單元設計理念下的物理綜合實踐活動設計

摘?要：在綜合實踐活動的設計中，采用基于理解的逆向單元教學設計策略，課堂實施的環節中，通過問題驅動，學生主動進行探究，生成成果，并在探究過程中明晰單元的核心概念以及單元知識結構，完成知識建構。在探究的過程中，學生將本單元學習到的知識與技能運用到解決“真實性”問題的活動中去，實現學習的進階，最終實現學生物理學習興趣的激發與物理學科素養的發展。

關鍵詞：初中物理;綜合實踐活動;單元設計

中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：A

單元設計被認為是核心素養時代整合和落實課程目標的關鍵，是走向深度學習的有效途徑，是撬動課堂轉型的一個支點。做好單元設計有助于學生在物理學習中整合自己所學的學科知識，同時也有助于學生提升解決問題的能力[1-2]。由于項目式學習使用真實情境作為載體，以一系列驅動性問題促使學生進行主動探究，自主完成成果生成，自主完成知識建構的過程，同時，項目化學習過程具有“培養高階思維、促進知識內化、開發學生頭腦和激發學生科學態度與責任生成”等優勢，因此被認為是觸發深度學習的重要途徑[3]。

單元設計理念下的綜合實踐活動設計，針對學生設計和制作的項目產品，教師采用“以終為始”的教學設計思路，基于學生設計的作品與本單元的內容與目標，設計一系列問題。通過這一系列問題驅動學生，實現深度學習，下面以“設計和制作一個簡易調光燈”這個課堂實例，詳細闡述單元設計理念下的綜合實踐活動設計。

一、“以終為始”的教學設計

《追求理解的教學設計》[4]中提出了UbD（Understanding by Design）逆向教學設計框架，該框架包含了三個階段：階段1—預期結果;階段2—評估證據;階段3—學習計劃。

下表是根據UbD逆向框架對綜合實踐活動“設計和制作一個模擬的調光燈”進行的教學設計。

二、單元設計理念下綜合實踐活動的實施過程

（一）情境與問題 有效激發學習的熱情

[教學片段1]

師：（播放zealer視頻，實物展示小米分段式調光燈）

在本節課之前，老師向學生說明本次活動的任務是設計和制作一個模擬調光燈，學生利用所學知識設計電路圖，并制作實物。

師：在課前，我們班已經有五位制作人，制作出了調光燈，我們先讓他們來展示一下自己的調光燈。

生：展示自己制作的調光燈和設計的電路圖。

師：他們制作的調光燈的調光方式是否相同？

生：不同。

師：我們把連續調光的方式稱為“無極調光”，不連續調光的方式稱為“檔位分段調光”，我們能不能將他們制作的調光燈分分類？

生：2個分段式調光，4個無極調光。

師：這兩類臺燈的亮度都可以調節，是整個電路中哪一個物理量發生了變化呢？

生：電流。

[教學意圖]

測評視頻是目前的一種潮流，通過播放這種與學生生活緊密聯系的潮流視頻，激發出學生的探索欲望與學習熱情，基于學生已設計出的電路圖，明確調光燈的調光原理是改變電路中的電流。

（二）觀察與分析 分析結構與排除故障

[教學片段2]

四名學生組成一個小組，每小組提供：電池四節（6V），小燈泡（2.5V 0.3A）兩個，滑動變阻器、開關兩個、單刀雙擲開關一個、燈座兩個、鉛筆芯2組、電壓表一個、電流表一個、導線若干。

師：（展示兩個設計者的方案，如圖1）這兩種方案是如何改變電流大小的？

生：使用阻值不同的定值電阻。

師：他們選用的電路元器件的規格正確嗎？如何驗證？

生：歐姆定律。（學生計算并判斷）。

師：相對于1方案，2方案有哪些優勢？

生：有保護電阻，保護電路。

師：保護電阻是如何起到保護作用的？

生：如果沒有保護電阻，支路中的電阻短路時，小燈泡兩端的電壓過大，會燒毀燈泡。

師：還有其他優勢嗎？

生：使用了單刀雙擲開關，可以連續轉換接入電路的電阻。

師：單刀雙擲開關相當于生活中的三檔式開關，借助多檔式開關，我們可以連續轉換電路連接形式或者更換接入的用電器（展示GIF動畫），除了三檔式開關，我們生活中還有很多種不同的多檔式開關。

[教學意圖]

歐姆定律是本章的重點與難點，在評價學生制作產品的過程中，通過學生的小組合作，引導學生根據已學知識判斷電路元器件的規格是否正確，發現未加入保護電阻等一系列問題。在這種“真實”的情境中，學生應用歐姆定律來解決問題，加深了學生對于歐姆定律的理解，同時也給設計、制作產品的同學修正自己的產品提供了依據。

（三）實驗與選擇 探究元器件的調節精度

[教學片段3]

