大概念统领下，基于情境式教学的物理单元教学设计

蒋婷婷

摘   要：近年来随着教育改革的热潮，单元教学逐渐成为国内研究教学的热点。从确定单元目标、编制核心问题、开发层级任务、设计情境活动到布置单元作业，是单元教学的完整流程。以新人教版物理教材必修一第一章“运动的描述”为例，基于大概念进行物理教学设计，在课程标准的指引下，实现物理课堂核心素养培养最优化。

关键词：核心素养；单元教学；情境式教学；大概念

前言

《普通高中物理课程标准（2017版）2020年修订》提出了包括物理观念在内的物理学科核心素养的要求[ 1 ]。传统的课时教学由于侧重单个概念、规律的学习，忽略了它们之间的联系，造成学生的学习割裂化，难以形成连贯性的物理观念，更遑论学科核心素养的培养，因此不能适应新课改的节奏。单元教学因其整体性和可操作性，被教育研究者们认为是培养物理学科素养的新途径。但有研究表明，目前单元教学研究还存在一定的问题：各环节没有体现完善性，鲜少提到单元教学作业，很少提供具体的设计案例[ 2 ]。鉴于此，本文以新人教版物理教材必修一（2019版）“运动的描述”为例，探讨在核心素养背景下的物理单元教学设计，以期为一线教学提供参考和借鉴。

1  大概念统领下的单元教学

1.1  大概念统领下的单元教学对物理观念的培养

有学者认为学科大概念是在大量事实、经验基础上抽象出来的，能够反映学科本质、凝練学科体系、概括学科特征的方法、观点、思想，具有高度的概括性、永恒性、抽象性[ 3 ]。它的上位概念是物理观念，下位概念分别是单元大概念、课时重要概念和课时小概念，从上往下是分解，从下往上是进阶。

由于物理观念、学科大概念过于抽象和复杂，直接作为教学内容不具有实践性。因此，分解为课时概念进行教学至关重要。与传统的课时教学不同，大概念统领下的单元教学，是以单元目标为锚点，以核心问题为指引，以层级任务为驱动，以情境活动为载体。它注重概念间的横纵联系，进而整合单元内容，使学生的认知结构呈螺旋式上升，达成培养学生学科核心素养的教学目标。

1.2  “运动的描述”一单元的大概念、单元概念结构图

“运动的描述”一章是高中阶段物理教学的伊始，且章内各节有很强的联系，适于作为单元教学的研究对象。基于物理学科视角，聚焦物理学科本质，依据课程标准和物理学科核心素养，本单元所属的学科大概念为“运动学”，它的上位概念是物理观念中的“运动与相互作用观”，再结合物理教材和教学观，绘制的单元概念结构图如图1所示，它能为后续单元教学设计提供指导。

2  基于Ubd模式的单元教学设计流程

2.1  Ubd教学设计流程

国内外对单元教学模式的研究成果颇丰，有ADDIE模式、PBL模式、逆向设计（Ubd）模式等。其中，Ubd模式由G.Wiggins和J.McTighe提出，采用的是“逆向设计”，主要由三个阶段组成，即确定预期结果—确定合适的评价证据—设计学习体验和教学[ 4 ]。此模式基础上的单元教学流程如图2所示。

2.2  确定单元目标——单元教学的锚点

单元目标的确定不仅要根据课程标准、物理教材，还要结合单元概念结构图，并考虑学生的认知能力水平和心理发展现状。基于物理学科核心素养的单元教学目标应该更具整体性、相关性，本单元的目标确定如下。

物理观念：

（1）了解质点、参考系、坐标系、位置的概念，知道时刻与时间的区别及在数轴上的表示方法，知道这些概念能描述物体的运动。（2）理解位移的概念，能正确表示位移，掌握“位移-时间”图像。（3）理解速度的概念，区分平均速度、瞬时速度等，掌握“速度-时间”图像。（4）理解加速度的概念，知道加速度与速度、速度变化量和速度变化率之间的区别与联系。（5）知道位移、速度和加速度能精确描述物体的运动。（6）知道矢量和标量的区别，能对常见物理量进行区分。

