基于物理學科核心素養(yǎng)的單元設(shè)計
——以蘇科版“初識家用電器和電路”目標和活動設(shè)計為例

吉臨榮

(無錫市太湖格致中學，江蘇 無錫 214125)

為了貫徹落實《江蘇省鄉(xiāng)村教師支持計劃實施辦法(2015—2020年)》和《江蘇省教育廳省財政廳關(guān)于做好“十三·五”中小學教師培訓工作的意見》精神，無錫市鄉(xiāng)村初中物理骨干教師培育站于2018年8月21日正式啟動研修活動,培育站的主持人是江蘇省人民教育家培養(yǎng)對象、江蘇省特級教師許幫正老師,培育站研修的主題是“指向物理學科核心素養(yǎng)的單元設(shè)計”．8月22日上午無錫市各縣(區(qū))8名優(yōu)秀教師圍繞研修主題以蘇科版9年級上冊教材“初識家用電器和電路”為課例進行微課教學．筆者作為培育站的導(dǎo)師,從“物理學科核心素養(yǎng)的單元設(shè)計”角度,結(jié)合教師們的微課,談?wù)劇俺踝R家用電器和電路”的目標和活動設(shè)計思路．

1 從單元出發(fā)設(shè)計教學目標

教學目標是指教學活動后預(yù)期達到的結(jié)果,是教育目的和課程目標的具體化．教學目標具有導(dǎo)向功能,是課堂教學的出發(fā)點和回歸點．教學目標的體系有3個層次:“單元目標—課時目標—活動目標”;目標設(shè)計的依據(jù)有5個方面:“核心素養(yǎng)—課程標準—教材教參—學情分析—中考評價”．設(shè)計不同層次的目標,依據(jù)各有所側(cè)重,具體對應(yīng)關(guān)系如圖1所示.

1.1 基于核心素養(yǎng)和課程標準的單元目標設(shè)計

核心素養(yǎng)是單元目標設(shè)計的“魂”,課程標準是單元設(shè)計的“綱”．

義務(wù)教育物理課程標準(下簡稱“課標”)是國家基于中長期教育規(guī)劃而制定出的具有指導(dǎo)教育教學活動的綱領(lǐng)性的標準,是對學生某階段學習結(jié)果的期望,也是確定單元目標的主要依據(jù)．“課標”中的“課程內(nèi)容”規(guī)定了物理課程的基本學習內(nèi)容和應(yīng)達到的基本要求．“課程內(nèi)容”由“科學內(nèi)容”和“科學探究”兩部分組成．

蘇科版9年級上冊“初識家用電器和電路”是“課標”(2011版)“科學內(nèi)容”的一級主題“3. 能量”下的二級主題“3.4 電磁能”的內(nèi)容,內(nèi)容要求是“3.4.1 從能量轉(zhuǎn)化的角度認識電源和用電器的作用”．

“科學探究”的內(nèi)容滲透在教材內(nèi)容之中,其要求也往往容易被物理教師忽略．“課標”(2011版)“科學探究”的一級主題“科學探究要素”下的二級主題“科學探究能力的基本要求”中與本節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的有:“會閱讀簡單儀器的說明書,能按要求進行操作”、“會使用簡單儀器進行實驗”、“具有安全操作的意識”、“能對收集的信息進行簡單歸類及比較”．我們可采用提取、組合的策略,設(shè)計“能按規(guī)范要求連接簡單的電路,具有安全操作的意識,能對收集的實驗現(xiàn)象比較歸類出3種電路狀態(tài)”作為本節(jié)課的科學探究目標．

多年來,初中物理一線教師往往根據(jù)自己的經(jīng)驗進行教學設(shè)計,忽視教學目標的設(shè)計;更滿足于“課時主義”的設(shè)計和教學,并不了解和理會“單元設(shè)計”．鐘啟泉教授認為“單元設(shè)計”將是撬動課堂轉(zhuǎn)型的一個支點,脫離了單元設(shè)計,課堂教學往往聚焦于碎片化的“知識點教學”．本節(jié)課設(shè)計中,凸顯單元設(shè)計的有兩個方面．

