基于“大情境”主线的物理单元学习活动设计

摘   要：以大情境引领物理单元学习活动设计是教学设计的一种重要方法。基于“大情境”主线开展物理单元学习活动，有利于解决情境碎片化的问题，帮助学生形成解决问题的一般化思路，从而更好地促进学生核心素养的发展。以“电磁场与电磁波初步”为例，论述如何设计基于“大情境”主线的单元学习活动。

关键词：大情境；单元学习活动；核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）9-0030-4

收稿日期：2022-12-21

作者简介：杨松霖（1990-），男，中学一级教师，主要从事中学物理教学工作。

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中的“教学建议”指出，“创设情境进行教学，对培养学生的物理学科核心素养具有关键作用”［1］。单元学习活动是以实现学生核心素养发展为目标的实践活动。所以，基于“大情境”主线开展单元学习活动，使各个活动形成内在逻辑自洽的统一整体，有利于促进学生的物理认知结构系统化，培养学生的综合分析能力和问题解决能力。

1    基于“大情境”主线的单元学习活动设计路径

“大情境”是指在简化与凝练生产生活实践和学习探索实际的基础上，创设适合学生学习、具有较大综合性的问题情境。为了发展学生的物理学科核心素养，需要把课程标准及教材所呈现的理论知识与真实的问题情境相关联，以问题或者任务为中心构成场域［2］。通过大情境与单元学习活动的有机融合，以分解的“子情境”作为载体，助力学生形成物理建模等科学思维，培养学生解决实际问题的能力（图1）。

首先，将生产生活中的原始物理问题进行剖析，结合学习目标和学情，进行优化整合，最终创设大情境；然后，通过分解一系列的“子情境”，设置不同层次的“问题链”，选择合适的学习活动内容和形式，将原本碎片化的知识、方法有机融入学习活动中；最后，多线按逻辑开展，驱动学生进行科学探究，解决一系列的“问题链”，构建系统化的知识结构，从而帮助学生发展科学思维，培育科学态度与责任。

2    基于“大情境”主线的单元学习活动设计案例

在进行单元学习活动设计时，依据《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》的相关内容要求，把学习内容嵌入到大情境中，让学生获得在实际情境中解决物理问题的经验，形成将情境与知识关联的意识和能力［1］。

2.1    依据课标要求，整合原始物理问题，创设学习“大情境”

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中对“电磁场与电磁波初步”提出：“收集资料，了解手机无线充电的原理”“知道手機和卫星通信等都是电磁波的应用”“调查电磁波在现代社会中的应用实例”［1］。按照教学实际需求，合理地整合原始物理问题，考虑以“无线充电技术的研究”作为单元学习主线。

无线充电技术最早出现在19世纪末，当时的物理学家特斯拉成功完成了无线输电试验。但这项技术并没有得到具体的应用，直到近年来智能终端设备的广泛应用，才让无线充电技术得以重新发展和推广。无线充电主要采用了电磁感应原理，不需要电源线，依靠电磁波传播能量。结合生产生活中客观存在的、典型物理现象和物理事实，考虑到无线充电技术的较大理论深度，确定以“研究无线充电的装置”为主线进行大情境学习活动设计。

2.2    构建物理模型，分解“子情境”，设置“问题链”

“大情境”不是真实情境的原版，只尽可能接近真实情况，限于学生知识、能力的发展水平，需要从促进学生物理学科核心素养发展的目的出发，对真实情境进行简化、剪辑、凝练［2］。考虑到无线充电装置种类较多，且装置内部结构复杂程度均较高，因此，在大情境的基础上，将无线充电装置具化为无线充电电动牙刷和充电底座，将其装置内部无线充电部分简化为牙刷中的接收线圈回路和底座中的发射线圈回路（图2）。

在大情境的基础上，依据学习任务要求分解“子情境”，结合“子情境”的任务问题设计系列“问题链”，把研究的核心问题分解为具体的问题，形成系列学习活动。

2.2.1    子情境1：探寻无线充电牙刷周围的磁场

学习活动1：磁现象在生活中处处可见，磁技术也已渗透到了日常生活的各个方面，可以借助手机中的传感装置探寻身边的磁场。

设置问题链：

问题1（1）：根据初中所学的知识，请举例说明哪些工具或器材可以检测空间中存在磁场？

问题1（2）：这些工具和磁体之间没有直接接触，它们是如何发生相互作用的？类似的现象我们是否学习过？

问题1（3）：如何形象地描绘条形磁铁外部的磁场情况？条形磁铁外部的磁场分布是怎样的？请用图线描绘出来。

问题1（4）：磁感线是如何描绘磁场的？请对磁感线和电场线作出比较。

问题1（5）：你身边除了磁体（地球）之外，是否还有其他能够产生磁场的物体？借助手机软件“Phyphox”测量身边的磁场，例如，无线充电牙刷底座在通电前后的磁场（图3）。

