基于學科大概念“目標—問題—評價”一體化單元教學設計

收稿日期：2023-08-11

作者簡介：楊明悅（1999-），女，碩士研究生，主要從事中學物理教學研究。

*通信作者：熊建文（1962-），男，教授，博士生導師，主要從事物理教育、教學研究。

摘" "要：基于學科大概念的單元教學是落實學科核心素養培養的重要途徑。構建基于學科大概念的“目標—問題—評價”一體化高中物理單元教學設計模式，并以“熱力學定律”內容為例詳細闡釋了單元教學設計的過程。凝練學科大概念以構建單元核心素養目標，調整單元教學內容；構建一系列的驅動性問題，開發相應的學習活動；實施多元化評價，追蹤單元教學效果。

關鍵詞：學科大概念；單元教學設計；熱力學定律

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）3-0038-6

《普通高中物理課程標準（２０１７年版２０２０年修訂）》特別強調：“進一步精選學科內容，重視以學科大概念為核心，使課程內容結構化，以主題為引領，使課程內容情境化，促進學科核心素養的落實。”［１］可見，基于學科大概念開展單元教學是落實學科核心素養培養的重要途徑。利用學科大概念對零散的知識進行統整，圍繞“少而精”的學科大概念進行單元教學，可以解決當前“課時取向”教學中“只見樹木，不見森林”的問題，實現教學模式的改革［２］。在這一背景下，學生能夠在有限時間和精力下掌握學科關鍵概念和重要學習方法，并在驅動性問題的引導下深入理解知識，形成持久的學科觀念，提高解決實際問題的能力，最終實現從“抽象原理”到“具體問題”的知識和能力的高通路遷移，落實指向情境化與可遷移性的學科核心素養的培養［３］。

關于如何實施基于學科大概念的物理單元教學設計的問題，已有學者從不同角度展開探討。李剛等人認為，促進學科核心素養落實的單元教學設計可以按照七個步驟實施：選擇單元主題、篩選大概念群、確定關鍵概念、識別主要問題、編寫單元目標、開發學習活動及設計評價工具［３］。吳建鵬聚焦單元目標、過程與評價的整合，從單元教學目標構建、單元學習過程進階設計和單元教學進階評價三方面提出了大概念視角下的高中物理大單元教學模式［４］。任虎虎則側重教學過程中的問題與任務的創設，提出了基于基本問題的“１＋Ｘ”問題群設計和基于核心任務的探究整合設計共兩種引領學習過程的舉措［５］。綜上可知，單元教學設計應圍繞連貫統一的流程進行，提供詳細的步驟指引，重點突出教學過程設計。

為構建流程一體化、過程具體化、步驟詳細化的單元教學設計，本文提出了“目標—問題—評價”一體化高中物理單元教學設計模式（圖１），通過學科大概念確定單元核心素養目標，構建驅動性問題引領學生學習活動，實施多元化評價追蹤單元教學效果。該模式包括“確定學科大概念”“構建單元素養目標”“調整單元教學內容”“構建單元驅動問題”“開發單元學習活動”“設計多元化評價”六個步驟。下面以“熱力學定律”內容為例詳細闡釋基于學科大概念的物理單元教學設計。

１" " 凝練學科大概念，構建單元素養目標

基于學科大概念的單元教學設計流程首先需要凝練學科大概念，并以學科大概念為抓手構建單元核心素養目標，以目標為引領調整單元教學內容。

１．１" " 確定學科大概念

學科大概念的確定主要以課程標準中核心概念出現的頻次及其內涵為依據，輔以對內容的邏輯分析［３］。例如，課程標準對“熱力學定律”的內容要求主要涉及“掌握熱力學定律”“了解熱力學第一定律和能量守恒定律的發現過程，體會科學探索中的挫折和失敗對科學發現的意義”“能用熱力學定律解釋生產生活中的現象”“認識到人與自然是生命共同體”［１］等，其中“能量守恒定律”“能量守恒”出現了４次，“熱力學第一定律”“熱力學第二定律”出現了３次。熱力學第一定律涉及熱現象領域內的能量守恒和轉化，熱力學第二定律則反映宏觀自然過程的方向性、能量轉化的方向性?；诖耍_定本單元的學科大概念為“能量在熱現象領域內的轉移或轉化過程是守恒的，且具有方向性”，并將相應的內容整合為“熱力學定律”單元。

