國內中學物理單元教學設計研究現狀及展望

黃澤璇 張軍朋

(華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

隨著我國課程改革的推進，課程教育的目標逐漸從知識技能的養成轉變為核心素養的培育.而核心素養的培養需要較大的主題、項目或任務才有可能承載[1], 以往聚焦碎片化知識點的課堂教學難以與核心素養建立關聯.因此課堂教學中需要教師從更上位的角度統攝教學內容.在此背景下，“核心素養—課程標準(學科素養/跨學科素養)—單元設計—課時計劃”成為課程發展與教學實踐中環環相扣的鏈環[2].然而在應試教育的大環境下，我國課堂教學普遍存在聚焦碎片化知識點的課時主義現象，導致課堂教學出現“只見樹木不見森林”的困境，不利于學生核心素養的培育.

針對這一現狀，國內研究者從單元的內涵、單元設計模式和策略、單元內容的建構、單元目標的確定、單元學習過程的設計等方面出發，對物理單元教學設計進行了一系列研究.

1 單元的內涵

什么是單元？單元的內涵是什么？這兩個問題是進行單元設計前需要回答的首要問題.鐘啟泉在2015-2016年發表的系列文章中對單元進行了界定[3,4]：“單元”是基于一定的目標與主題所構成的教材與經驗的模塊.張玉峰(2020)指出單元是教材單元與經驗單元的整合[5]，具體單元的大小(由多少節課組成)需要綜合考慮學生的實際情況與教學內容的特點.而郭允漷 (2019)、許幫正(2019)等學者則從單元的性質出發對單元進行界定，認為單元是一個有結構的學習單位和課程單位，指出單元是一個圍繞著目標、內容、實施與評價的“完整”的學習事件，有效的單元應將學習目標、學習內容、學習方法、學習評價等要素規范組織起來，形成一個有結構的整體[6,7].

從國內研究者對單元的界定可看出，單元教學設計中的單元與傳統教材中的“單元”和“章”并不等同.單元不再是基于教材編排結構組成的教學內容，而是綜合教學內容分析和學情分析的學習單位.單元設計對學生學習的關注是“以學生為主體”的課程理念的體現.

2 單元設計的模式及策略

2.1 單元設計的模式

明確了單元的內涵之后，需要教師思考如何對單元進行整體有序的規劃.國內研究者紛紛開始關注國際科學教育界相關的單元設計模式.當前單元設計的模式主要有兩種，一是教育技術學的思路，由“三設問”：到哪里去？如何實現目標？怎樣才算實現了目標？進而引出單元設計的“三重心”：目標的設計、教學的設計和評價的設計[2].二是建構主義學習的思路，強調“學習”的設計而不是教師“講授”的內容[8].從這兩種思路出發，研究者開發了一系列單元設計模式.

(1)“ADDIE”模式

如圖1所示， “ADDIE”模式的主要步驟為：

①分析學習者特征和教學內容等要素，闡明單元教學目標；

②設計學習方式、教學策略及活動等形成單元計劃；

③開發教材及教學資源，構建學習環境；

④根據設計方案實施教學實踐；

⑤對教學實踐進行反饋.

圖1 “ADDIE模型”結構示意圖

(2)“UbD”模式

“UbD”(Understanding by Design)模式主要由3個階段構成，如圖2所示.與傳統教學設計相比，該模式從終點——想要的結果出發，強調以清晰的學習目標為起點，并將評價置于教學活動設計之前，指向促進目標的達成.

圖2 “UbD”模式設計流程圖

(3)科學—寫作啟發模式

在國際教育領域，科學—寫作啟發式教學是教師培訓的重要內容[9]，主要由3個與大概念息息相關的階段組成：單元設計階段、論證階段、寫作總結階段.在單元設計階段，教師需要圍繞單元的相關概念從圖3所示的3個步驟出發對單元進行整體規劃.

