核心素养视域下高中物理单元的教学设计

周云

立足整体，有序设计单元教学，可突破传统课时教学中碎片化设计局限，有效解决目前教学中存在的缺陷与不足，落实核心素养培养目标，促进学生核心素养发展。高中物理知识难度较大，单课时教学不利于学生建立整体化知识构架。为在高中物理教学中促进学生学科核心素养发展，本文重点结合物理学科核心素养，提出高中物理单元教学设计思路，并以牛顿运动定律这一单元为案例探讨单元教学设计。近年来，物理学科教学改革持续推进，但目前很多教育者依旧保持单一课时教学模式，各项教学活动均基于单一课时进行备课、听课、上课、评课等，对课时之间的关联有所忽视。为有效培养高中生物理学科核心素养，需要教师立足整体层面统筹多个课时的教学目标、活动、内容、评价、作业等，系统化的地组织单元教学活动。

一、物理学科核心素养

物理学科核心素养主要包含四方面要素，即物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任，四个要素保持着相互依存与共同发展的关系。物理学科核心要素彼此之间具有一定关联性、整体性要求，物理教学中也要体现这一关联性、整体性。在高中物理教学中，可围绕一个大概念进行整合设计，立足学习进阶层面制订教学计划，促进学生核心素养全面发展。为实现这一目标，需要站在整体视角构建结构化教学模式，使学生保持进阶学习过程。相比传统单一课时教学，从整体和单元角度出发进行教学设计，更有利于培养学生学科核心素养。

二、高中物理教学存在的问题

（一）教学模式单一

枯燥和单一是大部分学生对物理学习的第一印象，而这个印象也正是来源于传统的教学模式。由于应试教育观念的影响，大部分教师在教学过程中依然在采用灌输式的教学方法，辅以大量的练习，让学生强硬地加深印象。这种教学方法虽然直接简便，但效率极低，也很容易拉开学生之间的差距，进而造成教育不平衡的情况，而且灌输式的学习方法将大量的时间利用到练习和复习中，因此也造成了大量时间的浪费。物理知识来源于生活，抽象的教学模式不仅无法让知识和生活相连，大量的公式记忆也不利于学生提起对物理的学习兴趣，因此改变物理教学模式是当前高中物理教学的改革重点之一。

（二）缺乏实践教学

物理知识来源于生活，直观的知识以及实验更容易让学生提起对物理的研究兴趣。但是由于课时紧张，加上部分学校的实验器材紧张，大部分教师很少安排实验课，即使有实验课，也以物理实验考试的操作练习为主，学生难以直观体会到物理知识的应用。而且大部分教师在教学中并没有和实际生活进行关联，导致学生无法有效理解物理知识和公式背后的内涵，只能进行死记硬背，这不利于学生对知识的消化和应用。这种教学方法虽然能让学生应付简单的考试问题，但在遇到复杂问题和实际应用中则会经常碰壁，也不利于学生物理能力的发展。

三、高中物理单元教学设计思路

在高中物理教学中进行单元教学设计，并非單一传授知识点或安排技能训练，而是授课教师以学科素养为基础，思考并探索怎样围绕一个主题和目标组织知识探究活动，最终提升教学有效性。因此，单元教学以学科核心素养为基础，是整体中独立存在而又自成体系的单元组成。在实现课时目标、课程目标过程中，单元教学设计属于重要手段和方式，是为培养学生学科核心素养并基于一定主题和目标开展的探究活动与思维体验。单元教学主要目的是使学生突破原本零散分布的知识拼盘，结合整体思维打造系统化、完整的学科知识体系，促进学生深度学习，帮助学生增强思维能力、学习能力，养成优良的学习习惯。在高中物理教学期间进行单元教学设计，可结合学科特点充分体现单元设计的逻辑性、系统性、整体性优势，基于核心素养视角确定单元教学设计思路，结合教学任务分析明确单元教学目标和教学重点，组织教学活动，通过作业引导以及学习评价巩固教学成果。

