基于深度学习的单元教学设计

张瑞萍

【摘 要】单元教学是实施深度学习的重要途径。本文根据深度学习的实践模型和单元教学的特点，设计规划了基于深度学习的单元教学设计模型，并以“探究电荷相互作用之源—静电场及其应用”为例进行了单元教学的设计分析

【关键词】深度学习 单元教学设计 静电场及其应用

深度学习是指在教师的引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。深度学习倡导单元教学。单元教学是以大概念统领下的一个单元的学习内容为整体，基于一定目标进行知识结构、认知发展等规划而展开的由浅入深、由简单到复杂、带有层级的结构化系列教学活动。单元教学可以更好地实现深度学习，培养学生的核心素养[1]。《深度学习：走向核心素养（理论普及读本）》一书中给出了深度学习的实践模型，如图1所示。根据深度学习的内涵和单元教学的特点，单元教学设计流程如图2所示。本文以“探究电荷相互作用之源—静电场及其应用”为例进行单元教学设计分析。

一、前期多元分析，构建单元教学主题

1. 教材课标分析

本单元教学内容选自人教版高中《物理》选择性必修第三册“静电场及其应用”一章中的第三节和第四节。本章前两节通过大量实例说明电荷之间有相互作用，并得出点电荷之间相互作用力的规律—库仑定律。这两节主要介绍电荷及其相互作用的产生原因—电场，并深入讲解了电场的描述，最后把物理和生活联系起来，利用电场知识解释生活中常见的静电现象。

这部分内容呈现了相对比较完整的科学研究过程，对提高学生的科学探究能力很有帮助。另外，这个单元的教学内容不仅非常适合设计挑战性的学习任务，而且还能够帮助学生更好地实现知识的迁移，可以真正将深度学习落到实处。

2. 学情分析

学生在初中已初步认识了磁场，对“场”有一定的感性认识。而且，学生初步具备了科学探究的意识及能力，了解科学探究的基本思路，但探究方法比较单一，探究思维深度较浅。学生对用物理量之比定义新物理量的方法有一定经验。这些都为学生学习电场强度这个概念提供很好的基础。

3. 核心素养价值分析

物理观念：电场概念的建立，深化學生对场物质性的认识，培养学生的物质观念。通过对静电力的讨论建立电场强度的概念，进一步拓展学生的相互作用观。

科学思维：通过磁场类比电场，磁感线类比电场线，加强对类比方法的理解，发展学生的科学思维。通过电场强度的定义，再次体会用物理量之比定义新物理量的方法。通过分析多个点电荷电场强度的大小和方向，进一步体会叠加和小量求和的思想。

科学探究：通过探究如何描述电场的强弱和方向，学生经历“提出问题—分析问题—猜想假设—实验验证—得出结论—完善结论”的整个探究过程，提升科学探究能力。

科学态度和责任：通过解释生活中静电现象，培养学生客观理性的科学态度。通过调查公众利用和防护静电的一些行为，引导学生关注科学、技术、社会、环境的关系，提升学生的社会责任感[2]。

4. 本单元概念进阶、知识结构图和教学流程设计

二、单元教学目标设计

根据前期分析，本单元的教学目标设计如下。

（1）会用类比的方法建立电场概念，知道电荷间的相互作用是通过电场实现的，场是物质存在形式之一。

（2）通过电场强度概念的建立过程，体会物理量之比定义新物理量的方法，理解电场强度的定义式、单位和方向。

（3）能推导点电荷的电场强度的表达式，会用电场强度的叠加原理计算多个点电荷形成的合电场强度。

（4）会用电场线描述电场。熟悉电场线的特点和几种典型电场的电场线。

（5）能够理解静电平衡状态的形成过程，知道处于静电平衡导体的特点。

（6）知道尖端放电、静电屏蔽、静电吸附原理，了解它们在生活和生产技术中的应用。

（7）关注生活生产中的静电现象，体会物理学与生产和生活的紧密联系[2]。

在确定单元教学目标的同时，教师还要关注单元教学目标与课时教学目标的关系。本单元中，第一课时的目的是完成单元教学目标（1）和（2），培养的核心素养主要有物理观念、科学思维、科学探究，学习渗透的科学方法主要有类比方法、模型建构的方法、物理量之比定义新物理量的方法。基于此，可以将第一课时的教学目标细化如下。

