中學(xué)物理單元教學(xué)設(shè)計流程的探討

潘蘇東 童大振 汪大勇

(1. 華東師范大學(xué)教師教育學(xué)院,上海 200062; 2. 上海市高橋中學(xué),上海 200137)

單元教學(xué)設(shè)計是在整體思維的指導(dǎo)下,將基于某一主題構(gòu)建出的單元內(nèi)容作為教學(xué)內(nèi)容,通過編制單元目標及課時教學(xué)目標、設(shè)計連續(xù)的課時教學(xué)方案、進行單元評價的環(huán)節(jié)來完成的復(fù)雜教學(xué)設(shè)計.[1]素養(yǎng)時代,單元教學(xué)設(shè)計被認為是“撬動課堂轉(zhuǎn)型的一個支點”,[2]成為近些年的研究熱點.到目前為止,物理單元教學(xué)設(shè)計的研究論文可歸為3類:第一類,單元教學(xué)設(shè)計案例研究,如磁場的單元教學(xué)設(shè)計、光現(xiàn)象的單元教學(xué)設(shè)計等;第二類,單元教學(xué)設(shè)計部分環(huán)節(jié)設(shè)計思路的探討,例如,王美芹等人對物理單元教學(xué)目標設(shè)計進行了探討,[3]桑嫣為單元作業(yè)設(shè)計提供了路徑;[4]第三類,單元教學(xué)設(shè)計的步驟分析,比如,張文卿借助思維導(dǎo)圖,從“單元教學(xué)順序”和“課時教學(xué)順序”兩個維度展現(xiàn)了單元教學(xué)設(shè)計思維導(dǎo)圖框架.[5]

研讀文獻發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有的研究中鮮有對單元教學(xué)設(shè)計基本設(shè)計流程的提煉,并且物理核心素養(yǎng)在已有的單元教學(xué)設(shè)計案例中沒有得到充分體現(xiàn).有鑒于此,筆者嘗試構(gòu)建基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的單元教學(xué)設(shè)計流程,包括:“單元規(guī)劃”、“單元內(nèi)容、學(xué)情和教法分析”、“單元教學(xué)目標設(shè)計”、“單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計”、“單元作業(yè)設(shè)計”、“單元教學(xué)評價設(shè)計”6個環(huán)節(jié),并以“勻變速直線運動”單元為例來進行說明.

1 單元規(guī)劃

單元規(guī)劃是在對課程標準、教材進行深入解讀和剖析后,以一學(xué)期或?qū)W年為單位形成具有特定主題的單元系列過程.[6]可以通過以下3步完成單元規(guī)劃.首先,研讀課標,劃分單元.單元的劃分除了依據(jù)教材章節(jié)規(guī)劃單元外,還可以按照課程標準主題或者圍繞特定的物理問題解決規(guī)劃單元.接著,構(gòu)建單元系列,分析各單元間的聯(lián)系.這里需要指出各單元教學(xué)將會落實哪些物理核心素養(yǎng),規(guī)劃出完成各單元教學(xué)所需的課時,并且用思維導(dǎo)圖勾勒出各單元間的聯(lián)系.最后,確定單元內(nèi)容.需要說明的是,單元內(nèi)容不應(yīng)局限于教材,凡是有益于本單元相應(yīng)核心素養(yǎng)落實的教學(xué)資源都可以作為教學(xué)內(nèi)容.在選定單元內(nèi)容后,按照教學(xué)邏輯組織和編排教學(xué)內(nèi)容,使其結(jié)構(gòu)合理.

例如,根據(jù)《普通高中物理課程標準》(2017年版)要求,高一年級上學(xué)期的物理課程內(nèi)容由“機械運動與物理模型”和“相互作用與運動定律”兩個主題組成,體現(xiàn)在教科書上為“勻變速直線運動”、“力和力的平衡”、“牛頓運動定律”3章.考慮到知識整合程度、單元教學(xué)內(nèi)容容量,我們將該學(xué)期的課程劃分為“運動的描述”、“勻變速直線運動”、“相互作用”以及“牛頓運動定律”4個單元,從而形成單元系列.選用其中的第二單元“勻變速直線運動”為設(shè)計案例,該單元主要發(fā)展學(xué)生的科學(xué)推理、運動觀等核心素養(yǎng),共計需要4課時.

