大概念理念下的物理單元設計
——以初中物理“力與運動”單元為例

美國于2013年5月正式頒布《新一代K-12科學教育標準》，提出科學教育要聚焦于有限的核心概念，以學科核心概念的學習進階為主線，強調(diào)核心概念學習的重要性。［1］這對于我們圍繞有效問題建構(gòu)核心概念，從核心問題出發(fā)進行單元教學的整體設計，具有重要的啟示作用。

本文以初中物理“力與運動”單元設計為例，談大概念理念下的目標制訂、評價及活動設計。這里所指的“大概念”側(cè)重于“抽象概括的程度較高、處于學科知識體系的核心位置、集中承載重要的物理觀念”等特征，如“宇宙中所有的物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的”（物質(zhì)的微粒模型）、“力是改變物體運動狀態(tài)的原因”（運動與相互作用觀念）等。［2］

一、以概念性理解為本的單元目標設計

在進行單元設計時，首先需要進行內(nèi)容分析，在科學劃定概念層級的基礎上明確大概念，并以概念性理解為本制訂單元學習目標。

1.單元概念層次分析與大概念的界定。

在物理教育領域，物理概念層次分析是課程設計、教材編寫、教學實踐等方面的基礎性工作。［3］依據(jù)概念認知復雜度和概念本體復雜度，“力與運動”單元概念層次分析如圖1所示。

圖1 “力與運動”單元概念層次分析

單元概念的層次分析和大概念的界定，為指向概念進階的單元目標設計與活動設計奠定了基礎。上圖中，大概念“力是改變物體運動狀態(tài)的原因”是經(jīng)歷“力與運動”單元學習后所形成的物理觀念，是整合運動觀念和相互作用觀念的紐帶。核心概念是對若干重要概念抽象概括的產(chǎn)物，同時又是構(gòu)成學科核心概念的主要成分。重要概念是構(gòu)成科學理論體系的基石，但其抽象程度概括程度不及核心概念。基礎概念是人類建構(gòu)科學概念并以此認識客觀世界的起點或者工具。

需要說明的是，概念層次分析具有開放性和相對性。相較于初中階段，高中階段的模型在內(nèi)容上更加豐富，這種豐富體現(xiàn)在內(nèi)容的增加和原有內(nèi)容的拓展上。各層次之間并沒有明確的界限，不同研究者所采用的劃分標準也不盡相同，但“物理概念是有層次的，物理學習要實現(xiàn)概念的進階”是基本共識。

2.制訂單元學習目標。

長期以來，單元目標設計被內(nèi)容和技能目標所框定，依賴諸如了解、認識、理解等行為動詞來表征心智處理所處的水平。這容易導致學生在主題和概念、事實和概括上產(chǎn)生混淆，學習后很難清晰地陳述一個概念性觀點及相關(guān)的系列證據(jù)。［4］

大概念理念為物理課程提供了一個不同層面心智處理的清晰描述：在事實性層面上能“知道”，在概念性層面上能“理解”，在技能和過程層面上能“做”。我們以“力與運動”單元學習目標為例。

學生將知道（Know）：

·力可以改變物體運動的方向和快慢。

·二力平衡的條件。

·牛頓第一定律的內(nèi)容。

學生將理解（Understand）：

·受到平衡力作用時，物體的運動狀態(tài)保持不變。

·不受力時，物體的運動狀態(tài)也保持不變。

·受到非平衡力時，物體的運動狀態(tài)將發(fā)生改變。

·一切物體都具有慣性，慣性反映了改變物體運動狀態(tài)的難易程度。

學生將能做（Do）：

·在具體情境中，運用牛頓第一定律解釋相關(guān)現(xiàn)象。

·用物體的慣性解釋有關(guān)現(xiàn)象。

·根據(jù)物體的運動狀態(tài)判斷受力情況，根據(jù)初始狀態(tài)和受力情況預測物體的運動情況。

·形成充分利用慣性或防止慣性危害的設計，將慣性知識遷移到新的情境中解決問題。

用KUD替代傳統(tǒng)課程框架中的目標，能更清晰、明確地區(qū)分知識、理解和技能，給教師提供深入思考教學設計的信息，更有效地導引教學過程和學習評價。

二、注重概念遷移應用的單元學習評價

大概念體現(xiàn)的是學生的深層次理解，學習評估注重學生在概念層面上遷移運用綜合技能的表現(xiàn)。

1.設計能滿足關(guān)鍵KUD的有意義的表現(xiàn)性評價任務。

評價本身也是學習過程的重要環(huán)節(jié)，圍繞關(guān)鍵KUD設計評價任務，能起到以評價促進學習的功用。開發(fā)表現(xiàn)性評價任務時，要做以下考慮：（1）本項任務是否需要學生具備更高水平的主動思考？（2）你能否評估學生在事實和概念理解之間發(fā)現(xiàn)模式和聯(lián)系的能力？（3）學生能否展現(xiàn)出本單元所需的關(guān)鍵技能？（4）本項任務是否明確聯(lián)系到目標概念上？

