中学物理单元教学设计流程的探讨

潘苏东 童大振 汪大勇

(1. 华东师范大学教师教育学院,上海 200062; 2. 上海市高桥中学,上海 200137)

单元教学设计是在整体思维的指导下,将基于某一主题构建出的单元内容作为教学内容,通过编制单元目标及课时教学目标、设计连续的课时教学方案、进行单元评价的环节来完成的复杂教学设计.[1]素养时代,单元教学设计被认为是“撬动课堂转型的一个支点”,[2]成为近些年的研究热点.到目前为止,物理单元教学设计的研究论文可归为3类:第一类,单元教学设计案例研究,如磁场的单元教学设计、光现象的单元教学设计等;第二类,单元教学设计部分环节设计思路的探讨,例如,王美芹等人对物理单元教学目标设计进行了探讨,[3]桑嫣为单元作业设计提供了路径;[4]第三类,单元教学设计的步骤分析,比如,张文卿借助思维导图,从“单元教学顺序”和“课时教学顺序”两个维度展现了单元教学设计思维导图框架.[5]

研读文献发现,现有的研究中鲜有对单元教学设计基本设计流程的提炼,并且物理核心素养在已有的单元教学设计案例中没有得到充分体现.有鉴于此,笔者尝试构建基于物理学科核心素养的单元教学设计流程,包括:“单元规划”、“单元内容、学情和教法分析”、“单元教学目标设计”、“单元学习活动设计”、“单元作业设计”、“单元教学评价设计”6个环节,并以“匀变速直线运动”单元为例来进行说明.

1 单元规划

单元规划是在对课程标准、教材进行深入解读和剖析后,以一学期或学年为单位形成具有特定主题的单元系列过程.[6]可以通过以下3步完成单元规划.首先,研读课标,划分单元.单元的划分除了依据教材章节规划单元外,还可以按照课程标准主题或者围绕特定的物理问题解决规划单元.接着,构建单元系列,分析各单元间的联系.这里需要指出各单元教学将会落实哪些物理核心素养,规划出完成各单元教学所需的课时,并且用思维导图勾勒出各单元间的联系.最后,确定单元内容.需要说明的是,单元内容不应局限于教材,凡是有益于本单元相应核心素养落实的教学资源都可以作为教学内容.在选定单元内容后,按照教学逻辑组织和编排教学内容,使其结构合理.

例如,根据《普通高中物理课程标准》(2017年版)要求,高一年级上学期的物理课程内容由“机械运动与物理模型”和“相互作用与运动定律”两个主题组成,体现在教科书上为“匀变速直线运动”、“力和力的平衡”、“牛顿运动定律”3章.考虑到知识整合程度、单元教学内容容量,我们将该学期的课程划分为“运动的描述”、“匀变速直线运动”、“相互作用”以及“牛顿运动定律”4个单元,从而形成单元系列.选用其中的第二单元“匀变速直线运动”为设计案例,该单元主要发展学生的科学推理、运动观等核心素养,共计需要4课时.

2 单元内容、学情和教法分析

在完成相对宏观的单元规划后,需要聚焦各单元的教学,对单元内容、学情和教法的分析便是单元教学设计的起点.单元内容分析包括:分析该单元在整个高中物理单元系列中的地位和作用;分析单元内部的知识结构;分析各部分知识内容与学科核心素养的对应关系.学情分析包括:分析学生原有的知识结构及其对新知识学习的影响;分析学生的心理特征和思维特点.教学方法的确定往往要综合考虑教学内容、学生特点、教师自身因素、学校教学资源等因素.

“匀变速直线运动”单元是第一单元“运动的描述”的深化和提高,也是今后学习牛顿运动定律、周期运动、机械能乃至电磁运动的基础.它包含3个核心概念:加速度、匀变速直线运动和自由落体运动,两个核心规律:匀变速直线运动规律和自由落体运动规律,一个重要的现代实验技术:数字化信息系统(DIS).

学生在经历了第一单元关于质点模型、速度概念的建立过程,已初步掌握物理模型建构和用比值法定义物理量的基本方法.因此,对于匀变速直线运动和自由落体运动模型的抽象以及加速度概念的建立,学生已经具备足够的认知基础和思维能力.

