基于物理学科核心素养的单元教学设计

徐国萍

摘 要： 有关“核心素养”的讨论是近几年基础教育界的一个热门话题，如何在教学中落实核心素养更是广大一线教师关心的问题.笔者在实践基础上，以“电流和电路”为例，就单元设计在落实核心素养方面的意义和作用、落实核心素养的方法上进行了具体的分析和探究.

关键词： 核心素养;物理;单元教学设计

2014 年，教育部研究印发《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》提出“教育部将组织研究提出各学段学生发展核心素养体系，明确学生应具备适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”.构建核心素养框架，建立各学科、各年级的学生发展核心素养体系已成为深化课程改革，推行素质教育的基本要求，也成为提升我国教育国际竞争力，落实立德树人根本任务的迫切需要.2017年，我国提出了中国学生发展核心素养体系，核心素养被界定为“学生应该具备的、能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”.传统的课堂教学将基础知识和基本技能的培养作为课堂的主要目标，教师只需考虑课时计划即可，而核心素养的提出告诉我们课堂教学要在培养学生基础知识和基本技能的过程中，强化学生关键能力的培养，这就需要教师依据核心素养进行系统的设计——单元设计.正如我国科学家周光召提出的：“科学教育不应该传授给孩子支离破碎、脱离生活的抽象理论和事实，而是应当慎重选择一些重要的科学观念，用恰当、生动的方法，帮助孩子们建立一个完整的对世界的理解”.单元设计在一定程度上为物理学科核心素养的落地提供了土壤，一定程度上改变了传统教学中偏重碎片化的知识点传授.笔者以课标中“电流和电路”的内容为例，依照物理核心素养要求，积极探索基于核心素养导向下的单元教学设计.

首先，用思维导图确定本单元的主要内容及它们之间的关系如图1所示.

其次，根据思维导图，以电流为中心，从电流的形成、电流的概念、电流的测量和电流在电路中的规律不同角度进行设计，确定单元教学主题和课时安排：（1）两种电荷及电荷间的相互规律是什么？（1课时）.（2）电流及电流的形成条件是什么？（2课时）.（3）如何测量电流的大小？（1课时）.（4）什么是串联电路和并联电路？串联电路和并联电路中电流的规律是什么？（2课时）.

素养是在特定情境下，或者是经历了一系列不同的情境后，个体建立起来的、能够灵活运用这些东西和当下情境建立关联的那个东西.单元设计的每一部分既相对独立又与其他内容相联系，每部分设计都按照“由终而始”的逆向设计思路，首先确定主题和目标，然后设计目标的评估和评价活动，最后设计特定的情境活动去实现目标.基于以上思考，本单元具体教学设计过程如下：

1  两种电荷及电荷间的相互作用规律

1.1 创设情境，引出研究问题

演示实验：用毛皮摩擦后的橡胶棒靠近肥皂泡;丝绸摩擦后的玻璃棒靠近金属薄片（如图2所示）.

师：同学们看到了什么现象？

生：摩擦后的塑料棒和玻璃棒能够吸引一些轻小物体.

師：摩擦后的物体能够吸引一些轻小物体，我们就说摩擦后的物体带了电.你在生活中也有过类似的发现吗？

生：梳头发时，梳子吸引头发;纸张摩擦后相互吸引等.

【设计意图】体现从生活到物理的课程理念，从神奇的实验现象出发，激发学生的好奇心，引出研究的静电问题，让学生在观察实验的基础上进行归纳和分析，进一步得出初步结论;同时通过让学生举例的活动，既了解了学生原有的认识，又引导他们把所学与日常生活联系，强化物理知识与实践情境的关联.

1.2 动手实践，丰富感性认识

活动一：用提供的细线、通草球等器材，自制一个检验物体是否带电的器材（如图3所示）;通过实验用自制器材检验几种摩擦后物体是否带电.

【设计意图】通过用生活中的器具做物理实验，加强物理知识与生活的关联.通过学生自制简易验电器的过程进一步理解静电的产生条件和检验方法，同时为后面研究电荷间的相互作用规律做铺垫，学生将利用自制的验电器探究电荷的种类和电荷间的相互关系，自然而然的建立目标间的联系.

