核心素养背景下的高中物理大单元教学设计

2023-12-26广东省惠州市博罗县博罗中学王广奇

天津教育 2023年32期

■广东省惠州市博罗县博罗中学王广奇

随着新课改的实施，构建以核心素养为培养目标的学科教学模式逐渐成为教师的共识，大单元教学设计理念融入高中物理教学，改变了传统碎片化的教学模式，以单元主题为线索重构单元教学内容和教学过程，以学生为主体整体规划单元教学活动，围绕特定主题构建系统化、科学化的物理知识网络，为学生今后学习物理知识以及形成适应终身发展的必备品格和关键能力提供有力支持。

一、大单元教学模式的特点

日本学者佐藤认为大单元教学模式可以分为“目标－达成－评价”和“主题－探究－表达”两种类型，第一种强调对知识的记忆、理解和应用，第二种教学模式强调培养学生的分析、评价、创造的高阶认知能力，而构建以核心素养为指向的高中物理课堂注重学生关键能力的发展，因此更适用于“主题－探究－表达”式单元教学模式。

（一）整合性

大单元教学模式要求教师建立系统化的学科知识网络，这决定了教师必须从学生的实际情况入手，根据个人学习需求和学科教学目标整合新旧知识，方便学生由浅入深，逐步完成预定的教学目标，保证学习过程的完整性，为学生理解知识打好基础。此外，大单元教学可以将不同学科的相关知识融入教学活动中，跨学科重组单元，开展教学活动，保证教学质量。

（二）进阶性

大单元教学模式中，学生需要面对较多的知识点，在探究式思考和学习过程中思维认知水平不断提升，对知识的理解深度逐渐拓展，通过对已有知识的总结和概括，学生的认知水平将会向更深层次发展，通过对比、分析、归纳、推理等思维过程建立起更系统化、完整化的知识框架，帮助学生理解所学知识，并最终实现知识的分类应用，助力学生成长。

（三）整体性

大单元教学中所有知识点围绕主题意义展开，各知识点按照学习先后次序和难度排列，不同知识点之间相互联系、相互衔接，最终形成以单元主题为核心的整体化知识模块，学生经大单元教学后具备从整体出发观察学科知识的能力，对各个以单元为分界线的知识模块之间的联系有着更深入的认识，为学生学科核心素养的形成提供了有力支持。

二、在高中物理教学中应用大单元教学模式的意义

（一）提高教学效率与教学质量

高中物理知识点繁杂，知识较为抽象，理解难度较大。大单元教学模式基于物理学科特点统筹设计教材编排、课时安排、学期计划、学年任务，将高中阶段的物理知识按照特定的规律融会贯通，保证知识完整性的同时强化各部分知识之间的内在联系，加强物理知识的关联系统化，有效缩短课时的同时，在自主探究中实现深度学习，保证课堂教学效率和教学质量，为学生深入理解物理知识奠定坚实的基础。

（二）是培养学科核心素养的优势助力

大单元教学模式分为两种形式开展教学活动，第一种为“目标－达成－评价”共同构建的指向知识的教学模式，第二种为“主题－探究－表达”构建的指向深度学习和思维能力发展的教学模式，在思与学的过程中培养学生的自主学习探究能力，推动单元内部知识融合，结构化、整合化的单元教学模式推动知识向核心素养转变，为学生学科能力的发展提供了有力支持。

三、指向核心素养的高中物理大单元教学模式构建策略

（一）把握单元主题，培养科学思维

大单元学习主题是构建大单元物理教学模式的关键，教师以培养学科核心素养为目标提炼大单元主题，一方面应加强主题与单元知识点的内在联系，确保单元教学活动的内在联系，为后续安排教学计划提供针对性指导；另一方面，所选单元主题应保证学习内容价值的引领性、学习过程的探究性和学习内容的挑战性，为学生理解单元知识、发展关键能力提供必要保障。

科学思维能力是指从物理视角分析事物的属性、内在规律和联系的思维认知方式，是从现实出发推理物理规律的抽象概括过程，通过模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等特殊思维活动培养学生的科学思维，为学生深入理解物理知识奠定坚实的基础。

