大概念統攝下的單元教學設計

摘 要 以魯科版物理九年級上冊“電功率”一章為例，探討如何在大概念統攝下進行單元教學設計。圍繞大概念將單元內容中的現象、概念和規律之間的聯系建構整體框架，更好地培養學生的核心素養。

關鍵詞 大概念；核心素養；電功率

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）19-0-05

0 引言

《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱新課標）將物理課程要培養的核心素養劃分為物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個部分。新課標指出：“物理觀念是從物理學視角形成的關于物質、運動和相互作用、能量等內容的總體認識，是物理概念和規律等在頭腦中的提煉和升華，是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎?！盵1]

1 大概念與學科核心素養

大概念教學思想是布魯納提出的，他認為要深入理解學科結構，必須采用有意義且相互聯系的方式[2]。溫·哈倫[3]提出，科學大概念是指能夠在特定范圍內描述物質及其相關現象的理論框架。權廣仁[4]提出一個全新的定義，他認為：“物理學是一門研究同一類物理現象本質特征的學科，它涵蓋了認知結構、物理觀念和方法、科學態度、科學精神和價值觀等多個方面，構成一個完整的知識體系。”大觀念、大問題、大任務更容易實現培養學生的關鍵能力和必備品格等素養目標。通過大概念的教學，可以更好地實現學科核心素養的培養。

2 大概念與大單元教學

在大概念統攝下，單元教學設計旨在建立概念與規律之間的聯系，使學習內容更加完整、系統。通過設計相互關聯的單元教學活動，有助于培養思維的連貫性和發展性，并從不同角度深入探究學科的育人價值。這樣就能夠更全面地培養學生的核心素養。以大概念“能量”為基礎，本文對電功率這一章進行了如下單元內容分析。

2.1 新課標要求

電功率是一級主題“能量”下的內容，具體要求見表1。

2.2 單元教材教法分析

2.2.1 單元學習價值

地位：電功率是魯科版物理九年級上冊第十四

章，第十一章和第十二章學習了電流、電壓和電阻三個基本電學概念，第十三章的歐姆定律建立了三個物理量之間的聯系。電功率這一章是一級主題“能量”下“電磁能”的內容，以電能為基礎，發展了一系列的能量轉化的知識。本單元從“能量”的角度完善電學知識，將幫助學生更好地了解電。通過本單元的學習，可以擴展學生對電的認識，并將其應用于實際生活中。這一章是初中物理課程的核心內容，也是初中物理教學的難點。

價值：電能與人們的生產生活息息相關，教材中充分利用了生產生活的實際現象和場景，讓學生從生活經驗中自然地生成、總結出各個概念及規律，并應用所學知識解決生產生活中的實際問題。

2.2.2 學習內容

現象：電流的熱效應、正常工作。

概念：電能、電功、電功率、額定電壓、額定功率、實際電壓、實際功率、熱量。

規律：焦耳定律。

其他：電能表、電功率的測量。

2.2.3 知識結構

本章知識結構見圖1。

2.2.4 教學重點

電能、電功、電功率、焦耳定律。

2.2.5 教學策略

在實踐調查中提高學生的觀察能力，增強運用所學物理知識解釋生活中物理現象的意識；在實驗探究中加強交流合作，幫助學生增強探索創新意

識；通過類比遷移，建立新知識與舊知識之間的聯系，構建知識的整體結構。在合作中發現，在探索中創新，使學生的積極性、主動性和創造性得到最大限度地發揮。同時，通過本章的學習，提高學生對能源危機的認識，體會能源在可持續發展戰略中的重要地位，增強學生節能意識和安全用電意識。

2.3 單元教學目標

2.3.1 學情分析

已有基礎：電能與人們的生活息息相關，學生對生活中的電能有非常豐富的感性認識。經過前面三章的深入探究，學生不僅掌握了電流、電壓和電阻的概念，而且熟悉了電路，深刻領會歐姆定律，能夠將電流、電壓、電阻聯系起來，從而為這一章的學習打下堅實的電學基礎。初步形成了實驗探究能力、分析能力和處理數據的能力。

