单元设计理念下的物理综合实践活动设计

摘 要：在综合实践活动的设计中，采用基于理解的逆向单元教学设计策略，课堂实施的环节中，通过问题驱动，学生主动进行探究，生成成果，并在探究过程中明晰单元的核心概念以及单元知识结构，完成知识建构。在探究的过程中，学生将本单元学习到的知识与技能运用到解决“真实性”问题的活动中去，实现学习的进阶，最终实现学生物理学习兴趣的激发与物理学科素养的发展。

关键词：初中物理;综合实践活动;单元设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A

单元设计被认为是核心素养时代整合和落实课程目标的关键，是走向深度学习的有效途径，是撬动课堂转型的一个支点。做好单元设计有助于学生在物理学习中整合自己所学的学科知识，同时也有助于学生提升解决问题的能力[1-2]。由于项目式学习使用真实情境作为载体，以一系列驱动性问题促使学生进行主动探究，自主完成成果生成，自主完成知识建构的过程，同时，项目化学习过程具有“培养高阶思维、促进知识内化、开发学生头脑和激发学生科学态度与责任生成”等优势，因此被认为是触发深度学习的重要途径[3]。

单元设计理念下的综合实践活动设计，针对学生设计和制作的项目产品，教师采用“以终为始”的教学设计思路，基于学生设计的作品与本单元的内容与目标，设计一系列问题。通过这一系列问题驱动学生，实现深度学习，下面以“设计和制作一个简易调光灯”这个课堂实例，详细阐述单元设计理念下的综合实践活动设计。

一、“以终为始”的教学设计

《追求理解的教学设计》[4]中提出了UbD（Understanding by Design）逆向教学设计框架，该框架包含了三个阶段：阶段1—预期结果;阶段2—评估证据;阶段3—學习计划。

下表是根据UbD逆向框架对综合实践活动“设计和制作一个模拟的调光灯”进行的教学设计。

二、单元设计理念下综合实践活动的实施过程

（一）情境与问题 有效激发学习的热情

[教学片段1]

师：（播放zealer视频，实物展示小米分段式调光灯）

在本节课之前，老师向学生说明本次活动的任务是设计和制作一个模拟调光灯，学生利用所学知识设计电路图，并制作实物。

师：在课前，我们班已经有五位制作人，制作出了调光灯，我们先让他们来展示一下自己的调光灯。

生：展示自己制作的调光灯和设计的电路图。

师：他们制作的调光灯的调光方式是否相同？

生：不同。

师：我们把连续调光的方式称为“无极调光”，不连续调光的方式称为“档位分段调光”，我们能不能将他们制作的调光灯分分类？

生：2个分段式调光，4个无极调光。

师：这两类台灯的亮度都可以调节，是整个电路中哪一个物理量发生了变化呢？

生：电流。

[教学意图]

测评视频是目前的一种潮流，通过播放这种与学生生活紧密联系的潮流视频，激发出学生的探索欲望与学习热情，基于学生已设计出的电路图，明确调光灯的调光原理是改变电路中的电流。

（二）观察与分析 分析结构与排除故障

[教学片段2]

四名学生组成一个小组，每小组提供：电池四节（6V），小灯泡（2.5V 0.3A）两个，滑动变阻器、开关两个、单刀双掷开关一个、灯座两个、铅笔芯2组、电压表一个、电流表一个、导线若干。

师：（展示两个设计者的方案，如图1）这两种方案是如何改变电流大小的？

生：使用阻值不同的定值电阻。

师：他们选用的电路元器件的规格正确吗？如何验证？

生：欧姆定律。（学生计算并判断）。

师：相对于1方案，2方案有哪些优势？

生：有保护电阻，保护电路。

师：保护电阻是如何起到保护作用的？

生：如果没有保护电阻，支路中的电阻短路时，小灯泡两端的电压过大，会烧毁灯泡。

师：还有其他优势吗？

生：使用了单刀双掷开关，可以连续转换接入电路的电阻。

师：单刀双掷开关相当于生活中的三档式开关，借助多档式开关，我们可以连续转换电路连接形式或者更换接入的用电器（展示GIF动画），除了三档式开关，我们生活中还有很多种不同的多档式开关。

[教学意图]

欧姆定律是本章的重点与难点，在评价学生制作产品的过程中，通过学生的小组合作，引导学生根据已学知识判断电路元器件的规格是否正确，发现未加入保护电阻等一系列问题。在这种“真实”的情境中，学生应用欧姆定律来解决问题，加深了学生对于欧姆定律的理解，同时也给设计、制作产品的同学修正自己的产品提供了依据。

（三）实验与选择 探究元器件的调节精度

[教学片段3]