以粤教版高一物理必修第一册第三章《摩擦力》为例，本课的主要教学目标为理解动摩擦力和静摩擦力的区别；掌握动静摩擦影响因素。本单元以重力、弹力、摩擦力等知识点为主，内容与物理力学知识息息相关，结合知识特点设置单元主题“力与力的相互作用”。为了培养学生的科学思维，教师在导入阶段引入初中物理摩擦力相关知识，强化知识基础。在导入阶段，教师引入生活化情境：展示小提琴演奏过程，引导学生思考小提琴发音原理，设置问题引导学生思考：“同学们，小提琴能发出声音是因为琴弦与琴弓的接触，为什么琴弦与琴弓接触后会发出声音？”学生运用所学物理知识分析问题，结合已有知识进行推理，认识到琴弓振动发出声音是因为受到琴弦传递的力的作用。

在教学阶段，为了让学生理解静摩擦力和动摩擦力之间的关系以及区别，教师仍然从现实生活出发举例提问：“之前我们学过摩擦力知识，一个物体在静止状态下会受到摩擦力的影响，此时需要施加超过摩擦力大小的力才能使物体发生运动，大家观察冰壶运动，思考一下冰壶在向前移动的过程中是否也会受到摩擦力的影响？自行车在静止和运动时所受摩擦力是否有所不同？”学生在教师的引导下对比分析生活现象中蕴含的物理知识，探究动摩擦力和静摩擦力的不同点。教师结合无动力车赛事引导学生思考影响动摩擦力变化的因素：“同学们，大家观看视频中的无动力车赛事可以发现，参加运动的车辆类型、车手行走的路线基本一致，但为什么不同车辆之间的速度存在明显差异呢，为什么会出现这种情况？另外，哪些因素的变化可能影响车辆运行中所受摩擦力的大小？”学生结合生活实际思考，提出猜想：轮胎与接触面的粗糙程度，以及车辆带给地面的压力都会影响物体的滑动摩擦力，教师带领学生循序渐进地验证所思所想。

（二）实验验证猜想，培养探究能力

大单元教学模式中所涉及的物理知识点按照学习难度和内在联系分为多个课时任务，学生在完成任务目标的过程中探究物理知识，实现深层次学习与思考。大单元教学要求以学生为主体设计教学活动，物理学科内容本身具有一定的实践性要素，基于此，为了培养学生的科学探究能力，教师结合物理实验教学法设置以科学实验探究为主题的实验任务，学生可以旁观实验过程，也可以亲身参与实验探究活动，在实验验证、分组讨论、问题互动等一系列流程中掌握物理知识，为科学探究能力的发展提供有力支持。

以粤教版高一物理必修第二册第四章《机械能守恒定律》为例，本单元共分为“机械做功”“动能势能定义”“动能势能转化”三个课时，《机械能守恒定律》属于“动能势能转化”内容，为了使学生理解动能势能的相互转化过程，理解机械守恒的条件，掌握机械能守恒定律，培养学生的科学探究能力，教师从学生的思维认知成长规律出发，循序渐进地导入探究实验。

首先，在导入环节教师结合现实生活创设教学情境，激发学生的探究欲望：“同学们，老师这里有一个摆锤，将摆锤拉到最高处，摆锤在哪一瞬间的运动速度最快？如果老师在自己的身前释放摆锤，摆锤会打到老师的头吗？”在探究现实生活现象的过程中，学生认识到动能与势能可以相互转化。

其次，教师与学生构思理想性实验，探讨动能与势能的转化关系。为了避免影响学生的探究热情，教师给出实验条件：现在假设物体沿光滑曲面下滑，在某一时刻物体处于高度A，此时的物体运动速度是V1，经过一段时间的运动后，物体高度下降到B，速度是V2，已知方块只受重力影响，问此时物体的动能和势能的变化过程？学生结合动能定理认识到物体在曲面运动中随着重力的下降，物体动能也在增加，转化动能和势能变化式，此时学生提出猜想：如果没有外力介入，在只有弹力或重力做功的情况下，动能与势能会相互转化，机械能不会发生变化。

