朱寧寧 崔琰

摘? ?要：以大概念為統(tǒng)領(lǐng)進行單元教學設(shè)計，是落實學科核心素養(yǎng)的重要途徑。文章以“機械能及其守恒定律”單元為例，詳細闡釋了如何圍繞大概念的建構(gòu)進行單元教學設(shè)計，包括教學內(nèi)容、學習目標、教學活動流程以及教學評價的設(shè)計分析，從而促進學生學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：大概念;核心概念;單元教學設(shè)計;核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）2-0031-6

學科大概念是指在學科中處于上位的、能反映學科本質(zhì)特征、組織學科內(nèi)容的少數(shù)關(guān)鍵性學科核心概念，比如，物理學科中“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與特性”“運動與相互作用”“能量及其轉(zhuǎn)變（包括能量形式、轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移、耗散與守恒）”等。《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱“課標”）中提出的“物理觀念”是基于物理大概念的學習，從學生發(fā)展核心素養(yǎng)的角度進行的提煉與概括。對學生物理觀念的培養(yǎng)直接體現(xiàn)了物理大概念的教育價值，比如，“機械能及其守恒定律”單元圍繞“能量及其轉(zhuǎn)變”這一大概念展開教學，有助于學生能量觀念的形成與發(fā)展。由于物理學科核心素養(yǎng)中物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四個方面是相互聯(lián)系、共同發(fā)展的，即物理觀念的形成過程是學生經(jīng)歷科學思維與科學探究的過程，也是對科學本質(zhì)的認識不斷深化、

科學態(tài)度與責任發(fā)展的過程。所以，在能量觀念發(fā)展的同時，也實現(xiàn)了核心素養(yǎng)其他方面的同步發(fā)展。

以大概念統(tǒng)領(lǐng)單元教學設(shè)計，是圍繞大概念建構(gòu)單元內(nèi)容中概念、規(guī)律的聯(lián)系，使單元教學內(nèi)容呈現(xiàn)出整體性;圍繞大概念設(shè)計相互關(guān)聯(lián)的單元教學活動，有助于培養(yǎng)學生思維的連貫性與發(fā)展性，圍繞大概念的單元設(shè)計更有助于從整體與部分的角度深挖學科育人價值，體現(xiàn)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的全面性與綜合性。所以，圍繞大概念進行單元教學設(shè)計，是落實學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要途徑。本文以“機械能及其守恒定律”單元為例，闡釋如何圍繞大概念開展單元教學設(shè)計。

1? ? 以大概念為統(tǒng)領(lǐng)，整合單元教學內(nèi)容

單元教學設(shè)計首先需要明確教學單元，分析教學內(nèi)容。在教學單元的選取上，需要以大概念的建構(gòu)為主題，規(guī)劃、組織單元內(nèi)容。這需要教師基于對學科知識本質(zhì)的把握，對物理概念、規(guī)律間的聯(lián)系進行梳理，以大概念的發(fā)展為主線，在單元教學中逐漸實現(xiàn)物理概念體系整體化與結(jié)構(gòu)化。物理概念和規(guī)律的學習是學生形成物理觀念的有機組成部分，經(jīng)歷物理概念和規(guī)律的建構(gòu)過程是發(fā)展學生科學思維的重要途徑。在梳理單元內(nèi)的概念及其發(fā)展進階關(guān)系的同時，需分析與挖掘這一過程對學生思維發(fā)展與能力培養(yǎng)的價值。所以，單元教學內(nèi)容的整合分析可分為兩方面：單元概念發(fā)展的整合，學生思維發(fā)展的整合。

1.1? ? 單元概念發(fā)展的整合

以大概念為統(tǒng)領(lǐng)，構(gòu)建單元的科學概念進階關(guān)系。比如，學生在高中第一次建立能量觀念時，教師選取“功與功率”“重力勢能與彈性勢能”“動能與動能定理”“機械能守恒定律”等內(nèi)容作為一個教學單元——“機械能及其守恒定律”，圍繞大概念“能量及其轉(zhuǎn)變”整合本單元的科學概念進階層級（見表1），進而建構(gòu)本單元的概念發(fā)展進階圖（如圖1）。

