指向深度学习的初中物理单元整体教学设计与应用研究

陆燕芳

（佛山市南海区大沥镇黄岐初级中学，广东 佛山 528200）

0 引言

新课标要求初中阶段的物理课程教学能够体现物理学的本质，在帮助学生实现知识及能力成长的同时，高度重视学生学科核心素养的养成与发展。要实现这点就需要教师充分重视教学设计的作用及价值，除了继续关注教学设计应实现的知识性目标之外，还需要使教学设计能为学生带来技能性目标与体验性目标的收获。因而初中物理教学设计应以整个单元为立足点，力求教学设计的具体内容能引导学生实现深度学习，这就要求教师具备高水准的专业能力及职业素养，始终着眼于自身教育理念和教育方式的优化更新，从而有效引导学生在经历过物理教学活动后实现学以致用，养成科学且客观的思维能力，为自身后续发展奠定坚实基础。

1 关于深度学习及单元整体教学设计概念的探讨

深度学习起源于20 世纪50 年代，被认为是有别于浅层学习的另一种可达成的学习状态，这种学习状态在核心素养培养得到充分强调后获得了高度重视，要求学生能够在核心素养培养的过程中形成基于高阶思维发展的理解性学习[1]。而深度学习的理论并不仅限于某一教育流派或理念，其本质是对历史上曾出现过的优秀教育理论成果及实践经验的汇总与凝练，也因此具有高度关注学生个人学习与发展途径的现实意义。

单元整体教学设计则是指立足于整个单元进行的教学设计工作。以当下物理课程单元教学及复习的执行情况来看，初中物理单元教学广泛存在着知识堆积的形式，由教师为学生灌输单元中的物理知识，随后设置单元中各环节的具体问题要求学生进行攻关，或是通过解决问题帮助学生加深对具体知识点及内容的回忆[2]。从这一点上来看，单元整体教学设计具有非常大的开发潜力，需要广大初中物理教师及教育工作者围绕这方面内容进行深入探索与研究[3]。

2 指向深度学习的初中物理单元整体教学设计

2.1 单元教学任务概述

单元教学内容分析：此次研究以初中物理“机械能守恒定律”这一单元的教学工作为例。

由于该单元的内容囊括了功与功率、动能与动能定理、重力势能与机械能守恒定律等内容，针对机械运动状况的分析也是以能量的角度进行的。由此不难发现此单元教学设计需要围绕“功”“能”两个基本概念开展，而“功”则被作为能量转化的量度，同时也是本单元教学工作的主线内容。

作为力学的基础性内容及重要组成部分，机械能守恒定律的相关教学工作能使学生进一步接触到能量与守恒这两个概念，并建立起能量观念与守恒思想，在学生日后相关内容的学习分析中发挥了至关重要的基础性作用[4]。此单元知识结构如下图1 所示。

图1 “机械能守恒定律”单元知识结构图

学情分析：就学情而言，学生在进行该单元内容学习之前，已经对功与功率的概念有了一定了解，且不同程度知晓动能与势能的定性及相互转化，针对能量转化与守恒定律应有着相对模糊的概念[5]。但与之相比学生掌握的概念及知识相对初级，尚不具备在现实生活中发现对应只是内容的能力及观念，因而也就不具备以能量角度分析问题的能力和方法。

因此在单元整体教学时需要将理论与实践、过程与状态相结合，引导学生尝试同步进行受力分析与做功分析，这同时也是教学的重点工作。

教学重难点：而教学难点则在于同时进行受力、做功两方面内容的分析，会使学生的知识及思维体系产生相当明显的跨度，也意味着学生将为此建立较长的思维链条，这对学生当前的科学思维与探究能力提出了考验，也是该单元教学的难点内容。