為彰顯學科大概念與教學內容的密切聯系，應將學科大概念逐層分解，建立如圖２所示的知識層級結構圖，確定支撐性的次級學科概念、事實等，實現學科大概念對零散知識的統整［２］。通過研讀課程標準的內容要求和各版本教材內容，確定“熱力學定律”單元的四個次級學科概念分別為“內能改變與能量的轉化和轉移”“能量守恒”“能量耗散”和“能量意識”，對應的學科一般概念包括做功、熱傳遞等。針對其中一些學科一般概念，進一步明確相應的事實性知識。

１．２" " 構建單元素養目標

學科大概念的確立為核心素養目標的構建提供基礎。需要建立不同層次目標之間的關系，才能在單元學習后取得預期學習成果?；趯W科大概念的單元目標應包括“單元核心素養目標”統領下的“學科概念”和“具體素養目標”［６］，強調在理解和應用學科大概念和一般概念的過程中表現出來的素養。首先，對課程標準的內容要求進行分析，歸納出“熱力學定律”的單元核心素養目標為“理解熱力學定律，形成能量守恒的能量觀念；能基于生活現象、實驗結果推理出熱力學定律，學會利用熱力學定律論證兩類永動機不可能制成的原因，解釋自然現象，并運用能量守恒定律解決實際問題；形成追求真理、勇于創新和實事求是的科學精神以及可持續發展的觀念”。接著，在單元核心素養目標的統領下，結合知識層級結構圖確定指向次級學科概念與學科一般概念的具體素養目標，如圖３所示。

１．３" " 調整單元教學內容

為達成基于學科大概念的核心素養目標，還需要分析教材對教學內容的編排，適當調整單元教學內容。一般采用學科邏輯與心理邏輯進一步確定承載學科大概念的單元教學內容。從學科邏輯出發，主要以學科本身的知識體系為依據，根據知識點間的內在聯系組織現有的教材內容。從心理邏輯出發，主要以對學生有意義的學習為依據，根據學生認知情況補充單元教學內容。課程標準將熱力學第一定律、能量守恒定律與熱力學第二定律作為“熱力學定律”單元的核心內容，突出了“能量在熱現象領域內的轉移或轉化過程是守恒的，且具有方向性”。以人教版教材為例，教材遵循熱力學發展的時間線，結合物理學史講解熱力學定律，讓學生“經歷”熱力學定律的建立與發展過程，逐步形成對學科大概念的理解。在遵循教材學科邏輯的基礎上，補充如圖４所示的教學內容，按心理邏輯為學生搭建“腳手架”。如講解物體內能時，回顧分子動能與分子勢能，從微觀的角度分析改變物體內能的方式，構建新、舊知識間的聯系；在“能量守恒定律”部分補充多種生活情境，讓學生深刻領悟能量守恒定律的普遍性；再者，教材只介紹了第一類永動機，沒有提及第二類永動機，因此講解完熱力學第二定律的開爾文表述后，可補充第二類永動機的內容，讓學生認識到前人對永動機的執著追求，感悟其中的科學精神。

２" " 構建驅動性問題，開發單元學習活動

知識層級結構圖從知識層面梳理了學科大概念與次級學科概念的關系，但應用到教學活動中還需要從實施層面構建驅動性問題，明確具體的學習方向與單元活動中心。

２．１" " 構建單元驅動問題

驅動性問題包括主要問題、具體問題和情境問題三個層次（圖５）。主要問題源于學科大概念，其表述方式通常是“疑問副詞（是什么、如何等）＋學科大概念”。“熱力學定律”單元的學科大概念“能量在熱現象領域內的轉移或轉化過程是守恒的，且具有方向性”統領了能量守恒定律和自然界宏觀過程的方向性。由此相應地構建兩個主要問題：“自然界中的能量是否守恒”和“自然界宏觀過程的方向性是怎樣的”。

解決主要問題是一個循序漸進、逐步深入的過程，在教學中還需要把主要問題分解為指向具體概念、知識、事實等內容的一系列具體問題。如第一個主要問題涵蓋了做功、熱傳遞、能量守恒等概念，由此可以提出“功、熱量和內能的變化量存在什么關系”“能量在轉化或轉移的過程中是否守恒”等具體問題。由于核心素養發展需要以情境作為載體，具體問題還需要聯系實際情境形成情境問題，激發學生探究興趣與持續性思考。一方面，情境的設置可從學習探索情境入手，如詳細講解焦耳實驗，構建物理學史的情境問題，要求學生從焦耳的實驗結果中總結出熱力學第一定律；另一方面，可從生活實踐情境入手，如構建與生活緊密相關的情境問題，引導學生從身邊常見的能量轉化或轉移的例子中思考能量是否守恒。