四、“牛顿运动定律”单元教学设计案例

（一）教学任务

牛顿运动定律这一单元需重点学习惯性、受力分析、直线运动、力的合成与分解等物理知识，这期间需要用到三角函数等数学知识。此单元关键内容是牛顿第二定律，牛顿第二定律对加速度和其所受外力之间关系做出了定量、详细的回答，阐释了加速度和物体自身惯性以及质量之间的关联，所以牛顿运动定律在牛顿物理学中属于核心内容，该内容也是单元教学中的一大重点。高中生已经积累了一些和力、运动有关的生活经验，并且在初中阶段已经学习过牛顿运动定律基础性知识，不过相关知识与经验大多较为感性、定性，需要在本单元教学期间重点加强学生的科学探究能力、归纳能力、动手操作能力，还要着重培养学生学习方法，促进学生学科核心素养提升。教师在结合牛顿第二定律相关内容展开教学设计期间，要考虑学生既有基础，引导学生通过实验操作验证相关知识理论，积极、自觉地参与到实践环节，在问题探究过程中感受学习的乐趣，逐渐养成优良的学习意识和习惯，最终培育良好的学习能力。在本单元设计中可分为8课时，在第1课时对“牛顿第一定律—惯性”相关知识进行学习，之后两个课时重点对“牛顿第二定律”相关知识进行教学，然后单独安排一个课时对“牛顿第三定律”相关知识进行学习，进而安排两个课时对“牛顿运动定律的应用”相关内容进行学习，再单独设置一个课时进行“从牛顿到爱因斯坦”相关知识的学习，最后一个课时组织学生单元复习。

（二）教学目标

本单元教学目标主要有4个：①使学生对牛顿第一定律有深刻理解，通过参与实验认识到理想实验属于一种科学思维方法;②通过设计实验，使学生感受实验探究带来的成就和喜悦，学习并掌握科学的探究方法，了解交流合作的重要性;③深刻理解并正确掌握牛顿第二定律、第三定律;④掌握国际单位制，感受科学家对物理领域做出的贡献，并明白经典力学存在一定局限。

（三）教学重点

本单元重点为牛顿第二定律，需要通过设计实验掌握加速度和力之间所保持的关系，使学生明白加速度和质量所保持的定量关系，并可以通过运动学有关规律，结合所学牛顿第二定律对部分实际问题进行有效解决。

（四）教学活动

本文在单元教学活动探讨中，主要以牛顿第二定律这一重点教学内容为例介绍重点教学活动设计。此内容教学期间，主要通过DIS对加速度和力之间保持的关系以及加速度和质量保持的定量关系进行探究。教学过程中，主要通过探究教学法、情景教学法、小组合作教学法等组织教学。首先进行情景导入，结合所创情景提出质疑;其次组织学生探究互动、总结运动规律;最后归纳总结，将相关知识应用在实践中。在教学之初，教师先创设情境：将小车放在特制的水平导轨上，并抛出问题：小车在水平导轨上保持什么状态？怎样可以让小车在水平面上的运动状态发生改变？在运动状态发生快慢变化时可运用什么物理量进行描述？之后引导学生思考并发言。教师再次加工情景：分别将有两个钩码和四個钩码拉着的两辆小车放在特制的水平导轨上，再次抛出问题：若在同一个地点、同一时间释放两辆小车a谁较大？a和什么物理量可能相关？物体a和m、F保持怎样关系？这两辆小车都保持多大的加速度？学生结合教师提问对物体运动过程进行观察，并对问题做出猜测，分享猜测依据，回顾原有知识。