最后，教师指导学生自行利用材料设计验证实验，某学生提出验证实验方案：在一条跨过定滑轮的软绳两端分别捆绑重物，测量一端重物下落的距离和下落所用时间，以及另一端物体上升距离和上升时间。教师以提问的形式引导学生优化实验设计：“物体质量是否应该相等？绳子应选择轻一些的还是重一些的？滑轮质量对实验结果是否有影响？物体质量轻一些好还是重一些好？”观察优化后的实验结果，分析实验数据，验证所学，为学生科学探究能力的发展提供有力支持。

（三）问题促学指导，培养物理观念

大单元教学模式强调以学生为主体设计教学活动，不同高中生的学习兴趣、基础知识水平和学习素养存在较大差距，而以“探究－表达”为主的教学模式要求学生通过自主学习获取物理知识，因此面向群体的教学方式经常会出现难以满足不同学生学习成长需求的情况，为此，教师从学生的知识基础、学习能力两个方面入手引入问题分层式探究教学法，在统一教学的同时，结合学生实际情况提出问题，借助问题引导学生思考，帮助学生找准探究式学习的重点，激发学生的好胜心和学习热情，强化学生的学习内驱力，为学生对物质、运动、相互作用、能量观念等基本认识的形成提供有力支持。

以粤教版高一物理必修第三册第一章《电路中的能量转化》为例，本课主要学习电功、电功率、焦耳定律等知识，培养学生对功与能量转化关系的认识，思考电功与电热的区别和联系。为了让学生理解热能和电能的转化关系，教师在导入阶段设置教学情境：“多样化的电器为我们的日常生活提供了便利，电热水壶只要插上电很快就能将水加热至沸腾，不用再像以往一样点火烧水，非常方便，大家思考一下，整个过程中能量的传递发生了哪些变化？”部分学生的探究能力相对较弱，教师绘图的同时将问题分解成多个小问题，方便学生理解：“点火烧水，火提供的是什么能？水在哪种能量的作用下沸腾？热水壶提供的是什么能？水在哪种能量的作用下沸腾？”引导学生思考电能与热能的转化方式。为了深化学生对电流做功含义的理解，教师将电流做功过程分为多个问题开展探究活动：电流是如何形成的？电荷在恒定电场中运动，电场力对电荷做正功还是负功？哪种能量被转化为热能？已知电势差的情况下，能否求出静电力对电荷的做功大小？循序渐进地开展探究活动，深化学生对电荷与热能转化原理的理解，促进学生物理观念的发展。

（四）多元教学评测，培养科学态度与责任

评价反思活动是大单元教学理念的重要组成部分，在评价活动中，教师带领学生一同反思所学物理知识，思考学习过程中出现的问题，自主联系新旧知识，从整体入手把握知识特点，反思中提升自身知识水平和自主探究能力，为学生核心素养的发展提供有力支持。

为了切实了解学生的学习过程和教学活动效果，教师应从多个角度、多个层次、应用多种方式开展评价活动。第一，课堂行为评价，通过学生在教学任务中的言行举止，观察学生的学习专注度和创新思维能力，改正学生的不良学习习惯，为教学改革提供必要的数据支持。第二，教师组织单元知识评价活动，从单元教学重难点入手出题测试，了解学生对物理知识的掌握情况。第三，核心素养评价，组织物理实验活动，或结合特定课题撰写研究小论文，深化学生对物理知识了解的同时，考查学生在科学思维、探究能力、实践动手能力方面的优势和不足，以核心素养为目标的培养方案的科学实施提供必要支持。

以粤教版高一物理必修第三册第四章《家庭电路与安全用电》为例，本课主要介绍常见家用电器的电气线路结构以及家庭电路的组成。为了培养学生的科学态度与责任意识，教师组织学生以小组为单位，结合所学知识设计一套家庭供热水系统，根据活动成果组织教学评价活动，先由学生小组自主评价，再由小组成员简单介绍供热水系统的加热方式和安全保障措施。教师和其他小组审视设计成果，提出修改建议：功率过小，加热速度较慢，热水难以及时供应；插座串联在火线上，虽然不会导致短路，但这种设计方式不符合电路设计原理；加热器不经过开关直连电源，可能存在安全隐患。教师结合生活案例创设模拟情境，讲解生活电器与电源直联的危害，使学生认识到加热器连接独立开关的必要性，在评价性反思中使学生认识到学好科学知识对生活的意义，以及滥用物理知识可能带来的安全隐患，为学生科学态度与责任意识的形成提供有力支持。