1.3 科学探究，探寻概念和规律

活动二：利用自制的验电器，检验丝绸摩擦后的玻璃棒和毛皮摩擦后的橡胶棒带电种类是否相同.

实验现象记录情况如图4所示：

根据实验现象和记录，分析、归纳初步结论：丝绸摩擦后的玻璃棒和毛皮摩擦后的橡胶棒带电种类不相同，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引.

活动三：利用自制验电器，检验其它摩擦带电物体所带电荷种类与前面两种是否相同.

使与头发摩擦后的塑料尺分别靠近图4乙和丙所示实验中的带电小球，发现与乙实验中小球相吸，与丙实验中小球相斥.（不同小组提供物体进行类似实验）

各组展示交流，经历初步归纳，拓展到科学家大量实验得出结论：自然界只有两种电荷，正电荷和负电荷.丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷叫正电荷，毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷叫负电荷.

【设计意图】精心设计探究活动，以学生的学习活动为主，关注小组学习活动后的交流展示使学习成果整合，提高体验学习的效率.两个活动都有明确的目标，驱动活动向前推进，另外通过活动让学生亲历过程，有所体验，在活动中进行观察、分析、归纳，渗透物理科学方法，使学习更加深刻.

1.4 科普阅读，拓展原子内部结构、摩擦起电原因知识内容

科普文章：通常情况下，原子核所带的正电荷与核外电子带的负电荷在数量上相等，整个原子不显电性.有些物体的原子核对电子的束缚能力强，有些物体的原子核对电子的束缚能力弱.当两个物体摩擦时，原子核对电子束缚能力强的会把原子核对电子束缚能力弱的电子“抢”过来，这样，原子核对电子束缚能力强的原子就有了多余的电子带负电，而原子核对电子的束缚能力弱的就失去了电子带正电.摩擦起电不是创造了电，而是电子发生了转移.

阅读短文，回答问题：（1）丝绸摩擦过玻璃棒后，丝绸带电吗？为什么？

（2）丝绸和玻璃棒中，哪种物质对电子的束缚能力强？它带哪种电？

【设计意图】科学素养当中强调培养学生具备独立思考、逻辑推理、信息加工和学会学习等意识和能力.本环节根据学生回答情况，评价学生的通过阅读获取新识与实践经验结合灵活解决问题的能力.

1.5 课后实践，拓展应用

活动四：查找生活中静电的防止和应用与同学交流.

【设计意图】引导学生更加关注现实生活中的相关信息，体现从物理到生活理念，同时通过学生的调查结果反馈评价学生对以上内容的学习效果.

2 电流的概念和电路

2.1 创设情境，激发进一步学习欲望

演示实验：野外训练，需要用火，而你没有打火机等设备，只有一个手电筒和一些口香糖纸，你将如何获得火呢？用口香糖纸连接电池正负极使纸燃烧.

师：为什么纸条会燃烧？通过今天的学习，同学们就会明白.需要强调的是像这样用导线直接把电池两端连接的做法，在一般情况下既损害电源，又容易发生危险，正常实验时是不允许这样做的.

【设计意图】创设激发学生想象的有意义情境，同一个实验对我们来说有利有弊，学会辩证的看待事物.通过实例认识到短路危害，避免死记硬背相关实验注意事项.）

2.2 任务驱动，通过实验进行探究

活动一：（一组）怎样做可以让灯泡发光，器材如图5所示.

（二组）怎样做可以让LED灯发光，器材如图6所示.

两组同学展示交流：通过观察、分析、归纳，找到让小灯泡和二极管发光的电路的共同特点，一是电路中有电池（电源），二是电路是闭合的，得出电路中有电流.

通过对比，分析：有同学会提出，有时二极管不发光，当换了电源的正、负极连接方向后，二极管就发光了，根据二极管单向导电特点得出电流是有方向的，在电源外部，电流从电源正极流向负极.

师：一个电路至少由哪些元件组成？

生：电源、开关、用电器、导线.

师：根据实验，板演小灯泡发光的电路图的画法（如图7所示）.

【设计意图】本部分的设计从事实出发，让学生经历实验探究过程，通过观察、分析和归纳等方法得到电路的构成等概念，渗透科学素养的学习观.针对学生的思维点设计让二极管发光实验，得出电流是有方向的结论，为学生学习提供资源支持.

