基于物理學科核心素養的單元教學設計現狀分析

李俊鵬 魏 潔

(1. 海淀區教師進修學校，北京 100195； 2. 北京交通大學附屬中學，北京 100081)

《普通高中物理課程標準(2017版)》指出,物理教學應根據高中物理課程標準的基本理念、課程總目標和物理核心素養的要求,結合教學的實際情況,創造性地開展教學工作,將核心素養的培養貫穿于物理教學活動的全過程．必須把核心素養作為物理教學的重要目標,將“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”等核心素養的培養落實于教學活動中．在教學設計和教學實施過程中要根據具體教學內容和學生的認知水平創設情境,引導學生的科學探究,發展學生的科學思維,應把物理課程中所形成的物理觀念和科學思維用于分析、解決現實生活中的各種問題,在解決問題中進一步提高探究能力、增強實踐意識、養成科學態度,促進核心素養的形成．[1]

這便要求在教學中,要依據素養目標、教學內容以及學生的實際情況來進行整體性的教學設計以及活動安排,以發展落實學生的素養進階為教學設計的起點和歸宿,切實提升學生的核心素養．

華東師范大學鐘啟泉教授認為單元設計在課程開發與教學實踐中起著舉足輕重的作用:“核心素養——課程標準(學科素養與跨學科素養) ——單元設計——課時計劃”是學校課程發展與教學實施環環相扣的4個鏈環．單元設計更被認為是撬動課堂轉型的一個支點，[2]有利于教師在教學實踐中培養學生的核心素養．

1 單元教學設計與發展學生物理核心素養的關系

“核心素養”不是直接由教師教出來的,是在問題情境中借助問題解決的實踐培養起來的．[3]但是物理教學切不可過于強調思維素養和情感態度等上位訴求,而忽略了基礎知識和基本方法的學習．物理學科核心素養是以豐富的物理基礎知識儲備,以及全面的物理基本方法為依托所建構起來的．單元教學設計就是物理學基礎知識與方法和真實性問題情境間的橋梁．

1.1 學生發展“核心素養”的路徑

圖1 學生發展“核心素養”的路徑

為了將物理學基礎知識與方法,有效地轉化為真實性問題情境,就需要進行單元教學設計,即從整個單元的角度出發,以單元教學中的教學內容以及承載的核心素養要素為載體,梳理主題單元結構下應該滲透的物理核心素養,重構知識體系,制定單元目標,開發單元活動,設計單元評價,選擇恰當的角度、方式、思路、策略而進行教學預備活動．如圖1所示,學生通過科學探究和科學思維兩種認識方式,運用所學知識與方法,有效解決問題,加深對概念和規律的理解和升華,形成物理觀念．同時,在這個過程中逐漸形成正確的科學態度與責任,養成關鍵品格與能力．由此可見,單元教學設計在其中起了關鍵的轉化樞紐作用,使物理基礎知識和方法更加貼近學生生活實際,更加豐富而充滿意義．

1.2 核心素養目標的達成要以單元教學為途徑

(1) 單元教學設計有利于系統規劃學生核心素養的發展.

學科核心素養導向下的單元教學設計,強調以單元內容所承載的核心素養要素為進行單元教學設計的出發點．這樣就使原來教學中比較隱性的素養目標的培養顯性化．在進行單元教學設計時,能夠對素養目標進行整體化思考和設計,有利于系統規劃學生核心素養的發展．

(2) 單元教學設計有利于學生知識結構化的形成,優化學生的學科知識結構.

課時教學設計,教學活動的基本單位是課時,在教學實踐中課時之間的聯系往往不被重視,這就導致課時教學目標往往停留在碎片化知識層面,無法形成結構化知識體系．

單元教學設計凸顯從單元整體的視角系統化的規劃和組織教學活動,強調圍繞核心概念構建單元知識結構圖,關注單元內課時間的關聯,能較好地避免課時教學設計在一定程度上造成的“知識碎片化”以及思想方法和認知方式上的割裂．更利于學生知識結構化和系統化的形成,學生能更好地深入理解物理概念和規律,建立概念和規律間的深入聯系,逐漸形成學科素養．

(3) 單元教學設計使“大任務”、“大問題”的教學成為可能.

