核心素养导向下物理单元教学的实践与启示

贾丽浈

（上海市世界外国语中学，上海 200233）

一、引言

单元学习是我国全面深化课程改革、落实核心素养的重要路径。新一轮课程改革强调培养学生在关键能力、必备品格和价值观念等方面的核心素养。核心素养包括文化基础、自主发展和社会参与三个方面，具体体现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践规划六大素养。①余文森：《核心素养导向的课堂教学》，上海教育出版社2017年版，第15-32页。

2022年4月，教育部颁发新一版义务教育课程标准，新版物理课程标准进一步提炼物理课程要培养学生核心素养以及课程目标凸显物理课程的育人功能。物理核心素养是学生发展核心素养在物理学科的具体化，包含四个部分：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度和责任。新版物理课程标准要求教师将核心素养的内涵及相关要素，贯穿于课程目标、课程内容、学业质量、课程实施等部分，落实到单元教学的整个过程中，培养学生学会学习、学会合作、学会生活。

由此可见，核心素养的落实离不开深度学习和单元教学。深度学习是全面深化课程改革、落实培养核心素养的重要途径；单元教学是实现学科核心素养的重要载体；深度学习需要单元教学来实现。所谓单元教学，就是在学科核心素养指引下，以单元为单位整体思考、设计和组织实施的教学。因此，单元教学是促进深度学习的载体，深度学习是单元教学的目的，两者共同促进学生核心素养发展。②周莹，冯华：《深度学习视域下的单元教学任务设计》，《基础教育课程》2021年第4期（下），第56-61页。

怎样理解单元教学，如何设计单元中的核心问题才能实现深度学习，如何使教学设计符合教育规律，促进学生核心素养养成，笔者将通过教学实践来尝试厘清这些问题。

二、单元教学的内涵与特征

1.单元教学的内涵

单元教学设计是在整体思维的指导下，将围绕主题生成的单元内容作为教学内容，制订单元目标和课时教学目标，设计连续的课时教学方案，进行单元评价的环节来完成的复杂教学设计。①潘苏东，童大振，汪大勇：《中学物理单元教学设计流程的探讨》，《物理教师》2021年第4期，第11页。基于学者的共识，笔者认为，有别于碎片化知识点教学，单元教学是在学科核心素养指引下，以单元为单位，整体设计和组织的教学。

单元可以是教材自然单元，也可以是教材重组单元，还可以是自拟专题单元。单元教学是培养核心素养的综合性教学活动，不仅以知识点掌握为目标，所以单元教学设计跟以往的单一课时教学设计有很大的不同。

2.单元教学的特征

第一，在教学内容方面，围绕体现核心概念的学习主题，强调教学内容组织的结构化（例如知识之间关联、知识与方法关联、知识与生活关联、知识与经验关联等）以及内容呈现的情境化（例如真实情境、现实场景、任务场景、问题场景等），综合体现不同层次教学任务之间的逻辑关联。

第二，在教学目标方面，单元教学目标把学科核心素养具体化为单元学习目标。单元教学目标的上位概念是物理核心素养，下位概念则是课时教学目标。单元教学目标的确定要以单元教学内容和学情为前提，注重物理核心素养对教学的引领作用，关注教学目标的可行性和可预测性。

第三，在教学过程方面，以核心概念为教学出发点，教学过程在不同层次的教学任务中依次展开，这既能保证教学的连贯性和整体性，也能给学生思维发展的空间，以建构概念，获得知识。在教学核心概念的引领和单元问题的驱动下，通过自主性、挑战性、进阶性的学习任务或活动，使学生掌握解决问题的方法和能力。

三、单元教学设计的过程

单元教学设计是单元教学的基础性工程，教师需要在了解学科核心知识概念的基础上，对照核心素养，梳理和优化单元教学内容，规划和制订单元教学目标，设计教学过程和评价体系。单元教学设计包括以下环节：规划单元内容，制订单元目标，确定核心任务以及设计单元活动。下文将以上教版八年级物理“运动”单元为例，阐述单元教学设计的过程。

1.规划单元内容

内容组织的结构化是单元教学最重要的特征，也是实现深度学习所要求的理解深刻性和思维高阶性的重要基础。内容组织的结构化、系统化、整体化更是将知识转化为素养的基本保证。因此，规划单元内容的目的就是厘清单元知识内在逻辑联系，将知识梳理成结构清晰、逻辑有序的知识体系。

如表1所列，本单元内容包括机械运动和直线运动两部分。主要知识点有机械运动、匀速直线运动和速度，核心概念是速度。学习顺序应该为先知道什么是机械运动，然后学习最简单的匀速直线运动及其速度。认知规律是由大范围到小范围，从普遍到特殊。内在的逻辑主线围绕运动展开：从机械运动到最简单的运动，再到运动的快慢。这样知识问题链就很清晰：什么是机械运动？运动的类型有哪些？如何判定匀速直线运动？匀速直线运动有快慢之分吗？如何比较物体运动的快慢？这些问题中概念间的内在联系是由位置、时刻、路程、时间等物理量串起来的。机械运动本质上是位置随时间的变化；匀速直线运动本质上是运动方向和速度均不变的运动，是物体在相同的时间间隔内运动路程相同的直线运动；速度则是比较物体在相同时间内运动路程的多少。