師：我們有一位同學，使用鉛筆芯制作了調光燈，鉛筆芯能夠調光的原理是什么？

生：改變接入電阻的長度，改變電阻的大小，從而改變電流。

師：鉛筆芯有很多不同的種類（展示2H和HB），你采用的是哪一種筆芯？

生：14B。

師：你為什么采用14B的筆芯呢？

生：燈的亮度變化比較明顯。

師：你們覺得是由什么因素造成這種情況的？

生：鉛筆芯的阻值不同。

師：下面請同學們設計電路，測出2H和HB鉛筆芯的阻值。

生：（設計電路并測量阻值）。

師：（展示學生測量結果）從中你發現了什么？

生：鉛筆芯的阻值不同，說明可以調節的范圍不一樣。

師：在實際電路中，我們為什么常常選用滑動變阻器而不是鉛筆芯呢？

生：鉛筆芯易斷。

師：有沒有其他的原因呢？

師：我們用Ω/cm來表示調節的精度，請你算出兩支鉛筆芯的調節精度，誰的精度更高？

生：HB的調節精度更高。

師：同樣的，20Ω的滑動變阻器的電阻絲長度約為15m，橫截面積約為0.332mm2;20Ω的2H鉛筆芯長度約為0.175m，橫截面積約為3.14mm2，我們通過計算可以發現，如果把鉛筆芯也做成和電阻絲相同長度與粗細，那么鉛筆芯的電阻大約是合金絲電阻的810倍，可見滑動變阻器的調節精度比鉛筆芯高出很多倍，所以在實際的臺燈中，我們常用滑動變阻器而不是鉛筆芯。

[教學意圖]

讓學生小組合作，并借助有效問題驅動，引導學生通過實驗探究與理論分析發現不同元器件的調節精度存在較大差異，這讓學生明白在設計與制作調光燈的過程中，調節精度是一個必須考慮的重要因素，為學生選擇合適的元器件制作調光燈打下基礎。

（四）應用與創新 方法應用與設計創新

[教學片段4]

師：我們有一位同學使用滑動變阻器制作了一個調光燈（如圖2），同學們，請仔細觀察，有沒有發現什么問題？

生：滑動變阻器移到阻值最小處時，小燈泡特別亮。

師：說明什么問題？

生：小燈泡兩端電壓過大。

師：如何解決該問題呢？

生：加入一個保護電阻。

師：加入一個多大的保護電阻？

生：（利用歐姆定律計算）

師：在該電路中，滑動變阻器的規格是否有什么要求呢？

生（計算變阻器規格，電流方面）。

師：在實際生活中的臺燈中，我們使用的是電位器（展示電位器）。

師：（展示電位器內部結構）有同學知道電位器的三個接線柱如何連接嗎？

生：上臺展示連接，并解釋原理。

師：（展示兩位學生所用電位器的銘牌）在目前的電路中，我們使用哪一個更好？

生：綠色電位器更好，因為另一個阻值過大。

師：調光燈修正過后，我們將滑動變阻器移至阻值最小處時，發現燈泡并未完全熄滅，但是實際生活中的調光燈，旋動旋鈕，燈的亮度可以從完全不亮開始變化，這是如何實現的呢？

生：（小組合作設計方案）

師：如圖3，這樣設計還有什么好處呢？

生：滑動變阻器損壞，小燈泡依舊可以發光。

師：在剛才的視頻中還提到了一個關鍵的參數：色溫，事實上，一個臺燈的主要參數由以下11個方面組成（展示11個參數）。目前，我國青少年的近視率居世界第一，一個具有良好色溫和照度的臺燈就顯得至關重要，4000K—5000k的色溫，250—500lx的照度對我們的眼睛比較友好。

師：課后，請同學們查閱資料，想一想如何修正自己臺燈的色溫與照度，同時請制作人針對剛剛的問題對自己的臺燈進行修正，也希望其他同學敢于嘗試，利用今天自己學習的知識制作一個屬于自己的調光燈！

[教學意圖]

該環節中設置的判斷電路元器件的規格是否正確，是否要加入保護電阻，滑動變阻器規格的確定等問題，目的在于引導學生將剛剛所學的分析結構和排除故障的方法靈活運用，評估學生對物理知識和思維方法的理解程度。現實生活中，小臺燈可以從完全不亮開始變化，由此創設一個亟待解決的真實問題“如何增大調光燈的調節范圍？”，引導學生將本單元所學的知識與方法靈活的遷移與應用，評估學生對本單元物理知識與思維方法的理解程度，體會學習的價值和意義。色溫、照度的提出，也為學生進一步優化自己的產品提供了方向與思路。

三、結語

“真實性學習”是基于“核心素養”的單元設計的基本訴求，“真實性”的第一個要點是，在“真實性學習”中面對的課題，而不是教科書或者習題集中所出現的“問題”。綜合實踐活動將零碎的知識進行融合，讓學生在應對綜合性問題的過程中，構建出一種高階的統整性知識，促進學生學習遷移的發生。“真實性”的第二個要點是重視有現實感的綜合性問題。綜合實踐活動讓問題緊貼學習者的日常生活，學習者感受到解決問題的現實感，就會有動員自身力量致力于問題解決的激情。

單元設計理念下的教學設計，提倡將單元評價前置，并進行逆向設計，這樣做的好處是教學目標更加明確，學習評價更易展開的同時實現學習評價的發展。在教學設計時，以學習評價作為學生學習的境脈，通過一系列綜合問題的分步解決中形成對電阻的認識，掌握各種變阻器的使用和歐姆定律的理解，形成電路安全的意識與進一步地運用與創造。

參考文獻：

[1]鐘啟泉.單元設計：撬動課堂轉型的一個支點[J].教育發展研究，2015，35（24）：1-5.

[2]鐘啟泉.基于核心素養的課程發展：挑戰與課題[J].全球教育展望，2016，45（01）：3-25.

[3]許幫正.單元設計，讓真實學習發生[J].江蘇教育，2020，1390（59）：61-63.

[4]格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰格，閆寒冰譯.追求理解的教學設計（第二版）[M].上海：華東師范大學出版社，2017：23.

作者簡介：宋佳文（1994—），男，漢族，江蘇無錫人，碩士，研究方向：中學物理教學。