例談高中物理單元學(xué)歷案的設(shè)計

摘要：單元學(xué)歷案，以學(xué)生視角進行設(shè)計，讓學(xué)生從整體上把握單元的知識體系，實現(xiàn)知識的持續(xù)建構(gòu)，促進經(jīng)驗的積累，建立學(xué)習(xí)內(nèi)容與真實情境之間的關(guān)聯(lián)，打通知識學(xué)習(xí)與應(yīng)用的“最后一公里”。單元學(xué)歷案的設(shè)計主要包含兩大板塊：單元概覽設(shè)計和分課時學(xué)歷案設(shè)計。其中，單元概覽設(shè)計包含“你敢挑戰(zhàn)嗎？”“你將學(xué)哪些知識？”“你將學(xué)會什么？”“給你支招”四個部分，分課時學(xué)歷案設(shè)計包含“給你支招”“課時目標”“學(xué)習(xí)過程”“作業(yè)與檢測”“學(xué)后反思”四個部分。

關(guān)鍵詞：高中物理；單元學(xué)歷案；《機械能守恒定律》；《動能和動能定理》

學(xué)歷案是關(guān)于學(xué)習(xí)經(jīng)歷或過程的方案。它是教師以課程標準為依據(jù)，確立學(xué)習(xí)目標，圍繞某一主題或?qū)W習(xí)單元，設(shè)計學(xué)科實踐活動，幫助學(xué)生自主建構(gòu)或社會建構(gòu)經(jīng)驗、知識的方案。在華東師范大學(xué)崔允漷教授研究成果的基礎(chǔ)上，我們開展了高中物理單元學(xué)歷案的實踐探索。下面，以人教版高中物理必修第二冊《機械能守恒定律》單元為例，逐步呈現(xiàn)和分析單元學(xué)歷案各部分的設(shè)計及心得。

單元學(xué)歷案的設(shè)計主要包含兩大板塊：單元概覽設(shè)計和分課時學(xué)歷案設(shè)計。其中，單元概覽設(shè)計包含“你敢挑戰(zhàn)嗎？”“你將學(xué)哪些知識？”“你將學(xué)會什么？”“給你支招”四個部分，分課時學(xué)歷案設(shè)計包含“給你支招”“課時目標”“學(xué)習(xí)過程”“作業(yè)與檢測”“學(xué)后反思”四個部分。

一、 單元概覽設(shè)計

（一） “你敢挑戰(zhàn)嗎？”的設(shè)計

這一部分主要是確定單元組織者，以期激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、引領(lǐng)單元學(xué)習(xí)。單元組織者指的是負責(zé)規(guī)劃、組織和管理單元教學(xué)活動的角色。單元組織者可以是大任務(wù)、大問題或大觀念。大任務(wù)，通常以一個需要完成的真實情境任務(wù)來組織任務(wù)鏈學(xué)習(xí)，側(cè)重產(chǎn)品、成果或習(xí)慣養(yǎng)成；大問題，通常以學(xué)科或真實情境中的一個核心問題來組織問題串學(xué)習(xí)，側(cè)重問題解決或觀念形成；大觀念，通常以一個需要確立的核心觀念來組織觀念層學(xué)習(xí)，側(cè)重意識形態(tài)或?qū)W科觀念。

《機械能守恒定律》單元的單元組織者是一個大任務(wù)：

游樂園里的過山車提供了驚險和刺激的體驗——超重、失重、快速上升下降和頭朝下過最高點，深受游客喜愛。某游樂場需要設(shè)計如圖1所示的一架過山車軌道。過山車在AB段是靠液壓裝置來驅(qū)動的，速度可以達到20m/s；從B點上大圓環(huán)，完成一個完整的圓周運動后，從C點出圓環(huán)，在CD段是靠摩擦力來減速至靜止的。若請你來做過山車軌道的設(shè)計師，為了保證游客的安全，該怎樣設(shè)計大圓軌道的半徑，和CD段的長度？