核心素養是學生在解決陌生復雜問題時表現出來的關鍵能力和必備品格．所以核心素養的培養,有賴于教學實施中創設具有挑戰性的問題情境,引導學生加以解決．而課時教學創設的問題情境往往是具體的“小”情境,這種問題的解決難以形成素養,即使創設了“大”情境、“大”問題,課時教學設計,課時間的關聯度不夠,很難對“大”情境、“大”問題進行持續的解決．單元教學設計精髓在于整體性設計和有序化實施,雖然也是分課時實施教學,但課時間有極強的關聯性,這就能夠進行“大任務”、“大問題”的教學,能更好地指向素養目標的達成．

(4) 單元教學設計可實現素養目標的持續性培養.

素養目標的達成不可能一蹴而就,需要一個持續性的過程,原來的課時教學由于課時間的關聯度不夠好,很難實現對素養目標的持續性關注和培養．單元教學設計是一個相對完整和獨立,需要一段持續時間才能完成的教學單位,可實現在該教學單位中以及相關單元間對素養目標的持續性培養．

2 單元教學設計應具有的基本特征分析

單元教學設計在學生核心素養的達成、情感的培養以及思維習慣與方法的形成等方面正在發揮其獨特作用．一些研究者對單元教學的特征作了探討．例如,倪昌國(1997)提出了單元教學的3大特點:目標的整體性、知識的系統性、訓練的序列性;[4]孫叢叢(2014)指出單元教學的特征為整體性、高效性、組合性;[5]呂世虎(2016)把單元教學設計的特征總結為整體性、層序性、生本性、創造性，[6]這些研究都為單元教學設計特點的總結奠定了基礎．結合當前單元教學設計的發展狀況,提出核心素養導向下的單元教學設計的主要特征如下．

2.1 核心素養目標統領性

在進行單元教學設計時,要梳理單元教學內容與核心素養要素的對應關系,挖掘教學內容所承載的物理方法、跨學科概念、程序性知識與反省類知識等隱性知識．通過教學活動設計,將以上隱性知識與素養要素貫穿到教學設計的各個環節,通過教學實施聚焦于素養目標的達成．

2.2 教學內容整合性

從整合的視角分析單元教學內容,是物理學知識體系本身的要求,也是落實學科核心素養目標的要求．從學科知識的特點看，物理學是由事實、概念、規律與方法構成的系統化理論體系,物理學習本身要求學生從整體上建構知識體系;從物理學的教育功能看，物理學科知識體系的建構是將概念和規律提煉、升華形成物理觀念的基礎,它不僅為學生提供科學探究的思維框架,更是學生發展科學思維、進一步認識科學本質的重要支撐．在建構概念體系過程中必然涉及具體概念之間內在的邏輯關系,建構概念之間清晰的邏輯聯系,有助于在學生頭腦中形成良好的認知結構,而良好的認知結構能夠促進解決問題的大思路的形成．因此以落實核心素養為目標的單元教學設計具有整合性．

2.3 教學任務情境性

物理概念的建立、規律的探究、應用物理知識解決具體問題等物理學習過程離不開問題情境．核心素養發展是以情境作為載體的．單元教學設計需要根據教學內容聯系實際,在簡化、剪輯與凝練人們的生產生活實踐或者學生的學習探索實際情況基礎上,設置適合學生學習、具有較大程度綜合性、與所學物理知識相關的問題情境或者活動情境．讓學生在盡量真實的問題情境中,經歷科學思維和科學探究兩種認識方式,完成問題的解決,提升素養水平．

