基于核心素养的高中物理大单元教学设计探讨——以“交变电流”单元为例

缪婧钥 姜玉梅 高正球

(1. 扬州大学物理科学与技术学院,江苏 扬州 225100;2. 江苏省邗江中学,江苏 扬州 225100)

1 引言

《普通高中物理课程标准(2017年版)》(以下简称新课标)颁布后,课程目标从三维目标的培养转向对学生核心素养的培育,这一转变意味着教学设计也要做出相应的变化，什么样的教学设计能有效地使核心素养的培养目标在教学中落地生根就成为课程改革研究的一大热点。在大家都将目光集中在如何对课时教学进行改进时,崔允漷教授所提倡的大单元教学设计给了我们另一个可供参考的思路。张玉峰针对物理大单元教学设计提出了相关设计理念，姜民、廖军玲、逄型玉等人进行了大单元教学设计的尝试,笔者以高中物理选择性必修二中的“交变电流”为例,探讨大单元教学设计,使物理学科核心素养的培养目标在教学中落地生根。

2 基于核心素养的大单元教学设计

物理学科核心素养是学生在物理学习过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会需要的关键能力与必备品格,核心素养无法由教师直接教授,是学生在问题情境中通过问题解决逐渐形成的。新课标明确指出：要重视问题情境对学生核心素养的培育作用,而大单元教学设计就是一个将物理学科知识和方法转化为真实问题情境的有效途径。大单元教学是基于核心素养、教学主题和情境而组织的教学活动,能有效帮助学生构建结构化的物理知识体系,促进学生关键能力的提升,从而有效提高学生的核心素养。

大单元教学设计的设计流程是：(1) 教师根据课标要求，围绕大概念、大问题或大情境组织、规划单元教学内容,对单元内容及学情进行分析,同时结合核心素养的培养要求,确定单元教学目标,并创设相关真实情境；(2) 基于情境提出问题串,在一个个问题的驱动下,帮助学生明确解决问题的思路,使学生在解决问题的过程中,构建自己的知识体系,培养学生的核心素养,同时根据教学中的实际情况和实时反馈,不断对教学设计进行调整改进(图1)。

图1

3 基于核心素养的大单元教学设计案例

3.1 单元内容组织

大单元的内容应该是根据课标要求,围绕大概念、大问题、大情境进行组织,运用围绕某一核心内容按照一定的逻辑线索由浅入深、由简单到复杂对教学内容进行组织的方法,可以使单元教学内容成为有内在联系、环环相扣的整体,使整个单元的知识结构化、整体化,提高知识之间的连贯性,从而帮助学生更好地理解知识之间的联系,有助于学生形成结构化的知识体系。

对于“交变电流”这部分内容,课标要求：“通过实验，认识交变电流。能用公式和图像描述正弦交变电流。”“通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系。知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。”“了解发电机和电动机工作过程中的能量转化。认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用。”由此可知“交变电流”这部分内容与生活、生产联系较为紧密,因此这一单元内容的教学可以从生活实际入手,围绕“交变电流”这一核心内容,从“生活中的电是从哪里来的”这一大问题出发,按照“交变电流是如何产生的”“如何对产生的交变电流进行描述”“交变电流产生后如何输送到我们身边”这一逻辑，对相关知识进行组织,这样就使整个单元内容成为一个有机联系且环环相扣的整体,其单元知识结构如图2所示。

图2

3.2 单元内容及学情分析

在完成单元内容的组织后需要对单元内容进行总体分析,主要分析单元教学中蕴含的物理学科核心素养的培养点,这是接下来所有设计的起点和基础。

“交变电流”单元的内容主要包括交变电流的产生、描述和电能的输送,其中电能的输送涉及能量的损耗,可以有效促进学生形成能量观念。这一单元中涉及很多理想模型的建构以及科学推理和探究,如发电机和变压器模型的建构、交变电流有效值的计算、高压输电的损耗等,能有效提高学生的科学思维和科学探究能力。本单元的内容与生活、生产联系十分紧密,因此在教学过程中能让学生深刻认识物理学对社会发展的重要性,逐渐形成探索自然的内在动力,潜移默化地培育学生的科学态度与责任。

在教学设计时还需要考虑学生学习的实际情况,包括已有的知识、技能和认知能力,以及学生的前概念和生活经验对本单元的学习可能会产生的阻碍或促进作用,力图减小阻碍、强化促进作用。

