基于物理學科核心素養(yǎng)的單元教學設計

徐國萍

摘 要： 有關“核心素養(yǎng)”的討論是近幾年基礎教育界的一個熱門話題，如何在教學中落實核心素養(yǎng)更是廣大一線教師關心的問題.筆者在實踐基礎上，以“電流和電路”為例，就單元設計在落實核心素養(yǎng)方面的意義和作用、落實核心素養(yǎng)的方法上進行了具體的分析和探究.

關鍵詞： 核心素養(yǎng);物理;單元教學設計

2014 年，教育部研究印發(fā)《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》提出“教育部將組織研究提出各學段學生發(fā)展核心素養(yǎng)體系，明確學生應具備適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力”.構建核心素養(yǎng)框架，建立各學科、各年級的學生發(fā)展核心素養(yǎng)體系已成為深化課程改革，推行素質(zhì)教育的基本要求，也成為提升我國教育國際競爭力，落實立德樹人根本任務的迫切需要.2017年，我國提出了中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)體系，核心素養(yǎng)被界定為“學生應該具備的、能夠適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力”.傳統(tǒng)的課堂教學將基礎知識和基本技能的培養(yǎng)作為課堂的主要目標，教師只需考慮課時計劃即可，而核心素養(yǎng)的提出告訴我們課堂教學要在培養(yǎng)學生基礎知識和基本技能的過程中，強化學生關鍵能力的培養(yǎng)，這就需要教師依據(jù)核心素養(yǎng)進行系統(tǒng)的設計——單元設計.正如我國科學家周光召提出的：“科學教育不應該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實，而是應當慎重選擇一些重要的科學觀念，用恰當、生動的方法，幫助孩子們建立一個完整的對世界的理解”.單元設計在一定程度上為物理學科核心素養(yǎng)的落地提供了土壤，一定程度上改變了傳統(tǒng)教學中偏重碎片化的知識點傳授.筆者以課標中“電流和電路”的內(nèi)容為例，依照物理核心素養(yǎng)要求，積極探索基于核心素養(yǎng)導向下的單元教學設計.

首先，用思維導圖確定本單元的主要內(nèi)容及它們之間的關系如圖1所示.

其次，根據(jù)思維導圖，以電流為中心，從電流的形成、電流的概念、電流的測量和電流在電路中的規(guī)律不同角度進行設計，確定單元教學主題和課時安排：（1）兩種電荷及電荷間的相互規(guī)律是什么？（1課時）.（2）電流及電流的形成條件是什么？（2課時）.（3）如何測量電流的大小？（1課時）.（4）什么是串聯(lián)電路和并聯(lián)電路？串聯(lián)電路和并聯(lián)電路中電流的規(guī)律是什么？（2課時）.

素養(yǎng)是在特定情境下，或者是經(jīng)歷了一系列不同的情境后，個體建立起來的、能夠靈活運用這些東西和當下情境建立關聯(lián)的那個東西.單元設計的每一部分既相對獨立又與其他內(nèi)容相聯(lián)系，每部分設計都按照“由終而始”的逆向設計思路，首先確定主題和目標，然后設計目標的評估和評價活動，最后設計特定的情境活動去實現(xiàn)目標.基于以上思考，本單元具體教學設計過程如下：

1 ?兩種電荷及電荷間的相互作用規(guī)律

1.1 創(chuàng)設情境，引出研究問題

演示實驗：用毛皮摩擦后的橡膠棒靠近肥皂泡;絲綢摩擦后的玻璃棒靠近金屬薄片（如圖2所示）.

師：同學們看到了什么現(xiàn)象？

生：摩擦后的塑料棒和玻璃棒能夠吸引一些輕小物體.

師：摩擦后的物體能夠吸引一些輕小物體，我們就說摩擦后的物體帶了電.你在生活中也有過類似的發(fā)現(xiàn)嗎？

生：梳頭發(fā)時，梳子吸引頭發(fā);紙張摩擦后相互吸引等.

【設計意圖】體現(xiàn)從生活到物理的課程理念，從神奇的實驗現(xiàn)象出發(fā)，激發(fā)學生的好奇心，引出研究的靜電問題，讓學生在觀察實驗的基礎上進行歸納和分析，進一步得出初步結論;同時通過讓學生舉例的活動，既了解了學生原有的認識，又引導他們把所學與日常生活聯(lián)系，強化物理知識與實踐情境的關聯(lián).

1.2 動手實踐，豐富感性認識

活動一：用提供的細線、通草球等器材，自制一個檢驗物體是否帶電的器材（如圖3所示）;通過實驗用自制器材檢驗幾種摩擦后物體是否帶電.

【設計意圖】通過用生活中的器具做物理實驗，加強物理知識與生活的關聯(lián).通過學生自制簡易驗電器的過程進一步理解靜電的產(chǎn)生條件和檢驗方法，同時為后面研究電荷間的相互作用規(guī)律做鋪墊，學生將利用自制的驗電器探究電荷的種類和電荷間的相互關系，自然而然的建立目標間的聯(lián)系.