2.4 教學評價持續性

由于單元教學設計是一個相對完整和獨立,需要一段持續時間才能完成的教學單位,這樣就使基于素養目標達成的持續性評價成為可能．因此,以落實核心素養為目標的單元教學設計應根據教學內容、所要達成的素養目標、學生學習活動設計等,設計持續的、方式靈活多樣的評價,以監測和反饋教學,及時優化和改進教學設計,促進素養目標的達成．

3 單元教學設計現狀分析

3.1 單元教學設計案例分析

本次分析的單元教學設計案例來自145份區域參評的高中物理單元教學設計,根據當時的參賽文件要求,教師所提交的單元教學設計必須是通過課堂教學實踐過的,在課堂實踐的基礎上形成并提交參賽的單元教學設計．下面就根據單元教學設計的基本特征,對參賽案例存在的主要問題分析如下．

單元目標更多地是關注知識目標,對素養目標的關注不夠,不能體現素養目標的統領性.

如編號33的教學設計,以“機械能守恒定律”為學習主題,單元教學目標為： 學生能夠理解功和功率； 學生可以了解生產生活中常見機械的功率大小及其意義;學生能夠理解動能和動能定理，能用動能定理解釋生產生活中的現象;學生能夠理解重力勢能,并知道重力勢能的變化與重力做功的關系； 學生可以定性了解彈性勢能;學生通過實驗,能夠驗證機械能守恒定律,學生能用機械能守恒定律分析生產生活中的有關問題．

單元整體教學思路(教學結構圖)的整合性不足,僅關注學科知識及課時安排,更像是章節目錄,沒有呈現單元課時之間的關聯、教與學活動的整體規劃以及學生素養的進階發展設計．

如編號42的教學設計,以“萬有引力與航天”為學習主題,設計的教學結構圖及課時安排如圖2所示．由此可以看出,在設計中僅關注了學科知識及課時安排,并沒有體現出基于素養發展的知識間的整合性．

圖2 萬有引力與航天單元教學結構圖及課時安排

教學設計中,缺少依托真實情境設計的與所學物理知識相關的挑戰性任務或問題．大部分任務仍是根據知識展開的思考和提問，使得提問過多、過碎，不利于學生高階思維能力的發展和素養的提升．

如編號51的教學設計圍繞“圓周運動”展開．在活動設計中,設計了6個環節的教學活動,分別是:復習回顧,引入新課;圓周運動的定義;直觀感受圓周運動,鋪墊描述圓周運動的物理量;描述圓周運動;勻速圓周運動特點;物理量間的關系．在一課時的教學中,學生要經歷6個環節的知識學習,平均每個環節不到7 min,對于環節與環節之間的關系,主要呈現為關于圓周運動知識點的逐個學習,沒有基于真實情境的挑戰性任務設計,學生的深度思維難以保證,素養提升更難以實現．

在單元教學設計中,持續性評價的設計既是重點也是實際操作中的難點．由于不能很好地基于所學知識,挖掘知識背后隱含的思想方法和素養目標等隱性知識,就不能很好地創設真實情境的評價任務．因此,大部分評價仍是指向知識掌握和理解的，需要學生經歷科學探究和科學思維過程,調動所學知識及思想方法進行解決的評價設計比較少．

3.2 單元教學設計問卷調查分析

為了進一步了解教師進行單元教學設計的現狀以及存在的問題,編制了“核心素養導向下的物理單元教學設計調查問卷”,問卷涉及對物理學科素養的內容、價值及培養方法和途徑的認識;對單元教學設計的了解與認識;單元教學實施現狀與問題需求3個維度,9個一級指標和26個二級指標．能較好地反饋教師對于物理核心素養以及培養途徑、單元教學設計認識及實施中存在問題的情況．

2019年7月通過問卷星發放問卷,共有160名一線教師完成了問卷,平均用時507.63 s,大部分教師的答卷時間在10 min以上,從答卷用時上可以看出教師們還是比較認真地進行了思考和作答,最長用時更是達到了1960 s,答卷用時超過了30 min．參與調研的教師作答認真,確保了調研結果的可信度,利用SPSS軟件計算克隆巴赫系數0.897,可信度很好．

(1) 答卷教師情況統計.

