朱 英 馮 杰

（1.上海市位育初級(jí)中學(xué)，上海 200031；2.上海師范大學(xué)數(shù)理學(xué)院，上海 200234）

上海市教委教研室中小學(xué)物理學(xué)科啟動(dòng)了單元整體設(shè)計(jì)的研究.以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)可以幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，圍繞單元目標(biāo)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)能夠大大提升教學(xué)內(nèi)容的邏輯性，這是培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑.

1 理論基礎(chǔ)及概念分析

1.1 認(rèn)知理論

學(xué)科核心素養(yǎng)是人才需求的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的，而“具身認(rèn)知理論”和認(rèn)知發(fā)展階段理論為核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提供的理論依據(jù).以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的教學(xué)策略和這兩個(gè)理論又有著密不可分的關(guān)系，他們能有力的促進(jìn)教學(xué).

首先，“具身認(rèn)知理論”認(rèn)為認(rèn)知活動(dòng)不僅離不開生物的大腦，而且與人類身體及其所處的環(huán)境密切相關(guān)；“心智之所以從根本上是具身的，并非僅僅因?yàn)樾闹堑乃羞^程必須以神經(jīng)活動(dòng)為基礎(chǔ)，而是因?yàn)槲覀兊闹X和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在概念形成和理性推理中扮演了一種基礎(chǔ)性的角色”.而作為人體最重要感覺之一的視覺在我們的認(rèn)知世界中扮演了重要角色，對(duì)于科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)占據(jù)了關(guān)鍵性的作用.

其次，認(rèn)知發(fā)展階段理論強(qiáng)調(diào)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)之間的轉(zhuǎn)換和改造，最具代表性的是皮亞杰理論，他認(rèn)為個(gè)體自出生一直到成年的認(rèn)知發(fā)展階段，在他看來，認(rèn)知發(fā)展并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)量累積過程，而是一個(gè)不斷創(chuàng)建新圖式的過程.從認(rèn)知圖式的性質(zhì)出發(fā)，皮亞杰將兒童的認(rèn)知發(fā)展共劃分為4個(gè)階段，而第4階段就是（11～15歲以后）形式運(yùn)算階段：可以不憑借具體的事物，作出符號(hào)形式的推理分析.初三學(xué)生就是處于這個(gè)階段，可以對(duì)表征的和抽象的物體進(jìn)行邏輯思維運(yùn)算，學(xué)生有能力將內(nèi)容與形式分開，運(yùn)用符號(hào)來代替其他東西.

初中生正處于表象與抽象過度的階段，學(xué)生能夠通過視覺來觀察生活中的物理，能夠通過視覺來觀察物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，能夠通過視覺來觀察知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，能夠憑借自己的認(rèn)知發(fā)展對(duì)物理現(xiàn)象和知識(shí)進(jìn)行推理分析.

1.2 單元目標(biāo)

單元目標(biāo)是基于教學(xué)基本要求設(shè)定的目標(biāo)，是把握教學(xué)內(nèi)容及重點(diǎn)內(nèi)容的方向.初中物理單元目標(biāo)是一個(gè)單元所要掌握的物理學(xué)科素養(yǎng)四維目標(biāo)，初中物理單元目標(biāo)需要明確學(xué)生掌握的物理觀念、落實(shí)好學(xué)生科學(xué)探究需要具備的科學(xué)思維、明確學(xué)生需要培養(yǎng)的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，需要通過整個(gè)單元學(xué)習(xí)讓學(xué)生達(dá)到預(yù)期的效果.

1.3 學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)是根據(jù)單元大活動(dòng)的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)情，確定教學(xué)單元的構(gòu)建，從物理學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)涵出發(fā)，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知特點(diǎn)找出相應(yīng)的學(xué)習(xí)模式，形成物理學(xué)科特定的思維方式，以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為目標(biāo)設(shè)計(jì)的教學(xué)活動(dòng).以往的教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足新要求，我們必須通過以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)來激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，明確學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，獲得科學(xué)觀念，落實(shí)初中物理核心素養(yǎng).