1.3 科學探究，探尋概念和規(guī)律

活動二：利用自制的驗電器，檢驗絲綢摩擦后的玻璃棒和毛皮摩擦后的橡膠棒帶電種類是否相同.

實驗現(xiàn)象記錄情況如圖4所示：

根據(jù)實驗現(xiàn)象和記錄，分析、歸納初步結論：絲綢摩擦后的玻璃棒和毛皮摩擦后的橡膠棒帶電種類不相同，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引.

活動三：利用自制驗電器，檢驗其它摩擦帶電物體所帶電荷種類與前面兩種是否相同.

使與頭發(fā)摩擦后的塑料尺分別靠近圖4乙和丙所示實驗中的帶電小球，發(fā)現(xiàn)與乙實驗中小球相吸，與丙實驗中小球相斥.（不同小組提供物體進行類似實驗）

各組展示交流，經(jīng)歷初步歸納，拓展到科學家大量實驗得出結論：自然界只有兩種電荷，正電荷和負電荷.絲綢摩擦過的玻璃棒所帶電荷叫正電荷，毛皮摩擦過的橡膠棒所帶電荷叫負電荷.

【設計意圖】精心設計探究活動，以學生的學習活動為主，關注小組學習活動后的交流展示使學習成果整合，提高體驗學習的效率.兩個活動都有明確的目標，驅(qū)動活動向前推進，另外通過活動讓學生親歷過程，有所體驗，在活動中進行觀察、分析、歸納，滲透物理科學方法，使學習更加深刻.

1.4 科普閱讀，拓展原子內(nèi)部結構、摩擦起電原因知識內(nèi)容

科普文章：通常情況下，原子核所帶的正電荷與核外電子帶的負電荷在數(shù)量上相等，整個原子不顯電性.有些物體的原子核對電子的束縛能力強，有些物體的原子核對電子的束縛能力弱.當兩個物體摩擦時，原子核對電子束縛能力強的會把原子核對電子束縛能力弱的電子“搶”過來，這樣，原子核對電子束縛能力強的原子就有了多余的電子帶負電，而原子核對電子的束縛能力弱的就失去了電子帶正電.摩擦起電不是創(chuàng)造了電，而是電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移.

閱讀短文，回答問題：（1）絲綢摩擦過玻璃棒后，絲綢帶電嗎？為什么？

（2）絲綢和玻璃棒中，哪種物質(zhì)對電子的束縛能力強？它帶哪種電？

【設計意圖】科學素養(yǎng)當中強調(diào)培養(yǎng)學生具備獨立思考、邏輯推理、信息加工和學會學習等意識和能力.本環(huán)節(jié)根據(jù)學生回答情況，評價學生的通過閱讀獲取新識與實踐經(jīng)驗結合靈活解決問題的能力.

1.5 課后實踐，拓展應用

活動四：查找生活中靜電的防止和應用與同學交流.

【設計意圖】引導學生更加關注現(xiàn)實生活中的相關信息，體現(xiàn)從物理到生活理念，同時通過學生的調(diào)查結果反饋評價學生對以上內(nèi)容的學習效果.

2 電流的概念和電路

2.1 創(chuàng)設情境，激發(fā)進一步學習欲望

演示實驗：野外訓練，需要用火，而你沒有打火機等設備，只有一個手電筒和一些口香糖紙，你將如何獲得火呢？用口香糖紙連接電池正負極使紙燃燒.

師：為什么紙條會燃燒？通過今天的學習，同學們就會明白.需要強調(diào)的是像這樣用導線直接把電池兩端連接的做法，在一般情況下既損害電源，又容易發(fā)生危險，正常實驗時是不允許這樣做的.

【設計意圖】創(chuàng)設激發(fā)學生想象的有意義情境，同一個實驗對我們來說有利有弊，學會辯證的看待事物.通過實例認識到短路危害，避免死記硬背相關實驗注意事項.）

2.2 任務驅(qū)動，通過實驗進行探究

活動一：（一組）怎樣做可以讓燈泡發(fā)光，器材如圖5所示.

（二組）怎樣做可以讓LED燈發(fā)光，器材如圖6所示.

兩組同學展示交流：通過觀察、分析、歸納，找到讓小燈泡和二極管發(fā)光的電路的共同特點，一是電路中有電池（電源），二是電路是閉合的，得出電路中有電流.

通過對比，分析：有同學會提出，有時二極管不發(fā)光，當換了電源的正、負極連接方向后，二極管就發(fā)光了，根據(jù)二極管單向?qū)щ娞攸c得出電流是有方向的，在電源外部，電流從電源正極流向負極.

師：一個電路至少由哪些元件組成？

生：電源、開關、用電器、導線.

師：根據(jù)實驗，板演小燈泡發(fā)光的電路圖的畫法（如圖7所示）.