在學(xué)習(xí)本單元時，學(xué)生已學(xué)過直線運動和曲線運動的基本動力學(xué)知識（如牛頓運動定律、平拋運動、圓周運動等），所以對于設(shè)計的問題和物理量都比較清楚。但僅僅知道這些知識，缺乏能量觀念是無法解決“過山車軌道圓半徑設(shè)計”這個大任務(wù)的。所以，這個大任務(wù)能夠激發(fā)學(xué)生去學(xué)習(xí)本單元內(nèi)容，并且要學(xué)完本單元絕大多數(shù)知識后才能解決，起到引領(lǐng)整個單元學(xué)習(xí)的作用。

（二） “你將學(xué)哪些知識？”的設(shè)計

這一部分主要是讓學(xué)生比較直觀地了解本單元的主要內(nèi)容、各內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系、所需要的課時數(shù)以及指向的核心素養(yǎng)等，一般采用內(nèi)容框架圖、課時表等形式來呈現(xiàn)。內(nèi)容框架圖一般隨課時和內(nèi)容的變化而采用不同的形式。比如引導(dǎo)型概念圖，在單元學(xué)習(xí)內(nèi)容中找出一些概念、術(shù)語，用這些概念、術(shù)語構(gòu)圖。又如縱向?qū)哟胃拍顖D，將概念按抽象程度、重要程度，分成中心概念、一級概念、二級概念……中心概念放最上端，一級概念放在下一層次，以此類推，最具體的概念放最底層。再如，圓形網(wǎng)狀概念圖，將概念按抽象程度、重要程度，分成中心概念、一級概念、二級概念……中心概念放在最中心，作為圓心，一級概念放在緊靠圓心的圓圈內(nèi)，依次往外拓展，最具體的概念放在最外層、最大的圓圈內(nèi)。課時表一般采用表格的形式呈現(xiàn)，主要了解課時內(nèi)容對應(yīng)的課時數(shù)、核心素養(yǎng)等。

《機械能守恒定律》單元的內(nèi)容框架圖采用的是縱向?qū)哟胃拍顖D（如圖2所示）：功和能是第一層次，能又包含重力勢能、彈性勢能、動能等，是第二層次；動能定理和機械能守恒定律是功能關(guān)系，是第三層次。

本單元的課時安排如下頁表1所示。

（三） “你將學(xué)會什么？”的設(shè)計

這一部分的主要內(nèi)容是單元學(xué)習(xí)目標，出發(fā)點是對“希望學(xué)生學(xué)會什么”的思考。單元學(xué)習(xí)目標的確定一般以《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標”）為主要依據(jù)，結(jié)合教材等，采用“要素分析—組合確定”的方法，分解課程標準，逐步確定核心概念，并通過“三問法”續(xù)寫得到單元學(xué)習(xí)目標。這樣得到的單元學(xué)習(xí)目標，明確了教學(xué)內(nèi)容，能夠指導(dǎo)教學(xué)活動設(shè)計，并為教學(xué)評價提供依據(jù)。它既是教學(xué)的起點，又是教學(xué)的歸宿；既是教學(xué)過程的方向，又是教學(xué)有效的依據(jù)。

課標中關(guān)于本單元“動能和動能定理”的描述為：“理解動能和動能定理。能用動能定理解釋生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象。”［1］按照要素進行拆解：“動能和動能定理”是核心概念；“理解”“解釋”是行為動詞，是成果性目標；“用動能定理”是行為條件。這樣的表述較抽象，無法體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和方法。采用“三問法”將之續(xù)寫為：經(jīng)歷動能和動能定理的理論和實驗探究過程，學(xué)會用動能定理解釋、解決生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象和實際問題，體會演繹推理等科學(xué)思維方法，形成初步的能量觀念。“經(jīng)歷動能和動能定理的理論和實驗探究過程”是“過程”，“學(xué)會用動能定理解釋和解決生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象和實際問題”是“結(jié)果”，“體會演繹推理等科學(xué)思維方法，形成初步的能量觀念”是“表現(xiàn)”（即能力和素養(yǎng)）。

由此，《機械能守恒定律》單元的學(xué)習(xí)目標確定如下：

（1） 經(jīng)歷功和功率的公式的探究過程，學(xué)會從功和功率的視角解決真實問題，體會功和功率的內(nèi)涵；

（2） 經(jīng)歷重力做功、彈力做功的理論探究過程，學(xué)會用重力做功與重力勢能的關(guān)系解決問題，定性了解彈性勢能，體會功能關(guān)系分析和解決問題的方法；

