基于物理學科核心素養的單元教學設計

徐國萍

摘 要： 有關“核心素養”的討論是近幾年基礎教育界的一個熱門話題，如何在教學中落實核心素養更是廣大一線教師關心的問題.筆者在實踐基礎上，以“電流和電路”為例，就單元設計在落實核心素養方面的意義和作用、落實核心素養的方法上進行了具體的分析和探究.

關鍵詞： 核心素養;物理;單元教學設計

2014 年，教育部研究印發《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》提出“教育部將組織研究提出各學段學生發展核心素養體系，明確學生應具備適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力”.構建核心素養框架，建立各學科、各年級的學生發展核心素養體系已成為深化課程改革，推行素質教育的基本要求，也成為提升我國教育國際競爭力，落實立德樹人根本任務的迫切需要.2017年，我國提出了中國學生發展核心素養體系，核心素養被界定為“學生應該具備的、能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力”.傳統的課堂教學將基礎知識和基本技能的培養作為課堂的主要目標，教師只需考慮課時計劃即可，而核心素養的提出告訴我們課堂教學要在培養學生基礎知識和基本技能的過程中，強化學生關鍵能力的培養，這就需要教師依據核心素養進行系統的設計——單元設計.正如我國科學家周光召提出的：“科學教育不應該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實，而是應當慎重選擇一些重要的科學觀念，用恰當、生動的方法，幫助孩子們建立一個完整的對世界的理解”.單元設計在一定程度上為物理學科核心素養的落地提供了土壤，一定程度上改變了傳統教學中偏重碎片化的知識點傳授.筆者以課標中“電流和電路”的內容為例，依照物理核心素養要求，積極探索基于核心素養導向下的單元教學設計.

首先，用思維導圖確定本單元的主要內容及它們之間的關系如圖1所示.

其次，根據思維導圖，以電流為中心，從電流的形成、電流的概念、電流的測量和電流在電路中的規律不同角度進行設計，確定單元教學主題和課時安排：（1）兩種電荷及電荷間的相互規律是什么？（1課時）.（2）電流及電流的形成條件是什么？（2課時）.（3）如何測量電流的大小？（1課時）.（4）什么是串聯電路和并聯電路？串聯電路和并聯電路中電流的規律是什么？（2課時）.

素養是在特定情境下，或者是經歷了一系列不同的情境后，個體建立起來的、能夠靈活運用這些東西和當下情境建立關聯的那個東西.單元設計的每一部分既相對獨立又與其他內容相聯系，每部分設計都按照“由終而始”的逆向設計思路，首先確定主題和目標，然后設計目標的評估和評價活動，最后設計特定的情境活動去實現目標.基于以上思考，本單元具體教學設計過程如下：

1 ?兩種電荷及電荷間的相互作用規律

1.1 創設情境，引出研究問題

演示實驗：用毛皮摩擦后的橡膠棒靠近肥皂泡;絲綢摩擦后的玻璃棒靠近金屬薄片（如圖2所示）.

師：同學們看到了什么現象？

生：摩擦后的塑料棒和玻璃棒能夠吸引一些輕小物體.

師：摩擦后的物體能夠吸引一些輕小物體，我們就說摩擦后的物體帶了電.你在生活中也有過類似的發現嗎？

生：梳頭發時，梳子吸引頭發;紙張摩擦后相互吸引等.

【設計意圖】體現從生活到物理的課程理念，從神奇的實驗現象出發，激發學生的好奇心，引出研究的靜電問題，讓學生在觀察實驗的基礎上進行歸納和分析，進一步得出初步結論;同時通過讓學生舉例的活動，既了解了學生原有的認識，又引導他們把所學與日常生活聯系，強化物理知識與實踐情境的關聯.

1.2 動手實踐，豐富感性認識

活動一：用提供的細線、通草球等器材，自制一個檢驗物體是否帶電的器材（如圖3所示）;通過實驗用自制器材檢驗幾種摩擦后物體是否帶電.

【設計意圖】通過用生活中的器具做物理實驗，加強物理知識與生活的關聯.通過學生自制簡易驗電器的過程進一步理解靜電的產生條件和檢驗方法，同時為后面研究電荷間的相互作用規律做鋪墊，學生將利用自制的驗電器探究電荷的種類和電荷間的相互關系，自然而然的建立目標間的聯系.

