核心素养下基于项目的高中物理单元教学设计
2024-12-09吴义华
摘 要:随着教育改革的不断深入,培养学生的核心素养已成为教育的重要使命。单元设计因其内在的整体性、有序性以及教学方式选择的灵活性,成为落实核心素养的重要途径。以沪科版高中物理选择性必修二“电磁感应定律”单元为例,从“分析单元教材”“构建单元结构”“明确单元目标,合理规划课时”“设计项目评价”四个方面,介绍如何践行基于核心素养的高中物理单元教学设计。
关键词:单元教学;项目化学习;核心素养;教学评价
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2024)11-0035-6
《中国学生发展核心素养》明确提出核心素养的含义,并指出经历各科学习后,学生应能逐步形成正确的价值观、必备品格和关键能力[1]。《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》提出,物理学科的核心素养集中展现了物理学科的育人价值[2]。上海市教育委员会编著的《中学物理单元教学设计指南》,立足单元视角,聚焦核心素养培育。崔允漷认为,指向学科核心素养的大单元设计是学科教育落实核心素养的重要路径[3]。本文以“电磁感应定律”单元为例,呈现在核心素养下基于项目的高中物理单元教学设计。
1 单元教学的概念及开展单元教学对落实核心素养的价值
单元教学是以单元主题与任务为线索,从大单元结构化的视角,设计探究活动的大问题,将上位思考落实到日常教学中,体现从上而下的设计理念[4]。单元设计强调整体性的有序设计,它关注单元学习活动、单元作业、单元评价与单元目标的一致性,循序渐进地完成一个系列的教学活动。单元教学目标的设计是关键,为后续要素(学习活动、作业、评价、资源)的设计提供依据。
与课时设计不同,单元教学是一种系统性的教学方式,它以一个单元为一个教学单位,把教学内容从单一的物理知识转变为它们之间的关联,有助于学生建立知识网络和思维网络,培养解决问题的能力。
物理学科的核心素养涵盖物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度与责任四个方面,这四个方面具有统整性,以概念为引领,以实践为表征,具有迁移性。核心素养的内核是要能像专家一样思考,创造性地解决真实问题。专家思维是通过大概念来组织的,大概念帮助学生进行深入理解,搭建学校教育和现实生活的桥梁。单元教学以科学探究、问题解决为基本立足点,促使学生进行科学实践,通过整合物理概念和规律,全面提升学生的核心素养,有助于培养学生的综合素质和创新能力,筑牢未来学习和工作的基础。
2 基于项目的高中物理单元教学设计
单元设计一般遵循“ADDIE 模型”,围绕分析(Analysis)、设计(Design)、开发(Development)、实施(Implement)、评价(Evaluation)而展开[5]。项目化学习不是学科的活动化,是学科知识在具体情境中的重建过程,是学生运用各种能力解决具体问题,从而获得新知识和新能力的过程。夏雪梅认为,项目化学习设计由核心知识、驱动性问题、高阶认知、学习实践、公开成果和全程评价等维度构成[6]。对比单元设计和项目化学习设计两模型,“分析”对应项目化设计的“核心知识”,根据单元涉及的主要知识点提炼学科关键概念和核心素养;“驱动性问题”是“设计”的一部分;“开发”即梳理单元教学计划和流程,对应项目化学习设计的明确学习成果和评价;课堂教学的“实施”过程则对应项目化的“学习实践”;在两个模型的最后一项都提到“评价”。由此可见,项目化学习设计框架与单元教学设计模型是高度契合的。
根据两个框架的特征,考虑到一线教师课堂使用的可操作性及教学设计的逻辑性,融合“设计”和“开发”为“构建单元结构”和“明确单元目标,合理规划课时”这两项对应项目化学习设计的“三个问题”,具体内容如图1所示。本文以“电磁感应定律”单元为例,主要聚焦分析、设计与开发、评价这三个方面。
2.1 分析单元教材
单元教学的分析是教学设计中必不可少的一部分。教材是基于课标和教学基本要求编制的,只有在正确认知、具体分析教材的基础上,才能进行合理的教学设计,有效地开展教学活动。这不但需要教师对教材的知识内容了然于胸,还需深挖单元的学习价值,分析出物理知识背后要求落实的核心素养内容。以“电磁感应定律”单元为例,从三个部分分析教材。
2.1.1 单元内容分析