本单元拟采用讲授法和讨论法进行加速度概念、亚里士多德和伽利略对运动的研究教学;用实验法使学生通过使用DIS测量物体运动的加速度,完成“匀变速直线规律”的探索;通过自主学习,让学生总结“自由落体运动规律”.

3 单元教学目标设计

单元教学目标设计是把学科核心素养具体化为单元学习目标的过程,它在“物理核心素养→单元教学目标→课时教学目标”目标链中处于承上启下的关键地位.单元教学目标的确定应以单元教学内容和学情的分析结果为基础,注重物理核心素养对教学的引领和导向作用,关注教学目标的可操作性、可检测性.

单元教学目标的表述与以往课时教学目标的表述类似,主要包括: ① 行为主体——学生(可省略),② 行为动词——说出、解释、观察等,③ 行为条件——通过……实验、辩论等,④ 表现程度——准确地、大体认识、独立等要素.在此基础上,为了突显学科育人价值,单元教学目标的表述中还要包括第⑤要素:素养指向——能量观、科学论证能力、交流与合作能力等.需要说明的是,一条单元目标中,不一定涉及上述全部要素.

单元教学重难点分析是对单元教学目标的提炼,教师准确把握教学重难点有助于合理的安排学习活动.单元内容中与前面知识联系紧密,对后续学习具有较大影响的物理核心素养就是本单元的教学重点.单元教学难点是指那些与学生日常概念、思维方式、习惯态度之间差别比较大的物理概念、规律、技能、方法等.

“匀变速直线运动”的单元教学目标为:

(1) 理解加速度、匀变速直线运动、自由落体运动等概念,体会物理学中的抽象与建模思维.

(2) 通过实验,探究匀变速直线运动的特点,能用公式、图像等方法描述匀变速直线运动,理解匀变速直线运动的规律,能运用其解决实际问题,体会科学思维中的推理与抽象方法.

(3) 通过自主实验,认识自由落体运动规律.结合物理学史的相关内容,认识物理实验与科学推理在物理学研究中的作用,能够基于证据和逻辑发表自己的见解.

该单元教学重点为:加速度概念的建立和匀变速直线运动规律的探索.这既是对学生已有运动观的拓展,也是发展学生“运动与相互作用观”的基础.单元教学难点为:理解速度与加速度的联系与区别、建立自由落体运动模型.

4 单元学习活动设计

单元学习活动设计是进行单元教学设计的枢纽,既是对单元教学目标达成的学习过程规划,又是课时教学设计的实施蓝图,对课时教学设计具有统领作用.[7]该环节的设计可通过以下步骤完成.首先,设计单元学习活动框架.根据单元教学目标,整体设计单元重点活动,分析各活动之间的结构和顺序.然后,制定每个学习活动的具体实施策略.与课时教学活动不同,单元视域下的每个学习活动是紧紧围绕单元教学重难点进行设计与实施的,始终指向物理核心素养的落实.最后,构建课时学习任务.按照单元规划模块制定的课时、素养要求将单元学习活动尽量平均地分布在各课时中,组成课时学习任务.需要注意的是,这里的学习活动不仅包括课时活动,也包括课外活动.

为了直观地表示出学科核心素养、单元教学、课时教学的关系,笔者在借鉴喻俊等人研究成果[8]的基础上,编制了如图1所示的单元设计与课时安排的关系框架图.图中,“素养要求”处于框架的中心位置,课时和主要活动都是为围绕它展开的,这就为完成通过单元教学设计发展学科素养的目标提供了保障.

图1 单元设计与课时安排的关系框架图

按照上述设计步骤,对“匀变速直线运动”单元进行了学习活动设计.以其中的第1课时为例,该单元的课时1为速度变化的快慢:加速度;素养要求为体会物理学中的抽象思维;对应的主要活动为①播放视频,结合导学案,引出加速度概念； ②通过小组讨论,辨析速度与加速度的关系.其他课时的名称、素养要求以及主要活动,在此不再一一陈列.