1.3 科學探究，探尋概念和規律

活動二：利用自制的驗電器，檢驗絲綢摩擦后的玻璃棒和毛皮摩擦后的橡膠棒帶電種類是否相同.

實驗現象記錄情況如圖4所示：

根據實驗現象和記錄，分析、歸納初步結論：絲綢摩擦后的玻璃棒和毛皮摩擦后的橡膠棒帶電種類不相同，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引.

活動三：利用自制驗電器，檢驗其它摩擦帶電物體所帶電荷種類與前面兩種是否相同.

使與頭發摩擦后的塑料尺分別靠近圖4乙和丙所示實驗中的帶電小球，發現與乙實驗中小球相吸，與丙實驗中小球相斥.（不同小組提供物體進行類似實驗）

各組展示交流，經歷初步歸納，拓展到科學家大量實驗得出結論：自然界只有兩種電荷，正電荷和負電荷.絲綢摩擦過的玻璃棒所帶電荷叫正電荷，毛皮摩擦過的橡膠棒所帶電荷叫負電荷.

【設計意圖】精心設計探究活動，以學生的學習活動為主，關注小組學習活動后的交流展示使學習成果整合，提高體驗學習的效率.兩個活動都有明確的目標，驅動活動向前推進，另外通過活動讓學生親歷過程，有所體驗，在活動中進行觀察、分析、歸納，滲透物理科學方法，使學習更加深刻.

1.4 科普閱讀，拓展原子內部結構、摩擦起電原因知識內容

科普文章：通常情況下，原子核所帶的正電荷與核外電子帶的負電荷在數量上相等，整個原子不顯電性.有些物體的原子核對電子的束縛能力強，有些物體的原子核對電子的束縛能力弱.當兩個物體摩擦時，原子核對電子束縛能力強的會把原子核對電子束縛能力弱的電子“搶”過來，這樣，原子核對電子束縛能力強的原子就有了多余的電子帶負電，而原子核對電子的束縛能力弱的就失去了電子帶正電.摩擦起電不是創造了電，而是電子發生了轉移.

閱讀短文，回答問題：（1）絲綢摩擦過玻璃棒后，絲綢帶電嗎？為什么？

（2）絲綢和玻璃棒中，哪種物質對電子的束縛能力強？它帶哪種電？

【設計意圖】科學素養當中強調培養學生具備獨立思考、邏輯推理、信息加工和學會學習等意識和能力.本環節根據學生回答情況，評價學生的通過閱讀獲取新識與實踐經驗結合靈活解決問題的能力.

1.5 課后實踐，拓展應用

活動四：查找生活中靜電的防止和應用與同學交流.

【設計意圖】引導學生更加關注現實生活中的相關信息，體現從物理到生活理念，同時通過學生的調查結果反饋評價學生對以上內容的學習效果.

2 電流的概念和電路

2.1 創設情境，激發進一步學習欲望

演示實驗：野外訓練，需要用火，而你沒有打火機等設備，只有一個手電筒和一些口香糖紙，你將如何獲得火呢？用口香糖紙連接電池正負極使紙燃燒.

師：為什么紙條會燃燒？通過今天的學習，同學們就會明白.需要強調的是像這樣用導線直接把電池兩端連接的做法，在一般情況下既損害電源，又容易發生危險，正常實驗時是不允許這樣做的.

【設計意圖】創設激發學生想象的有意義情境，同一個實驗對我們來說有利有弊，學會辯證的看待事物.通過實例認識到短路危害，避免死記硬背相關實驗注意事項.）

2.2 任務驅動，通過實驗進行探究

活動一：（一組）怎樣做可以讓燈泡發光，器材如圖5所示.

（二組）怎樣做可以讓LED燈發光，器材如圖6所示.

兩組同學展示交流：通過觀察、分析、歸納，找到讓小燈泡和二極管發光的電路的共同特點，一是電路中有電池（電源），二是電路是閉合的，得出電路中有電流.

通過對比，分析：有同學會提出，有時二極管不發光，當換了電源的正、負極連接方向后，二極管就發光了，根據二極管單向導電特點得出電流是有方向的，在電源外部，電流從電源正極流向負極.

師：一個電路至少由哪些元件組成？

生：電源、開關、用電器、導線.

師：根據實驗，板演小燈泡發光的電路圖的畫法（如圖7所示）.

【設計意圖】本部分的設計從事實出發，讓學生經歷實驗探究過程，通過觀察、分析和歸納等方法得到電路的構成等概念，滲透科學素養的學習觀.針對學生的思維點設計讓二極管發光實驗，得出電流是有方向的結論，為學生學習提供資源支持.

