基于結(jié)構(gòu)化主題的高中物理能量單元整體教學(xué)

朱 健

(江蘇省無錫市第三高級(jí)中學(xué),江蘇 無錫 214028)

《普通高中課程方案(2020年修訂)》(以下簡稱《課程方案》)指出進(jìn)一步精選了學(xué)科內(nèi)容,重視以學(xué)科大概念為核心,使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化,以主題為引領(lǐng),使課程內(nèi)容情境化,促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí).[1]《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2020年修訂)》(以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)建議通過對(duì)物理概念和規(guī)律的逐步學(xué)習(xí)、系統(tǒng)反思和遷移應(yīng)用,可促進(jìn)學(xué)生的物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念和能量觀念不斷發(fā)展,使其學(xué)會(huì)用這些觀念解釋自然現(xiàn)象,解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題.[2]

如何將《課程方案》和《課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的課程理念與教學(xué)方式變革舉措落實(shí)在教學(xué)與活動(dòng)中,近年來,一線高中物理教師們嘗試大概念統(tǒng)領(lǐng)下的單元教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施研究,引發(fā)了概念與規(guī)律的深度學(xué)習(xí),促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展,對(duì)落實(shí)課程變革理念與路徑進(jìn)行了有效的探索.本文結(jié)合《課程方案》和《課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的內(nèi)容結(jié)構(gòu)化,以及物理教學(xué)方式變革建議,以高中物理學(xué)科中能量主題為例,嘗試對(duì)基于結(jié)構(gòu)化主題的單元整體教學(xué)進(jìn)行實(shí)踐與思考.

1 單元教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施的困境與對(duì)策

當(dāng)一線高中物理教師將目標(biāo)聚焦在大概念統(tǒng)領(lǐng)下的單元教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施時(shí),大概念悄然成為單元教學(xué)深度研究的瓶頸.主要原因有三:一是大概念統(tǒng)攝的范圍從單元內(nèi)容到學(xué)習(xí)領(lǐng)域,再到整個(gè)學(xué)科,一直延伸到哲學(xué)范疇,范圍之廣、層次之多,一線教師教學(xué)時(shí)難以把控;二是大概念統(tǒng)攝下的概念層級(jí)劃分混亂,甚至出現(xiàn)同一研究者在不同文章中劃分方式不同現(xiàn)象,一線教師難以操作;三是大概念價(jià)值立意之高,一線教師難以將課堂中的概念、方法和問題與之建立深度關(guān)聯(lián),具體參見表1.

表1 一線教師對(duì)概念層級(jí)的劃分

解決這些問題筆者以為,首先,要明確大概念的統(tǒng)攝范圍,高中物理教師將大概念確定在高中物理學(xué)科內(nèi)容之內(nèi)較適宜.其次,以學(xué)科教學(xué)視角對(duì)大概念統(tǒng)攝下的概念層級(jí)劃分進(jìn)行統(tǒng)一表述,如學(xué)科大概念、單元核心概念、課時(shí)核心概念、一般概念、事實(shí)與現(xiàn)象,目的是既便于一線教師在教學(xué)過程中深度追蹤概念理解發(fā)展情況,也方便研究者們進(jìn)行深度對(duì)話與研討.第三,建立一般概念統(tǒng)攝事實(shí)與現(xiàn)象、課時(shí)核心概念統(tǒng)攝一般概念、單元核心概念統(tǒng)攝課時(shí)核心概念、學(xué)科核心概念統(tǒng)攝單元核心概念層級(jí)結(jié)構(gòu),為探索課堂中的概念與學(xué)科大概念建立深度關(guān)聯(lián)提供實(shí)踐路徑.

2 學(xué)科大概念統(tǒng)領(lǐng)下的結(jié)構(gòu)化主題設(shè)計(jì)流程

在物理教學(xué)實(shí)踐過程中,筆者嘗試以物理教材原有單元為基本單位統(tǒng)整結(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí)主題,從結(jié)構(gòu)化主題內(nèi)容中提煉大概念與相關(guān)核心概念,統(tǒng)整具有相同物理本質(zhì)的概念與規(guī)律內(nèi)容,構(gòu)建系列學(xué)習(xí)單元;通過整體分析學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,確定指向核心素養(yǎng)的概念與規(guī)律達(dá)成目標(biāo);以單元中的關(guān)鍵內(nèi)容設(shè)計(jì)主問題,圍繞主問題設(shè)計(jì)與實(shí)施體現(xiàn)概念與規(guī)律進(jìn)階、遷移與應(yīng)用的學(xué)習(xí)活動(dòng),借助概念發(fā)展層級(jí)進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估與反思.圖1是能量主題結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計(jì)流程.