一是為什么要“從能量轉(zhuǎn)化的角度認識電源和用電器”,本節(jié)課中“能量轉(zhuǎn)化”需要教到什么程度? 這是因為“課標”中的“科學內(nèi)容”體系是“物質(zhì)”、“運動和相互作用”、“能量”,可見能量是3大主題之一．從蘇科版初中物理教材整體來看,對于“能量”主題的教學安排是先分后總．先結(jié)合相關(guān)知識,滲透能量的具體形式,如聲能、光能、動能、重力勢能、彈性勢能、電能、化學能等;最后在9年級下冊第18章集中研究各種能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的規(guī)律．從單元設(shè)計的“大框架”角度來看,“能量轉(zhuǎn)化”既是前一階段各種能量的鞏固,又為后續(xù)第15章學習電功和電能、第18章學習能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移打下堅實的基礎(chǔ)．所以,本節(jié)課中“能量轉(zhuǎn)化”的教學起承上啟下的作用,從能量轉(zhuǎn)化的角度認識電源和用電器,是本節(jié)課的教學重點和難點．

二是本節(jié)課中“短路”需要教到什么深度? “課標”中沒有具體要求,蘇科版教材中安排了教學內(nèi)容,教參中明確了具體要求“了解電源短路的危害”．短路是電路的3種狀態(tài)中最重要、學生最難理解的一種狀態(tài)．我們從單元設(shè)計的角度來看,短路教學也應(yīng)是一個循序漸進、螺旋式上升的過程.筆者認為初中階段的短路教學不要急于求成,不要求一步到位,至少要經(jīng)過4個層次．

(1) 學習13.1“初識家用電器和電路”后,初步認識電源短路的危害．

(2) 學習13.2“電路兩種基本連接方式”后,能區(qū)別電源短路和用電器短路．

(3) 學習14.4“歐姆定律的應(yīng)用”后,能認識電源短路和用電器短路的電流變化．

(4) 學習15.4“安全用電”后,進一步認識電源短路的危害和防護措施．

所以,本節(jié)課的單元目標可設(shè)計為:(1) 從能量轉(zhuǎn)化的角度認識電源和用電器的作用．(2) 能按規(guī)范要求連接簡單的電路,具有安全操作的意識,能對收集的實驗現(xiàn)象比較歸類出3種電路狀態(tài)．

1.2 基于單元目標和教材、教參的課時目標設(shè)計

在單元目標設(shè)計的基礎(chǔ)上,分析教材、閱讀教參,設(shè)計課時目標．

本節(jié)課教材的主要知識點有:電路的組成及作用,電路的3種狀態(tài),電路元件符號和電路圖．共安排了3個學生活動:初步調(diào)查家用電器,觀察手電筒,怎樣使一個小燈泡亮起來．

本節(jié)課教參(蘇科版配套的《教師教學用書》)中敘述的教學目標為:(1) 知道電路的基本組成及其作用．(2) 知道電路的通路、斷路和短路狀態(tài),了解電源短路的危害．(3) 知道常用電路器件的符號,會用這些符號畫出簡單的電路圖．

“課標”是面向全體學生學習的基本要求,遵循“一綱多本”的原則,結(jié)合蘇科版教材、教參和本地區(qū)學生生源現(xiàn)狀,依照“課標”附錄《行為動詞說明》,本節(jié)課的課時目標可設(shè)計為:(1) 通過觀察實物或圖片,能從能量轉(zhuǎn)化的角度認識電源和用電器,進一步知道電路組成及作用．(2) 嘗試對電源和用電器進行分類,知道電源可分為直流電源和交流電源．(3) 通過閱讀“信息快遞”和實驗操作,學會按規(guī)范要求連接簡單的電路．(4) 能對收集的實驗現(xiàn)象比較歸類出通路、斷路和短路3種電路狀態(tài),初步認識電源短路的危害,具有安全操作的意識．(5) 通過閱讀課本,會畫常見電路元件符號,會畫簡單的電路圖．