2.3 評估檢測，通過新的任務檢查對電路的認識和連接電路方法掌握情況

活動二：設計、連接電路讓小風扇轉動.

要求：先畫出設計電路圖，然后按圖連接電路，進行實驗驗證.

【設計意圖】教學的過程既是學習的過程，又是評價的過程.從學生的反應來評價教學的有效性，通過讓小風扇轉動電路的設計和連接，考察學生對電路連接和電路圖的掌握情況，評估前面的教學活動效果.）

3 電流的測量

3.1 聯系前知，提出新的問題，牽引進一步學習

師：展示學生連接過的三個電路，用電器工作時，通過小燈泡、二極管和電動機的電流大小相同嗎？

生：有電流通過，但不知道電流大小.

今天就學習一種測量電流大小的儀器.

【設計意圖】在前面學習基礎上，利用熟悉的實驗情境，提出進一步深入思考的問題，滲透透過現象進一步觀察思考的意識

3.2 任務驅動，通過實驗進一步探究

活動一：認識電流表（接線柱、量程、讀數方法.）

活動二：按要求連接電路（要求：電流表測量通過燈泡L1的電流.在圖8中用筆畫線把電流表連接到電路中，并標出電流方向.）

活動三：給電流表寫一個使用說明.

【設計意圖】通過三個活動，開展“使動式”的教學.把抽象的目標用學習行為表達出來，“認識”、“連接”、“寫”這些動詞引導學生認知、分析和聯系概括綜合解決問題，通過實驗探究活動，讓學生在做中學，學習的過程也是評估的過程，既評估了學生對電流表的了解情況，也為后面使用電流表研究串、并聯電路規律做好能力與方法的準備.

4 串連電路和并聯電路中電流的規律

4.1 復習舊知，創設情境，引出進一步研究問題

活動一：（1）按圖9所示電路圖連接電路使小燈泡發光.

（2）再給你一個小燈泡，連接在電路中，使開關閉合后，兩燈都發光，如何連接呢？

（首先設計電路圖提出方案、然后進行實驗驗證）

學生展示交流：

兩種連接方法都可以讓小燈泡發光，如圖10、11所示.

師：像圖10這樣把元件依次連接起來的電路叫串聯電路，圖11這樣將幾個用電器的一端連接在一起，另一端也連接在一起，再接入電路的，叫并聯電路.兩個電路有什么不同呢？把電路中其中一個小燈泡取下來，另外一個小燈泡還發光嗎？

生：在串聯電路中，一個小燈泡處斷開，另外一個小燈泡也不亮了;在并聯電路中，一個小燈泡處斷開，另外一個小燈泡依然可以發光.

【設計意圖】以學生為中心，根據學生在活動中出現的情況、遇到的問題開展進一步學習活動，符合學生開展活動的情境邏輯.）

4.2 分組進行實驗探究

活動一：（一組）串聯電路的電流規律;（二組）并聯電路的電流規律.

提出問題：如圖12所示，在串聯電路中，A、B、C三點的電流有什么關系？

如圖13所示，在并聯電路中，A、B、C、D四點的電流有什么關系？

提出猜想并設計實驗檢驗，按電路圖連接實物，進行測量和記錄.

根據數據歸納結論：串聯電路中電流處處相等，即IA=IB=IC;并聯電路中支路電流之和等于干路電流，即IA+IB=IC=ID.

【設計意圖】抓住探究式教學的特征，首先把問題轉化為可探究的具體問題，圍繞具體問題，給學生提供資源支持，通過實驗收集數據，進一步分析數據，獲得證據得到結論.采用多種評價方式，特別是過程性評價，讓學生用數學語言和公式去表達研究的結果.

綜上所述，單元教學設計在一定程度上為核心素養的落實提供了條件，在本設計中，突出了單元設計的系統性，整體上從事實情境到概念，過程中滲透科學方法，本文雖沒有全面陳述教學活動細節，但每一部分都從目標出發設計活動，使目標間聯系更突出，教學方法更明晰.值得一提的是：本設計使情境作為核心素養發展的載體，在活動中通過多種方式進行評價，策略和方法更突出，更具有可操作性.

參考文獻：

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[2]蘇明義.新版課程標準解析與教學指導（初中物理）[M].北京：北京師范大學，2012.