初中物理“物質”復習教學研究

邢海根 白璐

［基金項目］本文系2023年合肥市教育規劃課題“雙減背景下基于UbD模式初中物理教學行動研究”的階段性成果。

［通信作者］邢海根（1968— ），男，安徽人，中學正高級教師，特級教師，合肥市教育名師工作室領銜人，研究方向為初中物理教學。

［摘 要］“物質”是2022年版義務教育物理課程標準的“課程內容”中的五大主題之一，“物質”主題下的二、三級主題之間存在一定的邏輯聯系，物態變化、分子結構與溫度及能量之間又存在著內在聯系，將“物質”按二、三級主題展開，并滲透溫度或能量相關知識，進行整體結構化教學，有利于學生形成“物質”整體結構化認識。UbD教學理論所構造的是與傳統教學設計（目標—教學活動—評價）不同的“逆向”設計。文章結合教學實踐，探討基于UbD教學理論的“物質”復習教學。

［關鍵詞］物質；UbD教學理論；教學研究

［中圖分類號］ G633.7 ［文獻標識碼］? A ［文章編號］ 1674-6058（2023）32-0039-04

“理解為先教學設計模式”是世紀之交美國教育界涌現的一種教學理論與實踐模式，由美國課程專家格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰于1998年創立。“理解為先教學設計模式” 融合了兩種不同觀念：（1）大量學習和認知研究結果表明，理解是學習和評估所追求的目標之一，即“為理解而教，為理解而評”；（2）基于理解的課程設計才能幫助學生習得各個學科中的關鍵概念和要素，使學生獲得深入持久的理解，并參與真實的情境性評估，掌握學習遷移能力。這一教學設計模式提供了清晰的課程設計框架，依照“逆向設計”的三個階段，從教學目標出發，設置相應的評估方式，再安排相關教學規劃，這樣的前后順序確保了整個教學過程圍繞學科教學重點，既確保了單元設計的協調一致，又提高了教與學的有效性［1］。

結構化教學要求教師具備結構化意識、運用結構化方法，這樣的教學能夠有效促進學生思維結構層次不斷提升，能夠有效發展學生的思維能力。結構化單元教學是在學生的認知結構基礎上幫助學生形成知識鏈，這樣有助于學生在整體上形成并完善知識結構［2］。

2022年版義務教育物理課程標準中的“教學建議”指出：樹立教學的整體觀，培養學生的物質觀念；注重教學的整體設計，避免枯燥、碎片化的概念堆砌，引領學生從認識物質的基本形態和物理屬性開始，逐步深入了解物質的微觀結構、基本特征和大致尺度等；從微觀世界到宇宙天體，引導學生初步理解物質的內涵，認識物質世界的多樣性，逐步形成物質觀念［3］。本文結合教學實踐，探討“物質”的復習教學。

一、研讀課標，找準結構與目標

一級主題“物質”包含“物質的形態和變化”“物質的屬性”“物質的結構和物質世界的尺度”三個二級主題。其中“物質的形態和變化”包含的三級主題有：固態、液態和氣態三種物態的基本特征；不同物態的物質及其應用；液體溫度計的工作原理；會用常見溫度計測量溫度；物態變化的實驗探究；物質的熔點、凝固點和沸點；物態變化過程中的吸熱和放熱；自然界和生活中的物態變化、自然界中的水循環、我國和當地的水資源狀況；節約用水和保護環境。“物質的屬性”包含的三級主題有：一些物理屬性，如彈性、磁性、導電性和導熱性等；質量的含義；測量固體和液體的質量；理解密度、測量固體和液體的密度。“物質的結構和物質世界的尺度”包含的三級主題有：物質是由分子、原子構成的；原子是由原子核和電子構成的，原子的核式結構模型；人類探索微觀世界的大致歷程，人類探索微觀世界的新進展，人類探索太陽系及宇宙的大致歷程；人類對宇宙的探索將不斷深入，關注人類探索宇宙的一些重大活動；我國在載人航天及其他航天科技方面的新成就，我國航天人熱愛祖國、為國爭光的堅定信念和勇于登攀、敢于超越的進取精神，物質世界的大致尺度。

“物質的屬性”主要是一些物理屬性，其中的彈性、磁性、導電性和導熱性等都是“了解”層面；質量屬于“知道”與“會測”層面；密度則屬于“理解”與“會測”層面。“物質的結構和物質世界的尺度”主要是知道物質是由分子、原子構成的；知道原子是由原子核和電子構成的。而“物質世界的大致尺度”相關內容只需要了解［4］。因為物質三態和物質世界的尺度屬于宏觀層面，而物質結構又屬于微觀層面，同時物態變化從宏觀上講是溫度變化引起的，與內能有關，而從微觀上講是分子間距離的變化，又涉及物質三態的微觀模型。為了使復習形成結構化，按三個二級主題展開，最后從物質狀態、物質結構與溫度或能量之間的邏輯關系，用一條暗線將物質的宏觀屬性與物質的微觀屬性聯系起來。

