基于核心素养的单元教学设计——以北师大版初中物理“物质的简单运动”为例

北京师范大学出版社 谢万媛

21世纪学生发展核心素养研究指出，“素养”是指在教育过程中逐渐形成的知识、能力、态度方面的综合表现，其对应的主体是“人”或“学生”，是相对教育教学中的学科本位提出的，强调学生素养发展的跨学科性和整合性。核心素养是对素质教育内涵的解读与具体化，是全面深化教育改革的一个关键方面。

2022年4月，教育部颁布了义务教育课程方案和各门课程的课程标准，义务教育阶段提出了各门课程要培养的核心素养。《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）指出，初中物理课程要培养的核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。我们的教育目标从原有的让学生达成三维目标（知识与技能、过程与方法、情感·态度·价值观）到培养学生核心素养，是一个整合提升的过程，目的是让零散的、碎片化的知识在学生头脑中整体化、系统化，形成体系，进而升华为观念，形成科学认识世界的思维，并从中培养学生的科学态度和社会责任。对学生而言，这是一个自下而上的过程，先见“树木”后见“森林”，而对教师而言，需要有一个自上而下的过程，要胸中先有“森林”，然后给学生逐步展示“树木”。

基于核心素养的单元教学设计为教师实践这样的教学过程提供了一个有效实施路径。该路径以“课程标准—核心素养—单元设计—课时教学—学习评价”为基本链环，环环相扣。该链环以核心素养为出发点，根据课程标准和教材内容，结合学生实际情况，进行以“单元”为单位的整体教学设计，并通过学习评价进行反思和改进，从而促进学生核心素养的发展。

下面，以北师大版初中物理八年级上册（闫金铎主编）第三章“物质的简单运动”为例，阐述如何基于核心素养进行单元教学设计。

（一）课程标准

本章内容属于课程内容一级主题“运动和相互作用”下的二级主题“多种多样的运动形式”和“机械运动和力”。自然界的物质处于永恒运动之中，不同物质和不同运动形式之间又发生着相互作用。了解物质的运动和相互作用规律，是认识物理现象必须具备的知识。《课程标准》对这一章提出了内容要求、活动建议、学业要求、实验要求，并给出了相应的学业质量标准。

（二）核心素养

根据课程内容和核心素养的四个方面，本章内容可制定如下教学目标。

【物理观念】

（1）让学生通过观察日常生活中的运动现象，形成机械运动的概念；通过分析机械运动的实例，知道运动和静止都是相对于参照物而言的。

（2）让学生知道用速度表示物体运动的快慢，在匀速直线运动中，能用公式v＝s／t计算速度。

（3）让学生初步了解平均速度表示运动物体在某一段时间内或某一段路程内的平均快慢程度，瞬时速度表示运动物体在某一位置或某一时刻的快慢程度。

【科学思维】

（1）让学生用路程—时间图像描述匀速直线运动，知道图像是描述物体运动的一种方法。

（2）让学生通过“比较物体运动快慢”的方法建立速度概念，体会科学研究的一般方法。

【科学探究】

（1）让学生通过测量平均速度的实验，学会使用表和刻度尺正确地测量时间、距离，求平均速度。

（2）让学生通过设计实验、进行实验、记录数据、分析实验结果的全过程，学会写简单的实验报告。

【科学态度与责任】

（1）让学生通过对运动的描述和比较物体运动快慢的探究活动，保持对自然的好奇、对物理学的兴趣，乐于探索自然现象和日常生活中的物理原理。

（2）让学生通过对各种交通工具速度的了解，形成低碳生活、绿色出行的环境保护理念。

（3）让学生通过了解我国铁路交通的发展进程，体会物理学对人类生活和社会发展的影响，为我国的科技成就感到自豪。

（三）单元设计

根据核心素养目标，基于大单元整体教学设计梳理本章内容。从整体内容结构上考虑，定性描述机械运动需要选定参照物，定量描述机械运动的特点需要测量长度和时间。在此基础上建立速度的概念，了解平均速度和瞬时速度。最后进行应用实践，测量运动物体的平均速度。“物质的简单运动”整体内容结构如图1所示。