单元内容是教学主体,也是落实核心素养的载体。在分析单元教材时,找出单元涉及的所有知识点并绘制出知识结构图,准确地把握住重难点,能为后续单元活动的教学设计奠定基础。沪科版高中物理必修三第十章第三节介绍了“电磁感应现象”,选择性必修二第六章则系统学习“电磁感应定律”,考虑结构的完整性,将两部分内容合并为新的单元。故单元内容有三部分:一是探究电磁感应现象;二是探究感应电流方向;三是通过法拉第电磁感应定律定量解决问题。涉及到的主要知识点如图2所示。
根据知识点提炼学科概念为磁生电的能量观,重要的实验定律有楞次定律和法拉第电磁感应定律。
2.1.2 单元学习价值分析
单元学习价值分析就是确定学生学习和发展的价值及意义。通过学习价值分析,明确单元内容的学习对落实核心素养培育的作用。内容上,“电磁感应定律”的单元学习有助于提升物质观、运动和相互作用观、能量观。物理学史上,“电磁感应定律”的学习是以电流磁效应为基础,进一步揭示了电与磁之间的联系,为麦克斯韦电磁场理论奠定了基础。实际应用上,电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一,在生产、生活、科技等方面都有积极的应用,本单元的学习也将为交变电流和变压器的探究奠定基础。单元关键概念与核心素养培育的关系如表1所示。
2.2 构建单元结构
单元的结构化将碎片化的知识点通过内部的逻辑整合为一个理性的、系统的、更符合认知规律的整体。单课时的设计,只能教会学生某个概念和规律,缺少了连接概念的神经元,不易于情境化问题的解决。新课改更注重情境的创设和问题的解决,需要的不是单一的知识,单元教学则通过建立知识框架,促进学生思维发展的连续性和系统性,从而更好地提升了学生的科学思维能力。
通过罗列的知识点,提炼出本质问题,对于物理课程来说,本质问题可对标单元长作业任务的布置。本质问题一般比较抽象,难度高,需要拆解转化为稍具挑战的、学生感兴趣的、通过努力能解决的驱动问题,如表2所示。
以“电磁感应定律”单元为例,用一个核心的具有挑战性的问题“如何实现手机的快速无线充电”来引领单元的学习。旨在通过手机的无线充电现象揭示其背后的原理,并归纳、总结出感应电流产生的条件,进而通过实验探究出感应电流的方向,归纳、总结出楞次定律的内容,最后通过对法拉第电磁感应定律的科学探究,深入理解其物理意义,最终完成小论文解决本质问题。
2.3 明确单元目标,合理规划课时
单元教学目标不同于课时教学目标,它强调单元结构的整体性与系统性。单元目标的确定需要综合教材、课程标准和学情,而目标的达成可实现学生核心素养的提升。在入项之前,学生基本具备自主设计实验的能力和对实验现象的归纳、总结能力。本单元的主要学习活动是科学探究活动,通过经历三次重要的探究活动,逐步提升“推理、论证”的科学思维,体会“问题、证据、解释、交流”的科学探究方法,在探究过程中认识科学本质,形成科学的态度。
设定“电磁感应定律”单元教学目标如下:
(1)了解电磁感应现象:经历四次探究的实验现象,归纳得出感应电流产生的条件,学会抓住事物的本质特征,提升观察能力、逻辑思维能力和科学表达能力;通过了解电磁感应现象的应用,增强社会责任感。
(2)理解楞次定律:在“探究影响感应电流方向的因素”实验中,学生将经历提出问题、选择器材、制订方案、正确操作、获得数据、分析归纳、形成结论的过程;能用能量的观点解释楞次定律。
(3)理解法拉第电磁感应定律:在通过“智能电源”探究感应电动势与磁通量关系的实验中,感受实验探究和理论演绎相结合的方法;通过对圆盘发电机等原理的分析,感悟物理的实用性。
基于以上的单元目标和图2的概念层级图,“电磁感应定律”单元设定了8个课时(图3)。
单元教学目标设计的基准参照是中等学力的学生,对部分小组来说,已有的知识和能力储备不足以完成项目主题任务,就需要教师将驱动性问题细化为指向更为明确、具体的概念性问题或事实性问题,降低认知的难度,以推进项目的进展,实现教学目标。可将更低阶的问题称为内容性问题,这类问题需要教师密切关注项目开展进程,视学生需要而提问,以“电磁感应定律”单元第1课时为例,预设内容性问题如表3所示。
2.4 设计项目评价
《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》提到,高中物理学习评价是以学生发展和素养为本[2]。新课标精心研制了学业质量标准,对育人目的给予了更多的关注,评价的核心目的在于推动学生的学习进步和促使教师改进教学。项目化教学通过创设真实情境,在解决问题的过程中提升学生的知识和能力,项目化提倡全程评估,实施过程性的评价[7]。素养的多元性决定了评价方式的多元化,单元教学评价包括评价内容、评价目的和评价方式。