2 單元內(nèi)容、學(xué)情和教法分析

在完成相對宏觀的單元規(guī)劃后,需要聚焦各單元的教學(xué),對單元內(nèi)容、學(xué)情和教法的分析便是單元教學(xué)設(shè)計的起點.單元內(nèi)容分析包括:分析該單元在整個高中物理單元系列中的地位和作用;分析單元內(nèi)部的知識結(jié)構(gòu);分析各部分知識內(nèi)容與學(xué)科核心素養(yǎng)的對應(yīng)關(guān)系.學(xué)情分析包括:分析學(xué)生原有的知識結(jié)構(gòu)及其對新知識學(xué)習(xí)的影響;分析學(xué)生的心理特征和思維特點.教學(xué)方法的確定往往要綜合考慮教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生特點、教師自身因素、學(xué)校教學(xué)資源等因素.

“勻變速直線運動”單元是第一單元“運動的描述”的深化和提高,也是今后學(xué)習(xí)牛頓運動定律、周期運動、機械能乃至電磁運動的基礎(chǔ).它包含3個核心概念:加速度、勻變速直線運動和自由落體運動,兩個核心規(guī)律:勻變速直線運動規(guī)律和自由落體運動規(guī)律,一個重要的現(xiàn)代實驗技術(shù):數(shù)字化信息系統(tǒng)(DIS).

學(xué)生在經(jīng)歷了第一單元關(guān)于質(zhì)點模型、速度概念的建立過程,已初步掌握物理模型建構(gòu)和用比值法定義物理量的基本方法.因此,對于勻變速直線運動和自由落體運動模型的抽象以及加速度概念的建立,學(xué)生已經(jīng)具備足夠的認知基礎(chǔ)和思維能力.

本單元擬采用講授法和討論法進行加速度概念、亞里士多德和伽利略對運動的研究教學(xué);用實驗法使學(xué)生通過使用DIS測量物體運動的加速度,完成“勻變速直線規(guī)律”的探索;通過自主學(xué)習(xí),讓學(xué)生總結(jié)“自由落體運動規(guī)律”.

3 單元教學(xué)目標設(shè)計

單元教學(xué)目標設(shè)計是把學(xué)科核心素養(yǎng)具體化為單元學(xué)習(xí)目標的過程,它在“物理核心素養(yǎng)→單元教學(xué)目標→課時教學(xué)目標”目標鏈中處于承上啟下的關(guān)鍵地位.單元教學(xué)目標的確定應(yīng)以單元教學(xué)內(nèi)容和學(xué)情的分析結(jié)果為基礎(chǔ),注重物理核心素養(yǎng)對教學(xué)的引領(lǐng)和導(dǎo)向作用,關(guān)注教學(xué)目標的可操作性、可檢測性.

單元教學(xué)目標的表述與以往課時教學(xué)目標的表述類似,主要包括: ① 行為主體——學(xué)生(可省略),② 行為動詞——說出、解釋、觀察等,③ 行為條件——通過……實驗、辯論等,④ 表現(xiàn)程度——準確地、大體認識、獨立等要素.在此基礎(chǔ)上,為了突顯學(xué)科育人價值,單元教學(xué)目標的表述中還要包括第⑤要素:素養(yǎng)指向——能量觀、科學(xué)論證能力、交流與合作能力等.需要說明的是,一條單元目標中,不一定涉及上述全部要素.

單元教學(xué)重難點分析是對單元教學(xué)目標的提煉,教師準確把握教學(xué)重難點有助于合理的安排學(xué)習(xí)活動.單元內(nèi)容中與前面知識聯(lián)系緊密,對后續(xù)學(xué)習(xí)具有較大影響的物理核心素養(yǎng)就是本單元的教學(xué)重點.單元教學(xué)難點是指那些與學(xué)生日常概念、思維方式、習(xí)慣態(tài)度之間差別比較大的物理概念、規(guī)律、技能、方法等.

“勻變速直線運動”的單元教學(xué)目標為:

(1) 理解加速度、勻變速直線運動、自由落體運動等概念,體會物理學(xué)中的抽象與建模思維.

(2) 通過實驗,探究勻變速直線運動的特點,能用公式、圖像等方法描述勻變速直線運動,理解勻變速直線運動的規(guī)律,能運用其解決實際問題,體會科學(xué)思維中的推理與抽象方法.

(3) 通過自主實驗,認識自由落體運動規(guī)律.結(jié)合物理學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容,認識物理實驗與科學(xué)推理在物理學(xué)研究中的作用,能夠基于證據(jù)和邏輯發(fā)表自己的見解.