核心教学内容：最后，该单元教学将蹦极过程中能量转化情况的研究作为核心内容。

蹦极是一项新潮、具有刺激性、容易引起学生研究兴趣的运动，其能量转换的过程也具有一定的研究意义与价值，因此此次研究将蹦极的执行者抽象处理，使之成为概念中的质点，之后引导学生运用所学知识对蹦极过程中不同阶段的受力情况、做工情况及能量转化情况进行分析，最后鼓励学生针对所学内容及获得的结论在课堂上进行交流讨论[6]。以此为基础的教学设计可以通过学生感兴趣的真实生活情景，来刺激学生学习机械能的兴趣，并使学生掌握运用所学知识解决现实问题的一般方法。

2.2 单元整体教学设计

该单元教学的核心任务为研究分析模拟蹦极运动实现过程中不同阶段的能量转化情况，所有教学内容围绕其分解任务加以安排，具体安排方式如下：

分解任务1 为描述蹦极运动不同阶段质点的受力情况、各种力的做工情况及速率，此任务对应功与功率的教学，计划安排两个课时；

分解任务2 为研究蹦极运动不同阶段质点动能变化情况，以及导致质点动能发生变化的原因，此任务对应动能与动能定理的教学，计划安排一个课时；

分解任务3 为研究蹦极运动不同位置质点承受的重力势能，以及导致重力势能变化的原因，此任务对应重力势能的教学，计划安排一个课时；

分解任务4 为探究质点蹦极过程中于何种状态下处于机械能守恒、何种状态下发生机械能变化，以及导致机械能产生变化的原因，此任务对应机械能守恒定律及其应用的教学，计划安排一个课时；

分解任务5 为结合蹦极运动视频内容定性讨论不同过程中的能量转化情况，并由学生应用实验工具模拟蹦极运动，结合所学知识进行定量描述并相互交流研究结果，此任务属于实践探究性内容，不对应具体的知识教学课程，计划安排一个课时。

结合任务分解内容设置教学过程，具体设置方式如下（受篇幅所限仅以分解任务1、2 为例阐述具体过程设置，其他分解任务对照该流程及实际教学要求进行细节上的调整）：

分解任务1：首先进行情景引入——为学生播放2～3 个蹦极运动视频，要求视频完整呈现蹦极运动的全过程，即从体验者起跳到最终回归地表。

视频播放完成后教师向学生提问：蹦极过程中有哪些力做功？这些力做功的条件是什么？

学生1：重力和弹力。

学生2：弹力绳延长至极限之后弹力才开始做功。

学生3：重力做功结束后弹力开始做功。

教师继续提问：如何计算重力做功的多少？

在学生进行过思考及回答之后，教师引导学生共同进行理论推导：如果力的方向与质点位移方向并不一致，那么该如何计算某一力的做功？弹性做功与重力做功的区别是什么？如何判断功的正负？

此时学生的疑惑已经积累到一定限度，学生也会发现仅靠已有知识无法解答这些问题，则教师可抓住该时机开展功、功率相关知识的教学工作，帮助学生进一步完善对功基本概念、计算方式、影响因素的了解，以使学生能够拥有一定的理论知识来尝试解答这些问题。

学生尝试解答之后，由教师再次引入具体情境——建筑工地上工程材料的搬运有手推车和起重机两种形式，为学生播放两种建筑材料运输形式的视频。

完成视频播放后向学生提问：手推车和起重机的做功方式有什么区别？有什么相同之处？

学生1：手推车做功方向上有平行的过程。

学生2：起重机的做功方向全过程都是垂直的。

待学生表述完毕后，教师基于学生表达的基础再次进行提问：在起重机做功的过程中，运行速度是否产生了变化？是什么原因导致了这种变化？如何计算起重机的瞬时功率？如何计算起重机的平均功率？

为学生构筑以上问题之后，由教师引导学生学习功率的相关内容，包括概念、计算方法及影响因素等等。在学生建立初步了解后给出学生具体数值，要求学生结合这些数值尝试运算。

学生获得计算结果后由教师进行评价，并在评价完成后总结学生计算中出现的纰漏和误区，鼓励学生小组内讨论各种误区、纰漏出现的原因，进一步深化学生对功率的了解和认知。

之后进行拓展延伸，由教师为学生构筑以下情境：一台机械的功率是由什么决定的？功率是否能够达到无限大？如果机械的功率超过一定限度，会造成什么样的情况？

在学生试图构思、推理并获得结果之后，由教师加以辨析总结。

再之后引入拓展讨论内容：汽车在恒定功率下行驶时，会出现上坡速度小于平面行驶的速度，原因是什么？通过该拓展延伸帮助学生认识到重力对功率的影响。

最后回归分解任务1 并将之作为课后作业，由教师引导学生针对如下内容尝试进行计算：蹦极运动中弹力绳未达到原有长度的情况下重力做功及功率，并描述蹦极运动过程中弹力做功的具体情况。