科学思维：

（1）经历质点模型的建立，体会建模思维和理想化思维。（2）经历瞬时速度概念的建构，体会数学中极限思想在物理学科中的应用。（3）经历加速度概念的建构，培养学生抽象思维。

科学探究：

（1）会利用打点计时器研究物体的运动。（2）知道将实验数据处理成图像，感受图像方法的直观。

科学态度与责任：

（1）知道速度、加速度等在实际生活中的应用，体会物理学科的重要性。（2）体会数学学科与物理学科的融合。

2.3  编制核心问题——单元教学的指引

教学目标除了指导教师教学以外，还是编制问题链的依据。问题链就是一连串具有逻辑意义、进阶性质的核心问题，它能够启发学生思考，并使得单元教学的指向性明确、操作性更强。本单元的问题链由6个层层递进的子问题构成。

（1）怎样粗略地描述物体运动？

（2）怎样精确地描述物体运动？

（3）位移、速度、加速度之间有何联系？

（4）怎么表示矢量，标量和矢量怎么区分？

（5）在学习过程中，你体会到了哪些物理思维方式？

（6）数学学科在物理学习中重要吗？举例说明。

学生对核心问题的回答可作为评价证据，以此衡量他们是否完成既定的教学目标，检验教师的教学成果。但不能强行灌输，要循序渐进、步步为营。教学过程中可以选择有奖竞猜、学科研讨会等活动，奠定轻松愉快的气氛，在学生的热烈讨论中，把单元最核心最抽象的问题都解决掉，并领悟问题链背后的深意。

2.4  开发层级任务——单元教学的驱动

在开发层级任务时，要贴近学生的最近发展区，避免设置难度不当的任务。因此，单元大任务要“降维”成子任务，使学生经历“爬梯式”学习，最终完成大任务。同时，要立足设计者和学习者双视角，对单元目标、核心问题、单元概念结构图加以分析，理清层级任务的设计思路，重组教学内容，重塑物理课堂。

基于物理教材和教学观，本单元大任务确定为“描述物体的运动”，教材中第1节（质点 参考系）的学习可编成子任务1：学习描述运动的两个基本概念；原本的第2节（时间 位移）可拆分为时间、时刻、位置的学习和位移的学习，将时间时刻等知识点联合坐标系的学习编为子任务2：学习描述运动的变量；而位移、速度和加速度能精确地描述运动，故编为子任务3：学习精确描述运动的物理量；打点计时器能记录运动的时间和位移，从而绘制“位移-时间”图像并计算速度，因此可以把練习使用打点计时器编为子任务4：学习研究物体运动的工具。各子任务的依次推进，最终指向了单元大任务的学习。

2.5  设计情境活动——单元教学的载体

单元教学还要满足新课标中“以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落实”的要求。因此，要充分发掘情境，实施情境式教学。将情境式教学融入到单元教学中来，就是要设计对应大任务的大情境活动、对应子任务的子情境活动，促进任务与情境活动的有效对接。

单元教学所选择的情境活动应该具备以下特点：{1}生活化，学生掌握的是解决实际问题的知识，能够在日常生活中练习、应用，使物理观念内化于心外化于行。{2}趣味性，游戏类、故事类、闯关类、影视类情境活动，能够将学生的学习激情点燃，提高他们学习的自觉性、主动性，实现有意义的深度学习。此外，主题大情境活动还具包容性，包容性是指它能宏观展现单元教学内容，包含多而深的知识点，不仅要素丰富而且层次多级。只有这样，才能在教学过程中贯穿始终，是实施单元教学的过程保障，也是新课改的价值追求。

本单元是运动学的范畴，结合高一学生的日常生活经验，可设置的大情境活动为：太阳急速膨胀，人类为了求生不得不给地球装上发动机，逃向4.3光年外的新恒星。请问在计算地球到新恒星的距离时，为什么不考虑地球大小？在逃离时，为什么人们感觉不到在运动？怎么确定地球在太空中的具体位置呢？有三条路径可达新恒星，位置变化相同吗？若发动机A可使地球在24 h内速度由0.2C变到0.4C，发动机B可使地球在16 h内速度由0.2C变到0.6C，你觉得哪种发动机加速性能更好？此情境活动以科幻电影《流浪地球》为背景，紧扣运动学主题，蕴含质点、参考系、坐标系、位移、加速度等知识，通过情境问题将学生引向单元学习。