表1 “运动”的概念体系与知识问题链

梳理这些知识的过程，也是教师重新思考关于运动的相关概念如何建立的过程。这让我们回到了一个新的起点，思考人类是怎样研究运动的。研究运动首先就需要记录运动，即记录物体在某些时刻的位置。具体来看，判断运动需要记录不同时刻的位置，才能知道物体的位置是否随时间发生了变化；判断物体是否做匀速直线运动需要记录相同时间间隔点的位置，才能知道物体在相同时间内路程是否相等；判断物体运动的快慢需要记录物体在相同时间间隔点的位置，才能知道物体在相同时间内路程的多少（见表2）。因此，记录运动的最基本内容是时刻和对应位置。位置和时刻既是建立“时间、位移、速度、加速度”等概念的基础，也是学习和研究运动的基础。这当中也衔接了高中阶段“加速度”等运动概念的学习。由此，本单元的内在学习主线——记录和描述物体的运动情况，这是学习和研究物体运动的前提，也是后续深入学习运动的基础。

表2 单元核心概念学习主线

2.制订教学目标

制订教学目标是将单元知识和核心素养进行有机整合的过程。物理课程的教育价值在于让学生养成四个方面的核心素养，即物理观念、科学思维、科学探究、科学态度和责任。因此，教师需要把握好学科核心素养与课程目标、单元目标、课时目标之间的内在联系。为了保证教学设计的一致性，教师备课时要以核心素养为纲，纲举目张，从课程标准到单元目标、课时目标、活动目标进行层层分解。因此，制订教学目标的首要步骤就是从物理核心素养的四个维度对单元内容进行分析，找到单元学习内容与核心素养的相关性（见表3）。

表3 物理学科核心素养的单元解读

第一，物理观念。物理观念包括物质观、运动观、相互作用观、能量观和时空观，这是物理概念和规律在头脑中的提炼和升华。本单元要在学生头脑中形成的物理观念就是运动观。因为运动是物体位置的变化，所以也涉及时空观。并且，运动观是在对位置、时刻、时间、路程、方向、运动快慢等物理量理解基础上逐步建构的。

第二，科学思维。科学思维是从物理学视角对客观事物本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，是基于经验事实建构理想模型的抽象过程，具体包括分析综合、抽象概括、推理论证等科学思维策略。科学思维是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品质，主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素，也是科学学科核心素养在物理教学中的具体体现。具体到本单元，就是围绕“机械运动、匀速直线运动和速度”三个概念的形成过程，让学生经历科学思维的过程。

第三，科学探究。科学探究是基于观察和实验提出物理问题，形成猜想和假设，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的一系列行为。这一过程主要包括问题、证据、解释、交流等要素。物理学是以实验为基础的学科，而实验过程离不开探究，甚至可以说在几乎所有的物理学知识、概念和规律的建构过程中都包含科学探究。教师在教学活动设计的过程中，应该尽可能多地做到让学生通过动手实验、自主探究来建构概念和规律。本单元的三个概念（机械运动、匀速直线运动和速度）也不例外，都可以开展探究，让学生通过探究主动建构知识。

第四，科学态度与责任。这是在认识科学本质，理解科学、技术、社会和环境的关系的基础上，逐渐形成对科学和技术的正确态度以及责任感。主要包括科学本质、科学态度、科学伦理、科技和社会环境的关系、社会责任等要素。科学态度与责任的落实隐含在整个教学过程中，本单元的教学重点放在了解技术在运动学习和研究中的作用，认识科学技术和社会生活的联系。

单元内容规划和对核心素养四个维度的分析，有助于教师更好地理解这一单元的学习价值。本单元对于学生来说，是运动和力的起始教学，也是学生今后学习更复杂运动概念的基础。一方面，“机械运动、匀速直线运动、速度”等概念的正确建立为学生今后的相关学习奠定了知识基础；另一方面，记录、比较、理想模型、控制变量、图像描述等物理方法学习更是对学生科学思维的重要训练。此外，在初步形成运动和时空的观念的基础上，学生运用物理规律分析生活中的运动现象或解决生活中的简单运动问题，感受科学技术和社会生活的联系，也可以提高物理学习的动力和兴趣。

根据以上分析，基于对相关运动概念、物理学科核心素养以及学习价值的理解，可形成本单元的学习目标，并进一步细化为课时目标（见表4）。

表4 物理核心素养引领下的单元目标与课时目标

3.确定核心任务

学生的学习是通过对载体呈现的复杂信息进行深入加工，实现理解的深刻性、思维的高阶性和认知技能的发展。据此，我们提出了以下符合本单元核心任务的条件：（1）围绕本单元的三个学习内容，判断并且能围绕“记录运动”和“分析运动”这个凸显学科本质的学习主线，呈现给学生的不仅是活动体验，更是感受研究运动的方法；（2）能够统领和串联本单元的三个学习内容，最好与学生生活密切相关且体现真实情境，对学生来说也具有一定的挑战性。

