指向物理核心素養的單元設計*

本組專題中的“單元”不是指單純的內容單位，而是課程單位和學習單位，包含“學習內容、學習目標、學習方法、學習評價”等。“單元設計”既是課程開發的基礎單位，也是課時計劃的背景條件，是課時計劃的指引，是“核心素養—課程標準—單元設計—課時計劃”鏈環的中觀層面的設計，其決定性的環節是指向核心素養，整合不同的教學方略。設計的重點是“目標的設計（明晰教學目標）、方法的設計（聚焦知識建構）與評價的設計（有效反饋信息）”。具體研究路徑如圖1。歸納整理前期的課堂實踐，我們認為，在指向物理核心素養的單元設計中，教學目標的設計應遵循學習進階原則，圍繞學科核心概念及科學實踐能力而展開；教學方法設計需要注重問題鏈和資源載體（主要是實驗資源）的設計，在知識建構的同時培養科學思維和探究能力；要設計專題評價課，從評價的視角架構物理的復習課和蘇科版教材中的綜合實踐活動的教學。現結合具體案例加以闡述，以期在今后的研究中能得到同行的指導。

圖1“指向物理核心素養的單元設計”研究路徑

表1 “電磁能”單元目標分解

一、目標設計：基于大概念的物理學習進階設計

物理觀念的形成具有層遞性，科學思維的培養具有連續性，這些特征決定了物理教學需要圍繞大概念及核心任務設置，為避免學習重點的偏移，目標的設計至關重要。

在單元設計中，目標的設計應是基于大概念的物理學習進階設計。北京師范大學郭玉英教授認為的學習進階是“對學生在一個時間跨度內學習和探究某一主題時，依次進階、逐級深化的思維方式的描述”，其實質是在為學科核心素養各組成要素的發展脈絡建構模型。從初中物理學習的角度而言，它包括物質、運動和相互作用、能量在內的科學核心概念的學習進階和包括解釋、建模在內的科學實踐能力的學習進階。現以初中物理教學中的“電磁能”單元為例，結合教材（文中所提教材均為蘇科版義務教育物理教科書），闡述目標的設計過程。

1.依據課程標準進行目標分解。

教材在內容呈現上分為“電路初探”“歐姆定律”“電功和電熱”三章內容，依據課程標準的目標分解如表1。

物理核心素養與教學目標的對應分析：物理觀念是從認識結果的角度描述物理核心素養的，科學思維是從認識方式和過程的角度對學生關鍵能力做出說明，科學探究關注實驗和實踐。對應表1中課程標準的目標分解，“認知性目標”描述的是物理觀念要求，“技能性目標”和“體驗性目標”描述的是科學實踐能力要求，包括科學思維和科學探究能力。

2.依據大概念進階設計表現性評價任務及核心學習任務。

由表1可知，本單元在物理核心概念的建構上，涉及“歐姆定律、電功、電功率”三個理解層次的目標；在實踐能力上則經歷“電路識別、畫電路圖、連接電路、測量電流及電壓、歐姆定律探究及焦耳定律探究”。大概念的進階分三個層級：第一層級是“電路的結構和連接方式”；第二層級是“電路工作遵循相關的規律（歐姆定律）”；第三層級是“從能量的角度認識電源和用電器（電功、電功率）”。現結合教材提供的資源說明該單元的大概念進階及任務設計。（見下頁表2）

表2 “電磁能”單元大概念進階及任務設計

大概念既是各種條理清晰的關系的核心，又是使事實更容易理解和有用的一個概念錨點，具體由物理核心概念和實踐能力要求組成，“大概念進階”是對教學目標核心內涵的說明和外延界定。“表現性評價任務”是對預期結果的評估，注重綜合實踐活動是蘇科版教材的特色之一，每章提供的綜合實踐活動可以給學習進階提供具體的表現性評價任務。在設計單元核心學習任務之前，我們要求設計者在制訂目標后思考以下問題：什么可以用來證明學習目標的達成？達到這些目標的證據是什么？教與學所指向的、構成評估的表現性行為是什么樣的？只有回答了這些問題，我們才能在邏輯上導出合適的教學和學習體驗，從而使學生成功地完成學習任務，達到內容標準的要求。美國課程改革專家格蘭特·威金斯認為，在“為理解而教時”，我們必須把握的觀點是“我們是在培養學生用表現展示理解能力的指導者，而不是將自己的理解告知學生的講述者”。

二、方法設計：圍繞核心學習任務設計問題鏈和實驗載體

在明晰了單元目標及核心任務之后。接下來，我們需要思考的就是如何完成知識的建構，并在此過程中培養科學思維，形成物理觀念。我們從一節具體的課例“光的色彩 顏色”的教學設計談起。

1.基于課程標準的目標分析。

該節屬于“聲和光”單元。大概念進階要求是：通過實驗觀察，探究顏色之謎。具體的學習目標是“通過實驗，了解白光的組成和不同色光混合的現象”；為了觀察色光混合現象，課程標準提供的參考樣例是“觀察兩只手電筒分別射出的紅光與藍光在白墻上重疊部分的顏色”。

2.分析教材資源，設定核心任務及問題鏈。

（圖2）

教材資源由一組生活現象及四組物理探究活動組成。可由現象觀察提出引導性問題，四組探究活動為本節核心任務，可圍繞探究活動設置四個基本問題，構成問題鏈。具體如上頁圖2所示。