师：我们有一位同学，使用铅笔芯制作了调光灯，铅笔芯能够调光的原理是什么？

生：改变接入电阻的长度，改变电阻的大小，从而改变电流。

师：铅笔芯有很多不同的种类（展示2H和HB），你采用的是哪一种笔芯？

生：14B。

师：你为什么采用14B的笔芯呢？

生：灯的亮度变化比较明显。

师：你们觉得是由什么因素造成这种情况的？

生：铅笔芯的阻值不同。

师：下面请同学们设计电路，测出2H和HB铅笔芯的阻值。

生：（设计电路并测量阻值）。

师：（展示学生测量结果）从中你发现了什么？

生：铅笔芯的阻值不同，说明可以调节的范围不一样。

师：在实际电路中，我们为什么常常选用滑动变阻器而不是铅笔芯呢？

生：铅笔芯易断。

师：有没有其他的原因呢？

师：我们用Ω/cm来表示调节的精度，请你算出两支铅笔芯的调节精度，谁的精度更高？

生：HB的调节精度更高。

师：同样的，20Ω的滑动变阻器的电阻丝长度约为15m，横截面积约为0.332mm2;20Ω的2H铅笔芯长度约为0.175m，横截面积约为3.14mm2，我们通过计算可以发现，如果把铅笔芯也做成和电阻丝相同长度与粗细，那么铅笔芯的电阻大约是合金丝电阻的810倍，可见滑动变阻器的调节精度比铅笔芯高出很多倍，所以在实际的台灯中，我们常用滑动变阻器而不是铅笔芯。

[教学意图]

让学生小组合作，并借助有效问题驱动，引导学生通过实验探究与理论分析发现不同元器件的调节精度存在较大差异，这让学生明白在设计与制作调光灯的过程中，调节精度是一个必须考虑的重要因素，为学生选择合适的元器件制作调光灯打下基础。

（四）应用与创新 方法应用与设计创新

[教学片段4]

师：我们有一位同学使用滑动变阻器制作了一个调光灯（如图2），同学们，请仔细观察，有没有发现什么问题？

生：滑动变阻器移到阻值最小处时，小灯泡特别亮。

师：说明什么问题？

生：小灯泡两端电压过大。

师：如何解决该问题呢？

生：加入一个保护电阻。

师：加入一个多大的保护电阻？

生：（利用欧姆定律计算）

师：在该电路中，滑动变阻器的规格是否有什么要求呢？

生（计算变阻器规格，电流方面）。

师：在实际生活中的台灯中，我们使用的是电位器（展示电位器）。

师：（展示电位器内部结构）有同学知道电位器的三个接线柱如何连接吗？

生：上台展示连接，并解释原理。

师：（展示两位学生所用电位器的铭牌）在目前的电路中，我们使用哪一个更好？

生：绿色电位器更好，因为另一个阻值过大。

师：调光灯修正过后，我们将滑动变阻器移至阻值最小处时，发现灯泡并未完全熄灭，但是实际生活中的调光灯，旋动旋钮，灯的亮度可以从完全不亮开始变化，这是如何实现的呢？

生：（小组合作设计方案）

师：如图3，这样设计还有什么好处呢？

生：滑动变阻器损坏，小灯泡依旧可以发光。

师：在刚才的视频中还提到了一个关键的参数：色温，事实上，一个台灯的主要参数由以下11个方面组成（展示11个参数）。目前，我国青少年的近视率居世界第一，一个具有良好色温和照度的台灯就显得至关重要，4000K—5000k的色温，250—500lx的照度对我们的眼睛比较友好。

师：课后，请同学们查阅资料，想一想如何修正自己台灯的色温与照度，同时请制作人针对刚刚的问题对自己的台灯进行修正，也希望其他同学敢于尝试，利用今天自己学习的知识制作一个属于自己的调光灯！

[教学意图]

该环节中设置的判断电路元器件的规格是否正确，是否要加入保护电阻，滑动变阻器规格的确定等问题，目的在于引导学生将刚刚所学的分析结构和排除故障的方法灵活运用，评估学生对物理知识和思维方法的理解程度。现实生活中，小台灯可以从完全不亮开始变化，由此创设一个亟待解决的真实问题“如何增大调光灯的调节范围？”，引导学生将本单元所学的知识与方法灵活的迁移与应用，评估学生对本单元物理知识与思维方法的理解程度，体会学习的价值和意义。色温、照度的提出，也为学生进一步优化自己的产品提供了方向与思路。

三、结语

“真实性学习”是基于“核心素养”的单元设计的基本诉求，“真实性”的第一个要点是，在“真实性学习”中面对的课题，而不是教科书或者习题集中所出现的“问题”。综合实践活动将零碎的知识进行融合，让学生在应对综合性问题的过程中，构建出一种高阶的统整性知识，促进学生学习迁移的发生。“真实性”的第二个要点是重视有现实感的综合性问题。综合实践活动让问题紧贴学习者的日常生活，学习者感受到解决问题的现实感，就会有动员自身力量致力于问题解决的激情。

单元设计理念下的教学设计，提倡将单元评价前置，并进行逆向设计，这样做的好处是教学目标更加明确，学习评价更易展开的同时实现学习评价的发展。在教学设计时，以学习评价作为学生学习的境脉，通过一系列综合问题的分步解决中形成对电阻的认识，掌握各种变阻器的使用和欧姆定律的理解，形成电路安全的意识与进一步地运用与创造。

参考文献：

[1]钟启泉.单元设计：撬动课堂转型的一个支点[J].教育发展研究，2015，35（24）：1-5.

[2]钟启泉.基于核心素养的课程发展：挑战与课题[J].全球教育展望，2016，45（01）：3-25.

[3]许帮正.单元设计，让真实学习发生[J].江苏教育，2020，1390（59）：61-63.

[4]格蘭特·威金斯，杰伊·麦克泰格，闫寒冰译.追求理解的教学设计（第二版）[M].上海：华东师范大学出版社，2017：23.

作者简介：宋佳文（1994—），男，汉族，江苏无锡人，硕士，研究方向：中学物理教学。