基于“大任務”主線的高中物理單元教學設計

商俊玲　王瑋

［摘 要］文章從教學路徑的構建、教學目標的設定、大任務的創設以及驅動性問題鏈的設計等環節出發進行單元教學設計。以人教版必修第二冊第八章“機械能守恒定律”為例，以全紅嬋“水花消失術”背后的能量轉化與守恒大任務作為主線貫穿整個單元，從而促進學生學科核心素養的發展。

［關鍵詞］大任務；機械能守恒定律；單元教學設計；核心素養

［中圖分類號］ G633.7 ［文獻標識碼］? A ［文章編號］ 1674-6058（2023）26-0043-03

《普通高中物理課程標準（2017年版）》提出“學科核心素養是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力”［1］。這就要求教師從不同的情境、任務中促進學生學科核心素養的發展。而單元大任務的本質是將物理知識與真實世界建立聯系，是落實物理學科核心素養的重要舉措。

一、核心素養視域下的大任務

指向核心素養的學習必須是真實學習，真實學習在真實情境大任務下才更易于實現［2］。大任務聚焦于“學”，在單元教學中起著定位與導航的作用。教師把單元的核心知識安排在典型的真實情境之中，由一個貫穿始終的挑戰性大任務來統領、驅動。在這個過程中，教師的身份是“引領者”。而學生則通過“做任務”，完成相關技能和知識的習得，提高在現實生活中解決問題的能力，從而促進核心素養的發展。

二、基于“大任務”主線的單元教學路徑

基于“大任務”主線的單元教學路徑設計如圖1所示。教師首先要基于課程標準、教材及學情明確單元目標，依據單元教學目標創建真實的生活情境，以真實情境為載體，創設符合單元學習內容的挑戰性大任務；然后根據教學順序將大任務分解為一個個循序漸進的子任務，在子任務下設置一系列的問題鏈。教師在這個環節中提供腳手架，學生則在分析問題和解決問題的過程中體驗自主探究、團隊協作。單元教學結束后，學生開展課后分組討論活動，可按照子任務的個數確定每個學習小組的人數，每個小組成員完成其中一項子任務，最終形成組內單元大任務方案，以小組為單位派出小組代表在線上交流平臺進行匯報。學生在真實情境中，通過完成一個個子任務，提高學習物理的自信心，感受物理學習的價值，實現從“知識為本”向“素養為本”的轉變。

三、基于“大任務”主線的高中物理單元教學案例

下面以2019年出版的人教版必修第二冊第八章“機械能守恒定律”為例，就基于“大任務”主線的單元教學路徑進行具體的教學設計。

（一）單元教學目標

1. 物理觀念：基于大任務，圍繞功能關系這一基本線索，逐步定量認識做功與能量變化的關系，進而理解機械能守恒定律，初步形成能量觀，建立能量相互“轉化”和能量“守恒”的物理觀念；能從能量角度分析與解決自然、生產生活中的實際問題。

2. 科學思維：通過探究做功和能量變化的關系以及在推導規律的過程中體會模型建構、演繹推理、科學推理等科學思維，實現極限、類比等思想方法的遷移應用［3］。

3. 科學探究：在實驗探究的過程中，能評估不同實驗方案的優劣，并選擇合適的實驗方案進行設計與驗證，培養問題意識；通過分析數據歸納得出結論，并對結果作出解釋和交流，培養證據意識。

4. 科學態度與責任：經歷理論推導與實驗探究的過程，形成嚴謹求實的科學態度；從能量轉化與守恒的角度，形成可持續發展觀。

（二）單元大任務——探尋“水花消失術”背后的能量轉化與守恒

在第32屆奧林匹克運動會上，全紅嬋為中國跳水再續輝煌，她因入水水花小而被稱贊擁有“水花消失術”。2022年國際泳聯世錦賽，全紅嬋3米板首秀奪冠。如果你是一位跳臺跳水池設計師，你會如何分析全紅嬋“水花消失術”背后的能量轉化與守恒？本單元將全紅嬋跳水的真實情境融入教學，以探尋“水花消失術”背后的能量轉化與守恒為大任務對“機械能守恒定律”單元進行教學設計，如表1所示。大任務共包含5個子任務，分別對應5個教學內容（共9課時）。通過對每個子任務問題鏈的學習完成相應的教學目標，最終通過30個問題的學習和課后研討，實現單元整體教學目標。

下面以子任務3“探究全紅嬋在3米板跳水運動各過程中動能的變化及動能變化的原因”為例，詳述課堂教學的開展思路。

（a）創設情境：播放全紅嬋3米板跳水運動比賽慢鏡頭視頻。

（b）分析與討論：什么是動能？全紅嬋具有動能嗎？動能的大小與哪些因素有關？

（c）類比與猜想：類比探究重力勢能的理論分析，猜想動能的表達式。

（d）探究性問題：全紅嬋自身動能變化與什么力做功有關？

（e）猜想與假設：初中時已知道動能與物體質量和運動速度有關。加速度是速度變化的原因，而加速度與合力有關。因此，猜想全紅嬋自身動能變化與合力做功有關。

（f）構建模型1：構建全紅嬋跳水直線模型，如圖2所示。把全紅嬋看成一個質量為m的質點。忽略空氣阻力的影響，假設全紅嬋從跳板處以速度[v1]豎直向下跳水，落水前速度為[v2]，從跳板起跳到落水前的高度差為h。

（g）演繹推理：從跳板起跳到落水前的運動過程中，全紅嬋受到的合力即重力，合力做功（即重力做功）：

[W合=F合h=mgh]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

全紅嬋在運動過程中以重力加速度g做勻變速直線運動，滿足規律：

[2gh=v22-v21]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

將（2）式代入（1）式可得合力做功：

（i）歸納規律：合力對物體做功等于物體動能的變化，這個規律叫作動能定理，即

（j）拓展延伸：全紅嬋3米板跳水實際是曲線運動，動能定理是否適用于曲線運動？請驗證你的觀點。

（k）構建模型2：構建全紅嬋跳水曲線模型，如圖3所示。把全紅嬋看成一個質量為m的質點。忽略空氣阻力的影響，在跳板彈力的作用下，全紅嬋起跳速度為[vA]，落水前速度為[vB]，從跳板起跳到落水前的高度差為h。

（l）滲透科學思維：結合無限分割的思想，將跳板A處到水面B處的曲線分成很多段，由于每一段都非常小，因此可近似看作直線段。這樣每一段都可以看作恒力作用下的直線運動，如圖3虛線所示。

（m）課后探究：全紅嬋3米板跳水起跳時受到的彈力為變力，動能定理又是否適用于變力做功？

四、結束語

本單元教學設計以全紅嬋“水花消失術”背后的能量轉化與守恒這個大任務為主線組織教學。在教學過程中，教師引導學生主動解決子任務下的問題鏈，逐步實現單元教學目標，這既充分體現以學生為中心的教育教學理念，也為落實學生核心素養的培養提供了有效方案。因此，在教學實踐中，教師要充分發掘真實生活中的物理元素，創設契合單元主題的真實情境大任務，這對教師的教學設計能力有較高的要求，需要教師在教學中不斷實踐與反復改進。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部. 普通高中物理課程標準2017年版［M］.北京：人民教育出版社，2018.

［2］? 王天石. 指向學科核心素養的英語單元整體教學設計研究［J］. 教學與管理，2022（1）： 48-51.

［3］? 朱寧寧， 崔琰. 以大概念統領單元教學設計，促進學科核心素養的落實：以“機械能及其守恒定律”單元為例［J］. 物理教學探討，2021（2）：31-36.