【設計意圖】本部分的設計從事實出發(fā)，讓學生經(jīng)歷實驗探究過程，通過觀察、分析和歸納等方法得到電路的構成等概念，滲透科學素養(yǎng)的學習觀.針對學生的思維點設計讓二極管發(fā)光實驗，得出電流是有方向的結論，為學生學習提供資源支持.

2.3 評估檢測，通過新的任務檢查對電路的認識和連接電路方法掌握情況

活動二：設計、連接電路讓小風扇轉(zhuǎn)動.

要求：先畫出設計電路圖，然后按圖連接電路，進行實驗驗證.

【設計意圖】教學的過程既是學習的過程，又是評價的過程.從學生的反應來評價教學的有效性，通過讓小風扇轉(zhuǎn)動電路的設計和連接，考察學生對電路連接和電路圖的掌握情況，評估前面的教學活動效果.）

3 電流的測量

3.1 聯(lián)系前知，提出新的問題，牽引進一步學習

師：展示學生連接過的三個電路，用電器工作時，通過小燈泡、二極管和電動機的電流大小相同嗎？

生：有電流通過，但不知道電流大小.

今天就學習一種測量電流大小的儀器.

【設計意圖】在前面學習基礎上，利用熟悉的實驗情境，提出進一步深入思考的問題，滲透透過現(xiàn)象進一步觀察思考的意識

3.2 任務驅(qū)動，通過實驗進一步探究

活動一：認識電流表（接線柱、量程、讀數(shù)方法.）

活動二：按要求連接電路（要求：電流表測量通過燈泡L1的電流.在圖8中用筆畫線把電流表連接到電路中，并標出電流方向.）

活動三：給電流表寫一個使用說明.

【設計意圖】通過三個活動，開展“使動式”的教學.把抽象的目標用學習行為表達出來，“認識”、“連接”、“寫”這些動詞引導學生認知、分析和聯(lián)系概括綜合解決問題，通過實驗探究活動，讓學生在做中學，學習的過程也是評估的過程，既評估了學生對電流表的了解情況，也為后面使用電流表研究串、并聯(lián)電路規(guī)律做好能力與方法的準備.

4 串連電路和并聯(lián)電路中電流的規(guī)律

4.1 復習舊知，創(chuàng)設情境，引出進一步研究問題

活動一：（1）按圖9所示電路圖連接電路使小燈泡發(fā)光.

（2）再給你一個小燈泡，連接在電路中，使開關閉合后，兩燈都發(fā)光，如何連接呢？

（首先設計電路圖提出方案、然后進行實驗驗證）

學生展示交流：

兩種連接方法都可以讓小燈泡發(fā)光，如圖10、11所示.

師：像圖10這樣把元件依次連接起來的電路叫串聯(lián)電路，圖11這樣將幾個用電器的一端連接在一起，另一端也連接在一起，再接入電路的，叫并聯(lián)電路.兩個電路有什么不同呢？把電路中其中一個小燈泡取下來，另外一個小燈泡還發(fā)光嗎？

生：在串聯(lián)電路中，一個小燈泡處斷開，另外一個小燈泡也不亮了;在并聯(lián)電路中，一個小燈泡處斷開，另外一個小燈泡依然可以發(fā)光.

【設計意圖】以學生為中心，根據(jù)學生在活動中出現(xiàn)的情況、遇到的問題開展進一步學習活動，符合學生開展活動的情境邏輯.）

4.2 分組進行實驗探究

活動一：（一組）串聯(lián)電路的電流規(guī)律;（二組）并聯(lián)電路的電流規(guī)律.

提出問題：如圖12所示，在串聯(lián)電路中，A、B、C三點的電流有什么關系？

如圖13所示，在并聯(lián)電路中，A、B、C、D四點的電流有什么關系？

提出猜想并設計實驗檢驗，按電路圖連接實物，進行測量和記錄.

根據(jù)數(shù)據(jù)歸納結論：串聯(lián)電路中電流處處相等，即IA=IB=IC;并聯(lián)電路中支路電流之和等于干路電流，即IA+IB=IC=ID.

【設計意圖】抓住探究式教學的特征，首先把問題轉(zhuǎn)化為可探究的具體問題，圍繞具體問題，給學生提供資源支持，通過實驗收集數(shù)據(jù)，進一步分析數(shù)據(jù)，獲得證據(jù)得到結論.采用多種評價方式，特別是過程性評價，讓學生用數(shù)學語言和公式去表達研究的結果.

綜上所述，單元教學設計在一定程度上為核心素養(yǎng)的落實提供了條件，在本設計中，突出了單元設計的系統(tǒng)性，整體上從事實情境到概念，過程中滲透科學方法，本文雖沒有全面陳述教學活動細節(jié)，但每一部分都從目標出發(fā)設計活動，使目標間聯(lián)系更突出，教學方法更明晰.值得一提的是：本設計使情境作為核心素養(yǎng)發(fā)展的載體，在活動中通過多種方式進行評價，策略和方法更突出，更具有可操作性.

參考文獻：

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