二、研讀教材，分析各級主題在教材中的位置

從課標上對應的三個二級主題來看，滬科版、北師大版、新滬科版、滬粵版、蘇教版、粵教版、蘇科版幾乎都是將這三個二級主題以獨立章節呈現，北京課改版將“質量和密度”“宇宙和微觀世界”兩個二級主題分別以一個完整的章節呈現，將物態變化、物質結構的微觀模型、內能等放入“熱現象”這一章之中；浙教版則是將物質結構、質量、密度、物態變化納入“物質的特性”之中；浙教版將“分子動理論”納入“能的轉化與守恒”能量主題之中；新人教版將“分子熱運動”納入“內能”之中；魯科五四版將物質的分子構成、分子熱運動納入“熱和能”之中；新教科版以“分子動理論與內能”主題呈現；華東師大版中“物質”二級主題除了宇宙的起源與演化是一個完整二級主題，其他二級主題則是分散的，把物態變化放在“水”主題之中，以“水的三態變化”呈現，把質量與密度放在“浮力”之中，以“密度”呈現，把“分子動理論的基本觀點”放在“內能”之中。我們在復習“物質”主題時，必須把相關二級主題從教材中不同位置抽取出來，以三個二級主題進行組合，進行結構化設計。考慮到教學操作的方便性，將有關概念、原理、規律、結論的教學放在一個模塊中，將實驗復習教學放在另一個模塊中，本文由于篇幅有限，只對第一個模塊進行設計。從目標逆向思考，我們從物態變化與物質的屬性開始設計，重點放在物態變化、質量和密度環節，最后體現物質的微觀結構、基本特征和大致尺度，當然在課程結束小結時，展開各主題之間的學科內在聯系，拓展設計中的一些“暗線”。

三、“物質”復習教學架構設計

（一）物質的基本形態與物質的屬性

1.情境創設

情境：播放“天宮課堂”第二課太空“冰雪”實驗，演示失重狀態下過飽和乙酸鈉溶液形成液體球，液體球很快結晶，外觀像“冰球”實為“熱球”。提出問題：過飽和溶液形成“冰球”的過程中，物質的屬性是否變化（包括質量與密度是否變化）？溫度是否變化？形成“冰球”的過程中經歷了什么物態變化？

設計意圖：讓學生觀察、思考，歸納物質有三種形態，物質形態是可以發生變化的，而且這些變化跟溫度有關系。不同的形態，物質的質量沒有變化，而硬度有變化，彈性也有變化。讓學生感知物質的基本形態可以變化，物質的屬性可能不發生變化，也可能發生變化，從而引入物態變化與物質屬性的復習。

2.任務驅動

【活動1】請回憶或閱讀課本，說出物質有哪些形態，物質形態之間有哪些變化，物質有哪些屬性。

評價：根據學生能否說出物質一般有固態、液態、氣態三種形態判斷學生對物質的基本形態的認知程度。根據學生能否說出物質的形態之間的六種變化，判斷學生是否在物質形態變化之間形成可逆思維。根據學生能否說出物質的物理屬性有硬度、彈性、延展性、導電性、導熱性、密度、比熱容、熱值等判斷學生對物質屬性的了解程度。

【活動2】請說出做“探究物質熔化和凝固現象”實驗時，實驗前為什么用細線將溫度計懸掛起來，實驗器材選擇與組裝上有哪些要求，實驗過程有哪些要求，實驗步驟又有哪些，怎樣繪制溫度與時間圖像，物質熔化和凝固分別有什么共同特點，晶體與非晶體在熔化或凝固時有什么不同點。圖1是本實驗的組裝圖與繪制的溫度與時間圖像，你能獲取哪些信息？

評價：根據學生能否正確說出實驗前用細線將溫度計懸掛起來的作用，判斷學生對正確使用溫度計的理解程度；根據學生能否說出選擇的器材及理由，判斷學生設計實驗能力所達到的程度；根據學生能否組裝實驗器材與選用適量的固體或適量的水及水溫進行實驗，判斷學生的操作能力；根據學生能否正確說出實驗過程、實驗步驟、描繪圖像，判斷學生的探究能力達到什么程度；根據學生能否正確說出熔化吸熱、凝固放熱，晶體熔化或凝固時溫度不變，而非晶體熔化或凝固時溫度變化，判斷學生分析問題能力所達到的程度；根據學生能否從實驗組裝圖中提取相關信息，判斷學生對該實驗的理性認識程度；根據學生能否說出熔化和凝固圖像中吸熱過程及物質形態情況以及各曲線段或線段對應的物理意義，判斷學生對熔化或凝固圖像的分析能力所達到的程度。

