大概念驱动的高中物理单元及单元目标的确立

邹伟通

摘   要：随着新版普通高中物理课程标准的出台，如何培养和发展学生的物理观念成为高中物理课程教学的重点。学生物理观念的形成需要大概念教育，学生大概念的形成则需要单元教学的设计支持。文章以高中物理必修部分“能量守恒”的相关内容为例，以促进学生能量守恒观念为目的，以机械能守恒和电路中能量守恒的大概念为主题，建立新的单元及目标，落实对学生核心素养的培养。

关键词：物理观念;大概念;能量守恒;单元

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）12-0005-4

1    引  言

1.1    培养学生物理观念需要大概念教育

随着《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》的出台，学科目标由过去对知识点的了解、理解与记忆转变为当下对学科核心素养的培育。物理观念作为物理学科核心素养之一，是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识;是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华;是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础[1]。如何培养和发展学生的物理观念成为当下高中物理课程的重要任务和教学重点。而在教学中，物理概念的学习是物理观念形成的重要组成部分，也是物理学习的基础与核心。物理概念的学习应该重视概念的本质属性、概念之间的关联，重视物理概念的深度理解与实际情境中的应用。大概念教育是教学中强化概念的本质属性、拓展概念之间联系的一种重要的方法和手段，它能让学生在更大的视域内认识问题，从宽泛的角度形成物理观念，提升学生的物理观念水平，发展学生的学科素养[2]。

1.2    学生大概念的形成需要单元教学

物理观念教学涉及同一类别诸多概念群，以往的分课时教学设计难以体现物理观念的整体思想和培养目标，而由多个课时构成的单元教学，则有利于建立科学大概念或物理观念体系[3]。因此，针对课程标准中所要求的物理观念，需要从课程内容的知识体系中提炼发展学生物理观念所需要的大概念，并以大概念为主题，驱动新的单元内容的建立，开展新的单元教学。

2    确定单元的依据

确定一个新的单元就需要依据学科核心素养的相关要求、教材的逻辑和内容结构、课程标准中的内容标准以及对学生的学情分析这四方面内容。而如何开展一个新的单元学习，就需要确定一个主题来统领整个单元，是基于大任务、大项目还是大观念或者大概念[4]。以高中物理必修部分“能量守恒”的相关内容为例：

2.1    学科核心素养的相关要求

高中物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面，而物理观念又分为物质观念、运动与相互作用观念、能量观念。在培养学生形成能量观念的过程中，必须认识能量不会凭空产生，也不会凭空消失，能量在转移或转化的过程中总量保持不变，进而树立能量是守恒的这一重要观念。

2.2    教材的逻辑和内容结构

以2019年版普通高中物理（人教版）必修1、2、3三本教材为例进行分析，其中涉及到能量内容的包括第八章“机械能守恒定律”、第十章“静电场中的能量”、第十二章“电能 能量守恒定律”。而其中涉及到“能量守恒”的内容为第八章和第十章，如表1所示。第八章的知识内容是由力学部分的功与功率、机械能以及机械能守恒构成，而第十二章的知识内容是由电学部分的电功与电功率、电能以及电路中的能量守恒构成。两章都体现了从学习功、能到学习能量守恒这一递进过程，因此可以选择对教材内容进行重组修改形成一个新的单元。

2.3    课程标准中的内容标准

对《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中必修课程的内容要求进行分析可以发现，课标中明确规定要求学生知道不同形式的能量可相互转化，在转化过程中能量总量保持不变，能量转化是有方向性的。同时，在必修2的教学提示中指出，要在应用机械能守恒定律的过程中引导学生体会守恒的思想，在必修3的学业要求中强调学生能分析电学中的能量转化问题。因此，结合课标中的要求可以选择组建“能量守恒”的单元来统领机械能守恒和电路中的能量守恒的相关知识。

2.4    学生的学情分析

在学习第八章“机械能守恒定律”前，学生已经完成了高中运动学部分内容的学习，在进行机械能这一部分内容学习时不会有障碍。而在学习第十二章“电能  能量守恒定律”前，学生在初中阶段已经学习过电功方面的知识，对电路中各元件有一定的认识，也掌握部分电路欧姆定律的知识，因此学生能够在教师的引导下认识电路中的能量转化，同时进一步地去掌握闭合电路中的歐姆定律。而针对学生在学习电动势时还欠缺电势能概念的问题，教师可以在教学中加入对电势能的简单介绍。

