摘? ?要：以大情境引領(lǐng)物理單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計是教學(xué)設(shè)計的一種重要方法?；凇按笄榫场敝骶€開展物理單元學(xué)習(xí)活動，有利于解決情境碎片化的問題，幫助學(xué)生形成解決問題的一般化思路，從而更好地促進學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。以“電磁場與電磁波初步”為例，論述如何設(shè)計基于“大情境”主線的單元學(xué)習(xí)活動。

關(guān)鍵詞：大情境；單元學(xué)習(xí)活動；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）9-0030-4

收稿日期：2022-12-21

作者簡介：楊松霖（1990-），男，中學(xué)一級教師，主要從事中學(xué)物理教學(xué)工作。

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》中的“教學(xué)建議”指出，“創(chuàng)設(shè)情境進行教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用”［1］。單元學(xué)習(xí)活動是以實現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展為目標的實踐活動。所以，基于“大情境”主線開展單元學(xué)習(xí)活動，使各個活動形成內(nèi)在邏輯自洽的統(tǒng)一整體，有利于促進學(xué)生的物理認知結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和問題解決能力。

1? ? 基于“大情境”主線的單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計路徑

“大情境”是指在簡化與凝練生產(chǎn)生活實踐和學(xué)習(xí)探索實際的基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)適合學(xué)生學(xué)習(xí)、具有較大綜合性的問題情境。為了發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，需要把課程標準及教材所呈現(xiàn)的理論知識與真實的問題情境相關(guān)聯(lián)，以問題或者任務(wù)為中心構(gòu)成場域［2］。通過大情境與單元學(xué)習(xí)活動的有機融合，以分解的“子情境”作為載體，助力學(xué)生形成物理建模等科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力（圖1）。

首先，將生產(chǎn)生活中的原始物理問題進行剖析，結(jié)合學(xué)習(xí)目標和學(xué)情，進行優(yōu)化整合，最終創(chuàng)設(shè)大情境；然后，通過分解一系列的“子情境”，設(shè)置不同層次的“問題鏈”，選擇合適的學(xué)習(xí)活動內(nèi)容和形式，將原本碎片化的知識、方法有機融入學(xué)習(xí)活動中；最后，多線按邏輯開展，驅(qū)動學(xué)生進行科學(xué)探究，解決一系列的“問題鏈”，構(gòu)建系統(tǒng)化的知識結(jié)構(gòu)，從而幫助學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維，培育科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

2? ? 基于“大情境”主線的單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計案例

在進行單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計時，依據(jù)《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》的相關(guān)內(nèi)容要求，把學(xué)習(xí)內(nèi)容嵌入到大情境中，讓學(xué)生獲得在實際情境中解決物理問題的經(jīng)驗，形成將情境與知識關(guān)聯(lián)的意識和能力［1］。

2.1? ? 依據(jù)課標要求，整合原始物理問題，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)“大情境”

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》中對“電磁場與電磁波初步”提出：“收集資料，了解手機無線充電的原理”“知道手機和衛(wèi)星通信等都是電磁波的應(yīng)用”“調(diào)查電磁波在現(xiàn)代社會中的應(yīng)用實例”［1］。按照教學(xué)實際需求，合理地整合原始物理問題，考慮以“無線充電技術(shù)的研究”作為單元學(xué)習(xí)主線。

無線充電技術(shù)最早出現(xiàn)在19世紀末，當(dāng)時的物理學(xué)家特斯拉成功完成了無線輸電試驗。但這項技術(shù)并沒有得到具體的應(yīng)用，直到近年來智能終端設(shè)備的廣泛應(yīng)用，才讓無線充電技術(shù)得以重新發(fā)展和推廣。無線充電主要采用了電磁感應(yīng)原理，不需要電源線，依靠電磁波傳播能量。結(jié)合生產(chǎn)生活中客觀存在的、典型物理現(xiàn)象和物理事實，考慮到無線充電技術(shù)的較大理論深度，確定以“研究無線充電的裝置”為主線進行大情境學(xué)習(xí)活動設(shè)計。

2.2? ? 構(gòu)建物理模型，分解“子情境”，設(shè)置“問題鏈”