在設(shè)計課時目標時,一般采用替代、分解、補充的策略．如在上述課時目標中,目標(1)補充了“知道電路組成及作用”; 目標(2)是根據(jù)教材的補充目標;目標(3)(4)是由單元目標(2)分解而來,突出“通路、斷路和短路”3種狀態(tài)教學,并結(jié)合短路教學讓學生“具有安全操作的意識”,使“三維目標”一體化;目標(5)是根據(jù)教材的補充目標．

1.3 基于課時目標和學情、評價的活動目標設(shè)計

課堂會“因活而動”,課堂也會“因動而活”．所以,一堂好課首先要精心設(shè)計好課堂活動．活動是有目標的,活動目標的設(shè)計,一要依據(jù)課時目標,二要依據(jù)學情,三要結(jié)合中考評價．所教學生的基礎(chǔ)狀態(tài)和學習情態(tài)是設(shè)計教學活動的重要依據(jù);中考評價的反饋是我們?nèi)菀缀鲆暋⒈仨氈匾暤姆矫妫缬上旅鎯傻乐锌碱},說明什么?

圖2

例1.(泰州中考題)在連接電路時,常要將金屬導(dǎo)線繞到接線柱上,再旋緊螺絲．觀察下圖2中甲和乙,金屬線在接線上繞向正確的是________;旋緊螺絲時,應(yīng)當________(選填“順時針”或“逆時鐘”)旋轉(zhuǎn)．

例2.(安徽中考題)按電路圖連接完電路,閉合開關(guān)快速試觸的瞬間,電流表和電壓表出現(xiàn)了如圖3所示的情況,經(jīng)檢查,所有儀器、元件完好.請分析下面3個電表接線時出現(xiàn)的問題.① 電壓表甲:____________.② 電壓表乙:____________.③ 電流表丙:____________.

圖3

上述兩例,說明教材中提出的連接電路的規(guī)范要求還可以補充．第一道題目,學生錯誤率相當高,錯誤的原因是由于我們在平時實驗中,為了節(jié)省實驗時間,導(dǎo)線兩端都用插片焊接好,有的甚至用夾子焊接好,導(dǎo)致學生不知道導(dǎo)線如何連接在接線柱上,弱化了學生在電學實驗中動手繞線的實際操作技能．第二道題目說明連接電路復(fù)查后,閉合開關(guān)時要進行“試觸”,即閉合開關(guān)迅速觀察電表示數(shù)后,要再立即斷開開關(guān)．

本節(jié)課中3個活動目標可設(shè)計如下(表1).

表1 活動及活動目標

2 從目標出發(fā)優(yōu)化活動設(shè)計

在活動目標的導(dǎo)向下,可發(fā)揮自身創(chuàng)新設(shè)計的才智,適當整合教材內(nèi)容的順序,設(shè)計“系列問題”和“資源載體”,提升學生的物理學科核心素養(yǎng)．現(xiàn)提供如下活動設(shè)計供參考.

活動1:燈泡為什么能發(fā)光?

師: (1) 出示一只LED燈,將插頭插入插座,燈泡發(fā)光;(2) 拔出插頭,燈泡不亮,用手捏住插頭兩端,燈泡發(fā)光;(3) 從燈座中取下燈泡,讓學生看到手中只有燈泡,用手握住燈泡的螺旋和頂端錫塊,燈泡也能發(fā)光．

師:你想知道這只“神奇的燈泡”為什么能發(fā)光嗎?

活動解讀:利用一只“神奇的燈泡”引入新課,激發(fā)學生的求知欲．

活動2:你能讓這些用電器工作嗎?