在參加作答的教師中,年齡在20-30歲的占6.25%,31-40歲的占31.25%,41歲及以上的占比達到62.52%．從教齡上來看5年以下教齡占比12.5%,6-10年教齡占比11.25%,11年及以上教齡占比76.26%．從職稱上來看,中教二級及未定職稱的占比11.26%,中教一級占比30.63%,中教高級及以上占比58.13%．從上面的分析可以看出,參與本次問卷作答的教師,有近60%是一線的骨干教師,調研結果能比較好地反映一線教學的真實情況．

(2) 對單元教學設計的了解與認識.

通過統計可以看出,基本認同單元教學設計比課時教學設計更能培養學生的核心素養的占比達到了94.4%,其中非常認同的占比達到了37.5%．有81.9%的教師認為單元教學設計更有利于學生整合學習內容,構建系統的知識體系,形成學科素養．在單元教學設計的整體原則中,教師對分析知識之間的內在邏輯認可度較高,達到了90%,對于分析物理學科素養與關鍵能力發展的載體和從認知角度剪輯物理學史素材的認可度較低,說明對于知識層面關注更多,相對弱化了思想方法及科學態度與責任方面．在單元目標的設計中,要依據課標和學生實際來設計目標的占比達到90%,對于單元目標要可分解,要能夠以明確的過程與內容載體統領各教學環節的認可度較低，占比都低于50%．在單元教學過程設計遵循的原則中,落實以學生為中心的理念,尊重學生的認知基礎,圍繞學生的學設計教占比都在80%左右,對于圍繞學生的思維等能力的發展,設計具有可操作性的教學過程占比在50%左右,相對較低．其中教師與學生可適當轉換角色的占比不足40%,可以從一個側面反映出,很多過程的設計不能很好地實現以學生為中心．

(3) 單元教學實施現狀與問題需求.

通過統計可以看出,在日常工作中經常采用單元教學的占比為46.8%,偶爾采用的占比為51.9%．由此可見,經常采用單元教學的占比還是比較高的．在組織單元教學時,教師比較注重教學內容、教學活動與過程的整合,占比分別達到46.3%和30.6%．單元教學多以知識內容為主題和以真實情境中的任務為主題,占比分別達到50.6%和19.4%,以思想方法和核心素養為主題的單元教學占比為15%左右，相對較少．由此可見,在實踐中進行的單元教學設計,多數還是集中在教學內容和教學活動的整合上．

在對單元教學設計各環節的認識情況中,如表1所示．有12.5%基本不清楚如何制定和撰寫單元教學目標,有16.9%基本不清楚如何為學生設計挑戰性任務和活動,有19.4%基本不清楚如何進行教學評價,有13.1%基本不清楚如何進行教學反思．這與前面單元教學涉及案例中反映出的問題是一致的．

表1 核心素養導向的單元教學設計認識情況

續表

在進行單元教學內容的整合時,遇到的困難主要集中在:與規定的教學進度相沖突,學生無法面對階段性考試，對教材的把握不到位；擔心自己對教學內容的調整不夠科學、找不到合適的課時活動設計,導致不能很好地設計單元活動；對單元教學內容中蘊含的物理方法培養,核心素養培養等挖掘不到位等方面,這幾個方面占比都在45%以上．教師認為開展單元教學過程中的障礙來自于:時間有限、理論水平與認識不足,進行單元教學設計的能力不夠,擔心做不好，缺乏經驗指導，高考壓力等幾個方面,這幾個方面占比都在40%以上．在進行單元教學設計時,教學內容的整合、教學資源的查找及教學流程的設計,教師們認為都比較耗費時間,占比分別達到了40%、21.9%和15.6%．為更好地開展單元教學,教師們提出的需求主要集中在:加強理論學習和指導、學習借鑒完整的單元教學優秀案例并結合理論進行剖析、通過研討選定更適合進行單元教學的內容,以項目組的形式進行深入的實踐探索等．

