过程中的输电线路图.

环节三：实验验证电路合理性.

分组实验讨论，观察现象，电压表示数变化微小.表2与表3为改进前后的实验数据对比.实验验证成功，学生们非常兴奋，鼓掌欢呼，课堂效果极好.

实验中，学生探究电路中电流、电压、功率之间的关系，属于归纳、推理的过程.以实验现象为依据，发现问题、改进实验、实验验证，直到达成目标，属于科学论证.

7 单元学习评价设计

单元教学评价可以围绕单元核心概念及学科核心素养的要求，分为课时评价、层级评价、单元评价.本单元实践性活动和开放性作业较多，所以层级评价更为适合.下面以层级4为例说明.

例：通过小组的实践调查，设计实验方案，汇报并交流如何实现远距离输电节能？

要求：

（1）在实践调查中，调查的主要问题有哪些？建议汇总1～3个问题，确定调查的主题，进行第一次小组汇报.

（2）在调查中遇到了哪些知识上、技术上的困难，是如何解决的？（可以展示查找资料;也可以录制采访视频，PPT讲解.）

（3）在探究远距离输电节能的过程中，设计一份实验报告，写出实验设计方案，记录实验步骤以及改进原因，并通过实验数据的推理得到哪些结论？完善实验报告并进行第二次小组汇报.

以上任务形成统一材料，为期两周，学习结束学生以小组为单位提交，教师对学生每次作业评价并记录在学习档案中，作为学习评价的一部分.

在这一单元教学中，注重任务设置，用大任务的形式串联起单元知识的联系与学习，形成结构化知识体系.有利于学生对知识的理解，减轻记忆负担，从而为学生的思维活跃释放空间，有利于促进学生的学科核心素养的形成，突出少而精的核心概念课程.

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

[3] 丁焕平，王锕. “电磁感应”单元教学设计 [J].中学物理，2021，39（09）：29+30-33.

[4] 卢明，崔允漷.学科核心素养呼唤单元教学[J].课程教材教学研究（教育研究），2020（Z3）：58.

（收稿日期：2021-10-14）

基金项目：北京市物理学会2020-2021年度“学科核心素养导向下的单元教学设计探索与实践研究”（项目编号：WLXH202078）.

作者简介：王丹（1978-），女，黑龙江哈尔滨人，硕士，中学高级教师，研究方向：中学物理教学;

史红姝（1978-），女，黑龙江人，本科，中学高级教师，研究方向：中学物理教学.