師:現(xiàn)有電吹風、手搖發(fā)電機、充電寶,你能讓這些用電器工作嗎?

生:(3名學生到講臺上實驗)將電吹風插入移動插座吹冷風,手搖發(fā)電機使燈泡發(fā)光,將充電寶插入插座充電．

師:你能分別說出這些用電器工作時,能量轉(zhuǎn)化的主要形式嗎?

生:電吹風工作時將電能轉(zhuǎn)化為機械能和內(nèi)能,燈泡發(fā)光時將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能,充電寶充電時將電能轉(zhuǎn)化為化學能．

師:從能量轉(zhuǎn)化角度來看,用電器工作時有什么共同特點?

生:電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能．

歸納:用電器是利用電能進行工作的裝置．它與電源連接后,可將電能轉(zhuǎn)化為我們所需要的其它形式的能．

師:剛才電吹風、燈泡工作時,分別用什么電源提供電能的?

生:家庭電路、手搖發(fā)電機．

師:若用充電寶給手機充電,太陽能電池使計算器工作,電源又是什么呢?

生:鋰電池、太陽能電池．

師:你能分別說出手搖發(fā)電機、鋰電池、太陽能電池供電時,能量轉(zhuǎn)化的主要形式嗎?

生:手搖發(fā)電機是機械能轉(zhuǎn)化為電能,鋰電池是化學能轉(zhuǎn)化為電能,太陽能電池是太陽能轉(zhuǎn)化為電能．

師:從能量轉(zhuǎn)化角度來看,電源供電時有什么共同特點?

生:其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能．

歸納:從能量轉(zhuǎn)化的觀點來看,電源是把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置．

師:對的,電源是一種能持續(xù)供電的裝置．常見的電源可分為直流電源和交流電源．像干電池、蓄電池、太陽能電池就是直流電源．它有正、負兩極,正極用“+”表示,負極用“-”表示．當直流電源對用電器供電時,電流的方向是由電源的正極經(jīng)用電器到負極．像手搖發(fā)電機,使燈泡間斷發(fā)光,這種電源叫交流電源．家庭電路也是交流電源．

生:觀察干電池,找出正、負極符號“+”、“-”位置．

師:你還能利用給定的器材,讓這些用電器工作和控制它不工作嗎?

(1) 手電筒甲(電池已被取出); (2) 手電筒乙(燈泡已被取出); (3) 手電筒丙(開關(guān)短接,不起作用); (4) 干電池、燈泡、開關(guān)各1只(沒有導(dǎo)線)．

生:(4名學生到講臺上實驗)都沒有成功．

師:上述實驗說明什么?

生:一個完整的電路必須要有電源、用電器、開關(guān)、導(dǎo)線．

生:(提問)上課開始時的燈泡,沒有電源,怎么會發(fā)光的?

師:請大家閱讀《LED應(yīng)急燈》說明書(媒體顯示)．

生:(學生恍然大悟)原來燈泡內(nèi)部有電源．當停電時,燈泡內(nèi)部的電源提供電能,手充當了導(dǎo)線的連接作用．

歸納:電路就是用導(dǎo)線把電源、用電器、開關(guān)等元件連接起來組成的電流路徑．

活動解讀:教育家夸美紐斯認為“一切知識,都是從感官知覺開始的”．此活動更多地用觀察實物和動手實驗,讓學生“做中學”．首先教師提供的實驗資源都是精心選擇的,具有一定的開放性和代表性．電吹風貼近學生生活,而且是兩種的能量轉(zhuǎn)化,還可以布置“電吹風為什么還能吹熱風?”課后作業(yè),為下節(jié)課電路的兩種基本連接方式埋下伏筆;充電寶既是用電器、又是電源;手搖發(fā)電機既說明機械能可以轉(zhuǎn)化為電能,又讓學生對交變電流形成直觀印象．讓學生“水到渠成”地從能量轉(zhuǎn)化角度認識電源和用電器．最后,將課本中活動2觀察手電筒不發(fā)光的原因,預(yù)設(shè)成4種情境,使學生清晰地認識到簡單電路由電源、用電器、開關(guān)、導(dǎo)線組成,從而對“路”形成初步概念．再回到引入新課的“神奇的燈泡”,前后呼應(yīng)．

活動3:你能讓一只燈泡亮起來嗎?