4 單元教學設計優化建議

核心素養導向下物理單元教學設計是一個動態發展,且循環提升的過程,針對物理單元教學設計中所存在的問題,為了提升高中物理教師單元教學設計的水平,更好地促進核心素養導向下物理單元教學設計的實施,提出以下幾條優化建議．

4.1 提高對單元教學設計價值的認識

在問卷調查中可以看出,部分教師認為實施單元教學設計,是浪費時間、加重其教學負擔．這就說明教師還沒有真正認識到進行單元教學的價值．這就需要進行案例引領,引導這部分教師深度參與單元教學設計及實施過程,提高其對于單元教學設計在落實學生核心素養培養方面價值的認識,促進其進行單元教學設計的自覺性．

4.2 加強單元教學設計理論的學習

通過案例和問卷分析可以看出,現階段的物理單元教學設計中,比較多的保留了傳統課時教學設計的內容．這往往是對物理教學內容的本質、物理思維等的整體性、系統性的關注不足,沒有充分發揮和體現出單元教學設計的意義與價值導致的．因此需加強對于物理單元教學設計理論的學習．針對單元教學設計案例中存在的問題,理論學習可重點關注以下3個方面:理清設計流程、各要素間的相互關系;明確要素分析的具體內容;理解單元教學目標的內涵．

(1) 理清設計流程、各要素間的相互關系.

例如在單元教學設計前期準備環節的教學步驟規劃如圖3所示．在進行單元教學設計時,要圍繞教學具體內容以及所承載的核心素養目標,做好物理分析、教材分析、課標分析、學情分析,從而確定單元教學的重難點,根據突破重難點的設計選取合適的教學方式,這是一個有機的整體,需要整體考慮,系統化設計．

圖3 前期準備環節

(2) 明確要素分析的具體內容.

要素分析是為更好地進行教學目標的設置,進而規劃整個教學做準備,教師需要明白各個要素分析的意圖,同時對于每個要素下具體需要分析什么內容,可以參考表2中的內容進行分析．

表2 要素需要分析的內容

(3) 理解單元教學目標的內涵.

教學目標并不是教學任務,也不是課程標準中具體的內容標準．單元教學目標不是課時教學目標在量上的簡單累加．教學目標需要教師在對教材、學情、課標等分析的基礎上,根據自身的教學需求設置．單元教學目標的設置,不僅僅是對整個單元教學所要達到的結果的一個整體預期,并且要凸顯出對整個單元教學的整體性與統領性．與課時教學目標不同,它既要有對物理知識能力的整體要求,也要體現出通過整個單元的學習學生所應達到的基本物理素養．

4.3 積極組建教學團隊進行集體攻關

在教學實踐中我們發現,進行單元教學設計遠比課時教學設計要復雜得多．教師需要更強的對教學內容、教材以及學生的駕馭能力,需要投入更多的時間與精力,這對于單個教師來說挑戰性相當大,再加上多數教師迫于學校教學進度的壓力,在日常工作中對于單元教學設計的實施受到影響．因此,學校可以以本校教研組構建起一個氛圍良好、積極的教學團隊．通過合理分配單元教學設計的任務,加強教師間的互助交流,及時的實踐反思等手段進行集體攻關．同時在教學具體實施過程中以及一輪教學結束后,還需要進行集體反思,改進原教學設計中的不當之處,這樣使得單元教學設計處于一個循環改進,不斷完善的過程中．經過幾輪的優化,就可以形成本校特色的學科課程,也促進教師的專業成長．

單元教學設計作為落實核心素養目標的有效手段之一,已經得到廣泛的認可和積極的教學實踐．但是我們也要正視實踐中存在的問題,積極想辦法加以克服和應對,避免僅停留于理論層面的預設,使素養目標的達成真正落地．