各子情境活动要分课时展开，并与子任务有效对接。依据物理教材，设计如表1的子情境活动。

限于篇幅，本研究只展示部分情境活动。

情境活动（一）：坐标系的引入。

师：大家都会下五子棋吧？今天我们玩进阶版五子棋：全班分成两组，每组选派一名代表在电子白板上下棋，但是，每颗棋子放在哪个位置由剩下的同学决定，代表不能说话。你们准备好了吗？

代表开始下棋，但学生无法清楚地描述棋子的具体位置，之后教师建议使用坐标系，五子棋大赛圆满结束。

设计意图：通过课堂中的五子棋大赛，让学生自然生出将数学中的坐标系应用于物理的想法，体会坐标系在描述物体位置时的重要作用，并且高一学生已在初中学习了一维、二维坐标系，教师只需扩充三维坐标系。这样的情境化教学不仅利于知识建构，还有益于推动学生从“要我学习”到“我要学习”的转变，养成良好学习习惯。

情境活动（二）：变化率的引入。

教师展示1500年到2018年的全球物种灭绝占比图（图3），请学生思考：（1）从1500年到2018年，哪类动物的灭绝占比的变化量最大？（2）从1500年到2018年，哪类动物的灭绝占比的变化率最大？（3）在图像中，怎么表示变化率呢？（4）依据此图，哪类动物更濒临灭绝？

设计意图：层层递进的提问能引发学生思考，并自觉区分变化量与变化率这两个容易混淆的概念，使学生明白图像斜率与变化率的关系。并且，此情境与世界环保主题有关，通过直观的图像，让学生具有保护动物的意识，加强社会责任感。

2.6  布置单元作业——单元教学的巩固

布置情境化作业是单元教学不可或缺的重要环节。富有弹性、联系生活的情境化作业能够提高单元教学目标和活动的契合度。同时，它也是一种反映学生运用物理知识解决实际问题能力的有效方法，学生在解题时，不再是死板地乱套公式，而是提取信息构建模型、运用知识分析情况，是对知识的高级加工，有利于形成物理观念，对今后的生活也影响深远。

情境化作业的设计原则就是在满足科学性的前提下，要与生活、科学、技术紧密联系，还要充满趣味性，激发学生兴趣。例如，本单元的情境化作业可与我们国家的北斗定位系统相接，让学生课后查询定位原理，在课堂上分享与交流，能培养学生的爱国热情和民族自豪感，体现物理学科育人价值。再比如，布置图4作业，让学生利用图像知识解决实际问题，感受物理学科与生活的息息相关。

3  小结：实施发展性评价——帮助学生成为“发展中的人”

在实施单元教学后，应该对学生的学习成果有所评价。对学生实施发展性评价，有利于全面考察，帮助学生成为“发展中的人”。相较于终结性评价，发展性评价有更多“质”的性质，它并不局限于测试题，还能有问答、调查问卷、档案袋、记录表等多种方式。笔者认为，教师视野的发展性评价要以教学目标来拟定，只有基于教学目标的发展性评价才能判定学生是否有所进步。针对物理观念的评价可选择测试题、思维导图的方式进行。另外，可以将学生对核心问题的回答制成记录表，以此分析他们科学思维的培养程度。科学探究方面，要创设问题情境，向学生抛出探究性问题，以团队合作的形式完成科学探究过程，在此过程中观察学生的科学探究能力。至于科学态度与责任方面，可以号召学生举办读书分享会、研讨会，通过学生在会上的发言，观察学生是否达成培养目标。

参考文献：

［1］ 廖伯琴.《普通高中物理课程标准》（2017年版）要点解读[J].物理教学，2020，42（2）：2-5.

［2］ 李俊鹏，魏洁.基于物理学科核心素养的单元教学设计现状分析[J].物理教师，2021，42（1）：29-34.

［3］ 范心维，彭朝阳.大概念视角下的高中物理单元教学设计：以“匀变速直线运动”为例[J].中学物理教学参考，2022，51（15）：30-32.

［4］ 赵海艳，张晓琳.基于大概念的逆向单元教学设计：以“运动和力的关系”为例[J].中学物理教学参考，2022，51（8）：42-44.