基于以上四方面的分析，我们发现若以培养学生形成“能量守恒”的大观念为目的，那么学生就需要掌握机械能守恒的大概念和电路中能量守恒的大概念;在教学中就需要以一个完整的单元去系统地呈现知识，同时也使学生在长期的学习活动中真正落实学科核心素养的培养。因此，以机械能守恒和电路中能量守恒大概念为主题，并在该主题的驱动下将力学和电学中涉及能量的知识系统地组合，按其逻辑将相关的知识和内容结构化，就得到了新的单元，具体流程如图1所示。

3    确定单元的名称与课时

在确定单元的名称与课时之前，根据已对教材逻辑和内容结构所做的分析，再梳理涉及“能量守恒”整个单元的概念及知识点，理清它们之间的关系，并得到该单元的知识结构框架，如图2所示。

以能量守恒观念为核心，以机械能守恒和电路中能量守恒的大概念为驱动，分别从力学部分的功和机械能以及电路中电功和电能相关知识的学习，到机械能守恒和电路中能量守恒知识的掌握。这两方面概念之间的关系和知识点的逻辑关系均体现了从功、能到能量守恒。因此，新单元命名为“机械能和电能的能量守恒”，其中的课时也将以从功、能到能量守恒的逻辑呈现。

4    确定单元目标及课时目标

首先，物理学科教学的起点应不再是过去仅仅对知识目标的要求，而是应该转变为学科核心素养目标的达成。虽然本次的单元设计是以学科核心素养中物理观念下的能量守恒观念为目的，但在整个单元教学中仍然会渗透其他学科核心素养的方方面面，以保障学生经历单元学习后能够适当地形成正确价值观、必备品格、关键能力。而单元目标正是单元设计的关键，要以学生经历学习后能够形成哪些素养的形式确立。因此，在确定本单元的目标前应先对单元中所渗透到的物理学科核心素养进行归类和分析，具体内容如表2所示。

基于高中物理课程标准中课程内容要求、学业质量水平并结合表3，围绕提升学生物理学科核心素养的要求，确定的单元目标如下：

（1）理解功、电功、动能、重力势能及电能的物理概念和动能定理、机械能守恒定律、闭合电路的欧姆定律等规律及其相互关系;初步建立相应的物理观念且统领于能量守恒观念之下，能正确解释自然现象，综合应用该单元下的物理知识解决实际问题。

（2）掌握物理学中的科学思维，通过分析、推理的方式在动能、势能、动能定理、机械能守恒定律等物理概念或规律之间建立相应的联系;通过推理、论证的方式去掌握闭合电路的欧姆定律及认识电路中的能量守恒，同时能将实际问题中的对象和过程转换为物理模型并加以解决。

（3）能夠依据事实和经验，针对动能和势能相互转化是否存在定量关系的问题建立假设;能制订科学实验计划，依据收集的实验证据作出解释得出机械能守恒的结论。同样，在面对电路时，能够设计方案，通过探究得到电路中能量守恒的证据，解释得出结论;能对科学探究过程和结果进行交流与反思，提升科学探究的能力。

（4）体会前人在追寻自然中的守恒量时严谨认真、持之以恒的科学态度，能在认识科学、技术、社会、环境关系的基础上发现涉及该单元物理知识的例子，感悟生活中的物理。

同时，学科核心素养的内涵是由知识、技能、态度三者综合构成的，包含知识、技能与态度等多层面的统一整体[5]。因此，既要从培养学生学科素养的角度出发制订单元目标，又要能更好地在实践中使单元目标更加具体、更加可操作，我们把整体落实在素养上的单元目标转化为分别指向知识性、技能性、情感与态度性的学生单元学习目标;结合课程标准和教材，对所选择及改编的课时内容配对合适、具体、确切的行为动词，最后借鉴泰勒二维表格陈述法将该单元学习目标直观地展现出来（表3）。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020：4.

[2]曹宝龙.用大概念教育促进高中物理观念的形成与发展[J].物理教学探讨， 2019，37（01）：1-6+11.

[3]高洁，潘苏东，陈刚.指向核心素养的物理教学目标设计理念[J].课程·教材·教法，2018，38（12）：100-104.

[4]崔允漷.如何开展指向学科核心素养的大单元设计[J].北京教育（普教版），2019（02）：11-15.

[5]林崇德.21世纪学生发展核心素养研究[M].北京：北京师范大学出版社，2016：20-21.

（编辑    赵保钢）