圖1 能量主題結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計(jì)流程

3 結(jié)構(gòu)化主題的單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 選定主題,梳理結(jié)構(gòu)化的知識(shí)層級(jí)

為了實(shí)現(xiàn)逐步學(xué)習(xí)各種形式能量,促進(jìn)學(xué)生能量觀念不斷發(fā)展,筆者首先以能量觀念自上而下統(tǒng)整高中物理教材中相關(guān)內(nèi)容,形成能量主題內(nèi)容,在此基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)分析,提煉能統(tǒng)攝單元與課時(shí)內(nèi)容的核心概念,圍繞核心概念進(jìn)階、遷移與應(yīng)用目標(biāo)進(jìn)行單元整體教學(xué)設(shè)計(jì).圖2呈現(xiàn)的是能量主題知識(shí)內(nèi)容與層級(jí)劃分,為單元系列劃分和課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)提供支持.

圖2 能量主題知識(shí)與概念層級(jí)結(jié)構(gòu)

依據(jù)能量主題的知識(shí)層級(jí)結(jié)構(gòu),我們將物理教材內(nèi)容單元統(tǒng)整后劃分為機(jī)械能單元、內(nèi)能單元、電勢能單元、電能單元、核能單元以及交叉單元(摩擦生熱與電熱交叉)等.對(duì)于每個(gè)單元,我們提煉出本質(zhì)相同的各層級(jí)核心概念,為提煉能夠統(tǒng)領(lǐng)這些核心概念的大概念提供基礎(chǔ).例如,通過對(duì)各種能量形式及其對(duì)應(yīng)的力做功的本質(zhì)探究與歸納,提煉功能關(guān)系單元大概念,將功能關(guān)系置于大情境、大活動(dòng)、主要問題解決過程中遷移與應(yīng)用、理解與反思,逐步從能量變化過程中形成能量觀念.

3.2 提煉核心概念,統(tǒng)構(gòu)系列單元內(nèi)容

依據(jù)能量主題的知識(shí)層級(jí)結(jié)構(gòu),重新構(gòu)建單元學(xué)習(xí)內(nèi)容,既能保證教學(xué)目標(biāo)始終指向?qū)W科大概念,又容易設(shè)計(jì)每個(gè)單元的課內(nèi)教學(xué)活動(dòng)和課外項(xiàng)目式創(chuàng)新活動(dòng).便于設(shè)計(jì)每個(gè)課時(shí)學(xué)生應(yīng)該達(dá)到的核心概念理解,以及每個(gè)項(xiàng)目需要達(dá)成的理解深度,實(shí)現(xiàn)從學(xué)生前概念、到一般概念、到課時(shí)核心概念、到單元核心概念、再到學(xué)科大概念全程貫通,形成形式分離、本質(zhì)統(tǒng)領(lǐng)的結(jié)構(gòu)化教學(xué)單元系列.表2是單元系列中機(jī)械能單元概念貫通設(shè)計(jì).

表2 機(jī)械能單元概念設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)核心概念進(jìn)階目標(biāo),我們將按照傳統(tǒng)的課時(shí)分段實(shí)施課內(nèi)教學(xué)活動(dòng),在課后安排項(xiàng)目學(xué)習(xí)來深化核心概念理解,具體主題、時(shí)長、時(shí)段、成果展示與交流活動(dòng),將根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和概念進(jìn)階程度進(jìn)行及時(shí)跟進(jìn).例如,我們將安排制作悠悠球項(xiàng)目活動(dòng),主要深度理解功、動(dòng)能、重力勢能和功能關(guān)系,這將在學(xué)習(xí)本單元內(nèi)容之后的節(jié)假日進(jìn)行;我們還將舉辦為校籃球隊(duì)同學(xué)設(shè)計(jì)一款助彈鞋項(xiàng)目活動(dòng),主要深度理解動(dòng)能、重力勢能和彈性勢能,在能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中逐步形成能量守恒觀念,主要安排在學(xué)完機(jī)械能單元內(nèi)容后的暑期進(jìn)行.