分解任务2：

开始时仍由教师进行情景引入——为学生播放汽车行驶、江河流动及蹦极的视频。

视频播放完成后向学生提问：什么样的物体具有动能？动能的大小和哪些因素有关？

学生1：运动的物体。

学生2：受某种力影响的物体。

学生3：与力的大小有关。

接着由教师引入下一个问题：物体的动能应该怎样计算？

由此引入动能与动能定理相关知识的教学，由教师帮助学生了解动能及其定理的概念，并询问学生这些概念是怎样体现在生活中的。在学生尝试进行描述之后，教师再与学生共同探讨动能的利用方式，以及动能可能造成的危害及影响。

完成相关知识的学习及讨论后，教师引导学生交流动能的变化会受到哪些力做功的影响，从而引入动能变化与做功的定量关系。

之后引入实例拓展分析：篮球运动员以跳投动作投入具有一定质量的篮球，篮球在空中的飞行情况是什么样的？最高点达到什么位置？在不考虑空气阻力的情况下，篮球运动员对篮球做了多少功？

最后回归分解任务2 并将之作为课后作业：要求学生定性描述蹦极运动过程中，质点在不同状况下的动能是如何变化的，以及影响质点动能变化的主要原因。

教学反思：本次教学设计及应用为学生呈现了具体的生活情境，在主要案例上则选择了感官刺激较为强烈、更容易引起学生探索欲望的蹦极运动，并结合互联网呈现了该运动的全过程，之后加入各种辅助性研究内容深化了学生对所学内容的理解，最终达到了较为理想的教学效果。

不足之处是针对案例的研究难以为学生创造亲身实践的机会，学生的研究学习大量集中在理论层面，因此在后续教学中应深入考量教学设计案例的实践性，帮助学生有效完成从知识到应用的转化，促进学生个人综合能力的全面提升。

3 实施单元整体教学设计评价

评价原则：要评价指向深度学习的单元整体教学设计，需要充分了解教学设计本身在部分具体指标上是否达到了帮助学生实现深度学习的要求，而为了保障其评价的科学性及可靠性，通常需要整合过程性评价与结果性评价两部分内容。

具体评价执行方式：在具体的评价内容上则需要重点考量单元教学活动的执行情况，以及学生单元作业/任务的完成情况。

在单元活动中需要教师详细记录学生的具体表现，以过程性评价的形式评估学生的积极性、思维逻辑及表现形式，使之能够作用于学生单元学习活动优化的参考性内容；针对单元作业/任务的评价则应重点考查学生任务完成情况、准确度及完成任务的状态，若学生在实践过程或作业准确度上表现优秀，则需要为学生予以充分的肯定与鼓励。

就“机械能守恒定律”这一单元的教学目标来看，针对单元教学活动的评价在很大程度上可以以强调实践性的分解任务5 为基准，评估学生在实践教学中的具体表现；而结果性评价则通过综合考量学生物理概念、科学推理及抽象思维的表现形成单元测试，通过考察学生单元测试完成情况，对现有教学设计进行优化及调整，进而实现初中物理的深度学习。

4 结语

深度学习是学生能够达到的一种学习状态，同时也是整个教育系统追求的一种教育理念，其最终目标意在推动学生的全面发展。此次研究以“机械能守恒定律”这一物理学科的单元知识为例，探讨了指向深度学习的单元整体教学设计策略，从而为学生物理学科核心素养的养成探索出一条具有可行性的途径，为后续学生全面发展奠定了可靠基础。