2.3 评估检测，通过新的任务检查对电路的认识和连接电路方法掌握情况

活动二：设计、连接电路让小风扇转动.

要求：先画出设计电路图，然后按图连接电路，进行实验验证.

【设计意图】教学的过程既是学习的过程，又是评价的过程.从学生的反应来评价教学的有效性，通过让小风扇转动电路的设计和连接，考察学生对电路连接和电路图的掌握情况，评估前面的教学活动效果.）

3 电流的测量

3.1 联系前知，提出新的问题，牵引进一步学习

师：展示学生连接过的三个电路，用电器工作时，通过小灯泡、二极管和电动机的电流大小相同吗？

生：有电流通过，但不知道电流大小.

今天就学习一种测量电流大小的仪器.

【设计意图】在前面学习基础上，利用熟悉的实验情境，提出进一步深入思考的问题，渗透透过现象进一步观察思考的意识

3.2 任务驱动，通過实验进一步探究

活动一：认识电流表（接线柱、量程、读数方法.）

活动二：按要求连接电路（要求：电流表测量通过灯泡L1的电流.在图8中用笔画线把电流表连接到电路中，并标出电流方向.）

活动三：给电流表写一个使用说明.

【设计意图】通过三个活动，开展“使动式”的教学.把抽象的目标用学习行为表达出来，“认识”、“连接”、“写”这些动词引导学生认知、分析和联系概括综合解决问题，通过实验探究活动，让学生在做中学，学习的过程也是评估的过程，既评估了学生对电流表的了解情况，也为后面使用电流表研究串、并联电路规律做好能力与方法的准备.

4 串连电路和并联电路中电流的规律

4.1 复习旧知，创设情境，引出进一步研究问题

活动一：（1）按图9所示电路图连接电路使小灯泡发光.

（2）再给你一个小灯泡，连接在电路中，使开关闭合后，两灯都发光，如何连接呢？

（首先设计电路图提出方案、然后进行实验验证）

学生展示交流：

两种连接方法都可以让小灯泡发光，如图10、11所示.

师：像图10这样把元件依次连接起来的电路叫串联电路，图11这样将几个用电器的一端连接在一起，另一端也连接在一起，再接入电路的，叫并联电路.两个电路有什么不同呢？把电路中其中一个小灯泡取下来，另外一个小灯泡还发光吗？

生：在串联电路中，一个小灯泡处断开，另外一个小灯泡也不亮了;在并联电路中，一个小灯泡处断开，另外一个小灯泡依然可以发光.

【设计意图】以学生为中心，根据学生在活动中出现的情况、遇到的问题开展进一步学习活动，符合学生开展活动的情境逻辑.）

4.2 分组进行实验探究

活动一：（一组）串联电路的电流规律;（二组）并联电路的电流规律.

提出问题：如图12所示，在串联电路中，A、B、C三点的电流有什么关系？

如图13所示，在并联电路中，A、B、C、D四点的电流有什么关系？

提出猜想并设计实验检验，按电路图连接实物，进行测量和记录.

根据数据归纳结论：串联电路中电流处处相等，即IA=IB=IC;并联电路中支路电流之和等于干路电流，即IA+IB=IC=ID.

【设计意图】抓住探究式教学的特征，首先把问题转化为可探究的具体问题，围绕具体问题，给学生提供资源支持，通过实验收集数据，进一步分析数据，获得证据得到结论.采用多种评价方式，特别是过程性评价，让学生用数学语言和公式去表达研究的结果.

综上所述，单元教学设计在一定程度上为核心素养的落实提供了条件，在本设计中，突出了单元设计的系统性，整体上从事实情境到概念，过程中渗透科学方法，本文虽没有全面陈述教学活动细节，但每一部分都从目标出发设计活动，使目标间联系更突出，教学方法更明晰.值得一提的是：本设计使情境作为核心素养发展的载体，在活动中通过多种方式进行评价，策略和方法更突出，更具有可操作性.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学，2012.

[2]苏明义.新版课程标准解析与教学指导（初中物理）[M].北京：北京师范大学，2012.