单元设计指向核心素养，实践创新水到渠成

杭建英

摘 要：单元设计考虑学科的逻辑性与学生认知特点的融合，渐进建构核心概念形成物理观念；关注学生学习的过程，通过过程保障学生体验的发生，逐步提升学生的思維能力；教学过程渗透常态理念、建模思想，发展实践创新能力，发展物理学科核心素养。

关键词：单元设计；物理观念；核心技能；建模；实践创新

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）4-0073-5

“苏科版”《物理》教材设置“综合实践活动”栏目，提供创新性的研究课题，鼓励和引导学生采用多样化的学习方式和多途径利用教学资源，让物理知识的学习更贴近生活。内容具有一定的综合性，与生活和社会有较紧密的联系，有利于发展学生的个性和特长。它能使学生经历相对完整的探究过程和获得开放性的技术训练，从而培养创新意识、提高实践能力。显然它不是一个简单的课题，它的教育价值也很难在一堂课上得以充分体现。它应该是学生通过一个单元的学习，实现了对知识的渐进建构、掌握了必备技能及足够强烈的探究兴趣之后，才能较好地开展的综合性的实践创新活动，而这恰恰是物理学科核心素养的要求。因此，要切实有效地开展综合实践活动，教师要从指向核心素养的单元设计开始。

物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面的要素构成。其中，物理观念代表知识的内化与升华，是其他核心素养的基础，科学思维和科学探究是关键能力，科学态度和责任是必备品格。四个方面相互依赖、共同发展。因此，在单元设计时，应围绕这四个方面，构建核心概念，形成物理观念；强化科学思维，发展探究技能；结合生活实际，培养核心品格，才能让实践创新水到渠成。本文以“电路初探”单元为例，对此进行讨论。

1 在活动中构建核心概念形成物理观念，为实践创新储备知识

电，是现代社会须臾不可离的“空气和水”。电路，对学生来说是既熟悉又陌生，时刻看到各种“有电”的现象，却不明白“电”为何物？且常常因各种“有电危险”的警示标志，对“电”敬而远之。因此，关于“电”，学生其实没什么概念，他们只知道“灯亮了”“电风扇转动了”“电脑打开了”……就是有电了。电流真实存在，却难以见到其具体形态。如何才能让学生有实践创新的可能呢？本单元活动丰富，层层递进，共有7个活动、2个学生实验和1个综合实践活动。从最紧密的生活现象开始熟悉用电器，通过拆接手电筒了解电路的基本组成，知道用电器工作是因为有电流流经用电器；尝试让1个灯亮起来，深度观察各电路元件的构造，知道如何形成通路；通过让2个灯亮起来，尝试不同方式连接，再探究得出串并联电路电流、电压的特点。在不同活动中使学生逐步认识了电流，在认识电流的过程中为了帮助学生建构电流的概念，我们通常将“电流”与“水流”相类比。当学生将电流与生活中常见的水流相类比时，又容易产生几种错误的理解。

1.1 误以为电流的产生有先后

信息快递理论告诉我们当直流电源对用电器供电，电流的方向是由电源的正极经用电器到负极。这里很明确地指出“正极到负极”指的是“方向”，不表示“先后”。学生容易错误地想象成电荷从正极奔流而出回到负极，形成电流。所以教师在类比时，要指出电路中充满了电荷，就像水管中充满了水一样，一旦发生定向移动，整个电路同时产生电流。

1.2 误以为电流从正极到负极逐渐减弱

如图1，在“探究串联电路电流特点”时，最直观的方法是三处同时接入电流表，无论两灯规格是否相同，三个电流表示数始终相同，尤其是当两灯规格不同时，引导学生仔细观察，发现两灯亮度其实不同，但电流完全相同。尽管这个现象和他们的前概念有冲突，但事实面前他们还是心悦诚服地接受了“串联电路中，电流处处相等”的结论，再次说明电流不会递减。

1.3 误以为并联支路越多，各支路电流越小

探究“并联电路电流特点”时，学生比较容易通过实验探究得出：并联电路中，干路电流等于各支路电流之和。但知识内化还是需要过程的。虽然能通过实验记住公式和结论，但学生还是容易不自觉地将电流和水流相类比，认为“干路电流不变，支路越多，各支路分到的电流越少”这样的错误观点。这个思维的障碍，在分析论证时，教师可以利用三个电流表同时接入并联电路，设计演示实验来模拟并联支路逐渐增多的过程中干路及支路电流的变化情况（如图2）。

步骤1：只闭合开关S，灯L2亮，A、B两处电流相等，即IA=IB；

步骤2：再闭合开关S1，两灯都亮，且L2亮度几乎不变，电流表A2示数也几乎不变，电流表A3示数变大，此时IA=IB+IC 。

可见，增加一条支路，对原有支路几乎不影响，但干路电流增大了。并联电路中每一条支路都可看成直接与电源相连形成通路的，干路只是各支路的公共通道。

知道“电路”，认识“电流”，并非仅仅指它的定义。物理的特点是，看到一个名词，脑子里反应出的应该是一张图、一个模型甚至是一个具体的动态的过程。如果只是记住几个名词、规律、公式，即便再丰富的活动和实验，也只是机械的识记或是缺乏思考的模拟和操作，学生能力的缺乏必将在实践中显露出来。