師:誰能用給定的電池、燈泡、開關(guān)、導(dǎo)線,讓燈泡亮起來?

生:(請一學生連接電路)．

師:在連接電路過程中,我們不但要能使用電器工作,還要遵守一些規(guī)則．

閱讀:課本第64頁“信息快遞”．

師:為什么“絕不允許以任何方式用導(dǎo)線將電池的兩極直接相連”呢?

演示:短路實驗．將包裝口香糖的錫箔紙中間部分剪成2 mm左右的中間狹窄的長條,直接接在2節(jié)5號電池兩極．

師:你看到什么現(xiàn)象?

生:錫紙條立即燃燒出現(xiàn)明火．

師:實驗說明什么?

生:短路時會燒壞導(dǎo)線．

師:實驗過程中,我們要遵守一些規(guī)范,養(yǎng)成良好的實驗習慣．(媒體呈現(xiàn))連接電路的要求(根據(jù)中考評價,在課本中3個要求基礎(chǔ)上進行了補充)．

(1) 連接電路過程中,開關(guān)要斷開．

(2) 先順好器件,從電源正極或負極開始連接電路．

(3) 接線時先將導(dǎo)線順時針擰成一股,再順時針繞在接線柱上,最后順時針旋緊螺帽．

(4) 絕不允許以任何方式用導(dǎo)線將電池的兩極直接相連,以免損壞電源．

(5) 連接電路后,要認真檢查．閉合開關(guān)時要進行試觸．

(6) 實驗結(jié)束整理器材時,要先斷開開關(guān),再拆除電源兩極的導(dǎo)線．

師:下面,請大家連接電路,使一只燈泡發(fā)光(給出的導(dǎo)線是兩端裸露線頭的)．

生:分組實驗．

師:閉合開關(guān)后,能使燈泡發(fā)光的實驗小組的組長請舉手．

歸納:閉合開關(guān),燈泡發(fā)光,電路中有電流通過,這樣的電路叫通路．

師:有哪些實驗小組的燈泡不亮,你能找出電路的故障嗎?如果能,請說出故障的原因;如果不能,可以提供出來,我們一起來找故障．

師:利用手機軟件,將存在故障的電路拍成圖片傳輸?shù)蕉嗝襟w屏幕上分析．(事先在某實驗小組的燈座背面連通兩接線柱,形成短路故障,為防止干電池短路時間過長,教師要把握短路時間,擇機將此實驗小組的故障“收集”起來分析)．

師:當只有一個用電器工作時,用電器兩端用導(dǎo)線連接起來,此時電流也是從電源正極直接流向電源負極,屬于電源短路．

師:請摸一下被短路的干電池,你有什么感覺?

生:發(fā)燙．

歸納:電源短路時,會損壞電源和導(dǎo)線．

生:(學生陸續(xù)提供故障電路分析,這些故障都是教師在課前預(yù)設(shè)的)．有燈泡燈絲斷開的,有導(dǎo)線斷開的,有燈座或開關(guān)連接處接觸不良的,有燈泡未旋緊的．

