指向學科核心素養的單元教學設計探索
——以人教版“電路及其應用”主題為例

李 蘭 楊鵬飛 姚建欣

（1.貴陽市第一中學，貴州 貴陽 550081；2.貴陽市觀山湖區普瑞學校，貴州 貴陽 550023；3.北京師范大學物理學系，北京 100875）

“學科單元教學設計”是為實施學科課程而以單元為整體進行系統化、發展化的教學設計.［1］依據物理學科內容結構嚴密、邏輯性強的特點，中學物理單元教學設計可在學科邏輯基礎上以主題或任務為主線串聯教學內容，使其兼具學科內容的邏輯性和學生認知的發展性，以幫助學生形成結構化的知識，促進學科核心素養的發展.［2］完整的單元教學設計包含單元學習目標、單元學習流程、關鍵任務、學習情境、教學評價等元素，同時還引領著具體的課時教學設計.本文以“電路及其應用”主題為例，在課標與教材分析的基礎上，利用“設計并制作多功能電動玩具車”為主線進行單元教學設計，將這一單元活動任務進行拆解，在各個子任務的解決中滲透本章節的全部內容.

1 聚焦學科核心素養設計單元教學目標

單元教學目標的設計應基于學習內容和學情分析，確定單元教學的重難點，并結合學生的發展空間，最終確定單元教學目標.［3］

1.1 學習內容分析

學習內容的分析首先要以課程標準為依據，特別要關注《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》在此主題上的變化（表1）.此外，課程標準（2017年版）在每個模塊后還給出了教學提示和學業要求，這也是進行學習內容分析的重要抓手.必修3模塊對電路及其應用的學業要求為“會用閉合電路歐姆定律分析電路間電學量的相互關系，能用電勢能和焦耳定律等分析電學中能量轉化問題；會做測量電源電動勢和內阻等實驗……能用學過的物理術語撰寫實驗報告”.［4］

表1

進一步結合教材分析得出本主題涉及的重點概念（或規律）有：電源、電流、電動勢、電阻、電能、歐姆定律等.這一主題內容相對來說比較繁雜，用傳統的概念圖或知識結構圖整理這些內容比較抽象，故本文通過一個具體電路，以能量及其轉化作為主線對這一單元的重點內容進行整理，如圖1.

圖1 電路及其應用主題概念（規律）結構

綜合以上分析確定本章節教學重點為：（1）通過電流做功分析電路中電學量、能量的變化；（2）進一步培養學生設計實驗、收集證據等科學探究能力.

1.2 學情分析

單元學習的主體是學生，因此還需要分析學生的已有的知識基礎、認知狀況、核心概念進階情況等以確定教學難點.在初中，學生已經初步接觸過電學的知識，認識常見電學元器件、會分析簡單情境的串并聯電路、基本理解歐姆定律等內容，教學時這些內容可以適當降低要求.但是初中并沒有嚴格要求學生設計并完成實驗，這對學生而言是難點，因此在教學中要著重引導學生掌握設計實驗方案的思路.另外，還需要了解這一章節的核心概念進階情況，如電能這一概念，初中僅能識別電能與其他形式能量的轉化，對電能的認識停留在映射水平，［5］高中還需分析電場力做功與電勢能變化進一步認識電能的本質，加深對能量轉化守恒的認識，對學生提出了更高的要求，這也是產生學習難點的重要原因.在學情分析的基礎上，確定本章教學難點：（1）深刻理解電流與電能概念；（2）能夠設計電學實驗并進行分析論證.

1.3 單元教學目標的撰寫

根據以上學習內容和學情分析，聚焦物理學科核心素養，按照“電荷的移動、電荷移動遵循的規律、電荷移動產生效應的應用”這一思維路徑確定了本單元的教學目標如圖2.

圖2 指向學科核心素養的單元教學目標

2 注重內容邏輯，規劃單元教學流程及關鍵任務

單元教學設計要立足整體規劃學生物理學科核心素養的發展，在此基礎上，進一步優化單元教學流程，根據學生的認知邏輯統籌教學內容的先后關系以及內在邏輯.［6］下面通過人教版新舊教材縱向比較以及人教版、滬教版、魯科版新教材的橫向比較確定單元教學流程及關鍵任務.