2.2.2    子情境2：定性描述电动牙刷充电底座周围的磁场

学习活动2：拆解电动牙刷的无线充电装置，观察内部的构成，找到产生磁场的核心部件，尝试用磁感线描绘核心部件周围的磁场分布。

问题2（1）：究竟是电动牙刷无线充电装置中的哪部分产生了磁场？（拆解结果如图4所示）你能联系到初中学习的哪些知识？

问题2（2）：通电直导线周围空间的磁场分布是如何的？请利用铁屑和小磁针进行探究。

问题2（3）：通电直导线周围的磁场在不同截面该如何表达？

问题2（4）：通电螺线管周围空间的磁场分布是如何的？请利用铁屑和小磁针进行探究，并尝试画出其俯视图和正视图。

问题2（5）：通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场很相似，那么磁铁的磁场和电流的磁场是否有相同的起源呢？

2.2.3    子情境3：定量描述电动牙刷充电底座周围的磁场

学习活动3：根据电动牙刷充电底座周围磁场的磁感线，比较不同位置的磁场大小和方向，类比定量描述电场的方式，定量描述磁场。

问题3（1）：回忆定量描述电场强弱的方法，相类比，在磁场中能不能找到一个类似试探电荷的“工具”呢？

问题3（2）：通电导线在磁场中受到力的大小除了与磁场本身有关外，还与哪些因素有关？（探究实验装置如图5所示）如何定量描述磁场？

问题3（3）：电动牙刷充电底座周围的磁场到底有多大呢？请利用磁传感器进行测量。

2.2.4    子情境4：“亲历”法拉第研究电磁感应之路

学习活动4：电动牙刷并未与充电底座的电路形成回路，通过拆解电动牙刷，观察内部的构成，找到与电池连接的核心部件。“亲历”法拉第研究电磁感应之路，了解充电可以“无线”的奥秘。

问题4（1）：电动牙刷并未与充电底座的电路形成回路（电动牙刷的无线充电部分拆解情况如图6所示），那么电动牙刷是如何“生电”的呢？需要满足什么条件呢？

问题4（2）：法拉第是如何思考“磁生电”的条件的呢？

问题4（3）：“亲历”法拉第对电磁感应现象的研究，思考产生感应电流的条件是什么？

问题4（4）：根据法拉第对电磁感应现象的研究，回看电动牙刷无线充电装置的核心部件，思考如何才能做到无线充电？

2.2.5    子情境5：无线充电牙刷的充电原理

学习活动5：通过对麦克斯韦电磁场理论的学习，了解无线充电底座的“有源回路”能够对电动牙刷的“无源回路”传递能量的原理。

问题5（1）：麦克斯韦是如何思考电磁感应现象的？

问题5（2）：电磁场是如何产生的？什么是电磁波？

问题5（3）：无线充电底座的“有源回路”能够對电动牙刷的“无源回路”传递能量的原理是什么？电磁波在生产生活中还有哪些应用？

2.3    拓展“子情境”，小组交流汇报，提升问题解决能力

学习活动6：通过对电动牙刷和无线充电底座的拆解，经历对“电与磁”相互联系和相互转化的客观规律学习，能否根据无线充电的基本原理，制作一个无线供电装置和一个（下转第38页）（上接第32页）接收电能的无源回路？请课后查阅资料、完成制作并进行小组汇报（学生代表制作的单管自激振荡电路如图7所示）。

设置动手操作的拓展“子情境”，有助于学生将“电磁场与电磁波初步”内容中零碎、浅层的知识进行系统化和结构化，完善概念结构，从而将所学知识迁移至各种具体的情境中，提升问题解决能力。

3    基于“大情境”主线的单元学习活动设计的思考

3.1    基于“大情境”主线的单元学习活动设计体现了问题解决的导向

以大情境为载体的单元学习活动设计体现了把学习所形成的物理观念和科学思维用于分析和解决生活中实际问题的导向。真实的情境使课堂更加贴近现实生活，拓展了物理知识在实践中的应用。学生在解决问题中进一步提高了科学探究能力，发展了科学思维，形成了科学态度。

3.2    基于“大情境”主线的单元学习活动设计呈现了整体设计的方向

单元学习活动应当依据对应的课程标准要求和教材进行整体设计，各个学习活动之间的联系存在于活动所基于的情境之间的联系。以大情境为载体呈现了单元学习活动的统一性和整体性，使得学生在学习时的知识建构顺序更为合理、有效。

3.3    基于“大情境”主线的单元学习活动设计凸显了学习主体的取向

学习的主体是学生，单元学习活动的主体无疑也是学生。以大情境为载体凸显了学习主体的取向，学生的主体性在单元学习活动的实践性上充分体现。每一个“子情境”都促进学生自发、自主、自动、自觉地去学习，并在学习活动中经历科学探究的过程，体验用科学方法解决问题。

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2020年修订）［S］.北京：人民教育出版社，2020：5.

［2］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（5）：2-7.

（栏目编辑    邓   磊）