2 初中物理學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)策略

傳統(tǒng)的教學(xué)體現(xiàn)的是知識(shí)點(diǎn)的講解，忽略的是情境，導(dǎo)致在教學(xué)中科學(xué)思維方法的滲透度不夠，沒有突出科學(xué)思維方法，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?duì)問題的處理和分析能力受到限制，缺乏提問的精神和對(duì)現(xiàn)象的深入思考.隨著基礎(chǔ)教育改革的推進(jìn)，從雙基到三維目標(biāo)到核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的初中物理學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)刻不容緩，筆者設(shè)計(jì)了初中物理學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)導(dǎo)圖如圖1所示.核心素養(yǎng)下的物理教學(xué)重視對(duì)知識(shí)的整合，強(qiáng)調(diào)的是實(shí)現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展.以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的初中物理學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)有利于學(xué)生自主構(gòu)建知識(shí)體系，強(qiáng)化物理觀念；有利于學(xué)生利用已有物理知識(shí)進(jìn)行科學(xué)制作，逐步養(yǎng)成創(chuàng)新思維；有利于學(xué)生對(duì)探究環(huán)節(jié)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、歸納方法；有利于建立物理知識(shí)和生活的聯(lián)系.

圖1 初中物理學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)導(dǎo)圖

2.1 初中物理學(xué)科單元核心素養(yǎng)目標(biāo)分析與構(gòu)建

單元目標(biāo)的分析能夠?qū)⒅R(shí)點(diǎn)整合在一個(gè)單元中進(jìn)行融會(huì)貫通，能夠減少對(duì)單一知識(shí)的過度關(guān)注，更加注重提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，教師通過對(duì)教材進(jìn)行深入分析，制定教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)采用符合學(xué)情的方式進(jìn)行整合教學(xué)內(nèi)容，從整體把握教學(xué)需求，選用合適教學(xué)方法，完善教學(xué)過程，提高學(xué)生抽象和概括、分析與綜合、推理與判斷等思維方法，在概念和規(guī)律教學(xué)中滲透建構(gòu)模型內(nèi)容，提升學(xué)生模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)思維.

案例1.教學(xué)目標(biāo)分析：本節(jié)課是上教版初中物理九年級(jí)第一學(xué)期第6章第6節(jié)的內(nèi)容，大氣壓強(qiáng)與固體壓強(qiáng)、液體壓強(qiáng)一起構(gòu)成了一個(gè)相對(duì)完整的知識(shí)體系.由于大氣壓的產(chǎn)生與靜止液體內(nèi)部壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因類似，所以大氣壓強(qiáng)的學(xué)習(xí)是前者的延伸和鞏固.本節(jié)要求學(xué)生主動(dòng)參與，通過假想實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)這一系列知識(shí)形成的過程，感受觀察、分析、推理、間接測(cè)量、假想實(shí)驗(yàn)等科學(xué)的思想和方法（表1），并體驗(yàn)學(xué)習(xí)的樂趣.

表1 單元核心素養(yǎng)目標(biāo)

初中生學(xué)情分析：學(xué)生已經(jīng)掌握了學(xué)習(xí)本節(jié)課需要具備的基礎(chǔ)知識(shí)壓力和壓強(qiáng)的概念、壓強(qiáng)公式：p=F/S、液體內(nèi)部的壓強(qiáng)公式：p=ρgh，這些都為本節(jié)課的學(xué)習(xí)做了很好的鋪墊.但是由于托里拆利實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用了間接測(cè)量的方法，所以學(xué)生在理解上一直存在著困難.初三學(xué)生已經(jīng)具備了一定的實(shí)驗(yàn)探究能力和空間想象能力，形象思維和抽象思維都有了不同程度的發(fā)展，分析問題、解決問題的能力也更加進(jìn)步.但是初三的學(xué)生往往是不愛發(fā)言，不主動(dòng)表現(xiàn)自我，需要教師的積極、靈活的調(diào)動(dòng).初三年級(jí)學(xué)生心理和認(rèn)知發(fā)展規(guī)律要求在教學(xué)中要充分調(diào)動(dòng)他們的激情.他們不喜歡枯燥的理論分析和教條式的計(jì)算，但樂于參與動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、觀察現(xiàn)象、了解與物理規(guī)律有關(guān)的圖片.在玩中學(xué)更能激發(fā)學(xué)生的情感.他們喜歡探索自己熟悉的或與所學(xué)知識(shí)有關(guān)的生活現(xiàn)象、科學(xué)事件.這樣才更能激發(fā)和培養(yǎng)他們的創(chuàng)造性.

（1）通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明大氣壓強(qiáng)的存在，感受“實(shí)驗(yàn)、觀察、歸納”的科學(xué)方法.

（2）經(jīng)歷“探究測(cè)定大氣壓強(qiáng)值”的活動(dòng)，感受分析、推理、間接測(cè)量的科學(xué)方法.