【活動3】圖2是探究水的沸騰特點的一些圖像，甲圖是實驗裝置圖，乙圖是加熱過程中觀察到氣泡上升時的現象，丙圖是A、B兩個實驗小組分別在同一坐標紙上畫出的溫度與時間圖像，請你從三幅圖中提取相關的信息。

評價：根據學生能否正確說出實驗器材的作用、實驗器材的組裝順序及相關的注意事項，判斷學生對探究水的沸騰實驗的感性認知與理性認知程度；根據學生能否準確說出水沸騰時氣泡上升時體積由小變大，能否理解是因為水沸騰時溫度不變，水蒸氣不再液化，而氣泡上升后受到水的壓強不斷減小而引起的，判斷學生對液化放熱的理解與一定質量氣泡的體積與溫度和壓強有關的了解程度；根據學生對A、B兩個實驗小組的實驗，使用初溫相同的水，用相同的加熱裝置加熱，而達到沸點的時間不同，能否結合Q=cmΔt=Pt（P為吸熱功率，其中c、Δt、P都是定值）理解“水的質量越大，加熱時間越長”，判斷學生對物質比熱容與物質吸熱（或熱值）知識的結構化認識能力。

【活動4】請閱讀課本，回答下列問題：同種物質組成的不同物體有什么不同？為什么質量是物體的屬性？質量有哪些單位？它們之間是如何進行換算的？

評價：根據學生能否說出同種物質組成的物體，有可能質量與體積不同甚至是形狀不同等來判斷學生對同種物質組成的不同物體的認識情況；根據學生能否說出質量的國際單位是千克，常用單位有噸、克、毫克等，以及能否準確說出各單位之間的換算關系，判斷學生對質量單位及質量單位之間的換算關系的把握程度。

3.情境創設

情境1：播放事先錄制好的“使用托盤天平過程中常見的錯誤操作及使用量筒測體積的不正確操作”視頻。

情境2：播放“電子天平的使用方法”視頻。示范用電子天平（如圖3）測量水和其他液體的質量的過程：取一個空容器放在電子天平的托盤上，顯示5.00，按下“去皮”鍵，電子天平顯示“0.00”，在容器內注滿清水，電子天平顯示10.00，此時容器內水的質量即為10.00 g；將容器內的清水倒掉，用餐巾紙將容器內的殘留水擦干凈，在容器內注滿牛奶，并放在電子天平的托盤上，電子天平顯示11.10，則容器內牛奶的質量為11.10 g。

設計意圖：“情境1”使用“示錯法”讓學生發現問題，讓學生在識別錯誤的過程中獲取正確的操作方法，提高學生學習的自信心，激發學生的學習興趣。“情境2”踐行2022年版義務教育物理課程標準的“教學建議”：用電子天平測量一些家用物品的質量，感受電子天平在操作上的優點，體會科技進步給人類生活帶來的影響［5］。

4.任務驅動

【活動1】邊播放視頻邊問學生哪個地方出現了錯誤。學生回答時，教師可回放或停止在錯誤之處，請學生說出錯誤操作的原因。同時提出問題：物體的質量與體積之間的關系用什么物理量描述？它的單位有哪些？如何換算？如何測量物體的密度？

評價：根據學生能否說出托盤天平及量筒使用過程中的錯誤，判斷學生的糾錯能力，同時判斷學生能否正確使用托盤天平測質量，能否正確使用量筒測固體或液體的體積。根據學生能否說出用密度描述物體質量與體積之間的關系及密度的物理意義，密度的國際單位是kg/m3，密度的常用單位是g/cm3及它們之間的進率為103，判斷學生是否理解密度及是否知道密度單位間的換算關系。根據學生能否說出怎樣使用托盤天平與量筒測量固體或液體的密度，判斷學生的實驗操作能力。

【活動2】通過查找資料，電子天平多了個“去皮”功能，不“去皮”也能測液體的質量，說說按下“去皮”鍵的好處是什么。若清水的密度是1.00 g/cm3，根據體積與質量的關系，請算出牛奶的密度為多少g/cm3，合多少kg/m3。

評價：根據學生能否使用電子天平測物體質量，能否操作電子天平直接讀出容器內水或牛奶的質量，能否利用水的密度公式計算水的體積來替代牛奶的體積，計算牛奶的密度，進而判斷學生對密度的理解與應用所達到的程度。根據學生能否正確換算密度單位，判斷學生是否能換算密度單位。

