初中物理电学单元教学设计中的内容统整与边界把握

任晔

江苏省锡山高级中学实验学校，江苏 无锡 214177

传统以课时为教学时间单位的教学设计容易产生“只见树木不见森林”的问题，不利于知识体系和学科观念的整体建构。基于学科核心素养建构教学单元，进行单元教学的整体设计，是课堂教学转型的核心。单元设计的基本路径是基于课程标准，划分单元，制定单元学习目标和评价建议；立足教材，编制课时计划，明确课时目标；指向学生的学习，设计学习活动[1]。内容统整贯穿于上述路径的全过程，既是单元设计的典型特征，也是单元设计的关键技术。内容统整的策略有哪些？如何科学把握教学边界？本文以初中物理电学教学为例，做简要探讨，供同行们商榷。

1 传统课时教学的弊端分析

陷于碎片化知识的课时教学，不利于学生对学科的结构化认知，更不利于迁移应用等问题解决能力的培养。尤其在忽视学生认知心理逻辑的情况下，急匆匆地对具体知识点深挖硬套，危害极大。比如，笔者常常留意到，在“电路初探”的教学中，学生或许才刚掌握连接简单电路的基本技能，对电流的路径刚有初步的识别能力，教师就迫不及待地编制大量“电路故障”分析的高难度习题，导致学生以为电学太难，逃而离之。

传统的课时教学难以实现“知识中心”到“素养中心”的转变，主要原因有以下两点：

一是忽视内容呈现的时机。诸如“电路故障”“电表的电阻”等内容在初中物理教材中没有明确的编排，教师为了让学生顺利完成习题，在学生不具备相关知识储备的前提下就匆匆灌输。这种处理方式在教学实践中还比较普遍，因此教师有必要认识到“学习是一个缓慢的过程，应不断接近真相，不断拓展边界。”

二是忽视知识之间的联系。传统的课时教学囿于课时核心任务，容易忽视课时之间的关联，导致知识割裂。认知心理学研究表明，知识只有从碎片化走向结构化，才能在真实问题情境中实现迁移应用。比如，老师们常常将“并（串）联”和“并（串）联电路”混为一谈，导致学生对局部电路的连接方式把握不准，对完整电路的电流路径识别不清。

因此，有必要针对以上症结，在单元的全局视角下统整学习内容并把握课时教学的边界。

2 单元学习内容统整的策略

在进行单元统整时，需围绕一个“中心”来组织学习内容。这个“中心”可以是“项目”，以任务为主线，在真实问题解决中发展科学探究能力；也可以是“大概念”，以意义的联结为线索，在解释较大范围的现象过程中逐步形成物理观念。在跨单元学习中，还应将新学习的物理概念或规律用于解释已有经验，从而升华认知，实现学习进阶。不管采用何种策略整合单元学习内容，“学科核心素养”都是共同的追求与最大的优先事项。

2.1 围绕“项目”统整单元内容

单元，通常有相应的学习主题，从而为“项目学习”的开展提供了资源支撑。

以《欧姆定律》单元为例，围绕项目“设计和制作一个模拟的调光灯”将单元内容统整如图1：

图1 《欧姆定律》单元项目学习路线图

在上述路线图中，单元学习内容统整于“设计和制作一个模拟的调光灯”项目下，从定性探究（影响电流大小的因素）走向定量探究（欧姆定律），从理论探索走向实践制作。通过每一节课的学习，解决项目中对应的一个小问题，从局部突破走向整体解决。在项目学习过程中，学生像科学家一样探索 （科学探究）、像工程师一样思考（程序思维）。

2.2 围绕“大概念”统整单元内容

物理概念反映了大量物理事实及物理现象中最本质的、最抽象的属性。同时，物理概念又是物理规律学习的基础，因为物理规律本身就表达了有关物理概念间的相互联系和数量关系。因此，学生只有理解物理概念，才能更好地理解物理事实，掌握物理规律和原理，提高分析和解决实际问题的能力。

以《电功和电热》单元为例，“电能”是核心概念，以“电能”为中心对单元学习内容加以统整，统整辐射图如图2所示。

图2 《电功和电热》单元大概念辐射图

以大概念为中心统整单元内容，有两大优势：

一是可以使课时目标更为清晰：15.1了解测量电路消耗电能的仪表——电能表，会用电功公式计算电路消耗的电能；15.2理解描述电能消耗（电流做功）快慢的物理量——电功率；15.3了解电能转化为内能的现象，探究影响电流热效应的因素；15.4了解家庭电路的组成和安全用电常识；综合实践活动——通过调查研究，掌握降低能耗的方法，养成节能的意识。

二是从不同维度用小概念完成大概念的拼图，有利于学生自主建构认知的图式。通过单元的学习，学生感受到科学概念是有层级的，一个概念可以从多个角度加以认识，逐步把用于解释小范围现象的概念发展成适用于较大范围的大概念。概念的层级越高，其适用范围越广，表现形式就越抽象，也更能集中反映一定的物理观念。

2.3 解释已有经验，实现跨单元的学习进阶

单元是课程单位和学习单位，因此，单元的结束并不意味着相关主题学习的终止。多个单元的学习经历，恰恰是学习进阶的过程。经历新的单元学习后，应适时地回望前期单元，对相关的延伸问题加以探讨，把对相关问题的认识从“了解”上升为“理解”。