２．２" " 開發單元學習活動

為了加深學生對學科大概念的理解與運用程度，需要圍繞學科大概念與情境問題開發相應的學習活動。“ＷＨＥＲＥＴＯ”原則為開發學科大概念的學習活動提供了詳細指引（圖６），主要開發以下三類學習活動，包括初級活動、核心活動及探索活動［３］。

初級活動需要教師利用簡短的陳述、圖片、視頻等介紹單元主題，讓學生把握學習活動總方向（Ｗ）。如利用人教版教材導言中的文本和圖片，明確單元學習的主題為“探索自然界能量的變化及變化方向”。

核心活動的主要任務是引導學生根據自身經驗或對學科大概念的理解解決情境問題。情境問題需要按學生的認知邏輯組織（Ｏ），不斷吸引學生的注意力并保持探究興趣（Ｈ）；活動應綜合采用課堂討論、匯報等多元與開放的形式，提供反思與評價的機會（Ｅ２），促使學生修改與完善對學科大概念的理解（Ｒ）。如按照熱力學定律的發展順序循序漸進地組織情境問題（圖7），吸引學生深入學習；在通過問題解決形成對學科大概念的初步理解后，要求學生繪制、分享并相互點評思維導圖，最后根據評價意見修改思維導圖以完善對學科大概念的理解。

探索活動進一步為學生提供應用學科大概念的機會，學生要自主構建多種解決方案（Ｔ）以完成源于情境問題的主題探究（Ｅ１）。如在單元的末尾開展課題研究，利用情境問題“生活中如何合理利用能量”，進行“家用燃氣熱水器不同加熱溫度時的熱效率”的主題探究，鼓勵學生以小組為單位自主設計方案、分析數據、形成解釋，并根據探究結果提出相應的節能做法。

３" " 實施多元化評價，追蹤單元教學效果

基于學科大概念的單元教學重點評價學生對學科大概念的理解和應用情況，關注學生解決真實情境問題的能力和素養。為追蹤基于學科大概念的單元教學效果，應采用多元化評價工具，主要可以使用收集、展示、表征、證明（Ｃｏｌｌｅｃｔ－Ｐｒｅｓｅｎｔ－Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ－Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ，ＣＰＲＤ）四類評價，滲透在單元教學的全過程。

收集類評價強調收集學生在完成給定任務時的作品，記錄學生對學科大概念的學習進展；展示類評價強調為學生提供展示機會，實時評估學生對學科大概念的運用程度；表征類評價主張使用概念圖、思維導圖等外部表征工具外顯學生對學科大概念的理解；證明類評價主張使用觀察、訪談、測評等方法探測學生對學科大概念的理解［３］。評價活動還應該盡可能引入真實情境，考查學生利用學科大概念解決實際問題的遷移能力。實際上，學習活動也可以設計為評價活動（作為學習的評價），或是將評價活動嵌入學習活動（促進學習的評價），體現“教—學—評”一體化的理念。例如，在上述探索活動中嵌入展示類評價活動，讓學生上臺分享、相互評價探究成果，以檢測學生是否已形成能量守恒和可持續發展的觀念。通過選用一系列恰當的評價工具，落實學科大概念教學的多元化評價，實現對單元教學效果的持續追蹤，最終呈現出如圖７所示完整的“目標—問題—評價”一體化教學流程。

４" " 結束語

本文構建了基于學科大概念的“目標—問題—評價”一體化高中物理單元教學設計模式，并以“熱力學定律”內容為例詳細闡釋了教學設計過程。首先，凝練學科大概念構建單元核心素養目標，以目標為引領調整單元教學內容。其次，構建驅動性問題顯化學科大概念，圍繞學科大概念與情境問題開發單元學習活動。最后，采用多元化評價工具，追蹤基于學科大概念的單元教學效果。

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：人民教育出版社，２０20．

［２］馮春艷，陳旭遠．以大觀念為中心的教學：基本內涵、價值向度及設計路徑［Ｊ］．教育學報，２０２１，１７（３）：８５－９４．

［３］李剛，呂立杰．大概念課程設計：指向學科核心素養落實的課程架構［Ｊ］．教育發展研究，２０１８，３８（Ｚ２）：３５－４２．

［４］吳建鵬．大概念視角下高中物理大單元教學建構與設計——以“牛頓運動定律”教學為例［Ｊ］．中學物理教學參考，２０２１，５０（１１）：２５－２７．

［５］任虎虎．大概念的基本特征及教學設計策略［Ｊ］．中學物理，２０２０，３８（９）：１８－２１．

［６］劉徽，蔡瀟，李燕，等．素養導向：大概念與大概念教學［Ｊ］．上海教育科研，２０２２（１）：５－１１．

（欄目編輯" " 鄧" "磊）