認知能力：九年級的學生已經開始以物理的視角探索周圍的世界，他們擁有極大的好奇心，充滿對知識的渴望。

本單元的學習重點是在大概念“能量”的統攝下，幫助學生從感性的角度出發，深入理解電能、電功、電功率、額定電壓、額定功率、熱量等概念，并通過實驗研究，深入了解焦耳定律，從而更好地掌握電磁能的基礎知識。

學習難點：本章學習的難點是電功、額定功率、實際功率和焦耳定律等。從能量轉化的角度建立電能與電功的關系，要通過實驗探究得出電功的公式。電功率概念的建構需要通過實驗和類比引導學生自主建構電功率的概念，舊知同化新知，加深學生的理解。對額定電壓、額定功率的理解也是學生學習的難點。

2.3.2 單元重點、難點

單元重點、難點見表2。

2.3.3 單元學習目標

物理觀念：通過列舉生活實例，知道電能及其單位；通過實例了解電功。通過實驗和類比，加深對電功率的理解，鞏固電流表和電壓表的操作技能；通過實際案例認識電流的熱效應。

科學思維：學會使用家庭電能表；經過實驗，深入了解電流做功的機理，從而更好地理解電能如何被轉換成其他形式的能量；領悟比值定義法構建電功率的概念；通過實驗，觀察到小燈泡的電功率會隨著它的兩端電壓的變化而發生變化；學習如何有效地利用和預防電熱，并以辯證的視角來審視問題，更好地理解日常生活中的電熱現象。

科學探究：通過實驗來認識影響電流做功的因素；通過探究實驗能區分額定電壓、實際電壓以及額定功率、實際功率；通過實驗探究電熱的影響因素，理解焦耳定律，可以應用該定律解決一些簡單問題。

科學的態度和責任：初步認識科學技術的進步對人類社會發展具有巨大的促進作用，滲透節能意識；通過探究活動，養成實事求是以及探索創新的科學態度，滲透安全意識；通過討論和交流，形成合作學習的意識和態度；通過物理學史的學習，養成良好的科學精神，促進科學世界觀的形成。

3 大概念統攝下的單元教學設計

單元教學采用同一目標、多課時實施的方式，在大概念的統攝下實現深度學習的目標。通過創設單元教學情境，以大觀念、大問題、大任務為導向，創設相關的單元學習活動，構建知識的關聯與發展，使知識更加系統化。在“電功率”這一章的大單元教學中，筆者將設計以下的學習活動來實現單元學習目標。

3.1 單元學習活動

學習活動1：電能與我們的生活（能量的轉化）

教師根據學生的作業提出問題。（作業一：山東省可以用哪些模式發電？簡述你的理由，并能說出該發電模式的優缺點）在作業反饋的基礎上結合地理知識分析各種發電方式的優缺點，引導學生說出各種發電方式的能量轉化情況，并向學生介紹山東省的新型發電方式。

學生觀察教室中正在工作的用電器，并說出它們工作時能量轉化的情況。

【設計意圖】通過課前調查，收集各種電能的來源和電能的應用知識，引導學生自學，讓學生學會收集和處理信息。通過結合學生的地理知識與日常生活經歷，可以更好地將不同學科的知識內容進行整合，從而提升跨學科的教學效果。通過大單元教學，學生可以更好地構建完整的知識體系，加深對知識點的理解。

學習活動2：電能的測量

教師制作視頻反饋學生作業（作業二：觀察家中的電能表，把你發現的記錄下來，并跟同學們分享），并通過提問檢驗學生對電能表的理解。從學生提交的作業中選取素材，補充學生認知，進一步理解電能表的參數，練習電能表的讀數。

【提出問題】如果老師閑來無事盯著這個電能表看了四分鐘，發現鋁盤轉過36轉，那么此時接在這個電能表上的用電器消耗了多少電能？

【設計意圖】調查類的前置類作業有效激發了學生的求知欲，讓學習更有目的性。通過實踐活動，培養學生運用物理知識解決實際問題的能力，激發他們的創新思維和探索精神。體現“自主、合作、創新的”的教學理念，讓學生在自主中發現、在合作中探究、在實踐中創新，充分發揮學生的積極性、主動性和創造性。