3.3 提取單元主要問題,設(shè)計(jì)概念進(jìn)階活動(dòng)與路徑

表3以機(jī)械能單元為例,呈現(xiàn)了單元主要活動(dòng)與概念進(jìn)階路徑.具體第1課時(shí)建構(gòu)功和功率概念,從位移、時(shí)間和力等概念出發(fā)設(shè)計(jì)活動(dòng).第2課時(shí)建構(gòu)重力做功和重力勢能概念,從位移、重力和功等概念出發(fā)設(shè)計(jì)活動(dòng).第3課時(shí)建構(gòu)動(dòng)能、合力做功和動(dòng)能定理概念,從速度、質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律、牛頓第二定律和功等概念出發(fā)設(shè)計(jì)活動(dòng).第4課時(shí)建構(gòu)各力做功關(guān)系、機(jī)械能守恒概念,從動(dòng)能、重力勢能和彈性勢能等概念出發(fā)設(shè)計(jì)活動(dòng).

表3 機(jī)械能單元學(xué)習(xí)活動(dòng)與概念進(jìn)階路徑

3.4 優(yōu)化評(píng)估指標(biāo),揭示概念本質(zhì)

概念理解表現(xiàn)是指學(xué)生在學(xué)習(xí)具體概念時(shí)所表現(xiàn)出對(duì)概念本質(zhì)的理解行為.在傳統(tǒng)教學(xué)中,教師通常會(huì)將自己事先準(zhǔn)備好的概念理解講述給學(xué)生聽,并觀察學(xué)生的反應(yīng)或直接詢問學(xué)生是否理解,這導(dǎo)致學(xué)生缺乏充分展示和建構(gòu)自己概念理解的機(jī)會(huì),使得概念學(xué)習(xí)僅停留在淺層階段.為了解決這個(gè)問題,我們需要在教學(xué)過程中根據(jù)概念進(jìn)階設(shè)計(jì)活動(dòng),讓學(xué)生充分展示理解,并針對(duì)學(xué)生的實(shí)際理解表現(xiàn)進(jìn)行反思和調(diào)整.

郭玉英研究團(tuán)隊(duì)提出的科學(xué)概念理解五層發(fā)展模型為概念進(jìn)階評(píng)估提供了技術(shù)支撐.[10]筆者針對(duì)重力勢能概念的本質(zhì)建構(gòu)過程,優(yōu)化了概念理解五層發(fā)展的評(píng)估指標(biāo),設(shè)計(jì)了一系列概念理解活動(dòng).表4是基于五層級(jí)評(píng)估指標(biāo)的重力勢能概念理解活動(dòng).

表4 重力勢能概念理解活動(dòng)

其中,經(jīng)驗(yàn)層級(jí)是學(xué)習(xí)重力勢能概念前學(xué)生能從情境中提取的高度與高度差關(guān)系,映射與關(guān)聯(lián)層級(jí)是學(xué)生定性建構(gòu)重力勢能、重力做功以及之間關(guān)系的具體活動(dòng)與表現(xiàn),系統(tǒng)層級(jí)是學(xué)生定量建構(gòu)重力勢能、重力做功以及之間關(guān)系的具體活動(dòng)與表現(xiàn),整合層級(jí)需要經(jīng)歷整個(gè)單元系列學(xué)習(xí)過程逐步形成的概念理解發(fā)展目標(biāo).

4 結(jié)語

高中物理能量主題中涉及對(duì)具體能量形式本質(zhì)的理解、能量轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化規(guī)律探索,需要學(xué)生基于本質(zhì)理解建立概念與探尋概念之間的規(guī)律.本文基于深度學(xué)習(xí)理念指導(dǎo)下對(duì)能量主題進(jìn)行單元整體教學(xué)設(shè)計(jì),是一次高中物理學(xué)科范圍內(nèi)的理論與實(shí)踐結(jié)合探討.設(shè)計(jì)時(shí)采用自上而下的路徑來最大程度保障學(xué)科大概念的統(tǒng)攝性效能;實(shí)踐時(shí)讓學(xué)生經(jīng)歷自下而上逐步學(xué)習(xí)、不斷反思與遷移應(yīng)用過程,逐步形成能量觀念.