“大情境”不是真實情境的原版，只盡可能接近真實情況，限于學(xué)生知識、能力的發(fā)展水平，需要從促進學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的目的出發(fā)，對真實情境進行簡化、剪輯、凝練［2］?？紤]到無線充電裝置種類較多，且裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度均較高，因此，在大情境的基礎(chǔ)上，將無線充電裝置具化為無線充電電動牙刷和充電底座，將其裝置內(nèi)部無線充電部分簡化為牙刷中的接收線圈回路和底座中的發(fā)射線圈回路（圖2）。

在大情境的基礎(chǔ)上，依據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)要求分解“子情境”，結(jié)合“子情境”的任務(wù)問題設(shè)計系列“問題鏈”，把研究的核心問題分解為具體的問題，形成系列學(xué)習(xí)活動。

2.2.1? ? 子情境1：探尋無線充電牙刷周圍的磁場

學(xué)習(xí)活動1：磁現(xiàn)象在生活中處處可見，磁技術(shù)也已滲透到了日常生活的各個方面，可以借助手機中的傳感裝置探尋身邊的磁場。

設(shè)置問題鏈：

問題1（1）：根據(jù)初中所學(xué)的知識，請舉例說明哪些工具或器材可以檢測空間中存在磁場？

問題1（2）：這些工具和磁體之間沒有直接接觸，它們是如何發(fā)生相互作用的？類似的現(xiàn)象我們是否學(xué)習(xí)過？

問題1（3）：如何形象地描繪條形磁鐵外部的磁場情況？條形磁鐵外部的磁場分布是怎樣的？請用圖線描繪出來。

問題1（4）：磁感線是如何描繪磁場的？請對磁感線和電場線作出比較。

問題1（5）：你身邊除了磁體（地球）之外，是否還有其他能夠產(chǎn)生磁場的物體？借助手機軟件“Phyphox”測量身邊的磁場，例如，無線充電牙刷底座在通電前后的磁場（圖3）。

2.2.2? ? 子情境2：定性描述電動牙刷充電底座周圍的磁場

學(xué)習(xí)活動2：拆解電動牙刷的無線充電裝置，觀察內(nèi)部的構(gòu)成，找到產(chǎn)生磁場的核心部件，嘗試用磁感線描繪核心部件周圍的磁場分布。

問題2（1）：究竟是電動牙刷無線充電裝置中的哪部分產(chǎn)生了磁場？（拆解結(jié)果如圖4所示）你能聯(lián)系到初中學(xué)習(xí)的哪些知識？

問題2（2）：通電直導(dǎo)線周圍空間的磁場分布是如何的？請利用鐵屑和小磁針進行探究。

問題2（3）：通電直導(dǎo)線周圍的磁場在不同截面該如何表達？

問題2（4）：通電螺線管周圍空間的磁場分布是如何的？請利用鐵屑和小磁針進行探究，并嘗試畫出其俯視圖和正視圖。

問題2（5）：通電螺線管的磁場和條形磁鐵的磁場很相似，那么磁鐵的磁場和電流的磁場是否有相同的起源呢？

2.2.3? ? 子情境3：定量描述電動牙刷充電底座周圍的磁場

學(xué)習(xí)活動3：根據(jù)電動牙刷充電底座周圍磁場的磁感線，比較不同位置的磁場大小和方向，類比定量描述電場的方式，定量描述磁場。

問題3（1）：回憶定量描述電場強弱的方法，相類比，在磁場中能不能找到一個類似試探電荷的“工具”呢？

問題3（2）：通電導(dǎo)線在磁場中受到力的大小除了與磁場本身有關(guān)外，還與哪些因素有關(guān)？（探究實驗裝置如圖5所示）如何定量描述磁場？

問題3（3）：電動牙刷充電底座周圍的磁場到底有多大呢？請利用磁傳感器進行測量。

2.2.4? ? 子情境4：“親歷”法拉第研究電磁感應(yīng)之路

學(xué)習(xí)活動4：電動牙刷并未與充電底座的電路形成回路，通過拆解電動牙刷，觀察內(nèi)部的構(gòu)成，找到與電池連接的核心部件?！坝H歷”法拉第研究電磁感應(yīng)之路，了解充電可以“無線”的奧秘。