（3）通過了解馬德堡半球?qū)嶒?yàn)和托里拆利實(shí)驗(yàn)，領(lǐng)略先輩崇尚科學(xué)、勇于探索的精神.

（4）通過大氣壓強(qiáng)的學(xué)習(xí)，激發(fā)興趣，感悟理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)以致用的重要性.

（5）通過測(cè)量大氣壓強(qiáng)值的一系列活動(dòng)，提高學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)習(xí)物理的興趣，激發(fā)探索未知世界的熱情.

設(shè)計(jì)單元教學(xué)目標(biāo)要符合學(xué)生心理特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律，而難點(diǎn)的確立要基于學(xué)生的認(rèn)知水平和思維障礙.如案例1中把作為托里拆利實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用了間接測(cè)量的方法作為難點(diǎn)，這樣的單元目標(biāo)設(shè)計(jì)導(dǎo)向的活動(dòng)設(shè)計(jì)才能真正起到培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的作用.

2.2 初中物理學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)是單元教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要步驟，能為學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)提供良好的基礎(chǔ)和方向.初中物理學(xué)科核心素養(yǎng)是通過物理教師對(duì)教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)，為學(xué)生創(chuàng)造學(xué)習(xí)環(huán)境，通過學(xué)習(xí)中的問題而不斷的交流的形式中慢慢培養(yǎng)出來的.在進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

第一，創(chuàng)設(shè)意境，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.對(duì)于學(xué)習(xí)意境的尋找是為了讓學(xué)生的物理知識(shí)學(xué)習(xí)更加的貼近實(shí)際生活，讓學(xué)生感受到物理來源于生活，此外，也能讓學(xué)生感受學(xué)習(xí)的魅力，讓物理在學(xué)生眼中不再只是符號(hào)、公式，而是可以感知和觸摸的生活中的世界.

案例2.活動(dòng)1：利用實(shí)驗(yàn)桌上所給器材，分組設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)：證明大氣壓強(qiáng)是存在的，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)如圖2所示.

圖2 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)1

活動(dòng)2：馬德堡半球?qū)嶒?yàn)的故事介紹.

活動(dòng)3：學(xué)生演示馬德堡半球?qū)嶒?yàn).學(xué)生通過模擬馬德堡半球的實(shí)驗(yàn)，親身感受大氣壓強(qiáng)存在且很大.學(xué)生模擬馬德堡半球?qū)嶒?yàn)的分組實(shí)驗(yàn)如圖3所示.

圖3 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)2

第二，設(shè)計(jì)問題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與探究.讓學(xué)生在意境中發(fā)現(xiàn)物理問題，根據(jù)課堂教學(xué)中的重難點(diǎn)為學(xué)生創(chuàng)造出良好的問題，讓學(xué)生在創(chuàng)設(shè)的問題情境中進(jìn)行思考，自主學(xué)習(xí)，通過物理模型的構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)探究，提升學(xué)生物理模型建構(gòu)的能力，從而開展分析、綜合、類比、歸納等科學(xué)思維活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生猜想、假設(shè)、科學(xué)推理、科學(xué)論證的科學(xué)探究能力.此外，通過生生合作，還能促進(jìn)不同能力層次學(xué)生的發(fā)展.托里拆利實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)中的重要實(shí)驗(yàn)之一，具有重要的教育價(jià)值.但是，由于原有教材對(duì)于本實(shí)驗(yàn)為什么這么做缺乏必要的鋪墊，導(dǎo)致了學(xué)生理解上的困難.因此，為了突破這個(gè)難點(diǎn)，就必須在忠于教材的基礎(chǔ)上，對(duì)教材進(jìn)行一定的處理，補(bǔ)充假想實(shí)驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)的步驟，幫助學(xué)生理解為什么這么做和怎么做，為托里拆利實(shí)驗(yàn)的理解打下基礎(chǔ)，注重對(duì)學(xué)生進(jìn)行思維能力的培養(yǎng)，重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神和科學(xué)思想方法的熏陶和培養(yǎng)，體現(xiàn)學(xué)生主體地位，并在此過程中感受觀察、分析、推理、間接測(cè)量、假想實(shí)驗(yàn)等科學(xué)的思想和方法，并體驗(yàn)學(xué)習(xí)的樂趣.

案例3.（1）大氣壓的產(chǎn)生原因.

提問：大氣對(duì)處于其中的物體是否產(chǎn)生壓強(qiáng)？

論據(jù)：類比液體內(nèi)部壓強(qiáng)，由于大氣受到重力的作用，大氣會(huì)對(duì)處于其中的物體產(chǎn)生壓強(qiáng)，我們稱它為大氣壓強(qiáng).同樣氣體具有流動(dòng)性，所以大氣壓也應(yīng)該是向各個(gè)方向的.

