基于单元学科大概念的中学物理教学实施路径——以人教版高中物理“运动的描述”单元为例

徐新顺 白东升 彭 成

(甘肃庆阳市北京师范大学庆阳附属学校,甘肃 庆阳 745000)

目前国内外基础教育界呈现出基于学科大概念理解与构建的单元设计研究热潮.我国《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》也明确指出落实立德树人根本任务的基本途径是在物理课程和课堂中培育学生的核心素养,基于物理学科本质凝练的物理学科核心素养是核心素养在物理学科层面的具体化呈现,而以学科大概念为核心的单元教学是落实学科核心素养的重要途径.[1]

1 基于学科大概念统整的单元教学实施路径

“学科大概念”是指与核心素养、学科核心素养密切相关的一个兼具认识论、方法论和价值观三重意义因而更能广泛迁移的意义结构,其根本上反映学科本质的、相对稳定的、有共识性和统领性的学科关键特质或核心观点.[2-3]

指向大概念构建的论证式教学设计与基于大概念理解的逆向教学设计是目前两种典型的单元教学设计思路,两种思路都注重将单元内容主题转化为学科大概念,进而在大概念的统整下组织教学.[4]学科大概念统整下单元教学设计与实施以发展学生学科核心素养为目的,通过结构化思维与一体化设计,以单元学科大概念为引领,以核心问题为导向、以核心任务为驱动,通过“学—评—教”一致化的教与学活动过程中学、思、应用相结合,让学生在具体情境中经历发现和解决问题的过程,不断优化其学科知识体系、促进深度学习、提升学科思维品质、发展分析处理复杂问题的素养水平,切实促进学科核心素养有效落实.[2-6]

实施学科大概念统整下单元教学,一般需要经历“转化大概念”“提炼大概念”“外显大概念”“活化大概念”“解构大概念”“建构大概念”和“评价大概念”7个环节,具体逻辑顺序如图1所示.

图1 基于学科大概念统整的单元教学实施路径

2 基于学科大概念统整的单元教学实践案例

以人教版高中物理必修1第1章“运动的描述”为例,依照图1的逻辑顺序,进行大概念统整下的单元教学实践设计.

2.1 转化大概念——明确单元学习目标体系

用新课标指导学科教学变革继续向纵深发展是我国教育改革的内在逻辑.[7]教师需要以课程标准来定位学生学习所要达成的要求和程度(学生的学习预期表现——学业要求),继而在此基础上对相应的知识技能目标进行细化和转化(自上而下地将源于课程标准的抽象表述具体化),并且由浅入深地处理学习内容,设计制订在课堂实践层面便于操作、促进深度学习发生、反应学科素养落实的系统单元学习目标体系.[8]学科大概念能有效地组织起学科零碎化的知识与技能,单元学习目标体系要求的达成,是学生在各种情境中理解与运用单元学科大概念的具体表现.[9]

在明确课标要求和学生学习的预期表现的基础上,[1]结合本单元具体的学科内容呈现逻辑,制订以下的单元学习目标体系：① 联系生产生活实际,能在特定情境下将物体抽象为质点,能说出建立质点模型的抽象方法和质点模型的适用条件,能简单阐述建构物理模型的必要性(科学思维);② 通过位移、速度、加速度等重要物理概念的建构过程,能说出测量这些物理量的方法,能阐释瞬时速度和加速度概念的建构过程中的极限方法和抽象思维方法(科学思维);③ 能够使用位移、速度、加速度等物理量与图形定量描述物体的直线运动(物理观念、科学思维);④ 知道证据是物理研究的基础,能使用简单直接的证据表达自己的观点(科学思维);⑤ 通过频闪照相、传感器(光电门、位移传感器)、打点计时器测速原理的理解,能通过列举其他事例说明技术手段对物理问题研究的促进作用(科学态度与责任);⑥ 经历利用打点计时器测量做直线运动物体的瞬时速度的完整实验过程,能根据实验所要解决的问题制订实验方案、能够在正确获取数据以及分析和处理实验数据的基础上形成结论并作出解释、能用物理图像描述实验数据、知道实验存在误差,能准确表达科学探究的过程和根据数据得出实验结论、能撰写实验报告(科学探究).

2.2 提炼大概念——梳理单元概念体系,提炼单元大概念

学科大概念是指相对稳定的、有共识性和统领性、指向素养整体目标、反映学科本质的核心观点,因此具有高度凝练、专业、抽象和概括的特点.由核心素养整体目标到课时具体学习内容的逻辑顺序(核心素养整体目标—学科核心素养—学科大概念—学科单元大概念—课时大概念—学科具体概念—课时具体学习内容)可以看出,确定单元大概念通常有两个路径： (1) 自上而下,从学科大概念分解出单元大概念; (2) 自下而上,从学科具体概念之间的本质联系概括出课时大概念,进而提炼出单元大概念.[3]考虑内容组织结构与呈现方式,“运动的描述”应用从“自下而上”这种路径对单元大概念进行提炼(见表1).

表1 “运动的描述”单元大概念的提炼

2.3 外显大概念——设置核心问题及具有内在联系的子问题群

把单元大概念转化为学生可以理解与回答的核心问题是单元大概念在学生层面的具体转译与外显,学生在整个单元学习活动中不断思考和回答核心问题的过程就是其不断构建和理解单元大概念的过程.[3]为了理解“通过运动学物理量(位移、速度、加速度等)和图像可以对物体的运动进行描述”这个单元大概念,学生层面的核心问题可以设置为：如何描述物体的运动?