以《欧姆定律》为例，可以利用电流与电压、电阻的定量关系，解释《电路初探》的相关问题。

问题1：如图3所示电路中，取下L1，将观察到何种现象？

图3 串联电路和并联电路

解释：如图3，取下L1，则该处电阻无穷大。在串联电路甲图中所以两灯同时熄灭。在并联电路乙图中，灯L1熄灭，而I=12保持不变，故L2仍发光且亮度几乎不变。

问题2：如图3，甲图中两灯均不亮，电压表V1有示数，V2无示数，请分析电路故障。

解释：电灯均不亮，表明串联电路中某处断路。当L1断路时，该处电阻无穷大。根据分压公式可知：此时V1有示数且等于电源电压，V2无示数。

通过跨单元呼应，可以使原有的朴素经验上升为科学认知，感受到意料之外的现象都能用情理之中的规律加以解释。诚如爱因斯坦所言：“自然的最不可理解之处在于它是可以被理解的。”

3 课时教学边界把握的规约

单元整体教学并非彻底打破课时计划，教学活动仍是以课时为时间单位组织的。在进行单元统整时，要合理把握课时教学的边界：不简单重复、不随意拔高、不机械整合。

3.1 不简单重复

课堂实录1（片段）：探究通过导体的电流与电压、电阻的关系。

猜想：通过导体的电流与哪些因素有关？

尝试：改变电路中电流的大小。

方法一：改变电池节数（电压）。

方法二：更换接入电路的导体（电阻）。

初步结论：影响电流的因素有两个——电压、电阻，电压越高、电阻越小，电流就越大。

这段活动在“14.1电阻”中已开展过，学生已经对影响电流大小的因素有了定性认识。引入活动应通过问题情境切入研究主题，指向电流与电压、电阻的定量关系研究。

优化建议如下：

情境创设：在调光灯电路中，如果电源电压大于灯泡允许的电压，就需要串联一个定值电阻，如何选择这个电阻？

切入主题：要解决这个问题，我们必须了解电流与电压、电阻之间的定量关系。

在单元教学中，时常需要调动已有经验，但做的是唤醒而非重复，或引发认知冲突，或深化延伸。例如，“电功率”教学时，与比值法建立“功率”概念相类比，实现思维迁移。再如，“探究熔丝熔断的原因”时，借助焦耳定律和欧姆定律分析论证，实验与理论相互印证，突出推理和论证思维。

3.2 不随意拔高

课堂实录2（片段）：探究通过导体的电流与电压、电阻的关系。

设计实验：为探究电流与电阻的关系，怎样保持导体两端的电压不变？

学生：保持电源电压不变，更换定值电阻。设计如图4所示的电路。

图4 学生设计的电路图

教师：电源也有电阻，更换定值电阻后，电阻两端的电压会随之改变。

初中阶段不考虑电源内阻，全电路欧姆定律是高中阶段的学习内容。教师在教学中随意拔高，看似回应了学生的问题，实则弊端多多。如此处理，颠覆了学生刚刚建立起的有关电路的初步认识，旧困未解又添新惑。但学生提出的问题又具有典型性，有必要当堂解决，理论说不清时应拿起实验的武器。

优化建议如下：

演示：连接图4所示的电路，将电压表与定值电阻并联，当接入5 Ω的定值电阻时，电压表示数为2.3 V；当接入20 Ω的定值电阻时，电压表示数为2.5 Ω。

以实验事实为准绳，学生观察到接入不同阻值的定值电阻时其两端的电压并不相等。于是进一步讨论，需再串联一个滑动变阻器，通过调节滑片使电阻两端的电压一定。至于电源内阻，教师可以“看破但不点破”，让学生带着这个疑问在高中阶段进一步探究。再如，初中阶段不建议推导并联电路的总电阻公式。

3.3 不机械整合

在完成《电功和电热》单元学习后，某教师布置了课外调查作业：（1）调查当地近年来人均使用电能的变化，讨论它与当地经济发展的关系。（2）调查峰谷电、阶梯电价等对居民用电习惯的影响。

设置综合实践活动的本意是让学生获取并整合经验，学会研究、学会解释生活现象。但这个课题在内涵上缺乏“物理味”，更接近社会学、经济学的范畴，不宜机械整合。

优化建议如下：

对家庭用电的调查研究：（1）调查家庭用电线路：画出电路图，标明各元件的名称与规格；（2）估测各用电器的实际功率；（3）拓展研究：①节能灯和白炽灯耗能情况的比较研究；②电视机、空调等用电器处于待机状态时的 耗能情况研究；③夏天，将空调的制冷温度调高2℃对耗能的影响。

问题1侧重物理观念，即用物理语言描述物理事实；问题2突出科学探究，强化使用测量工具的技能，用物理公式（原理）指导、制定合理的测量方案；问题3对科学思维和探究能力要求较高，研究结论有助于科学态度与责任的培养。

结语：单元设计注重在单元体系下将“目标、教学、评价”整合成三位一体，“整合性”是单元设计最重要的指标。这种“整合性”引申出单元设计的“三重心”——目标的设计（明晰单元目标）、方法的设计（聚焦知识建构）与评价的设计（有效反馈信息），这其中最难操作的正是教学内容的整合。围绕“项目”“大概念”整合教学内容是世界课程发展的主流，有利于学生学科核心素养的发展。在对教学内容整合时，要遵循教学常识，形成课时教学边界的规约。