歸納:電路中只要有一處斷開,電路中就沒有電流,燈泡不亮,這種電路叫斷路．

活動解讀:“按規(guī)范要求進行實驗,具有安全實驗的意識”是學生進行電學實驗必須養(yǎng)成的良好習慣,實驗過程遵守的是“小規(guī)則”,將來學生走上社會就會遵守“大規(guī)則”．根據(jù)一些中考評價的反饋,結(jié)合學生實際還增加了一些規(guī)范要求．關(guān)于短路的教學,此處采用了滬科版教材對短路的表述:“不經(jīng)過用電器而直接將電源兩極用導(dǎo)線連通的電路．短路時,電流很大,會燒壞電源和導(dǎo)線”,所以,增加了“用錫箔紙短路干電池使錫箔紙著火”的實驗說明短路損壞導(dǎo)線;預(yù)設(shè)電源短路使電源發(fā)燙的實驗說明短路損壞電源．增強學生安全操作意識．活動的關(guān)鍵是教師在課前有針對性地預(yù)設(shè)實驗情境,并將學生實驗過程中出現(xiàn)的故障利用現(xiàn)代媒體技術(shù)上傳到屏幕上進行分析,自然地得出電路的3種狀態(tài)．

活動4:你能設(shè)計一個電動工具嗎?

師:在我們生活中,有大量的電動工具,如電吹風、掃地機器人、電動剃須刀等．你想制作一個電動工具嗎?首先,讓我們來觀察一下手電筒的構(gòu)造．

生:(拿出老式手電筒)打開電筒后蓋,觀察手電筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)．

師:你能說出手電筒的電源、用電器、開關(guān),以及連接它們的導(dǎo)線嗎?

生:電源是2節(jié)干電池,用電器是燈泡,2個金屬片做的開關(guān),手電筒的外殼做的導(dǎo)線．

師:生活中的電路有時會很復(fù)雜,如我們教室的電路、集成電路．其實這些復(fù)雜的電路都是由最簡單的電路組成．為了研究電路,我們需要用規(guī)定的電路元件符號表示電路連接的圖,即畫電路圖．你能畫出手電筒的電路圖嗎?

生:閱讀課本第65頁“常見的電路元件及其符號”．

師:畫電路圖要求是“使用統(tǒng)一符號,連線橫平豎直,布局合理美觀”．

生:畫出手電筒電路圖．

師:(出示電動機)將電路圖中燈泡換成電動機,就變成了電動機工作的電路,你能連接實物嗎?

生:根據(jù)電路圖連接實物,閉合開關(guān),電動機轉(zhuǎn)動．

生:(指導(dǎo)將葉輪加在電動機轉(zhuǎn)軸上),葉輪轉(zhuǎn)動．

師:電動機轉(zhuǎn)軸上裝上葉輪,就成了電風扇．我們還可以在轉(zhuǎn)軸上加什么呢?

生:加刷子,就成了掃地機器人．

生:加刀片,就成了電動剃須刀．

生:加鉆頭,就成了電鉆．

師:電動工具電路的組成特點是什么?

生:“電動機+……”

師:你能設(shè)計一個新型的電動工具嗎?

作業(yè)設(shè)計:

(1) 你能對下列家用電器進行分類嗎?你的分類標準是什么?

(2) 你能設(shè)計一個新型的電動工具嗎?

(3) 電吹風為什么還能吹熱風?

活動解讀:“課標”中提出物理教學必須“從生活走向物理,再從物理走向社會”,也就是遵循“感—知—用”教學原則．“用”的最高境界是達到“創(chuàng)”．將課本中的活動2“觀察手電筒”移到此環(huán)節(jié),創(chuàng)新地設(shè)計了一個活動:“你能設(shè)計出一種電動用具嗎?”．并從下面3個層次開展教學,讓學生的思維拾級而上．

(1) 實踐經(jīng)驗．觀察手電筒的構(gòu)造,會組裝干電池,使燈泡發(fā)光．

(2) 理論學習．學畫電路元件符號,會畫手電筒電路圖,并會改為電動機電路圖．

(3) 模仿借鑒．觀察一些電動工具,歸納其共性特征為“電動機+”,設(shè)計一種電動用具．