基于“大任务”主线的高中物理单元教学设计

商俊玲　王玮

［摘 要］文章从教学路径的构建、教学目标的设定、大任务的创设以及驱动性问题链的设计等环节出发进行单元教学设计。以人教版必修第二册第八章“机械能守恒定律”为例，以全红婵“水花消失术”背后的能量转化与守恒大任务作为主线贯穿整个单元，从而促进学生学科核心素养的发展。

［关键词］大任务；机械能守恒定律；单元教学设计；核心素养

［中图分类号］ G633.7 ［文献标识码］  A ［文章编号］ 1674-6058（2023）26-0043-03

《普通高中物理课程标准（2017年版）》提出“学科核心素养是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力”［1］。这就要求教师从不同的情境、任务中促进学生学科核心素养的发展。而单元大任务的本质是将物理知识与真实世界建立联系，是落实物理学科核心素养的重要举措。

一、核心素养视域下的大任务

指向核心素养的学习必须是真实学习，真实学习在真实情境大任务下才更易于实现［2］。大任务聚焦于“学”，在单元教学中起着定位与导航的作用。教师把单元的核心知识安排在典型的真实情境之中，由一个贯穿始终的挑战性大任务来统领、驱动。在这个过程中，教师的身份是“引领者”。而学生则通过“做任务”，完成相关技能和知识的习得，提高在现实生活中解决问题的能力，从而促进核心素养的发展。

二、基于“大任务”主线的单元教学路径

基于“大任务”主线的单元教学路径设计如图1所示。教师首先要基于课程标准、教材及学情明确单元目标，依据单元教学目标创建真实的生活情境，以真实情境为载体，创设符合单元学习内容的挑战性大任务；然后根据教学顺序将大任务分解为一个个循序渐进的子任务，在子任务下设置一系列的问题链。教师在这个环节中提供脚手架，学生则在分析问题和解决问题的过程中体验自主探究、团队协作。单元教学结束后，学生开展课后分组讨论活动，可按照子任务的个数确定每个学习小组的人数，每个小组成员完成其中一项子任务，最终形成组内单元大任务方案，以小组为单位派出小组代表在线上交流平台进行汇报。学生在真实情境中，通过完成一个个子任务，提高学习物理的自信心，感受物理学习的价值，实现从“知识为本”向“素养为本”的转变。

三、基于“大任务”主线的高中物理单元教学案例

下面以2019年出版的人教版必修第二册第八章“机械能守恒定律”为例，就基于“大任务”主线的单元教学路径进行具体的教学设计。

（一）单元教学目标

1. 物理观念：基于大任务，围绕功能关系这一基本线索，逐步定量認识做功与能量变化的关系，进而理解机械能守恒定律，初步形成能量观，建立能量相互“转化”和能量“守恒”的物理观念；能从能量角度分析与解决自然、生产生活中的实际问题。

2. 科学思维：通过探究做功和能量变化的关系以及在推导规律的过程中体会模型建构、演绎推理、科学推理等科学思维，实现极限、类比等思想方法的迁移应用［3］。

3. 科学探究：在实验探究的过程中，能评估不同实验方案的优劣，并选择合适的实验方案进行设计与验证，培养问题意识；通过分析数据归纳得出结论，并对结果作出解释和交流，培养证据意识。

4. 科学态度与责任：经历理论推导与实验探究的过程，形成严谨求实的科学态度；从能量转化与守恒的角度，形成可持续发展观。

（二）单元大任务——探寻“水花消失术”背后的能量转化与守恒

在第32届奥林匹克运动会上，全红婵为中国跳水再续辉煌，她因入水水花小而被称赞拥有“水花消失术”。2022年国际泳联世锦赛，全红婵3米板首秀夺冠。如果你是一位跳台跳水池设计师，你会如何分析全红婵“水花消失术”背后的能量转化与守恒？本单元将全红婵跳水的真实情境融入教学，以探寻“水花消失术”背后的能量转化与守恒为大任务对“机械能守恒定律”单元进行教学设计，如表1所示。大任务共包含5个子任务，分别对应5个教学内容（共9课时）。通过对每个子任务问题链的学习完成相应的教学目标，最终通过30个问题的学习和课后研讨，实现单元整体教学目标。

下面以子任务3“探究全红婵在3米板跳水运动各过程中动能的变化及动能变化的原因”为例，详述课堂教学的开展思路。

（a）创设情境：播放全红婵3米板跳水运动比赛慢镜头视频。

（b）分析与讨论：什么是动能？全红婵具有动能吗？动能的大小与哪些因素有关？

（c）类比与猜想：类比探究重力势能的理论分析，猜想动能的表达式。

（d）探究性问题：全红婵自身动能变化与什么力做功有关？

（e）猜想与假设：初中时已知道动能与物体质量和运动速度有关。加速度是速度变化的原因，而加速度与合力有关。因此，猜想全红婵自身动能变化与合力做功有关。

（f）构建模型1：构建全红婵跳水直线模型，如图2所示。把全红婵看成一个质量为m的质点。忽略空气阻力的影响，假设全红婵从跳板处以速度[v1]竖直向下跳水，落水前速度为[v2]，从跳板起跳到落水前的高度差为h。

（g）演绎推理：从跳板起跳到落水前的运动过程中，全红婵受到的合力即重力，合力做功（即重力做功）：

[W合=F合h=mgh]                        （1）

全红婵在运动过程中以重力加速度g做匀变速直线运动，满足规律：

[2gh=v22-v21]                          （2）

将（2）式代入（1）式可得合力做功：

（i）归纳规律：合力对物体做功等于物体动能的变化，这个规律叫作动能定理，即

（j）拓展延伸：全红婵3米板跳水实际是曲线运动，动能定理是否适用于曲线运动？请验证你的观点。

（k）构建模型2：构建全红婵跳水曲线模型，如图3所示。把全红婵看成一个质量为m的质点。忽略空气阻力的影响，在跳板弹力的作用下，全红婵起跳速度为[vA]，落水前速度为[vB]，从跳板起跳到落水前的高度差为h。

（l）渗透科学思维：结合无限分割的思想，将跳板A处到水面B处的曲线分成很多段，由于每一段都非常小，因此可近似看作直线段。这样每一段都可以看作恒力作用下的直线运动，如图3虚线所示。

（m）课后探究：全红婵3米板跳水起跳时受到的弹力为变力，动能定理又是否适用于变力做功？

四、结束语

本单元教学设计以全红婵“水花消失术”背后的能量转化与守恒这个大任务为主线组织教学。在教学过程中，教师引导学生主动解决子任务下的问题链，逐步实现单元教学目标，这既充分体现以学生为中心的教育教学理念，也为落实学生核心素养的培养提供了有效方案。因此，在教学实践中，教师要充分发掘真实生活中的物理元素，创设契合单元主题的真实情境大任务，这对教师的教学设计能力有较高的要求，需要教师在教学中不断实践与反复改进。

［   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］  王天石. 指向学科核心素养的英语单元整体教学设计研究［J］. 教学与管理，2022（1）： 48-51.

［3］  朱宁宁， 崔琰. 以大概念统领单元教学设计，促进学科核心素养的落实：以“机械能及其守恒定律”单元为例［J］. 物理教学探讨，2021（2）：31-36.