1.2? ? 學生思維發(fā)展的整合

在物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)中，物理觀念是基礎(chǔ)，科學思維是核心。如“機械能及其守恒定律”單元中，基于概念進階層級框架，引導學生構(gòu)建“能量及其轉(zhuǎn)變”的大概念、培養(yǎng)能量觀念時，讓其經(jīng)歷一系列理論探究與模型建構(gòu)、推理論證的過程，同時引導學生發(fā)現(xiàn)與提出問題、基于證據(jù)進行邏輯分析、表述交流等，最終實現(xiàn)培養(yǎng)學生的問題意識、證據(jù)意識、解釋與表述能力。本單元學生思維發(fā)展的整合分析如圖2所示。

2? ? 以大概念為統(tǒng)領(lǐng)，明確單元學習目標

以大概念為統(tǒng)領(lǐng)的單元學習目標著眼于學生學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。單元學習目標的確定，需要分析課程標準中對本單元整體與具體內(nèi)容的教學要求，結(jié)合學生的學情表現(xiàn)，以及對本單元概念進階、思維發(fā)展進行整合分析，從而明確學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)價值。比如，通過“機械能及其守恒定律”的學習，學生能從“能量轉(zhuǎn)化與守恒”的角度分析與解釋有關(guān)機械運動的問題，提高解決問題的能力。

本單元具體的學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)與發(fā)展價值的分析如下：

（1）物理觀念：經(jīng)歷從功的角度研究不同形式能量變化的原因，通過理論推導與實驗驗證過程，逐步深化對機械運動中功能關(guān)系的認識，了解能量的轉(zhuǎn)化與守恒，形成初步的能量觀念。

（2）科學思維：通過理論探究重力做功與重力勢能變化的關(guān)系、彈簧彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系，以及推導動能定理、機械能守恒定律，經(jīng)歷模型建構(gòu)、推理論證、質(zhì)疑等思維活動過程，實現(xiàn)微元、極限、類比等思想方法的遷移應用，從而有助于科學思維的發(fā)展。

（3）科學探究：采用探究的方式研究本單元中的功能關(guān)系，引導學生敢于思考與質(zhì)疑、積極發(fā)表觀點，基于證據(jù)作出解釋、對結(jié)果進行交流，從而培養(yǎng)學生的問題意識、證據(jù)意識。

（4）科學態(tài)度與責任：在經(jīng)歷實驗探究與理論推導的過程中，體會嚴謹認真、尊重事實的科學態(tài)度;了解人類認識能量這一守恒量的過程，體會對真理與科學本質(zhì)的追求精神;從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度了解可持續(xù)發(fā)展的意義，培養(yǎng)節(jié)能減排的責任意識。

另外，單元學習目標必須兼具整體性與可拆解性，即單元學習目標一方面統(tǒng)領(lǐng)本單元的教學高度，另一方面必須細化到單元的每一節(jié)教學內(nèi)容中，而且各節(jié)的學習目標之間要體現(xiàn)發(fā)展性與進階性。

本單元學習目標的進階性分析見表2。

3? ? 以大概念為統(tǒng)領(lǐng)，設(shè)計單元教學活動與流程

基于大概念的建構(gòu)，分析與明確了具體的學習目標后，緊接著需要規(guī)劃與設(shè)計對應的單元教學活動與詳細操作流程，這直接指向了學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與落實。建構(gòu)概念、探究規(guī)律等單元教學活動設(shè)計需要重視情境的創(chuàng)設(shè)，包括創(chuàng)設(shè)能夠體現(xiàn)概念本質(zhì)特征的情境，有助于學生發(fā)現(xiàn)與提出問題，從而開展深入的研究?？傊?，合適的情境是引導學生開展學習活動的前提，也體現(xiàn)了學生概念建構(gòu)以及思維發(fā)展的效果?！皺C械能及其守恒定律”單元基于“功決定和量度能量變化”這一理論，創(chuàng)設(shè)研究性情境，同時結(jié)合發(fā)展學生思維的價值分析，采用了探究性的教學方式。本單元教學活動流程設(shè)計見表3。

下面以教學內(nèi)容5“動能表達式的探究與動能定理的推導”為例，詳述教學活動的開展思路。

（a）問題引入：已經(jīng)研究了重力做功量度重力勢能的變化、彈簧彈力做功量度彈性勢能的變化。運動的物體具有動能，我們?nèi)绾瘟慷葎幽艿淖兓?？動能的變化與什么力做功有關(guān)？（從動能的角度，繼續(xù)研究功與能的關(guān)系）