5 单元作业设计

单元作业设计是指教师以单元为基本单位,依据一定的学习目的,选择重组、改编、完善或自主开发等多种方式形成作业的过程.单元作业属于中期作业,相较于长期的学期/学年作业和短期的课时作业,它的目标性、系统性、针对性、发展性和科学性都能较好地实现.[9]在进行单元作业设计时,应关注作业的可选择性、类型的丰富性以及载体的真实性.

具体而言,在作业的选择性方面,可以根据学生认知水平和物理核心素养的“学业质量水平”设计具有选择性的作业.例如,2019年由人教社出版的高中物理教科书中每一章后面都有难度不同的A组和B组练习题,A组习题相对基础,而B组习题是按照《普通高中物理课程标准(2017年版)》学业质量水平4的要求进行编写的,以满足不同层次学习的需求.在作业类型的丰富性方面,单元作业不仅有对某章、某节知识的概括与归纳型习题,还应包括开放性作业、实践性作业,从而促进学生发散性思维、问题解决能力的发展.就作业的真实性而言,作业题目的设计应注重以真实情境为载体.这是因为以真实情境为载体的作业能够加深学生对所学知识和方法的认识,有助于实现作业作为课堂教学延伸的功能,对培养学生的科学思维、科学态度与责任等核心素养具有独特的价值.

“匀变速直线运动”单元除了设计常规的概括与归纳型习题外,还可以设计开放性作业、动手实践性作业.例如,(1) 如何利用所学的直线运动知识,设计测量一口深井深度的方案.(2) 请查阅“死亡加速度”的相关资料,并和小组成员交流学习心得.又如,(3) 动手制作一把“人的反应时间测量尺”,并用其进行测量.这样的作业设计既能对学生应用知识的能力进行检验,也能培养学生的社会责任、分析解决问题的能力,可以在一定程度上弥补课堂教学中学科育人的短板.

6 单元教学评价设计

单元教学评价是通过某些标准来判断单元教学设计在多大程度上实现了单元教学目标的过程,通常包括形成性评价和总结性评价两部分.

(1) 形成性评价.

形成性评价是指在课时教学中对学生的学习活动、课时作业等进行评价,主要检测课时学习任务的适切性以及学生完成学习任务后是否达到了该节课的素养要求.根据评价结果,教师对学习内容的选择、教学逻辑、课时安排等进行反思与修正,从而为下一轮教学服务.

(2) 总结性评价.

总结性评价是指在完成单元教学后,通过以学科核心素养为导向的单元测试卷对学生进行单元教学目标达成度的检测与评价.通过评价,对单元学习活动设计、作业设计等进行反思与改进.

“匀变速直线运动”单元的形成性评价主要包括两个方面.(1) 活动开展情况的评价.以“探究匀变速直线运动v-t关系”实验为例,可以从学生实验操作规范、DIS系统操作熟练程度以及数据处理的合理性等角度进行评价.(2) 课时作业的评价.对作业的评价可从学生作业的正确率、课堂反馈等角度展开.

关于本单元的总结性评价,应以抽象思维、科学推理、运动观等素养为中心,以真实情境为载体,形成单元测试卷,考查学生对加速度概念的理解和运用匀变速直线运动规律解决实际问题的能力.根据评价结果,对此单元的教学设计进行反馈与修改.

7 总结

通过单元教学,教师的教学设计视野从单课时的较微观层面转向中观层面的单元,能够从单元整体上把握教学目标、内容和方法,既有利于使宏观层面的学科核心素养落到实处,同时又能使单元内的课时教学变得更加富有弹性,有利于优化教学效果.[10]

如果将物理教学比喻成一棵大树的话,那么物理核心素养就是树根,单元教学设计就是树干,而课时教学设计就是从树干上发出的树枝.树枝只有通过树干才能与树根发生联系,脱离树干的树枝是无生命力的,而没有树枝的树干是枯萎的.由此可见,只有将物理核心素养、单元教学设计和课时教学设计都融入到物理教学设计中才能使物理核心素养落地,而物理单元教学设计在其中起到了举足轻重的作用.