“交变电流”单元设计面向高二学生,此时他们已经知道了电磁感应、互感和电路等知识,了解了大部分物理科学方法,这一切为本单元的学习奠定了良好的基础。学生虽然在日常生活中与交变电流接触很多,但是受此前学习的是直流电的影响,学生还缺乏对交流电的科学认识,需要进一步的学习。

3.3 单元教学目标设计

教学目标的设计需要在内容分析和学情分析的基础上，结合课标要求进行。课程标准是教师进行教学目标设计时最基本也是最重要的依据,课程标准不仅是对课程内容提出要求,还有关于教学、评价和课程资源开发等的建议,是教师进行教学设计的纲领性文件。大单元教学设计是为了有效培养学生的核心素养,因此在进行大单元教学目标设计时必须考虑到核心素养的培育要求。结合单元内容和学情分析,确定的本单元教学目标如表1所示。

表1

3.4 单元主要情境与问题设计

单元教学目标是单元学习的蓝图,为了达成教学目标还需要对教学过程的主要情境与问题作出进一步的设计与规划。

核心素养在课堂的落地需要载体,这个载体就是合理的真实情境,但大单元教学中的情境创设和以往课时教学设计的情境创设有一定区别,课时教学设计创设的情境一般都是经过教师加工简化的情境,距离生活中复杂的问题情境较远,因此很难让学生经历完整的系统思维过程,而大单元教学设计中创设的情境是在学生现实生活基础上设置的综合化、适合学生学习的真实情境。情境创设为发展学生的核心素养提供了接近真实客观世界的桥梁,还需要基于情境发现并提出大问题，然后根据大问题解决的步骤、所使用的知识和方法、情境所涉及的范围等因素，对大问题进行分解,分解为一个个具体的小问题,再运用相关的物理知识进行解决,这一过程可切实帮助学生提升运用物理知识解决实际问题的能力,培养学生的核心素养。

在“交变电流”大单元中可以创设交变电流的产生与输送的大情境,引发学生思考：电是如何产生并应用于生产生活中的？

“电是从哪里来的”这一问题就是本单元的大问题，如表2所示,这一问题可以分解为“交流电是如何产生的”“产生的交流电是如何来到我们身边的”两个次级问题,相应地引出“交变电流的产生”“电能的输送”两部分教学内容。在“交变电流的产生”下可以提出具体的问题：其他形式的能是怎么转化成电能的？怎么描述交变电流？在“电能的输送”下也可以提出以下问题：为什么要采用高压输电？为什么输电过程中会有电能损耗？如何降低输电过程中的电能损耗？这样通过问题引导学生一步一步把复杂的综合性问题分解为可解决的较为具体的问题,这一过程可以促进学生迁移思维的发展,有利于提高学生的核心素养。

表2

3.5 反馈性评价设计

反馈性评价是调整教学和衡量教学目标达成度的最直接手段,教学中一般采用的评价方式有形成性评价和总结性评价两种。形成性评价一般通过课堂活动和作业等任务即时进行,学生给予的反馈有利于教师及时对课堂教学安排进行调整。而总结性评价一般是在整个单元的学习结束后用单元测试的方式，对学生单元教学目标的达成度和学业水平进行检测,以利于后续对大单元教学设计的调整和优化。

“交变电流”单元的形成性评价主要包括两部分,一是课堂探究活动的开展,如交流发电机和变压器模型的构建以及变压器原副线圈电压与匝数关系的探究等,二是课堂习题和课后作业的完成情况。本单元的总结性评价,应以能量观念、模型建构、科学探究等为中心,以真实情境为载体,编制单元测试卷,对学生进行考查,并根据评价结果的反馈,对此单元的教学设计进行调整与优化。

4 结语

物理大单元教学设计强调在大概念、大问题、大情境统领下对单元内容进行整体构建,帮助学生建构结构化物理知识体系,也强调在单元内容组织、单元内容及学情分析、单元教学目标设计、单元主要情境与问题设计以及反馈性评价设计等环节，围绕核心素养的培养目标展开,从而有效提高学生的核心素养。

提倡大单元教学设计并不意味着忽视课时教学,因为大单元教学设计最终还是通过课时教学来实现的。大单元教学设计只是从一个更高的站位对教学内容进行整体设计,把课时教学设计下相对割裂、碎片化的知识有效连接起来,从而有效帮助学生构建结构化的物理知识体系,促进学生学习能力和关键能力的提升,最终达成培育学生核心素养的目标。