2 在反思中提高核心技能，发展科学思维，为实践创新提供能力

在丰富的活动中学生掌握了很多技能：（1）根据实物电路，能用规定的电路器件符号画出简单电路图；（2）能看懂串、并联电路图，并连接实物电路；（3）会正确使用电流表、电压表。但是，在这一系列的活动中，学生一定也遇到了不少问题。例如，有时灯不亮，有时电表没有示数等。有的学生可能一堂课下来，因为各种原因电路都没连接成通路，既没得到及时的帮助，自己也找不出原因，更没有兴趣去自主探究与创新。所以，教师在教学过程中不仅要及时关注他们的探究行为，引导学生反思、总结并及时给予诊断分析，也要将促使实验成功的技能逐步渗透在教学过程中。主要提倡两种方法。

2.1 用导线查断路故障

其实，其原理很简单，就是用一根完好的导线去替换电路的各组成部分，直至形成通路。学生完全能接受，并且一旦他们自己查出问题，他们的热情会伴着成就感剧增。实验课上，教师也会比较省心，他们会自信地告诉你，他的电路故障可能是什么原因造成的，需要更换什么，教师只需复查就行。不管正确与否，起码他们敢于去探索了。

2.2 用电压表查断路故障

用电压表查断路故障，操作方便又直观，且电路安全，不会形成短路。首先，电压表与电源并联，测是否有电压；然后，将电压表与电路各组成部分并联，当电压表有示数时，即与之并联的部分有断路。

所以，结合本校学生的实际情况，笔者增设了一堂实验复习课，除了复习一些主要实验，另要求学生尝试设置故障，体验查故障。实践下来发现，学生的兴趣很浓，很有成就感，学物理的兴趣也与日俱增。当学生懂得了如何去查故障，不仅发展了他们分析电路的思维能力，并且有助于他们养成坚毅的品格。他们在实验探究过程中若遇到困难，就不会因为沮丧而轻易放弃，一定会在相互协作中试着自己去解决。

3 在拓展中建立常态理念孕育建模意识，为实践创新指明方向

认真研读“苏科版”教材，在单元设计中整体把控教学主线的前提下，大胆尝试拓展，让教师体会到了物理真是越教越有趣。

3.1 水果电池常态取材的优势

教师在教学过程中，要依据教材但不拘泥于教材，教材也给执教者提供了灵活再创造的空间。本章第四节课后“WWW”中，有个自制水果电池的实验，实事求是地说，初三学生迫于学业的负担和压力，他们凭兴趣进行自由创作的空间并不是很大。但这个实验如果不做也很可惜，所以，可以选择演示，作为拓展实践内容之一。

实验室有两个专门的原电池电极，插入梨、柿子等水果中，产生的电压很大，有时可以达到1 V以上，能用0～3 V量程的电压表测量。但是，笔者选用了抽屉里废弃的铜钥匙和一块废铁片零件（如图3），用微电流计测量。学生对实验现象非常新奇：原来电池就这么简单！同时也进一步理解了电池是将化学能转化为电能的装置。教师刻意选择得随意，目的在于潜移默化地影响学生——这些材料你也有，你也可以回去试一试。物理教师一定不能刻板，不能过分在意机械识记的东西，要尽可能地让物理课堂生活化。让学生感觉到生活即物理，物理即生活，建立常态理念。另外，若用专用电极，因为产生的电压较大，当改变电极间距时，由于电压变化量较小，电压表往往无法测出，因而不利于引导学生深入地猜想和探究。

3.2 建模从孩子心底的童话梦开始

環环相扣、层层递进的活动和实验，使学生逐步构建了电路的物理知识，掌握了电路连接的基本方式和基本技能，对“电”也由陌生到熟悉，以至于对电路也产生了一定的兴趣。所以，像“病房呼叫电路”“选答器” 等简单电路都可以在课堂上完成初步的设计。但要引燃学生内心强烈的创作欲望，总还需要关键的一点火苗。

拓展研究中，楼梯灯的设计要用两个单刀双掷开关，这样的开关学生从没涉及过，让他们自行设计也是不太可能。所以，笔者自己设计了一个学生生活中非常熟悉的、内外都能独立控制的“床头灯”的电路模型（如图4）。孕育建模兴趣，从孩子们心底的童话梦开始。课堂教学片段如下：