該單元教學(xué)重點為:加速度概念的建立和勻變速直線運動規(guī)律的探索.這既是對學(xué)生已有運動觀的拓展,也是發(fā)展學(xué)生“運動與相互作用觀”的基礎(chǔ).單元教學(xué)難點為:理解速度與加速度的聯(lián)系與區(qū)別、建立自由落體運動模型.

4 單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計

單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計是進行單元教學(xué)設(shè)計的樞紐,既是對單元教學(xué)目標達成的學(xué)習(xí)過程規(guī)劃,又是課時教學(xué)設(shè)計的實施藍圖,對課時教學(xué)設(shè)計具有統(tǒng)領(lǐng)作用.[7]該環(huán)節(jié)的設(shè)計可通過以下步驟完成.首先,設(shè)計單元學(xué)習(xí)活動框架.根據(jù)單元教學(xué)目標,整體設(shè)計單元重點活動,分析各活動之間的結(jié)構(gòu)和順序.然后,制定每個學(xué)習(xí)活動的具體實施策略.與課時教學(xué)活動不同,單元視域下的每個學(xué)習(xí)活動是緊緊圍繞單元教學(xué)重難點進行設(shè)計與實施的,始終指向物理核心素養(yǎng)的落實.最后,構(gòu)建課時學(xué)習(xí)任務(wù).按照單元規(guī)劃模塊制定的課時、素養(yǎng)要求將單元學(xué)習(xí)活動盡量平均地分布在各課時中,組成課時學(xué)習(xí)任務(wù).需要注意的是,這里的學(xué)習(xí)活動不僅包括課時活動,也包括課外活動.

為了直觀地表示出學(xué)科核心素養(yǎng)、單元教學(xué)、課時教學(xué)的關(guān)系,筆者在借鑒喻俊等人研究成果[8]的基礎(chǔ)上,編制了如圖1所示的單元設(shè)計與課時安排的關(guān)系框架圖.圖中,“素養(yǎng)要求”處于框架的中心位置,課時和主要活動都是為圍繞它展開的,這就為完成通過單元教學(xué)設(shè)計發(fā)展學(xué)科素養(yǎng)的目標提供了保障.

圖1 單元設(shè)計與課時安排的關(guān)系框架圖

按照上述設(shè)計步驟,對“勻變速直線運動”單元進行了學(xué)習(xí)活動設(shè)計.以其中的第1課時為例,該單元的課時1為速度變化的快慢:加速度;素養(yǎng)要求為體會物理學(xué)中的抽象思維;對應(yīng)的主要活動為①播放視頻,結(jié)合導(dǎo)學(xué)案,引出加速度概念； ②通過小組討論,辨析速度與加速度的關(guān)系.其他課時的名稱、素養(yǎng)要求以及主要活動,在此不再一一陳列.

5 單元作業(yè)設(shè)計

單元作業(yè)設(shè)計是指教師以單元為基本單位,依據(jù)一定的學(xué)習(xí)目的,選擇重組、改編、完善或自主開發(fā)等多種方式形成作業(yè)的過程.單元作業(yè)屬于中期作業(yè),相較于長期的學(xué)期/學(xué)年作業(yè)和短期的課時作業(yè),它的目標性、系統(tǒng)性、針對性、發(fā)展性和科學(xué)性都能較好地實現(xiàn).[9]在進行單元作業(yè)設(shè)計時,應(yīng)關(guān)注作業(yè)的可選擇性、類型的豐富性以及載體的真實性.

具體而言,在作業(yè)的選擇性方面,可以根據(jù)學(xué)生認知水平和物理核心素養(yǎng)的“學(xué)業(yè)質(zhì)量水平”設(shè)計具有選擇性的作業(yè).例如,2019年由人教社出版的高中物理教科書中每一章后面都有難度不同的A組和B組練習(xí)題,A組習(xí)題相對基礎(chǔ),而B組習(xí)題是按照《普通高中物理課程標準(2017年版)》學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4的要求進行編寫的,以滿足不同層次學(xué)習(xí)的需求.在作業(yè)類型的豐富性方面,單元作業(yè)不僅有對某章、某節(jié)知識的概括與歸納型習(xí)題,還應(yīng)包括開放性作業(yè)、實踐性作業(yè),從而促進學(xué)生發(fā)散性思維、問題解決能力的發(fā)展.就作業(yè)的真實性而言,作業(yè)題目的設(shè)計應(yīng)注重以真實情境為載體.這是因為以真實情境為載體的作業(yè)能夠加深學(xué)生對所學(xué)知識和方法的認識,有助于實現(xiàn)作業(yè)作為課堂教學(xué)延伸的功能,對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責任等核心素養(yǎng)具有獨特的價值.