3.實驗器具設計。

本實驗的部分實驗器具為：（1）強光電筒、帶有狹縫的木板、三棱鏡、光屏，該套設備可用于學生實驗探究“分解太陽光”；（2）強光電筒、攝影濾色紙，該設備可用于獲得紅、綠、藍三種單色光。具體實驗操作是：在透明充氣圓柱中充入白色煙霧，用（1）中的器材和三棱鏡，讓白光透過三棱鏡后射入圓柱中，觀察色散現象；用（2）中器材獲得單色光后，射入圓柱中觀察色光的混合現象。

上述三種實驗器具均為自制，經過課堂實踐，可以呈現清晰的光現象，利于學生進行觀察和描述。

牛頓在《光學》一書中提到“我的計劃不是用假設來解釋光的性質，而是用推理和實驗來提出并證明這些性質”。蘇科版教材主編劉炳昇提出“在物理教學中，如何培養和發展學生核心素養？其中一個十分重要的問題，就是如何對待物理實驗”。在初中物理的學習中，正是一次次的實驗、實踐、體驗，潛移默化地提高了學生的證據意識、探究能力，培養了實事求是、堅持真理的品格。

任何物理學習單元，會同時涉及許多教育目標，如觀念、思維、技能、應用等。如果我們的目標是幫助學生充分感知和運用所學的知識，那么我們的教學設計必須明確地專注于那些連接所有離散事實和技能并給他們帶來意義的大概念，利用基本問題來架構目標，形成問題鏈，滲透評價先行的理念，開展有目的、有層次的探究，完成知識建構。單元設計要避免零散的知識、技能點教學，這一意識需在每一節課中滲透。

三、評價設計：從評價的視角架構綜合實踐活動課和物理復習課教學

評價既是對預期目標的檢測，更是促進學習的一種方式。日常的單元檢測主要對學生的學業水平進行評價，是基于認知理論的測量，是“對學習的評價”，“為學習的評價”則更多的是發生在日常課堂教學中。因此，我們專門在每一單元學習結束后，研究如何從評價的視角架構綜合實踐活動課和物理復習課的教學。下面以“綜合實踐活動：設計簡單電路”為例來說明。

該課重在完成“電路初探”一章的表現性評價任務，可以評價學生對“電路的結構和連接方式”的了解。授課教師在構思本堂課時一直在思考如何將物理中的電路設計和生活中的應用聯系起來。由此設計了一堂“基于STEAM理念的綜合實踐活動”，鼓勵學生像科學家一樣思考問題，像工程師一樣解決問題。整節課圍繞著醫院呼叫系統、搶答器、樓道燈三件項目作品展開學習。先是小組討論選題，再利用節假日、課外活動，引導學生創作，包括去醫院實地考察，關注作品的創意和深度。本節課以展示作品、展示設計為載體，物理電路設計為主線，請學生圍繞著三件項目作品，分組展示，提出自己的想法，讓不同觀點發生碰撞，促使他們不斷修正方案，從而達到更深層次的理解。部分課堂實錄如下：

教師：設計只有一張病床的呼叫電路，指示燈和電鈴如何連接？請畫出電路圖。

學生將設計的電路圖通過平板上傳給教師，教師展現在投影幕上，請學生評價。

學生：我覺得并聯更好，這樣即使一個用電器壞了，另一個還能正常工作。因為并聯電路互不影響。

教師設計有兩張病床的呼叫電路。

學生將設計的電路圖通過平板上傳給教師，教師展現在投影幕上，請學生評價。

生1：我們組設計的是一床指示燈先和電鈴并聯，再和病床前的開關串聯，再用同樣的方法接好二床，最后再并聯到一個電路中。

生2：我們組覺得要將兩盞燈并聯后再與電鈴串聯，兩個開關分別與兩盞燈串聯。這樣的設計比較合理，可以節省一個電鈴的成本。

生3：醫院比較安靜的，如果接太多電鈴，會太吵，不符合實際。

教師：大家對電路設計有了合理的判斷，我們請承擔此項設計任務的小組上臺展示他們的作品并談談有沒有進一步改進的想法，可以讓作品更好地應用于實際。

主創1：我們去醫院考察過現實的呼叫系統，我們的作品，還存在一些問題，比如，病人呼叫時，自己并不知道自己能否呼叫成功，可以在病房區再裝一個指示燈；當護士到達病房，應該自動結束呼叫。

主創2：還有一些病人由于各種病情的不同，有時不能自己呼叫，所以為了更方便病人，我們想設計一種可穿戴的呼叫系統，比如病人是心臟病，當儀器檢測到病人的心臟跳動異常，就會立刻啟動呼叫。

主創3：護士聽到鈴聲都要跑去護士站才能看到幾床呼叫，可以在走廊安裝提示器，或者用移動互聯技術，實時發信息給護士，不管護士在什么位置都能隨時隨地接收到呼叫信號。

教師：第一組同學的設計非常棒，對作品還有很多進一步改進的想法，為了完成設計他們還搭建了一個模擬醫院場景，通過這個實際場景設計出了較為合理的電路，感謝同學們的作品分享。

劉炳昇認為，物理綜合實踐活動不僅能為那些筆試理論成績好的學生提供培養實踐能力的機會，而且也為那些理論成績稍差的學生提供發展的可能，有利于學生個性的發展。開發綜合實踐活動課的評價功能，使學生用物理的眼光去認識和處理周圍的事物，將生活事實轉化為物理關系，在解決問題的實踐中潛移默化，形成物理觀念、培養實驗技能。

在指向物理核心素養的單元設計中，單元目標的設計要能提供大概念進階、表現性評價任務及核心學習任務；課時學習要利用基本問題架構目標，設計問題鏈及實驗載體；注重“為學習的評價”，新課教學以問題鏈為導引，做好學習評估，要從評價的視角設計綜合實踐活動及復習課教學。