之后结合现场体验，再次观察现象，调动学生认知冲突。这一设计环环相扣，可通过对话引导学生对“力和运动定性关系”相关知识进行回顾，还可让学生通过亲身体验深入理解加速度和力之间的关系，为后续探究奠定基础。在此期间，教师动态关注学生的课堂表现，同步做出评价。而后组织学生通过动手实验，观察与探索小车a与F以及其和m之间保持的关系。学生以小组为单位，通过文本阅读进行实验设计，并做出结论猜想。组内学生通过交流与合作，制定完善的实验流程，补充注意事项，之后到讲台中预演交流。在此过程中，小组学生结合实验设计动手操作，经实验明确a与F、a与m之间的定量关系，并在小组内部经讨论和交流做出总结。在这一情景创设中，学生从定性体验转化至定量实验，教师要在此期间引导学生分工合作，通过思考与探究提出问题，做出假设与猜想，在此基础上进一步完善实验，和小组内同伴共享交流，并彼此演示，尝试亲自操作。通过这一设计，可引导学生发现问题，提出问题，在问题引导下选出并收集有价值信息，利用所收集到的证据，结合逻辑思维回答问题，培养学生的问题探索与解决能力，促进逻辑思维发展。教师要在学生探索与动手操作过程中动态观察，倾听学生的问题和回答，对小组合作中学生的分工表现与交流表达等做出评价。结合学生实验中得出的结论，教师再次重现之前创设的情景，使学生再次体验小车加速度场景，并向学生提问：a与m、a与F相互之间的定量关系如何表述？运动规律有哪些表达方式？学生根据之前两辆小车所呈现出的加速度情况，结合所学知识作出判断。根据教师提问，学生在小组内部分享实验中的收获，提炼总结并思考回答教师的问题，之后运用所学知识对小车加速度进行计算，并立足物理学视角再次思考相关要素之间的关系，对牛顿第二定律做出一般表述。这一设计能使学生共享实验操作中的收获，通过问题引导学生总结与提炼重点知识内容，在回顾中巩固物理规律表达方式，在深刻感悟物理现象的简洁美。此环节和上述环节相互呼应，营造了完整的问题情境，使学生从知识探究转向知识运用。学生在此期间通过事实分析与推理，不断质疑其他的结论和观点，发表自身见解，有助于培养质疑能力、推理能力和探究分析能力等。教师要围绕实验过程，对学生语言表达和归纳能力进行分析和评价。

（五）作业引导

在单元教学设计期间，可建立三级作业模式，包括预习作业、练习作业以及复习作业。其中，预习作业关键是引导学生逐渐养成良好的预习习惯，不断增强学生的问题发现意识，培养学生的质疑精神。练习作业重点是精心挑选具有一定针对性的习题，并分层次设置，激发学生学习兴趣，促进学生思维发展，通过练习作业巩固学生掌握的物理概念、规律，引导学生建立物理观念应用思维，并学会运用所学知识解决实际问题，培养学生的科学思维品质。复习作业主要是引导学生通过绘制个性化知识树或思维导图，梳理所学规律、概念、方法，建立清晰的知识脉络，最终形成知识框架。

（六）学习评价

学习评价分为两方面，一方面是对日常作业进行评价，此环节可引入小组合作评价、教师评价、学生互评、学生自评等多种评价方式，使学生参与评价分析，并自主纠错，给予他人一定帮助。另一方面是让学生、教师进行实验评价，评价主要依据方案设计、小组分工、实验数据处理、数据分析、实验装置等，教师可在整个实验过程中对学生实验操作态度、行为等作出评价。

（七）选编教学资源

在单元教学设计中，通过精心选编单元教学资源，能为课堂教学提供便捷、有价值的教学资源。选编教学资源具体就是最大化地利用教学资源，并对资源展开二次开发。此单元设计中，所选编教学资源包括学习单、媒体资源、实验资源等。

（八）教学设计反思

针对高中物理进行单元教学设计，要重点处理学科知识、学科素养以及课时设计、单元设计之间的关系。物理学科知识不能和物理学科素养画上等号，但在培养学生物理学科核心素养过程中，物理学科知识属于重要载体。单元教学设计中，要按照教学任务、教学目标、教学重点、教学活动等流程建立完整的设计框架，贯彻落实学科育人，使学生在整个框架下学习到知识技能与方法，并同步获得情感体验，提升学生的学科核心素养。单元教学设计和课时教学设计并不冲突，单元教学实现需要依靠课时教学落实，所以课时教学和单元教学可优势互补，彼此支撑，顺畅衔接碎片化、彼此割裂的知识，深层次揭示问题本质和解决关键，使学生充分理解与掌握知识内涵。

综上所述，在高中物理教学中对第三单元牛顿运动定律进行单元教学设计，要以学生前概念为基础，结合学习进阶理论，对单元知识进行梳理，逐级设计教学过程，使学生在建立知识结构体系过程中发展运动以及相互作用观。单元教学设计中要深度挖掘研究方法、认识方式、跨学科概念等隐性知识，立足整体层面促进学生思维发展，并使学生建立问题解决思路，自觉运用所学知识解决现实问题。

注：本文为福建省三明市基础教育科学研究2021年度立项课题“核心素养视域下高中物理‘力学’单元设计实践研究”（立项批准号：JYKT-21054）的研究成果。

（吴淑媛）

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