2.4.1 评价内容
通常情况下,评价的内容有两部分:一是对知识的评价,二是对能力的评价。物理知识的掌握不仅关系到笔试考查的传统评价,更关系到物理领域的深度学习。而大单元教学和项目化学习体验不仅仅是为了揭示物理概念和应对传统考试。从学生入项组队开始,社会交流直接影响项目的进展;物理规律探究过程中的思维和实践操作能力也是实验成败的关键;能否通过表达呈现出让人眼前一亮的项目成果是综合素质的体现,能力则是素养目标的达成评判。依据评价的内容,笔者将评价细化为六个方面,具体如图4所示。其中,思政性评价参考了《高等学校课程思政建设指导纲要》和思想政治教育的内容。
对标核心素养的四个方面:“概念性评价”主要评价“物理观念”;“科学性评价”反映在活动中呈现的“科学思维”能力和项目成果(主要以科学论文、PPT汇报和科技小制作为主)的科学性上;“探究性评价”主要针对“科学探究”能力;“社会性评价”和“思政性评价”大致对标核心素养的“科学态度与责任”;与人交往能力、自我发展能力则在项目化学习中的“社会性评价”中体现出来;思政教育旨在培养具有“四个自信”的时代新人,而物理学科中的科学家精神、优秀品质等元素亦是思政教育的宝贵素材;新添加的“审美性评价”主要是对项目成果在视觉上的评判,以激发学生内在的创造力,提升美育能力。
2.4.2 评价目的
根据评价目的可将评价分为两类:一是终结性评价,为判定学生能力和课程效果提供证据;二是形成性评价,为下一阶段的学习提供重要依据。期中、期末和高考的测试是考量学生的阶段能力,为终结性评价。除此之外的评价都是为了能更好地开展教与学而设定的形成性评价。
2.4.3 评价方式
教学评价要反映学生在日常活动中的表现,恰当的评价方式能有效激励学生提升自我效能,故教师需要提供丰富的评价方式。评价方式可设计为四种:课堂问答、自我评价和同伴评价、阶段性测评、项目成果汇报。
以“电磁感应定律”单元为例,根据评价内容和综合核心素养目标,分析不同评价方式的适配性,并以此为依据进一步设计评价细则(表4)。
3 结 论
无论是项目化学习还是单元教学,学习的主体都是学生。案例中的单元设计以项目为载体,学生亲身参与电磁感应相关的实验和探究,不是孤立地记忆知识点,而是深入、系统地理解电磁感应定律的内涵和应用,这有助于物理观念的形成。在动手设计、完成实验和获得结论的同时,切实提升了科学探究能力。实验中,队员们通过思维风暴尝试不同的方法和思路,最终解决了问题,有效激发了创新思维,培养了团队合作,也提升了解决问题的能力,实现了素养的提升。
但在基于项目的单元教学实践中也发现了一些问题:
(1)高中物理单元知识丰富,“电磁感应定律”单元仅靠学生自主探究难度较高,项目的进展也会受到很多因素的影响,教师需要在项目中灵活、适时地给予指导。对学力弱的班级,教师需要引领学生完成探究工作,这需要教师具备较高的专业素养和较强的课堂应变能力。
(2)上海的物理课程课时紧、任务重,学生基础有差异,完全放手学生需要更多课时,故不得不弱化某些环节,用班级整体探究取代自主探究。
(3)项目化学习能提升核心素养,但需强化时间概念以应对笔试,特别是像电磁感应定律的应用在考试中占比不小,所以还需要一到两个课时的习题巩固。
总体来看,基于项目的单元教学设计能有效提升学生的核心素养,但也需要妥善处理好可能出现的问题,充分发挥其优势,才能促进教学效果的提升。
参考文献:
[1]核心素养研究课题组.中国学生发展核心素养[J].中国教育学刊,2016(10):1-3.
[2]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.
[3]崔允漷.学科核心素养呼唤大单元教学设计[J].上海教育科研,2019(4):1.
[4]上海市教育委员会教学研究室.中学物理单元教学设计指南[M].北京:人民教育出版社,2018.
[5]钟启泉.学会单元设计[J].新教育,2017(14):1.
[6]夏雪梅.项目化学习设计:学习素养视角下的国际与本土实践[M].北京:教育科学出版社,2021.
[7]夏雪梅.在学科中进行项目化学习:国际理解与本土框架[J].教育研究与评论,2020(6):11-20.
(栏目编辑 邓 磊)