在设置核心问题的基础上,进一步分析可以确定出核心问题的表现层次(具有内在联系的子问题群)：① 如何准确地描述一个物体的位置?② 物体位置的变化如何准确描述?③ 如何去描述物体位置变化的快慢?④ 如何去描述速度变化的快慢?⑤ 如何利用图像直观地表示或描述位移、述速度、加速度这3个描述物体运动的基本物理量?⑥ 利用哪些技术手段可以测量物体运动的速度?

2.4 活化大概念——设计核心任务、子任务

核心任务是为了让学习者更好地理解单元大概念和回答核心问题,设计一个贯穿整个单元学习的驱动型表现任务.[3]在依托真实有效情境下创设的核心任务驱动下,学习者能主动、深度参与学习过程,在发现和解决问题的过程中不断提升学科思维品质及分析处理复杂问题的素养水平.在这个过程中大概念使得学生思维超越了具体的事实和活动,从而达到更高的层次.

对电影《流浪地球》的解读是当下社会文化热点,考虑绝大多数学生已有的观影体验,“运动的描述”单元主题的核心任务可以设计成：对“流浪地球”计划执行过程中地球的流浪之旅进行描述,并在运动学层面论证这一计划相应部分的可行性.

很多情形下,还需要为学生提供不同的系列子任务(预期的学习结果),让其在一个明确逻辑推进的过程中,通过不断突破子任务从而最终更好地完成核心任务.因而,“运动的描述”单元主题的子任务可以如下设计：子任务1.地球位置的定量描述;子任务2.地球位置变化的描述;子任务3.地球位置变化快慢的描述——速度;子任务4.地球速度变化快慢的描述——加速度;子任务5.用图像描述速度、加速度;子任务6.用技术手段测量速度的原理和方法.

明确了单元核心任务和子任务,依据教学实际,可以确定适应真实课堂需要下的分课时划分如下：(1) 物体位置的定量描述;(2) 物体位置变化的描述;(3) 物体位置变化快慢的描述——速度;(4) 物体速度变化快慢的描述——加速度;(5) 用图像描述速度、加速度;(6) 用技术手段测量速度的原理和方法;(7) 学生实验——测量做直线运动物体的瞬时速度.

2.5 解构大概念——设计与子任务达成、表现性评价指标一致的教与学活动序列

预期的学习结果(子任务达成)、表现性评价指标、与评价指标一致的教与学活动序列这3者一致的设计过程,是在课堂教与学设计层面对单元大概念的解构过程.

整个单元与相应分课时的内容线索和内容结构呈现方式决定它们设计的逻辑思路.“运动的描述”单元设计整体上依照论证式思路推进,但分课时设计的呈现逻辑又有不同,注重学生在学习过程对课时核心概念的自觉构建与理解这一论证式思路在前4个分课时中体现较为明显(如表2中的课时1),“以终为始”这一逆向设计思路在后面3个分课时中体现得更为突出(如表2中的课时6).

表2 “运动的描述”单元整体呈现下体现“学—评—教”高度一致化的教与学活动序列设计(部分)

2.6 建构大概念——设计“学—评—教”一体化大单元教学的实施路径

在大单元整体教学设计基础上对其实施路径进一步设计,是大单元教学预期效果达成的关键,是大概念在课堂层面实现建构的实践保障.设计“学—评—教”一体化大单元教学的实施路径,至少需要在以下3个方面进行思考与探索实践：(1) 子任务的有效达成需要通过一定的逻辑推进方式在真实的分课时课堂中开展相应的教与学活动序列,也就是说大单元教学实施需要如主题化、项目式学习等综合性教育活动的路径支撑.(2) 大单元教学设计对于教材编写内容的呈现顺序会有相应的改变与补充调整,因此在创造性使用教材的基础上,学科大单元教学的实施还需要相应的实施工具载体(如学生立场的学本、助学案、项目推进案等).(3) 学科大概念统整下的单元教学实质上是为了促进学生更高质量的深度学习,大单元教学在课堂上的有效开展需要一定的技术实施方法(如参与式教学、探究性教学、整合性教学等教学组织方法).

2.7 评价大概念——学生学习过程与结果的一体化评估、评价

“目标—评价—教学”三位一体是单元教学的一项重要指标.该指标要求大概念教学的最终成效需要通过可靠的、可达成的、可操作的、可检测的评估证据对学习者的学习过程与学习结果达成情况进行科学的度量.

依照前文关于单元教学实施路径的探讨,对学生学习过程性评估至少要落实以下几个环节：① 学生结合课时学习前下发的分课时评价指标,对照教与学活动序列推进,对预期学习成效(子任务达成情况)进行自我评估;② 在单元学习结束后,与学生交流、汇报、展示及分享其核心任务完成情况的基础上,通过学生自评、成员互评、教师点评等多种不同的方式,对核心任务的完成情况进行表现性综合评估;③ 通过科学合理的评估量规对子问题——核心问题解决、核心大概念建构与理解进行表现性评估.在学生经历整个单元学习以后,学习结果性评价主要通过指向核心素养、促进单元整体目标达成的单元设计作业与学业质量水平考试这两种方式,对学科具体学业质量达成、单元学习目标体系完成与学科核心素养的落实情况进行评价.

以学科大概念为核心的大单元教学设计与实施,是一种通过教师教学方式变革和学生学习方式变革相互逆向推进,进而促进两者向更高层面不断发展的、反映教与学真实本质的过程.评价活动可以为学生提供具体的、及时的、有指向性的反馈,促使其不断变革学习方式,从而更好促进学科核心素养的有效落实,实现以评促学的目的;另一方面,结合学生学习过程性评估与学习结果性评价,教师对单元教学整体实践过程复盘反思,可以进一步修正单元教学设计、调整自身教学行为、适时变革教学方式,实现以评促教的目的.