問題4（1）：電動牙刷并未與充電底座的電路形成回路（電動牙刷的無線充電部分拆解情況如圖6所示），那么電動牙刷是如何“生電”的呢？需要滿足什么條件呢？

問題4（2）：法拉第是如何思考“磁生電”的條件的呢？

問題4（3）：“親歷”法拉第對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的研究，思考產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？

問題4（4）：根據(jù)法拉第對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的研究，回看電動牙刷無線充電裝置的核心部件，思考如何才能做到無線充電？

2.2.5? ? 子情境5：無線充電牙刷的充電原理

學(xué)習(xí)活動5：通過對麥克斯韋電磁場理論的學(xué)習(xí)，了解無線充電底座的“有源回路”能夠?qū)﹄妱友浪⒌摹盁o源回路”傳遞能量的原理。

問題5（1）：麥克斯韋是如何思考電磁感應(yīng)現(xiàn)象的？

問題5（2）：電磁場是如何產(chǎn)生的？什么是電磁波？

問題5（3）：無線充電底座的“有源回路”能夠?qū)﹄妱友浪⒌摹盁o源回路”傳遞能量的原理是什么？電磁波在生產(chǎn)生活中還有哪些應(yīng)用？

2.3? ? 拓展“子情境”，小組交流匯報，提升問題解決能力

學(xué)習(xí)活動6：通過對電動牙刷和無線充電底座的拆解，經(jīng)歷對“電與磁”相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化的客觀規(guī)律學(xué)習(xí)，能否根據(jù)無線充電的基本原理，制作一個無線供電裝置和一個（下轉(zhuǎn)第38頁）（上接第32頁）接收電能的無源回路？請課后查閱資料、完成制作并進行小組匯報（學(xué)生代表制作的單管自激振蕩電路如圖7所示）。

設(shè)置動手操作的拓展“子情境”，有助于學(xué)生將“電磁場與電磁波初步”內(nèi)容中零碎、淺層的知識進行系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)化，完善概念結(jié)構(gòu)，從而將所學(xué)知識遷移至各種具體的情境中，提升問題解決能力。

3? ? 基于“大情境”主線的單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計的思考

3.1? ? 基于“大情境”主線的單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計體現(xiàn)了問題解決的導(dǎo)向

以大情境為載體的單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計體現(xiàn)了把學(xué)習(xí)所形成的物理觀念和科學(xué)思維用于分析和解決生活中實際問題的導(dǎo)向。真實的情境使課堂更加貼近現(xiàn)實生活，拓展了物理知識在實踐中的應(yīng)用。學(xué)生在解決問題中進一步提高了科學(xué)探究能力，發(fā)展了科學(xué)思維，形成了科學(xué)態(tài)度。

3.2? ? 基于“大情境”主線的單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計呈現(xiàn)了整體設(shè)計的方向

單元學(xué)習(xí)活動應(yīng)當(dāng)依據(jù)對應(yīng)的課程標準要求和教材進行整體設(shè)計，各個學(xué)習(xí)活動之間的聯(lián)系存在于活動所基于的情境之間的聯(lián)系。以大情境為載體呈現(xiàn)了單元學(xué)習(xí)活動的統(tǒng)一性和整體性，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)時的知識建構(gòu)順序更為合理、有效。

3.3? ? 基于“大情境”主線的單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計凸顯了學(xué)習(xí)主體的取向

學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生，單元學(xué)習(xí)活動的主體無疑也是學(xué)生。以大情境為載體凸顯了學(xué)習(xí)主體的取向，學(xué)生的主體性在單元學(xué)習(xí)活動的實踐性上充分體現(xiàn)。每一個“子情境”都促進學(xué)生自發(fā)、自主、自動、自覺地去學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)活動中經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，體驗用科學(xué)方法解決問題。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020：5.

［2］張玉峰.以大概念、大思路、大情境和大問題統(tǒng)領(lǐng)物理單元教學(xué)設(shè)計［J］.中學(xué)物理，2020，38（5）：2-7.

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）