图1 “物质的简单运动”整体内容结构

根据整体内容结构，我们设计本章的问题链。本章要解决的核心问题是：如何简单描述机械运动？这一核心问题可以分解成两个子问题。子问题1：如何确定物体所在位置的变化？子问题2：物体的位置变化有什么特点？子问题1又可以分为三个小问题：①如何确定物体所在的位置？②如何选定参照物？③如何判断物体相对参照物的位置变化？（对应第一节的内容）子问题2可以分为两个小问题：①物体的位置变化在空间上有什么特点？（对应第一节的内容）②物体的位置变化在时间上有什么特点？后者又可以进一步细化为三个问题：a.如何描述（直线）运动的快慢？（对应第二节的内容，在初中阶段主要研究直线运动）b.如何描述变速（直线）运动的快慢？（对应第三节的内容）c.如何测量变速（直线）运动的快慢？（对应第四节的内容）这样，我们就从单元教学设计自然地延伸至课时教学设计。为了提高学生的参与度，可以将上述问题转化为更能激发学生兴趣的驱动性问题（如图2所示）。

图2 “物质的简单运动”问题链

（四）课时教学

对本章内容的课时教学，可以采用如下教学方式。

“第一节 运动与静止”可以从学生熟悉的生活实例出发，运用启发式教学，引导学生思考怎样描述物体的运动，建立运动和静止的物理观念，同时解决图2中子问题1和子问题2中的问题①。学生对运动需要达到三个层次的认识：第一，相对地面位置变化的物体是运动的，相对地面位置不变的物体是静止的；第二，可以选择地面以外的物体作为参照物来描述物体的运动；第三，相对地面静止的物体也可以是运动的。第一个层次符合生活中的一般认知，学生理解起来比较容易，借助生活中物体运动的视频或动画就可以实现。但是在这里，教师要强化举例时的目的性和科学性。如可以创设这样的问题情境：对比停在路边的汽车和在平直公路上行驶的汽车、停在岸边的帆船和运动的帆船、停在机场上的飞机和正在降落的飞机。然后提出问题：如何判断汽车、帆船、飞机是运动还是静止的？这三个例子包括了陆、海、空各一个机械运动的实例，平直公路上体现的是一维直线运动，海面上体现的是二维平面运动，天空中体现的是三维空间运动，这样的举例暗含了利用坐标系研究运动的方法，隐性渗透科学研究方法的学习。第二个层次，可以与教材中图3－3相结合，小男孩坐在行驶的汽车里，让学生判断小男孩相对路边的大树和相对车中的小女孩是运动的还是静止的。进一步让学生分析教材图3－2中“竹排江中游”“青山两岸走”各以什么为参照物。第三个层次，学生最不容易理解。可以结合学生生活中的体验让学生来理解，如坐在行驶的列车中时，看到路边的树木风驰电掣般向后运动（教材中图3－1），所以对人来说树是运动的。在这三个层次的认识之后，教师可以结合教材中“交流讨论”栏目加深学生对运动和静止相对性的理解。首先，介绍飞行员徒手抓子弹的小故事，提出“你相信吗？”的问题激发学生思考，继续追问这件事发生的条件是什么。这样，既加深了学生对运动和静止的相对性的理解，同时也能培养学生敢于质疑、利用科学知识理性分析、不盲目相信的科学品质。其次，教师可以根据教材中的“阅读材料”介绍生产、生活中相对运动的应用，如运动员传递接力棒、花样跳伞完成造型、加油机空中加油等。