（2）通過假想實(shí)驗(yàn)初步理解托里拆利實(shí)驗(yàn)原理.

提問：紙片很容易落下導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，有沒有更加穩(wěn)妥的方法呢？為什么沒有水流出來？水對(duì)管口有沒有壓強(qiáng)？是不是不論管子有多長(zhǎng)，水都不會(huì)流下來呢？大氣壓強(qiáng)托不住多高的水柱呢？

論據(jù)：知道大氣壓強(qiáng)所能托起水柱的最大高度就能間接地測(cè)出大氣壓強(qiáng)的值.在此過程中，學(xué)生初步理解了托里拆利實(shí)驗(yàn)測(cè)量大氣壓強(qiáng)的原理.

方法：引導(dǎo)學(xué)生首先從覆杯實(shí)驗(yàn)中尋找測(cè)量大氣壓強(qiáng)的方法，通過假想實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生理解大氣壓強(qiáng)的原理：p大氣=p液=ρ液gh.

（3）模擬托里拆利實(shí)驗(yàn).

提問：如何利用液體壓強(qiáng)替代大氣壓強(qiáng)？

論據(jù)：玻璃管足夠長(zhǎng)；選擇密度大的液體；玻璃管內(nèi)要裝滿液體（不能有空氣）

實(shí)驗(yàn)：將實(shí)驗(yàn)用的瓶子加長(zhǎng)直至1 m長(zhǎng)，來試圖尋找大氣壓強(qiáng)所能托起水柱的最大高度.學(xué)生模擬托里拆利實(shí)驗(yàn)如圖4所示，當(dāng)發(fā)現(xiàn)1 m長(zhǎng)仍然不是最大高度的時(shí)候，引導(dǎo)學(xué)生討論得出：換更長(zhǎng)的管子或換用密度更大的液體，例如水銀，并確定第2種方法為最佳方案.

圖4 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)3

（4）托里拆利實(shí)驗(yàn).

視頻：觀看托里拆利實(shí)驗(yàn)錄像.

（5）大氣壓強(qiáng)的利用.

提問：同學(xué)們討論一下生活中大氣壓強(qiáng)的應(yīng)用.

舉例：吸鋼筆水、注射器抽藥液、活塞式抽水機(jī)、離心式水泵等.

3 初中物理學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)教學(xué)效果評(píng)估

課程標(biāo)準(zhǔn)在評(píng)價(jià)建議中倡導(dǎo)“立足過程，促進(jìn)發(fā)展”的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)理念，所以多種評(píng)價(jià)方法，客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生發(fā)展?fàn)顩r才是目前的趨勢(shì)（表2）.課堂評(píng)價(jià)是動(dòng)態(tài)的交互過程，是學(xué)習(xí)過程相隨的質(zhì)性評(píng)價(jià)，要為課堂生成預(yù)留足夠的開放空間.此外，課程標(biāo)準(zhǔn)在評(píng)價(jià)建議中還指出：注意多種評(píng)價(jià)方式的有機(jī)結(jié)合.我們應(yīng)合理利用評(píng)價(jià)的診斷、激勵(lì)、發(fā)展等功能，量化評(píng)價(jià)與質(zhì)性評(píng)價(jià)、形成性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，激勵(lì)學(xué)生改進(jìn)學(xué)習(xí)行為，課堂觀察、實(shí)驗(yàn)操作、作品展示等多種評(píng)價(jià)方式能全面了解學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展?fàn)顩r.通過以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的初中物理學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)，學(xué)生對(duì)于托里拆利實(shí)驗(yàn)有了深刻的理解，假想實(shí)驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生知其所以然，為托里拆利實(shí)驗(yàn)的理解打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，突破了教學(xué)難點(diǎn).

表2 初中物理學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)教學(xué)效果評(píng)估要素

核心素養(yǎng)下的以單元目標(biāo)為導(dǎo)向的初中物理學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)改變了以往的應(yīng)試教育教學(xué)模式，讓更多的學(xué)生在快樂中學(xué)習(xí)，體驗(yàn)到了物理學(xué)習(xí)的魅力，讓物理教學(xué)中的更多零碎的知識(shí)點(diǎn)有效的結(jié)合在一起，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中形成了良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，落實(shí)了教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)了初中學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)生提供了真正有意義的學(xué)習(xí).