高中物理单元教学活动链的设计与实施

◎ 侯 剑

当下的教学落脚点主要在单课时的教与学上，教师的课堂设计聚焦于课时设计，课时与课时之间一般设计很多教学情境，学生应接不暇，每一课时教学设计之间基本无关联，导致获取的知识碎片化。为了强调教与学的联系与统一，省略单一课时通过图片、视频等资料引入不同情境的烦琐，加强课时之间的前后联系，促使学生形成系统的知识框架，落实物理学科核心素养的达成，单元教学设计应运而生。单元教学设计更注重对单元教学内容的整体性设计。单元教学设计是指以一个单元学习内容为整体，统筹、规划既能统揽单元教学的全局，又能够按步骤有序地开展的系列教学活动，以取得最佳的教学成效［1］。本文把整个单元教学放在一个统一的大任务情境背景下，从上位预设当学生学完本单元后可以解决什么问题，以此为出发点确认单元学习目标，并根据单元目标在单元大任务情境下设计环环相扣的单元教学活动链，利用有逻辑先后的课时活动来引导学生的思维活动，引导学生学习相关知识和概念，达到结构化教学的目的。

一、单元教学活动链的内涵和价值

物理学科核心素养包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个要素［2］。物理学科核心素养所具有的整体性和联系性决定了物理的教与学应该强化整体性和联系性［3］。笔者对单元大任务进行情境分解，设计同一情境下基于不同教学内容的教学活动，加强了活动与活动之间的紧密联系，形成了有前后关联的课时活动链。单元教学活动链以现实生活情境为单元大任务情境贯穿整个单元的学习。尽管单课时的教学目标和教学内容有所不同，但学生认知上有先后顺序，这就要求有些知识学习结束后才能进行下一课时的学习，这种学习认知的规律决定课时之间看似分割其实又是关联的。单元教学活动链以此为出发点，设计基于同一情境下的一系列教学活动，既完成了原本的课时任务，又使得相邻两课时之间平滑过渡。同时，加强了知识概念与实际生活的联系，又有助于帮助学生既知其然又知其所以然，灵活运用所学知识和概念解决问题。

二、单元教学设计中的活动链设计

本文以“功和能”单元为例，进行活动链的相关设计。

（一）从单元思维导图确定单元教学内容

“功和能”单元是沪科技版《物理》高一年级第二学期的第五单元。学生在前四个单元的学习中掌握了力与运动的关系等动力学知识和思维。本单元的思维导图如图1所示，内容围绕功、功率、动能、重力势能和机械能等知识点，理解能的转化和守恒定律，引导学生从功能关系等能量角度分析解决生活中的实际问题。能量守恒是世间万物普遍遵循的基本规律，是自然科学最基本的定律之一。本单元的教学能唤起学生生活中已有的经验和认知，有助于学生能量观的初步形成。

（二）从单元教学结构图确定单元教学目标

课程标准的基本理念之一就是注重体现物理学科本质，培养学生物理学科的核心素养［2］。以当下学生学情为出发点，预设学生学完本单元所具备的能力，是确定合适单元教学目标的有效手段。从本单元教学结构图（见图2）中可以初步确定单元教学目标为：①理解功和功率的概念与计算；②理解动能和动能定理，知道做功与动能变化的关系；③理解重力势能及重力势能的相对性，知道重力做功与重力势能变化的关系；④通过实验验证机械能守恒定律，知道生活中的一些简单的机械能守恒现象，体会守恒观念是重要物理规律之一，会用机械能守恒定律分析生活中的简单问题。

图2 “功和能”单元教学结构图

（三）从单元教学目标确定单元教学活动链

1. 活动链的设计思路

高速上，大货车由静止开始在平直公路上行驶，司机脚踩油门，很快便达到最大速度。一段时间后，经过长下坡路段，刹车失灵冲上自救匝道。从大货车在平直公路路段、长下坡路段和冲上避险车道路段，逐渐经历功、功率、动能、重力势能和机械能等物理量的建立过程，分析功与动能变化的关系、重力做功与重力势能变化的关系、动能与重力势能的转化关系、机械能守恒定律的条件以及功与机械能变化的关系等物理关系，锻炼物理思维。