“第二节 探究——比较物体运动的快慢”可以采用探究式的学习方法，让学生通过探究比较物体运动的快慢，利用比值定义法建立速度的概念，解决图2中子问题2下的问题②a，并同时渗透控制变量的科学研究方法教育，发展学生的科学思维。教师可以根据教材内容进行整合和重组，设计3个循序渐进的学生活动。首先，设计“比比谁的脉搏快”的热身实验，一是为了让学生练习机械停表的使用，二是用生活中比较快慢的方法引入。接着，设计“定性比较小车A、B运动的快慢”的实验，让学生说出比较快慢的方法，控制时间相同，比较通过路程的远近，或者控制通过的路程相同，比较运动时间的长短，渗透控制变量思想。并让学生思考：如果路程、时间都不一样，那么如何比较运动的快慢？类比前面密度的定义方法——比值定义法，给出速度的定义、公式。然后，设计“定量比较小车A、B运动的快慢”实验，让学生探究做直线运动的小车通过路程和时间的关系，学生收集数据，利用速度公式进行计算。在交流讨论时，介绍用s－t图像描述匀速直线运动的方法。

“第三节 平均速度与瞬时速度”把理想的匀速直线运动推广到具有实际意义的变速直线运动中，提供了研究变速直线运动的方法，让学生建立描述变速直线运动快慢的物理量——平均速度的概念，并在平均速度概念的基础上初步建立瞬时速度的概念，解决图2中子问题2下的问题②b。平均速度的引入是把复杂的变速运动简单化，实质上是物理学中“近似”或“等效”研究方法的重要应用，以此进一步发展学生的科学思维。教材中本节内容列为选学内容，虽然给出了平均速度的计算公式，但是只要求学生在变速运动情况下会用平均速度公式计算时间、路程和平均速度。教材中“你知道吗”栏目提供了运动员跨栏比赛时的相关数据，教师可以设计分组活动，让学生判断运动员在哪两个栏之间跑得最快？学生分小组合作完成计算。通过计算每一段距离的平均速度，学生可以更好地理解平均速度是针对某一段路程（时间）的，脱离某一段路程（时间）谈平均速度是没有意义的。高铁列车时刻表也是一个比较好的素材，教师可以用教材中的例题，也可以用途经本地高铁列车的时刻表，结合列车时刻表设计一些问题。一方面，让学生练习平均速度的计算；另一方面，让学生学会读列车时刻表，让学生感受到物理与生活的联系，了解我国的科技发展新成就，增强民族自豪感。教师还可以给出一些生活中与速度有关的问题，如交通标志牌，让学生说出生活中经常见到的各种交通标志牌的含义，对学生进行隐性安全教育，培养学生的科学态度与责任。

“第四节 平均速度的测量”可以设计开放性的学生实验，让学生体验测量平均速度的方法，加深对平均速度的理解，同时解决图2中子问题2下的问题②c。这个实验是学生刚刚接触的测量性实验，教师需要带着学生经历实验的过程，体会测量性实验的一般思路，并完成一份实验报告。学生需要明确实验目的、实验原理，根据实验原理选择实验器材，设计实验步骤和实验数据记录表。通过对测量性实验的设计，帮助学生逐渐掌握测量性实验的设计思路和方法，提高学生解决问题的能力。教师还可以结合教材中的“阅读材料”拓展一些测量平均速度的其他方法，如频闪摄影、雷达测速、激光测速、超声波测速等，拓宽学生的视野。对“阅读材料”中的车速表，教师可以结合学生的生活体验进行行车安全教育，增强学生的社会责任意识。

（五）学习评价

单元学习评价要注重运用形成性评价，评价目标应定位在对学生核心素养的形成状况与发展水平的诊断上。物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等核心素养侧重点各有不同，在评价过程中要灵活使用不同的评价方法，发挥不同评价方法的优势，对学生学习的各个环节（学生在答问、作图、读图与分析、实验中的表现，以及反映出的观念、思维、方法、态度、责任等方面的发展）进行评价，并注重评价结果对学生和教师的反馈，使学与教在反思和改进过程中趋于完善。教师可以分课时设置课时评价量表，编写单元测试卷前可以制定双向细目表，还可以设置单元自我评价表。

在核心素养的背景下，我们基于单元教学的视角对北师大版初中物理八年级上册“物质的简单运动”一章进行了理论层面的探讨，以“课程标准—核心素养—单元设计—课时教学—学习评价”的基本链环呈现了单元教学设计的大致思路。将大单元整体设计的思想融入物理教学，能有效整合教学内容，促进师生教与学的方式的转变，从而发展学生的核心素养。