（3） 經(jīng)歷動能和動能定理的理論和實驗探究過程，學(xué)會用動能定理解釋生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象和解決實際問題，體會演繹推理等科學(xué)思維方法，形成初步的能量觀念；

（4） 通過實驗，驗證機械能守恒定律，學(xué)會從守恒的視角分析和解決問題，體會守恒觀念對認識物理規(guī)律的重要性。

（四） “給你支招”的設(shè)計

這一部分主要為學(xué)生自主學(xué)習(xí)本單元內(nèi)容提供簡要的方法指導(dǎo)，主要涉及三個方面：一是為何學(xué)？即分析本單元內(nèi)容的地位和重要性；二是如何學(xué)？即為學(xué)生自主學(xué)習(xí)本單元提供方法和思路；三是提供部分學(xué)生能夠獲取的課程資源的途徑和方法。

《機械能守恒定律》單元“給你支招”的設(shè)計如下：

（1） 本單元位于人教版高中物理必修第二冊第八章。功能關(guān)系不但是必修第一、第二冊中牛頓動力學(xué)的重要內(nèi)容，也是整個高中物理的重要內(nèi)容。本單元內(nèi)容具有承上啟下的作用。

（2） 本單元主要揭示幾個重要的功能關(guān)系，功和功率是基礎(chǔ)，我們可以先通過探究過程理解功和功率的內(nèi)涵。在此基礎(chǔ)上，通過探究重力做功，理解重力勢能；通過探究彈力做功，理解彈性勢能；通過探究合力做功，理解動能和動能定理；通過應(yīng)用動能定理和機械能守恒定律解決問題，學(xué)會從守恒和能量轉(zhuǎn)化的視角去解決問題。

本單元我們將按以下程序?qū)W習(xí)：功和功率→重力勢能、彈性勢能和動能→動能定理和機械能守恒定律→動能定理和機械能守恒定律的應(yīng)用。

（3） 你可以通過“評價任務(wù)”“作業(yè)與檢測”的完成情況來判斷自己對學(xué)習(xí)目標的達成情況。你也可以通過查閱、訪問有關(guān)部分，收集剎車距離與車速關(guān)系的數(shù)據(jù)，利用動能定理進行解釋，并完成大任務(wù)。

二、 分課時學(xué)歷案設(shè)計

下面以《動能和動能定理》（2課時）為例，來具體說明分課時學(xué)歷案的設(shè)計。

（一） 課時目標的設(shè)計

課時學(xué)習(xí)目標由單元學(xué)習(xí)目標進一步分解得到。設(shè)計要領(lǐng)包括：目標可教，是指目標中的過程方法是教師結(jié)合自己教學(xué)經(jīng)驗想采取的教法或?qū)W法，是真實的、可用的，不是擺設(shè)；目標可評，就是要說清楚學(xué)生的行為表現(xiàn)。

將單元學(xué)習(xí)目標“經(jīng)歷動能和動能定理的理論和實驗探究過程，學(xué)會用動能定理解釋生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象和解決實際問題，體會演繹推理等科學(xué)思維方法，形成初步的能量觀念”，拆解成“影響動能大小的因素”“動能的表達式及含義”“驗證不同情境下的動能定理”以及“用動能定理解決實際問題”等，采用的過程與方法是“生活觀察”“理論推導(dǎo)”“實驗探究”“演繹推理”等。

由此，《動能和動能定理》的課時目標確定如下：

（1） 通過生活觀察，結(jié)合實驗和理論推導(dǎo)，猜想影響物體動能大小的因素；

（2） 通過實驗探究，發(fā)現(xiàn)并總結(jié)動能的表達式，并闡述功能關(guān)系式的具體含義；

（3） 能通過牛頓第二定律進行演繹推理，并進行實驗驗證，得出不同情境下動能定理的表達式；

（4） 通過應(yīng)用動能定理解決實際問題，體會動能定理解決問題的優(yōu)越性。

（二） 學(xué)習(xí)過程的設(shè)計

學(xué)習(xí)過程是指學(xué)生在教學(xué)情境中通過與教師、同學(xué)以及教學(xué)信息的相互作用獲得知識，發(fā)展關(guān)鍵能力和必備品格，提升學(xué)科核心素養(yǎng)的過程。在明確了課時目標后，我們就要考慮如何讓學(xué)生有更好的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，即我們要設(shè)計評價性任務(wù)和學(xué)習(xí)活動，使學(xué)生達成課時目標。