評價任務示例1：畫圖記錄逐次減小阻力時，物體的運動狀態(tài)的改變情況。

學生作品示例1：如圖2所示。

圖2 阻力對運動的影響

評價任務示例2：對于“運動”和“力”這兩個物理學中常常聽到的物理名詞，你想起了哪些相關(guān)的概念？這些概念間存在什么聯(lián)系？請你盡可能詳細地用知識網(wǎng)絡圖表示出來。

學生作品示例2：如圖3所示。

圖3 力與運動的關(guān)系（學生板書）

2.形成評估結(jié)果的有效標準。

單元評價設計不僅包含任務設計和期望描述，還應形成評估結(jié)果的有效標準。以“力與運動”表現(xiàn)水平劃分為例。

水平1：能意識到力可以改變物體運動的方向和快慢。水平2：能簡單分析常見的物理現(xiàn)象中力與運動的關(guān)系。水平3：知道力是改變物體運動狀態(tài)的原因，可預測物體運動方向或速度大小的變化。水平4：能將單元大概念遷移應用到陌生情境解決問題，能綜合使用理論、事實及證據(jù)質(zhì)疑和評估已有結(jié)論。

根據(jù)上述水平劃分，可以看出圖3示例中的學生大致處在水平3，能抓住“力影響物體運動狀態(tài)”的關(guān)鍵因素，具有較好的關(guān)聯(lián)整合能力。但該生是否達到水平4，尚且無法判斷。因此，在設計評價任務時要充分考慮表現(xiàn)水平的區(qū)分度。

三、以概念進階為路線的單元活動設計

單元學習活動設計的關(guān)鍵是問題設計和實驗設計，學生在具體的學習活動中逐步邁向更高層次的概念和更深層次的理解。

1.以關(guān)鍵問題驅(qū)動概念的進階過程。

問題是課堂教學中重要的思維載體，以關(guān)鍵問題驅(qū)動概念的進階，可以使學生超越某項學習的事實性內(nèi)容，并在概念性層面將其納入自己的思想。

表1 “力與運動”單元關(guān)鍵問題設計

2.以重要實驗發(fā)展概念的深刻理解。

實驗是物理學習核心的資源載體，教師應以重要實驗為平臺，發(fā)展學生對概念的理解，使他們逐步建構(gòu)對于學科的系統(tǒng)認識和綜合理解。

表2 “力與運動”單元重要實驗設計

通過單元實驗群的設計，學生首先能體會到物體的運動狀態(tài)各異、受力情況也可能不同，但運動與相互作用是存在某種聯(lián)系的。隨后意識到，長期以來錯誤認識主導人們觀念是由于沒有意識到阻力對運動的影響。并據(jù)此推斷，不受力時，運動的物體將做勻速直線運動。最后學生設計圖表，歸納力與運動的關(guān)系，并回溯解釋單元學習過程中觀察到的相關(guān)實驗現(xiàn)象。

需要指出的是，過于強調(diào)學生的相異構(gòu)想，將教學中心聚焦于用科學概念強行替代學生的錯誤認識是不恰當?shù)模鴳⒆阌趯W生已有認識的關(guān)聯(lián)、拓展和整合，促進學生在原有認識基礎上向物理觀念發(fā)展。［5］我們倡導，從日常經(jīng)驗出發(fā)，通過圍繞運動與相互作用觀念中的核心概念來統(tǒng)整教學實踐活動，在建構(gòu)運動與相互作用觀念的同時促進學科能力的發(fā)展。

基于學科核心素養(yǎng)建構(gòu)教學單元，進行單元教學的整體設計，是課堂教學轉(zhuǎn)型的支點。就知識單元（與項目統(tǒng)整下的“活動單元”相對）而言，以大概念理念進行單元設計是十分有效的做法。以概念理解為本的單元目標設計是起點，注重概念遷移應用的單元評價設計是保障，以概念進階為路線的單元活動設計是關(guān)鍵。在進行單元設計時，評價設計先于活動設計，這有利于教學活動不偏離航道，促進評價過程與學習過程的有機融合。所有設計環(huán)節(jié)，均圍繞大概念開展，這對教師PCK（特別是學科內(nèi)容知識和學生理解知識）的發(fā)展具有一定的促進作用。［6］