圖3 科學—寫作啟發模式單元設計步驟

(4)PBL項目式學習模式

項目式學習(Project-based learning)的基本流程為“主題—探究—表達”.該模式從學生的已有經驗出發，圍繞特色項目任務的開展或項目產品的制作，使學生在具體的情景和活動中通過自己或合作來解決切身需要解決的問題，在完成項目的過程中提升自主學習及問題解決能力[10].當前國內主要針對初中物理開展項目式單元的實踐，具體案例有“光現象”和浮力[10,11].

2.2 單元設計策略

除了引進國際科學教育領域成熟的單元設計模式，國內研究者還從教學實踐出發，提出單元設計的相關策略.姚建明(2018)提出以“學科+”形式進行單元設計的策略[12]，即在單元設計中增加綜合實踐活動、研究性學習等模塊， 以豐富物理教學內涵；馮爽(2020)提出通過融入、裁剪物理學史進行單元教學設計的策略，引導學生在真實的研究背景下經歷提出概念、實驗探究等一系列過程，真正懂得概念建立的背景、典型的思維方式[13]；張玉峰(2020)從幫助學生形成結構化知識體系的視角出發，提出以大概念、大思路、大情境和大問題統領物理單元教學設計的策略，以系統規劃學生核心素養和關鍵能力的發展藍圖[5].

3 單元內容的建構

單元設計的模式與策略主要是從總體上把握單元的設計路徑，對于如何進行具體的單元設計實踐，國內學者也有了一定的研究.首先，如何劃分和確定一個單元是單元設計的首要任務也是關鍵的技術.當前學者對單元內容構建的研究主要分為以下3類：

(1)依據學科知識體系構建單元

這種單元建構的方式主要是聚焦教材章節知識的內在邏輯關系，將教材中的單獨一章或幾章構成一個較為完整的學習主題[14]，目的在于使學生形成完整的學科知識體系.

(2)依據大概念/大觀念構建單元

在國際科學教育領域，哈倫(Harlen.W)等人提出的大概念對科學教育界有較大的影響.大概念(big ideas)也被譯作核心概念、大觀念、核心觀念等，是指能夠反映學科本質，居于學科中心地位，具有廣泛適用性和解釋力的原理、思想和方法[15]. 近幾年國內學者紛紛將圍繞大概念構建單元的思想引入物理教育，成為單元設計的發展趨勢.

(3)以項目為主線進行單元的建構

這種單元建構的方式圍繞特定項目的開展，將學生完成這一項目所需要學習的知識內容進行有機的串聯.任曄(2019)以“設計和制作一個模擬的調光燈”為項目，將 “電阻”“變阻器”“歐姆定律及其應用”建構為一個單元[16].通過具體項目來統整單元內容有利于學生在解決切身問題的基礎上自主建構知識，凸顯了學生的主體地位.

綜合當前單元建構的幾種方式，以教材知識結構為中心的單元主要是從學科自身的邏輯結構出發，難以全面反映學生學習的完整性和全面性，容易出現知識的被動接受；以大概念為中心建構教學單元有利于揭示知識之間的內在聯系，幫助學生形成結構化的知識體系；而以項目為主線建構單元能夠促進學生在需要解決切身問題的基礎上主動建構自身知識體系；因而圍繞大概念或大項目建構單元逐漸成為單元設計的發展趨勢.

4 單元目標的確定

構建了單元的具體學習內容后，應思考學生學習所確定的單元內容后應該達到什么目標，也即單元目標的確定.當前國內單元目標的來源可大致分為直接來源與間接來源兩種.直接來源指的是《課程標準》中的相關條目，現有單元教學案例大多從核心素養的相關要求出發設計單元目標，例如以形成物理觀念為目標的單元設計案例“機械能守恒定律”[17]，以培養學生科學思維為目標的初中單元設計案例“光單元”等[18].