學(xué)習(xí)過程設(shè)計應(yīng)遵循四個原則：目標導(dǎo)向、主動建構(gòu)、實踐參與、及時反饋。目標導(dǎo)向原則：設(shè)計的每一個活動，每一個任務(wù)，都應(yīng)針對相應(yīng)的目標。主動建構(gòu)原則：強調(diào)學(xué)生主動建構(gòu)知識的過程；學(xué)習(xí)過程的設(shè)計要用任務(wù)鏈、問題鏈、活動鏈，體現(xiàn)學(xué)習(xí)過程的進階性。實踐參與原則：要求學(xué)生做中學(xué)、說中學(xué)、悟中學(xué)和教中學(xué)，讓學(xué)生真正地親身參與學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)，主動建構(gòu)知識體系。及時反饋原則：強調(diào)教、學(xué)、評的一致性。每個活動、每個任務(wù)都對應(yīng)學(xué)習(xí)目標，也就都需要有形成性評價，并且要及時反饋。

《動能和動能定理》的學(xué)習(xí)過程如下：

任務(wù)1：探究動能的表達式

活動：通過拋投不同的物體（塑料彈丸、鉛球、塑料彈丸在彈弓作用下彈射），體會影響物體動能大小的因素。

思考11：你認為影響物體動能大小的因素有哪些？

思考12：塑料彈丸在彈弓推力的作用下速度越來越大，是什么原因？哪個物理量可以將力學(xué)量和運動學(xué)量聯(lián)系起來？

思考13：如圖3所示，物體的質(zhì)量為m，在恒定外力F的作用下發(fā)生一段位移l，速度由v1增加到v2，水平面光滑。請推導(dǎo)力F對物體做功的表達式（用v1、v2和m來表示）。

實驗探究：物體的動能與質(zhì)量和速度的關(guān)系。軌道上靜止放置一輛小車，小車與軌道間的摩擦力已通過墊高軌道的一端平衡，用橡皮條（每根橡皮條的規(guī)格相同）在軌道上彈射小車。每次彈射橡皮條的形變相同，一根橡皮條彈射小車使小車獲得一份動能，兩根獲得兩份動能，以此類推。測出每次彈射出的小車的質(zhì)量和獲得的速度，研究小車動能與小車質(zhì)量和速度的定量關(guān)系。將數(shù)據(jù)記錄在表2中。

任務(wù)2：探究動能定理的表達式

思考21：如圖4所示，物體的質(zhì)量為m，在恒定外力F的作用下發(fā)生一段位移l，速度由v1增加到v2，水平面粗糙，物體受到的滑動摩擦力為f。請推導(dǎo)合力對物體做功的表達式（用v1、v2和m來表示）。

思考22：如圖5所示，質(zhì)量為m的物體與細繩相連，從P點靜止釋放后運動到O點，速度由0增加到v2。物體從1到N+1的過程中（如圖6所示），重力所做的功是多少？除重力外，其他力做功情況怎樣？

實驗探究：曲線運動中，力做功的大小與動能變化之間的關(guān)系。擺球從某一高度擺到最低點，測出擺球下落的高度以及擺到最低點的速度，研究重力做功和小球動能變化的關(guān)系。將數(shù)據(jù)記錄在表3中。

任務(wù)3：應(yīng)用動能定理解決實際問題

思考31：排球運動員在某次發(fā)球訓(xùn)練時，向上拋出排球，隨后運動員跳起，在排球離地面高H處，將排球以水平速度v0向?qū)Ψ角驁鰮舸蜻^去，不計空氣阻力，求排球落到對方球場地面時的速度v。