（b）探究性問題：探究物體動能的變化與什么力做功有關(guān)？

（c）分析與猜想：運動的物體具有動能，已知物體的動能與自身質(zhì)量m、運動速度v有關(guān)。物體速度變則動能變;速度的變化源于加速度，加速度源于合力。所以，猜想動能的變化與合力做功有關(guān)。

（d）創(chuàng)設(shè)情境與建構(gòu)模型：質(zhì)量為m的物體在水平恒力F的作用下，在粗糙水平面上運動，阻力大小為Ff。物體從A運動到B發(fā)生一段位移l，速度由v1增加到v2。（即建構(gòu)勻變速直線運動模型）

（e）演繹推理：

物體運動過程中，合力為（F-Ff），合力的功：

W■=（F-Ff）l（1）

根據(jù)牛頓第二定律： F-Ff=ma? ? ?（2）

根據(jù)勻變速運動規(guī)律：2al=v■■-v■■（3）

帶入（1）式中，得合力的功：

W■=■mv■■-■mv■■（4）

（f）分析與推理：深入分析■mv2，一方面與合力做功密切相關(guān)，另一方面具有動能的基本特征。根據(jù)“功決定和量度能量的變化”的基本認識思路，把■mv2定義為動能表達式。

（g）探究結(jié)論：物體速度從v1變到v2的過程中，合力的功：

W■=■mv■■-■mv■■=Ek2-Ek1=ΔEk（5）

動能的變化與物體合力的功有關(guān)：合力在一個過程中對物體所做的功等于物體在這個過程中動能的變化量。

4? ? 基于核心素養(yǎng)的考查，設(shè)計教學評價

評價是日常教學活動的重要部分，適時、準確的評價才能了解學生核心素養(yǎng)的發(fā)展情況，從而指導進一步的教學活動。評價的角度和方式均是多樣的，包括教師評價、自我評價、同伴評價，以及過程性評價、階段性評價等。通過評價，診斷與檢測學生素養(yǎng)培養(yǎng)的效果，獲得真實表現(xiàn)的反饋性信息，以及激勵學生進一步的學習活動。

比如，“機械能及其守恒定律”單元中，教學內(nèi)容4的設(shè)計即作為了課堂上的一種過程性的診斷性評價，通過學生在探究彈力做功及推導彈性勢能表達式的表現(xiàn)，診斷是否能夠遷移與類比重力勢能表達式的探究思路，是否能夠遷移分析變力做功時的微元法與極限思想，從而對學生思維能力的表現(xiàn)進行及時診斷。此外，關(guān)于動能表達式的探究與動能定理的推導，也作為研究方法與研究思路的診斷性評價，診斷學生能否將之前學習的研究方法遷移應用，是否掌握了探究問題時的一般研究思路，是否具有探究與解決問題的能力，即在教學過程中診斷學生的思維與探究能力。

除了課堂上師生互動中的評價，課后作業(yè)也是一種很好的診斷學生學習效果的評價方式。比如，“機械能及其守恒定律”單元中，下面一題是在學習“功”之后，檢測學生關(guān)于變力做功問題的掌握情況。

作業(yè)題：用手拉一小物體在水平面上做半徑為 R 的圓周運動（圖3），滑動摩擦力的大小為Ff，在小物體運動一周的過程中， 摩擦力Ff做的功為多少？

發(fā)展學生核心素養(yǎng)是一個連續(xù)且長期的過程。圍繞大概念建構(gòu)的單元教學設(shè)計，側(cè)重組織與開展具備系統(tǒng)性、發(fā)展性的教學內(nèi)容與評價，有助于關(guān)注學生物理知識及能力發(fā)展上的進階性，有助于建立學生物理概念和規(guī)律的理解，有助于提高學生解決問題和解釋現(xiàn)象的能力。大概念統(tǒng)領(lǐng)的單元教學設(shè)計是落實物理學科核心素養(yǎng)的重要方式，在教學實踐中，教師應該關(guān)注、統(tǒng)籌單元教學設(shè)計，圍繞大概念建構(gòu)、整合教學內(nèi)容與組織教學，從而實現(xiàn)學科育人目標。

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（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）