2. 活动链的设计结构

如图3所示，本单元的教学活动链基于相同的单元大任务情境，分解为五个有前后联系的课时活动，下面对这五个活动进行说明。

图3 “功和能”单元教学活动链

活动1：在经历了初中对于功的知识的学习后，学生已经知道力和位移在同一方向上做功的特殊情况，本活动目的在于帮助学生在真实情境中计算一般情况下的功，体会由特殊到一般的物理思想。下面对全路段大货车所受的力对其做功的情况进行说明。首先，在平直公路上加速阶段：大货车所受的发动机的牵引力对大货车做了功，引出功的概念。提出问题：大货车所受的摩擦阻力、重力和支持力是否做功呢？它们所做的功具有什么特点呢？引导学生从是否促进或阻碍物体运动方面感受做功的效果。大货车所受的发动机的牵引力所做的功，促进了大货车的运动，被称为正功。摩擦阻力与位移的方向在相反方向，阻碍了大货车的运动，被称为负功；重力和支持力与位移的方向垂直，大货车没有在力的方向上发生位移，不做功。其次，在长下坡路段：司机踩刹车，大货车受到摩擦力、重力和支持力，摩擦力做负功，支持力不做功，重力做正功。最后，在冲上避险车道路段：大货车受到摩擦力、重力和支持力，摩擦力做负功，支持力不做功，重力做负功。通过三个阶段做功形成的反差，学生讨论得出一般情况下功的概念与计算，并总结大货车所受各个力做功的代数和与合外力做的总功的区别。其次，分析讨论力对物体做正功、负功的条件，感受正功向物体提供能量，负功向外输出能量，做功时体现能量变化，利于理解做功的过程也是能量转化的过程这一难点，为学习功能关系做铺垫。

活动2：学生在初中阶段也学习了对力与位移在同一方向这种特殊情况下功率的概念与计算，知道功率是描述做功快慢的物理量。本活动通过司机踩油门大小的不同来比较平直公路上启动加速路段做功的快慢。可以通过两个方面比较，一是做功相同比较时间：大货车从静止加速到最大速度时，合外力做的功相同，油门越大，加速时间越短，做功越快；二是时间相同比较做功，油门越大，相同时间内大货车速度越大，做功越多，做功越快。根据功率的公式和功的公式推理功率与速度的关系，并得出表达式；从平均速度和瞬时速度的角度出发，引出平均功率和瞬时功率，并体会其物理意义。提出问题：“司机继续加大油门，大货车的功率可以无限增加吗？”组织学生小组讨论，并表达自己的观点，引出额定功率和实际功率的概念。

活动3：高一学生知道影响动能的因素，但无法定量计算动能的大小。通过平直公路上大货车刹车失灵以最大速度撞上防撞桶的实例分析，引出动能的概念及其影响因素，分析大货车获得动能的原因，推导动能与质量、速度的定量关系，引出动能的计算和功与动能的初步关系，得到动能定理。

活动4：学生知道影响重力势能的因素，没有接触过重力势能的定量计算。本活动分析大货车在下坡时的重力势能，探讨高度的相对性，推导重力势能的表达式，并分析说明重力做功与重力势能的关系。

活动5：本活动在学生知道机械能的概念与计算的基础上，以伽利略斜面理想实验为例，探究动能与重力势能的转化，揭示机械能守恒现象。然后分析大货车经过长下坡路段刹车失灵冲上避险车道整个过程机械能的变化，分析并探究机械能不守恒的原因，探究得出机械能守恒的条件，最后用实验验证机械能守恒定律。

三、单元教学设计实施活动链后的反思

单元教学活动链针对单元内容选择复杂的实际情境简化为符合本单元的物理模型，体现物理模型的建构思想，培养学生的建模思想。本单元特殊的物理情境的解决过程，可以为学生呈现一个完整的用物理知识解决实际问题的案例，感受物理知识与实际生活的联系，然后再抛出更一般性的问题，鼓励学生探究钻研，寻找不同，找出反差，感受物质世界的功能关系，培养能量观。学生从中感受物理问题的解决是从生活中复杂的实际现象到简单物理模型的建立，通过对简单物理模型的问题解决，再由特殊到一般逐渐利用物理知识解决现实生活中实际问题的过程。