任務(wù)1對應(yīng)課時目標（1）（2），任務(wù)2對應(yīng)課時目標（3），任務(wù)3對應(yīng)課時目標（4）。它們構(gòu)成了任務(wù)鏈，是逐步進階的。每一個任務(wù)下的問題鏈、活動鏈，也都有對應(yīng)的目標。如任務(wù)1中的思考11、12、13和14就是問題鏈（活動鏈），是逐步進階的；任務(wù)2中的思考21、22和實驗探究就是活動鏈，也是逐步進階的。

（三） 作業(yè)與檢測的設(shè)計

作業(yè)是由教師布置給學(xué)生并且利用非教學(xué)時間完成的任務(wù)。作業(yè)本質(zhì)上是自主學(xué)習(xí)的過程，它可以進一步檢測和鞏固學(xué)習(xí)目標。單元作業(yè)設(shè)計，是以單元為基本單位，依據(jù)單元作業(yè)目標，選擇重組、改編完善或者自主開發(fā)等多種形式形成作業(yè)的過程。

《動能和動能定理》的作業(yè)如下：

1. 改變汽車的質(zhì)量和速度，都可能使汽車的動能發(fā)生改變。在下列幾種情況下，汽車的動能各是原來的幾倍？

A. 質(zhì)量不變，速度增大到原來的2倍

B. 速度不變，質(zhì)量增大到原來的2倍

C. 質(zhì)量減半，速度增大到原來的4倍

D. 速度減半，質(zhì)量增大到原來的4倍

2. 把一輛汽車的速度從10km/h加速到20km/h，或者從50km/h加速到60km/h，哪種情況做的功比較多？通過計算說明。

3. 質(zhì)量為8g的子彈，以300m/s的速度射入厚度為5cm的固定木板，射穿后的速度是100m/s。子彈射穿木板的過程中受到的平均阻力是多大？

4. 我們曾在第四章中用牛頓運動定律解答過一個問題：民航客機機艙緊急出口的氣囊是一條連接出口與底面的斜面，若斜面高3.2m，斜面長6.5m，質(zhì)量為60kg的人沿斜面滑下時所受的阻力是240N，求人滑至底端時的速度大小，g取10m/s2。學(xué)習(xí)了本課后，請用動能定理解答。

本課時中的4項作業(yè)都非常明確地各自指向了課時目標：第1題指向目標（1）（2），第2題指向目標（3），第3題指向目標（3）（4），第4題指向目標（4）。這體現(xiàn)了整體化、校本化、匹配化和情境化的原則。

（四） 學(xué)后反思的設(shè)計

反思一般而言是一個心理學(xué)概念。對學(xué)生而言，反思可以延伸學(xué)習(xí)經(jīng)歷，拓展學(xué)習(xí)過程；養(yǎng)成反思的習(xí)慣，提高元認知水平；學(xué)會知識管理，促進知識的結(jié)構(gòu)化。反思可以是課時反思，也可以是單元反思。反思的水平

可以定位為三階六級水平。一階：復(fù)述（1級，回憶出有價值的信息；2級，陳述的內(nèi)容有一定的結(jié)構(gòu)）；二階：關(guān)聯(lián)（3級，能在新舊知識間建立關(guān)聯(lián)；4級，在所學(xué)與自我間建立聯(lián)系）；三階：轉(zhuǎn)化（5級，形成正確的觀點或觀念；6級，解決問題或具有自知之明）。

《動能和動能定理》的學(xué)后反思以課堂小結(jié)的形式呈現(xiàn)（如圖7所示），主要體現(xiàn)的一階2級，即學(xué)生能夠回憶出本課時中有價值的信息，且陳述的內(nèi)容有一定的結(jié)構(gòu)化。單元反思時，即可以逐步提高學(xué)生的反思水平，到達二階或三階。

我們著力打造的單元學(xué)歷案，以學(xué)生視角進行設(shè)計，讓學(xué)生從整體上把握單元的知識體系，實現(xiàn)知識的持續(xù)建構(gòu)，促進經(jīng)驗的積累，建立學(xué)習(xí)內(nèi)容與真實情境之間的關(guān)聯(lián)，打通知識學(xué)習(xí)與應(yīng)用的“最后一公里”。

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2020年修訂）［S］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2020：14.