（二）物質的微觀結構、基本特征和大致尺度

1.情境創設

情境1：播放原子的微觀結構動畫視頻（如圖4），展示固、液、氣三態的分子間隙特征模型圖（如圖5）。

情境2：播放人類探索宇宙的大致歷程視頻，（如圖6），并播放太陽系與銀河系動畫視頻。

情境3：播放我國空間站視頻，介紹我國在載人航天及其他航天科技方面的新成就。

情境4：播放物質世界的大致尺度——銀河系、太陽系、地球、人、原子、原子核、夸克等的大致尺度，同時講解天體及身邊的物體都是由物質組成的。

設計意圖：情境1是讓學生對物質的微觀結構形成感性認識，同時加強學生對固、液、氣三態分子間隙的比較認識。情境2是讓學生回顧新課或增加課本上沒有的人類探索太陽系及宇宙的大致歷程的教學內容，并建立“太陽系模型”。情境3是讓學生回顧新課或增加課本上沒有的我國在載人航天及其他航天科技方面的新成就的教學內容，體會我國航天人熱愛祖國、為國爭光的堅定信念和勇于登攀、敢于超越的進取精神。情境4是讓學生對物質世界的大致尺度進行比較，思考物質世界的組成，形成物質觀念。

2.任務驅動

【活動1】請畫圖表示原子的核式結構模型。將分子動理論的內容用圓圈與箭頭加文字進行描繪。觀察圖7中物態變化名稱及吸放熱情況，試從分子力與分子距離的角度分析物態變化過程中分子力是否做功。從做功改變物體內能的角度或從圖中溫度變化的角度分析為什么分子間距離變大的物態變化要吸熱，分子間距離減小的物態變化要放熱。

【活動2】閱讀課本或查找相關資料，了解人類探索太陽系及宇宙的大致歷程，人類對宇宙的探索是怎樣發展與深入的，人類探索宇宙有哪些重大活動。

【活動3】閱讀課本或查找相關資料，了解我國在載人航天及其他航天科技方面的新成就，我國哪些科學家或航天員為我國航天事業做出了偉大貢獻。

評價：根據學生能否畫出原子的核式結構模型，并標注原子核帶正電、核外電子帶負電、中子不帶電判斷學生對原子結構的認知程度。根據學生能否正確描繪分子動理論，判斷學生是否知道“物質是由大量分子組成的，分子間是有間隙的，分子在做永不停息的無規則運動，分子間存在相互作用力”。根據學生能否從固、液、氣分子間距離的變化并結合分子力，說明分子力做功或克服分子力做功，導致物體的內能（溫度）變化，從而分析物質的微觀變化導致物質的宏觀變化，判斷學生的推導能力。根據學生能否將分子做功、內能變化、溫度變化、吸放熱等知識進行結構化，判斷學生能否找出所學知識之間的內在聯系。根據學生能否說出人類探索太陽系及宇宙的大致歷程以及人類對宇宙認識的過程，人類探索月球及火星的方式，在我國航天活動中作出杰出貢獻的科學家及航天員的姓名等，判斷學生對人類及我國探索宇宙活動的了解程度。

四、結束語

結構化教學是指具備結構化意識、運用結構化方法，促進學生思維結構層次不斷提升的一類注重思維能力發展的教學模式。結構化單元教學是在學生的認知結構基礎上讓學生形成知識鏈，從整體上學習知識［6］。進行結構化設計是新課標的要求，平時就要有結構化意識，特別是復習課，必須根據課標確定一級主題，按一級主題展開二級、三級主題，構建知識框架，形成知識網絡；同時要分析各個三級主題，是否與學科內其他知識之間存在內部聯系，從而找到不同一級主題下的三級主題之間的某種聯系，構建“暗結構”，設計不同三級主題之間邏輯關系思考活動。“物質”主題的復習教學，就是按新課標上的三個二級主題展開，吸收不同教材、不同章節的素材，將物質的宏觀與物質的微觀相結合，將物質的結構變化與物態變化相結合，將做功改變內能與溫度變化相結合，將物質觀與能量觀聯系起來，在構建物質觀的同時滲透能量觀，并增加相關情境，發揮物理學科的育人功能。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 吳新靜，盛群力.理解為先促進設計模式：一種理解性教學設計的框架［J］.當代教師教育，2017（2）：40-47.

［2］［6］? 陳萍萍.單元整合視角下小學數學結構化教學策略探討［J］.教學管理與教育研究，2022（15）：69-71.

［3］［4］［5］? 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準：2022年版［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.

（責任編輯 易志毅）