相較于老教材，人教版、滬教版、魯科版新教材均將電路及應用分成了兩個教學單元，其中人教版和滬教版將電路分析與電路中的能量轉化分成了兩個單元，第一單元旨在介紹電阻、電路兩種連接方式、多用電表使用，第二單元主要是分析電路中的能量變化，具體內容有焦耳定律、閉合電路歐姆定律.通過第一單元的學習對電路有了基本認識后，從能量的角度分析電路中電學量的關系，理解電動勢、閉合電路歐姆定律，難度逐步增加，前面學習為后續內容奠基，更加符合學生的認知發展規律.因此本文雖然將電路及其應用主題作為一個大單元，具體教學內容安排上仍參考了新教材的編排方式，先介紹電路的基本知識，再融入能量概念分析電學量關系.新課標對多用電表降低了要求，由原來的“理解原理”到現在的“會使用”，而分析電路的前提是能測出電路中電壓、電阻、電流等電學量，且日常生活中，有些工具的確無需知道原理而會使用即可，因此，本文中借鑒滬教版，將多用電表的使用提前至單元教學的靠前位置.

單元教學需要用一個大問題或大任務統領全章內容，綜合以上的教材分析，聚焦教學目標，使用“設計并制作多功能電動玩具車”這一任務，并按照符合學生認知邏輯的方式統籌了教學流程并確定了關鍵任務（圖3）.

圖3 單元教學流程及子任務

3 創設承載學科核心素養的單元學習情境

在教學設計和教學實施中重視情境創設是新課標的要求，創設的情境要符合學生的認知發展，貼近學生的日常生活，要促進學生概念的形成、規律的掌握、問題解決能力的發展，將實際情境轉化為物理情境進而解決問題是物理學科核心素養的重要體現.本文中“設計并制作多功能電動玩具車”就是一個真實的情境，除此之外，具體每節課還需要介入承載學科核心素養的小情境.這種情境可來源于生活實踐、實驗探究等.對教材進一步仔細研讀可提供情境素材.

新人教版很突出問題情境創設，例如在“導體的電阻”這一節，教材開篇就呈現很多只鳥兒站在高壓線上的圖片，有心的學生看到這個圖片必然會感到很驚訝，為什么鳥兒不會遭到電擊？另外，教材還呈現了一個關于電阻與導體長度、橫截面積定量關系的問題，這些精選的圖片與問題有利于電阻概念的介紹.因此，在本文進行單元教學設計時，就大量地參考了新人教版中的情境.

“電路及其應用”還承載了發展學生科學探究能力的重要任務，科學探究能力的培養也依賴于探索類問題情境的創設，而滬科版最大的特色是突出科學探究能力培養，例如講解閉合電路歐姆定律時，除了從理論上分析E=U外+U內，還可以參考滬教版，進行實驗測量U外、U內驗證理論分析的正確性，另外，滬教版學生必做實驗中“實驗設計、收集數據、分析論證”環節能很好地為學生指明進行實驗探究的方向，這也是本文在實驗教學中著重參考的內容.

下面以閉合電路歐姆定律與測量電源電動勢和內阻為例，闡釋在單元任務中創設情境的方式，如表2.

表2 教學子任務及具體情境

4 關注學習過程進行持續性評價

單元教學中，評價任務可以起到承前啟后的作用，在應用已學知識的過程中進一步深化理解，提升能力，同時發現新問題，啟發后續的學習和探索.因此，在單元教學過程中，要對學生進行持續性評價，以了解學生在日常學習中表現出來的素養水平以及綜合能力，改進教學同時促進學科核心素養的發展.

如在課堂上，學生設計實驗測定金屬絲電阻率時，出現了兩種設計思路——電流表內接與外接，進一步追問學生，這兩種接法的測量結果是否一樣？由于初中不區分內外接，有些學生還是認為兩種接法沒有差異，這就是學生典型的迷思概念，要轉變這一迷思概念，可以先讓學生直接進行實驗，再從理論上分析，從感性、理性上認識內外接的區別，這種課堂上的即時評價可以很好地幫助學生轉變錯誤認知.除此之外，單元教學過程中，還要關注學生作業或實驗報告等的評價.課后問題要基于實際情境，如在焦耳定律課后可以讓學生“查閱說明書明確電磁爐不同功能特點及能耗，由此計算煮一碗粥、清炒一份時蔬需要消耗多少電能”，對學生作業的評價并不是簡單地給學生判對錯、統計對錯，而是要關注學生是否發展了對應的學科核心素養.

5 反思與啟示

物理學科核心素養是在學生綜合應用物理知識解決問題過程中表現出來的，進行單元教學設計是提升學科核心素養的必然要求.根據具體教學內容選擇大任務或大問題引領教學內容結構化，并在真實情境中組織具體教學實施，幫助學生從更上位的視角了解物理概念和規律的整體結構，認識物理觀念的內部邏輯體系，并在真實情境中發展學科關鍵能力.此外，還要關注教學目標、教學過程以及教學評價在提升學科核心素養的一致性，強化形成性評價的反饋和調節作用.