师：这是一个房间，有一扇窗、一张床还有一盏床头灯。

（仿佛共同步入一个神秘又可爱的童话世界，学生已然愉悦。）

师：如果这盏灯是由一个普通开关控制的话，天黑了，我们得抹黑走到床头，摸索寻找开关……你们房间的灯是这样打开的吗？

生（恍然大悟，有点激动）：不是的！不是的！可以在门外开的。

（教师走到左侧门外，向上拨动开关，灯亮了。）

师：灯亮了，走进房间，接下来准备关灯睡觉了。

（教师走到右侧床边，向下拨动开关，灯灭了。学生非常熟悉这样的场景，都开心地笑了。）

师：这时，你妈妈想来看看你。

（教师又走到左侧门外，向下拨动开关，灯又亮了，学生欢呼。）

有学生开始插嘴：我觉得太刺眼了，又把灯关了！

（教师按学生意思，走到右侧床边向上拨动开关，灯又灭了，学生非常欣喜又好奇。教师重复以上操作，引导学生仔细观察。）

师：同学们！仔细看，仔细想，当两个开关处于什么位置时，灯会亮啊？

（同学们聚精会神，然后发现了。）

生：当两个开关同时拨到上面，或同时拨到下面时。

（教师板画如图5，介绍两个单刀双掷开关。）

师：当开关同时接1和1'或2和2'时，灯就会亮，说明什么呢？

生：内部应该已有导线连接好了。

（教师补画两根导线，连接1、1'和2、2'，然后将此电路模型翻转，向同学们展示其内部连接，同学们欢呼鼓掌。）

师：其实这个电路模型结构也很简单，花个十几分钟时间就可以做好了。同学们，你们想不想试一试呢？你们一定也可以的！下周一单元测验，100分文本测试，再附加10分设计一个电路模型，要求画出电路图及简单的设计思路，自愿完成。利用你们自备的电学盒器材，可以选做书上提供的课题，也可以设计任何你喜欢的电路。可以展示你们独特的个性设计，没有器材的同学也可以选择同学合作完成，可以从模型的科学性、设计的新颖性、工艺水平和演示效果等几方面来完善你的设计。

此时，同学们的眼中放出异样的光彩，那神采也持续地鼓舞着笔者。

4 在评价中拓宽维度鼓励多元智能，为实践创新强化动机

学生的智力是多元的，以一种方式来要求和评价他们真的是不太科学，教师应该发现每一个孩子的可爱之处，不以分数给他们贴上标签。另外，在分数不可回避的前提下，教师也应尽可能给他们更多展示自己与众不同某一方面思维特征的机会，对他们的个性和特长给予肯定和鼓励。

所以，教师要多方面鼓励孩子：（1）不要有压力，做自己喜歡的东西就行；（2）每个人擅长的思维不同，有人擅长严谨的逻辑推理、理论分析，可能你是个不拘小节，更喜欢灵感和创意的人；（3）不要觉得难以创新，哪怕是个简单电路，你也可以从制作工艺、设计细节等方面来完善。即使是一样的电路，不同的人做出来的东西一定是不一样的。

内在强烈的兴趣和外因分数的激励，强化了学生的创作动机。跟学生的作品相比，笔者制作的电路模型不过是个小小的引导而已。学生的创意真是喷薄而出，远远超出了笔者的想象。我们的学生不是没有能力，只是少有展示的空间和机会。他们创新的热情与个性让笔者感动，激动了很久。不过三五天的时间，他们交出了六十几件作品。有的电路相当复杂，甚至超出了目前的知识水平，说明他们有兴趣自己去探究了。所以说，一旦内在兴趣被点燃了，思考是无处不在的。以下简单展示几件学生作品：

作品一（图6）：利用单刀双掷开关改变电源电压（探究串并联电路时，多次实验的方法之一，改变电源电压），设计的两档台灯，利用所学知识，思路新颖，也注重细节设计，台面上还利用“光的直线传播”映出两棵椰子树的影子。

作品二（图7）：温馨的楼道灯设计，利用两个单刀双掷开关，生动简洁，有很强的情境感，富于联想。并有一句颇具人文气息的配词“世上最美好的便是回家的路”，很能打动人。

作品三（图8）：一个简单实用的手电筒。平日电池电量充裕时可将单刀双掷开关向左闭合使用。电池电量所剩无几时，可以将开关向右闭合，通过手摇发电机发电，手电筒即可使用。单刀双掷开关用得巧妙，设计新颖，效果也不错。虽说知识点超前了，但通过他的自主学习和探究，他做到了。

指向核心素养教学观的终极目标应是把学生培养成掌握必备观念和技能、思维灵活自由、具备协作创新能力的人。确保综合实践活动能切实有效地开展是单元教学的终极目标，也是教学有效性的充分体现。所以，教师单元设计时要注重学科知识的内在逻辑性与学生认知特点的融合，使学生顺利实现核心概念的渐进建构，渐次形成物理观念；同时，通过活动和实验教学关注学生学习的过程，发展核心技能，指向核心素养。通过综合实践活动，让绝大多数学生体验了创作的乐趣、培养了持久的物理学习兴趣、感受到了自身的成长。

参考文献：

[1]刘炳昇，李容.物理教师教学用书（九上）[M].南京：江苏凤凰科学技术出版社，2017.