學習活動3：電能的轉化——電功

通過上一節課的學習，可以讓學生通過自己的日常經歷來理解電器在工作時如何將能量轉換成其他形式的能量，從而發現它們之間的共性，并且引出電功的概念：電流做功的過程，即將電能轉換成其他形式的能量。電流做了多少功，就有多少電能轉化為其他形式的能。用電器實現了這種轉化。

通過分組實驗，探究電流做功多少的影響因素，并得出電功的公式，結合能量的大概念引導學生自學電功的符號、公式以及單位。

【設計意圖】從電能到電功，是電學知識的進一步深入。通過實驗和生活體驗，學生可以真實地感受到電流做功與能量轉化之間的關系。注重新舊知識的聯系，通過類比遷移和實驗探究，讓學生輕松了解電功的概念，避免概念空降。

學習活動4：消耗電能的快慢——電功率

【實踐作業】調查家中用電器的銘牌，觀察銘牌上都標有哪些數值，并結合生活體驗思考這些數值有什么含義。

【提出問題】

1）這些用電器銘牌上的數字有哪些共同之處？

追問：為什么電壓都是220 V，你是怎么理

解的？

2）這些用電器銘牌上的數字不同之處有哪些？

追問：功率是表示什么的物理量？用電器標注的功率值不同，表示什么意思呢？

【演示實驗1】把功率不同的兩個用電器單獨接入電路。學生觀察20 s內電能表指示燈閃爍的次數。

通過對比發現，電流做功不僅有多少之分還有快慢之分，類比速度和功率的定義，由學生總結電功率的定義、公式及其單位和物理意義。

【設計意圖】充分結合生活實際，激起學生的認知沖突，不斷從學生暴露的問題中尋找下一個教學內容的切入點，引導學生思考，不斷發現問題、解決問題。通過將新舊知識有機結合，讓學生自主構建電功率的概念，加深對其的理解，突出重點，克服難點，從而提升學習效果。

學習活動5：測量小燈泡的電功率

由銘牌模糊不清的燈泡引入課題，結合上一節的知識，小組設計實驗方案并測量小燈泡的電功率。

【設計意圖】用伏安法測量小燈泡的電功率是初中物理中非常重要的電學實驗，綜合性較強。以問題為導向，分步進行實驗探究和交流評估，培養學生的科學探究能力。

學習活動6：電流的熱效應——焦耳定律

由廢舊燈絲點燃火柴的實驗直觀展示電流的熱效應，并引發學生思考：電流通過導體產生熱的多少與什么因素有關呢？

通過問題引領學生設計實驗方案，探究電流通過導體產生熱的多少與什么因素有關。

問題1：我們猜想了電熱與三個因素有關，該采用什么研究方法呢？

問題2：電流產生的熱量看不見摸不著，如何比較產生熱量的多少呢？

問題3：如何做到控制變量？

【設計意圖】通過演示實驗，提高學生的學習興趣，激發學生思考。通過問題設置和小組討論，充分調動學生的積極性。針對學生設計的方案進行評估改進，充分培養學生的實驗設計能力。整個探究過程充分體現了以學生為主體的教學理念。從生活情境到物理知識，體現物理與生活的緊密聯系。

3.2 單元評價設計

大概念統攝下的單元學習評價要具有持續性，體現出單元的整體性。它不僅是對知識的評價，還要通過評價了解學生對大概念的理解。筆者結合單元學習內容分析以及單元學習目標確定了單元評價量表（表3），以實現“教—學—評”的一致性。

4 結束語

大概念統攝下的內容不再是零散的惰性知識，而是具有可遷移性、系統性和整體性的知識。大概念統攝下的單元整體教學使教師能從更高的高度對整個單元的學習內容進行統籌規劃，有利于教師根據單元的邏輯結構確定培養目標，針對目標設計有效的教學活動，促進學生在深度學習的過程中發展核心素養。

5 參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022．

[2] 范心維，彭朝陽.大概念視角下的高中物理單元教學設計：以“勻變速直線運動”為例[J].中學物理教學參考，2022，51（15）：30-32.

[3]溫·哈倫，韋鈺.《以大概念理念進行科學教育》[J].中國科技教育，2020（1）：80.

[4] 權廣仁.以大概念的理念引領高中物理教學[J].物理教學探討，2017，35（2）：10-12，15.

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.19.