此外，教材內容分析、學情分析和教師教學經驗等也是確定單元教學目標的重要參考，是單元目標的主要間接來源.在單元設計實踐時，學者大多綜合各個維度確定單元學習目標，當前被廣泛采納的單元目標的設計流程如圖4所示[19].

圖4 單元學習目標設計流程圖

5 單元學習過程的設計

單元目標的實際落地需要依托相應的學習活動，因此單元學習過程的開發與設計也是單元設計的研究重點.當前國內針對單元學習過程應如何進行設計的研究主要有兩種思路：

(1)基于學習進階理論的單元學習過程設計

丁煥平等人(2020)基于單元目標劃分學習過程進階層級，在各層級中安排學習內容、設置問題情境并設計學習方式[20].張玉峰(2020)基于學習進階理論[21]，建構單元學習過程的具體操作步驟，如圖5所示.

圖5 基于學習進階的單元學習過程設計

(2)基于項目學習或問題解決的單元學習過程

建構主義認為學生學習的本質是借助學習情境的幫助，實現學生對知識意義的主動建構.基于項目學習或問題解決設計單元學習的過程能促進學生在真實的問題情境中自主探索與建構知識、提升能力，因而圍繞項目學習或問題解決是設計單元學習過程的有效思路.圍繞特定項目設計學習過程，能使學生通過每一節課的學習解決項目中相應的一個小問題，在問題解決的過程中自主建構知識體系并提升關鍵能力.例如，吉臨榮(2019)通過3個項目活動出發對初中“初識家用電器和電路”單元進行了較為系統的設計[22].

總的來看，基于學習進階的單元學習過程設計從學生視角出發規劃了單元學習的具體層級，有利于教師依據單元層級假設進一步分解相關任務，并在課時教學中通過具體內容逐步實現單元目標.基于項目式學習或問題解決的單元學習過程設計能激發學生的主觀能動性，在任務導向下從局部突破走向問題的整體解決，這兩種設計思路雖有不同的側重點但均強調了學生的認知過程.

6 總結與展望

通過對國內研究文獻的梳理與分析，可發現國內學者對物理單元教學設計進行了多維度的探討.但是當前物理單元設計的研究仍處于起步階段，還有以下工作需要進行深入的研究：

(1)構建本土化的單元設計模式體系，提供單元設計各環節的具體操作方法，推進單元設計在實際物理教學中落地.

從現有的文獻研究可以發現，當前單元設計的模式主要是對國外相關模式的直接引入，且在引入過程中一些相關術語尚未統一，如大概念、大觀念、核心概念、核心觀念等.另一方面，國內學者提出的相關設計策略也未形成相應的可操作性框架，結合我國教學實際情況的單元設計模式有待繼續深入探索.例如，在圍繞大概念和圍繞項目建構單元的研究中，尚未明確回答以下問題：如何分析和挖掘出具體單元的大概念？如何確定恰當的單元核心任務或單元項目？有哪些資源可以利用？深入探討單元設計的具體操作方法有利于單元設計理念在實際教學中更好地落地.

(2)致力于單元設計工具的開發與研究，加強單元設計的統整性.

單元的整合性需要相關技術的支撐，部分學者開始關注單元設計與教學媒體相結合的研究，當前研究大多集中于幾何畫板、思維導圖等工具在單元設計上的應用[23～25].但在單元設計的具體操作層面缺乏相應工具的研發，特別是在單元評價層面，如何評價單元學習活動在多大程度上實現了單元目標？如何開發統整性的單元評價任務？已有研究尚不能回答以上問題，需要在今后加強對單元設計工具的研發工作，以確保單元設計的統整性.

(3)拓寬單元設計的視野，全面落實育人目標.

當前國內對物理單元設計的研究主要聚焦本學科領域，對物理與其他學科融合的研究較為缺乏.突破學科界限的整合式單元設計可以促進學生獲得可遷移的科學概念與深刻的理解力，全面提升科學素養.學科融合視域下的單元設計也將是未來物理單元設計的發展趨勢.