“勻變速直線運動”單元除了設(shè)計常規(guī)的概括與歸納型習(xí)題外,還可以設(shè)計開放性作業(yè)、動手實踐性作業(yè).例如,(1) 如何利用所學(xué)的直線運動知識,設(shè)計測量一口深井深度的方案.(2) 請查閱“死亡加速度”的相關(guān)資料,并和小組成員交流學(xué)習(xí)心得.又如,(3) 動手制作一把“人的反應(yīng)時間測量尺”,并用其進行測量.這樣的作業(yè)設(shè)計既能對學(xué)生應(yīng)用知識的能力進行檢驗,也能培養(yǎng)學(xué)生的社會責任、分析解決問題的能力,可以在一定程度上彌補課堂教學(xué)中學(xué)科育人的短板.

6 單元教學(xué)評價設(shè)計

單元教學(xué)評價是通過某些標準來判斷單元教學(xué)設(shè)計在多大程度上實現(xiàn)了單元教學(xué)目標的過程,通常包括形成性評價和總結(jié)性評價兩部分.

(1) 形成性評價.

形成性評價是指在課時教學(xué)中對學(xué)生的學(xué)習(xí)活動、課時作業(yè)等進行評價,主要檢測課時學(xué)習(xí)任務(wù)的適切性以及學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)后是否達到了該節(jié)課的素養(yǎng)要求.根據(jù)評價結(jié)果,教師對學(xué)習(xí)內(nèi)容的選擇、教學(xué)邏輯、課時安排等進行反思與修正,從而為下一輪教學(xué)服務(wù).

(2) 總結(jié)性評價.

總結(jié)性評價是指在完成單元教學(xué)后,通過以學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的單元測試卷對學(xué)生進行單元教學(xué)目標達成度的檢測與評價.通過評價,對單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計、作業(yè)設(shè)計等進行反思與改進.

“勻變速直線運動”單元的形成性評價主要包括兩個方面.(1) 活動開展情況的評價.以“探究勻變速直線運動v-t關(guān)系”實驗為例,可以從學(xué)生實驗操作規(guī)范、DIS系統(tǒng)操作熟練程度以及數(shù)據(jù)處理的合理性等角度進行評價.(2) 課時作業(yè)的評價.對作業(yè)的評價可從學(xué)生作業(yè)的正確率、課堂反饋等角度展開.

關(guān)于本單元的總結(jié)性評價,應(yīng)以抽象思維、科學(xué)推理、運動觀等素養(yǎng)為中心,以真實情境為載體,形成單元測試卷,考查學(xué)生對加速度概念的理解和運用勻變速直線運動規(guī)律解決實際問題的能力.根據(jù)評價結(jié)果,對此單元的教學(xué)設(shè)計進行反饋與修改.

7 總結(jié)

通過單元教學(xué),教師的教學(xué)設(shè)計視野從單課時的較微觀層面轉(zhuǎn)向中觀層面的單元,能夠從單元整體上把握教學(xué)目標、內(nèi)容和方法,既有利于使宏觀層面的學(xué)科核心素養(yǎng)落到實處,同時又能使單元內(nèi)的課時教學(xué)變得更加富有彈性,有利于優(yōu)化教學(xué)效果.[10]

如果將物理教學(xué)比喻成一棵大樹的話,那么物理核心素養(yǎng)就是樹根,單元教學(xué)設(shè)計就是樹干,而課時教學(xué)設(shè)計就是從樹干上發(fā)出的樹枝.樹枝只有通過樹干才能與樹根發(fā)生聯(lián)系,脫離樹干的樹枝是無生命力的,而沒有樹枝的樹干是枯萎的.由此可見,只有將物理核心素養(yǎng)、單元教學(xué)設(shè)計和課時教學(xué)設(shè)計都融入到物理教學(xué)設(shè)計中才能使物理核心素養(yǎng)落地,而物理單元教學(xué)設(shè)計在其中起到了舉足輕重的作用.