（1）通过联想与体验，体会电场是一种物质。

（2）通过问题引导，构建试探电荷的物理模型。

（3）通过由熟悉的磁场引出电场的概念，体会类比的方法。

（4）通过思维探究过程，经历构建电场强度概念的建立过程，会用物理量之比定义新物理量的方法，进一步体会力的相互作用观。

（5）通过问题讨论和类比，体会电场强度的矢量性，理解电场强度的方向。

三、主要教学活动设计

1. 整体规划单元学习过程，促进深度学习落地

教师统筹规划基于深度学习的单元学习，不但要考虑学生的认知规律，使活动设计符合概念进阶的层级关系，而且还要兼顾各个活动之间的衔接与关联。根据图3所示的单元概念进阶和知识结构，结合单元教学目标，设计本单元的学习过程，其整体规划如表1所示。

2. 以核心问题引领学生进行科学探究，促进学生深度思考

科学探究是在教师的指导下，以学生为主体，学生自觉地、主动地探索掌握解决问题的方法和步骤。教学中，教师可以从核心问题出发，同时以问题链的形式引领学生进行有效的科学探究活动，促进学生深度思考，达到知识、概念和能力的进阶。例如，电场强度概念的建立是本单元教学的重点和难点，具体的教学活动设计过程如下。

【核心问题】 电场是有强弱不同的，我们如何研究电场呢？ 如何描述电场的强弱和方向呢？

【科学探究过程】

环节一：分析问题，提出猜想和假设

问题1：如何确定电场的存在？

问题2：如何判断空间各点电场是否相同？

问题3：如何描述电场的强弱？（引导学生提出猜想）

问题4：如何验证我们的猜想？

环节二：验证猜想（利用点电荷的电场进行验证）

问题1：将同一试探电荷分别放在A 、B 两点，发现什么特点、规律？

问题2：在同一点 A 放入带电量不同的试探电荷，发现什么特点、规律？

问题3：在另一点 B 放入带电量不同的试探电荷，发现什么特点、规律？

问题4：综合分析上面三个问题的结果，可以得到什么结论？能否验证前面猜想是否正确。

环节三：建立概念

问题1：根据前面的猜想和验证尝试阐述如何建立描述电场强弱的物理量。

问题2：试着写出这个物理量的表达式，并明确各个字母的物理意义。

环节四：完善概念

问题1：思考电场强度的标矢性。

问题2：如何描述电场强度的方向？

3. 以真实情境、主题任务引领学生解决问题，促进学生对知识的迁移和应用

物理教学的目的不仅是让学生学习必要的物理基础知识，而且要让学生学会思考，掌握处理实际问题的方法。本单元的核心任务之一是应用电场的知识解决生活中的实际问题。教学中，教师应从真实情境出发，设计主题任务，促使学生在解决问题的过程中深化知识，提升能力。例如，关于静电场的防止与利用的教学活动，教师可以设计如下。

【真实情境】播放《中国达人秀》节目中卢驭龙的表演视频。

【主题任务】科学严谨地解释表演者为什么能驾驭风雨雷电。

【解决过程】

第一步：建立模型：尝试建立模型说明金属导体放入电场中后会发生什么。

问题1：金属导体的微观结构如何？

问题2：导体处于电场中时自由电子会怎样移动？

问题3：自由电子会在什么地方聚集？这种聚集会产生什么效果？

问题4：自由电子会一直运动下去吗？最终出现什么现象？

第二步：实验验证。

第三步：修正模型：由不带电金属导体过渡到带电金属壳，要求学生尝试说明带电金属导体会不会达到静电平衡状态。

第四步：再次实验验证，总结导体达到静电平衡时的特点。

【问题解决】应用导体达到静电平衡时的特点，解释主题任务。

【提炼知识】静电屏蔽  尖端放电

【迁移应用】模仿前面解决问题的方法，试着解释静电复印和静电除尘等现象，得到静电吸附的概念。

四、学习效果评价

本单元将学习效果的评价和教学活动过程有机结合起来。本文以建立电场强度概念教学活动为例说明评价内容、评价指标和评价方法。如表2所示[3]。

基于深度学习理论开展单元教学，有利于真正落实课堂教学中学生的主导地位，提高学生的参与度，引导学生主动學习，提高学生的学习能力。深度学习活动的设计，使学生真正参与物理知识的形成过程、物理规律的得出过程、物理实验的设计过程和物理问题的解决过程。在此过程中不仅强化了学生的知识结构，而且还培养了学生的科学研究能力，对核心素养培养目标的落实有很大的帮助。

参考文献

[1] 刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养（理论普及读本）[M].北京：教育科学出版社，2018：16-75.

[2] 人民教育出版社课程教材研究所物理课程教材研究开发中心.普通高中教科书物理必修第三册教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2019：1-24.

[3] 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，2020：46-48.

本文系北京市西城区普通高中新课程新教材实施国家级示范区建设专项课题“指向深度学习的高中物理单元教学实践研究”（课题编号SX2021Z036）的阶段性研究成果。

（作者单位：北京市第一六一中学）

责任编辑：胡玉敏