我们根据上述要求确定了本单元核心学习任务：要求学生记录和分析自己百米跑步的运动情况。在确定好单元大任务后，还要根据问题链，将单元大任务分解成几个有关联的子任务。具体的教学内容和单元角度的思考，见表5。

表5 “运动”单元的学习任务、教学内容和单元思考

至此，我们完成了内容的规划、目标的制订和教学核心任务的确定，之后要开展对教学活动的设计和教学过程的组织。

4.设计单元活动

单元教学目标的落地，需要有相应的单元活动加以支撑。而单元活动要呈现真实问题情境，让学生在前概念基础上不断探究，像科学家一样进行知识建构、问题解决的反思改进，从而实现概念的建立和知识的迁移。①刘月霞，郭华：《深度学习走向核心素养》，教育科学出版社2018年版，第8-11页。围绕单元目标和核心任务，我们以本单元第一节课为例来说明，如何通过真实情景的单元活动来实现教学目标。

本单元第一节课的子任务是“如何判断物体是否运动来设计活动”，根据教学内容要求，教师要充分考虑学生的学情和实际资源状况来设计教学活动。具体而言，单元活动需要整体体现核心素养导向下的具体目标，还必须要满足可以进行持续教学评价的要求。对一节课的评价要围绕课程的关键活动和核心内容进行。本节课中，我们要重点评价的关键活动是运动判断和运动记录。

有了这些课程设计的基本思考，接下来就要寻找生活中的真实情境，针对本节课的知识点（如何判断物体运动？这与科学思维相对应）和能力要求（如何记录运动？这与科学态度相对应），教师从一艘船开始创设情境，让学生自主探讨：需要什么条件才能判断一艘船在运动，提出和设计记录运动的方法。相应的教学评价则通过对学生的记录方式的讨论来实现。对于另外一个知识点——运动相对性，我们采用了教材中拉动纸带上木块的活动。

第一节课的具体教学设计如下：

情景I观看动图及视频

通过观看自然界的各种运动形式，引出课题。

活动I 判断运动

通过观看图片和录像判断小船是否航行，得到“机械运动是物体位置随时间的变化”的结论。

第一次回顾引入视频：根据定义判断引入视频中的物体是否运动。

活动II记录运动

讨论记录运动的方法，知道需要记录的要素是时刻和对应位置。

思考如何记录自己百米跑步的情况。通过了解Keep软件可以记录运动，感受科技给社会生活带来的便利。

活动III 判断木块运动情况

利用长纸条和木块，设计木块运动实验，分析木块的运动情况，体验和论证运动和静止的相对性。

第二次回顾引入视频：选择不同的参照物，判断引入视频中物体的运动情况，得出与之前不同的结论。

实例分析：

（1）解释空中加油；

（2）巩固练习（信息技术平台操作）。

总体而言，这节课的活动并不多，并且主要活动都是利用教材中的素材。但是设计的目的紧紧围绕单元教学的要求和核心素养的目标。整个单元的教学活动设计如表6所示。

表6 “运动”单元教学活动设计

（续表）

四、关于学科核心素养培育的思考

通过对八年级物理“运动”单元教学设计的分析，我们得到关于学科核心素养培育的两点启示。

1.重视单元核心目标，保证学生学习的整体性

由表7可见，单元核心目标在这节课中体现在课内和课外两条线索中。围绕如何判断物体是否运动，课堂任务设定为判断轮船的运动，并通过学生对各种记录和运动方式的探索和思考，理解并学会记录运动。课后作业是用相关软件记录自己的跑步情况。这个课外任务的完成既是对本节课内容掌握情况的评价，又可以让学生将真实的生活情境与学习任务联系起来。

表7 单元教学活动设计与单一课时教学设计的比较

有了教学核心目标的引领，教师能够深入领会课时内容之间的知识逻辑，建立起核心内容和学科核心素养之间的内在关系，并形成单元学习的整体性和系统性，从而使学生实现深度学习的目的，并充分挖掘思维探索的空间。

（续表）

2.围绕学科核心概念，帮助学生自主建构关键能力

以物理核心概念统领整个单元教学，可以帮助师生从纷杂的公式与定理中跳出来，站在更开阔的视角来培育核心素养。传统的关于“运动”的教学一般只围绕“机械运动”和“运动相对性”两个知识点来完成。但是在单元教学的视角下，教学设计既考虑到了让学生思考如何记录运动，同时也强化了对时刻、时间、位置、路程等概念的教学。所有这些都是在运动概念的核心教学目标引领下实现的。整个学习活动过程带给学生的是研究运动的方法和整体思路。学生在经历运动概念建立和运动记录方法的评价后，具备了初步的知识迁移的能力，就会把学到的方法运用到生活中去记录运动，也为高中有关运动的学习奠定了基础。因此，可以说，单元教学实践带来的是学生的综合学习和深度学习，从而有效促进了教学实践对学科核心素养的培养，提升了学生的知识掌握水平和学科能力。这种对物理学科核心素养的培养和提升，也是物理学科所追求的重要目标。