物理學科核心素養導向下的單元教學設計探索

王丹　史紅姝

摘 要：以單元教學設計思路為前提，思考知識結構間的聯系，闡述單元化教學內容設計以及教學結構優化.以“交變電流”為例設計單元教學，從遠距離輸電中發現的問題為著手點，設置單元核心任務，開展實驗方案設計，構建能量觀念，引導學生進行科學推理論證，激發社會責任感，促進學生對電磁感應本質的理解，培養學生的物理學科核心素養.

關鍵詞：物理核心素養;單元教學設計;交變電流

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）23-0040-03

發展學生學科核心素養已成為當下課程改革的共識，單元教學設計是發展學生學科核心素養的重要途徑.在單元教學中注重課程創設的大情境，從實際問題入手，思考如何建立知識系統的思維過程.本文討論以“交變電流”單元教學為例.

1 單元教學設計指導思想

單元教學設計整合碎片化的知識點，讓學生在學習過程中，能夠對知識結構有系統的規劃和認識[1].教師圍繞單元的核心任務組織教學，帶領學生進行物理概念、規律、原理等理論的學習，統攬全局，有序開展教學活動.

2 單元教學內容分析

從知識構成方面分析，“交變電流”是電磁感應現象的延續和發展，又是電磁感應理論的具體應用.圖1呈現的是知識結構框架圖.電磁感應是產生交變電流的原因，本章圍繞交變電流、電磁感應等物理觀念展開，學習交流電的特征，建構理想模型，以實際情景分析為大背景[2]，思考知識的前后聯系，重新組建教學過程.

交變電流作為獨立單元，依托實際情境為主線貫穿全章，設置單元學習任務，建構理想變壓器的模型，掌握變壓器各物理量之間的規律，應用變壓器、認識交流電又是完成單元核心任務的必備基礎.教師在教材提供的實驗基礎上，改進實驗裝置，注重實驗任務的設計和階梯性問題的引導，引導學生通過理論分析和實驗探究，最終達成課程的學習目標.圖2為單元教學設計思路圖.

3 學習目標的制定

課堂上注重對物理觀念、科學思維的滲透，讓學生在科學探究過程中體會到科學態度和責任感.本單元從生產生活用電遇到的問題入手，以實際情景為主線，結合相關知識和學科素養發展要求，制定單元教學目標：

（1）完善物理觀念及能量觀念.學習交流電的特征，知道遠距離輸電的優點和電能傳輸過程;圍繞單元核心任務做好基礎知識的鋪墊.

（2）完成模型建構.通過實踐調查和實驗探究，總結歸納變壓器的原理、特征;完成交流發電機、理想變壓器、遠距離輸電電路圖的模型建構.

（3）能夠依據交變電流原理與變壓器解決生活中的實際問題.鞏固對變壓器的應用，體會交變電流與電磁感應在知識結構的關系.

（4）培養學生嚴謹認真的科學態度，激發社會責任感.會理論分析遠距離輸電中高壓輸電的合理性和實驗驗證其可行性.

4 學情分析

4.1 學習基礎分析

學生在初中階段對交變電流有初步的認識，通過前面電磁感應現象的學習，可以更好地理解交變電流產生的原因和變壓器的工作原理.實驗現象和生活情境相對比，學生更容易從生活經驗中抽象出理想化模型，要求學生具備分析實驗數據、歸納總結的能力.

4.2 學習困難分析

（1）初中階段學生初步學習了變壓器外形、用途，高中階段要求從認識一般的變壓器中抽象出理想變壓器模型，懂得升高電壓可以減小電壓損失的原因，并能應用其解決實際問題，要求學生具有較強的演繹推理和歸納總結的能力、實驗操作能力.

（2）設置單元學習任務，進行實驗方案的設計、實驗探究，對學生的理解能力、分析綜合能力要求較高.實驗探究過程對學生是思維上的擴展，要求學生具備探索精神、質疑和創新的能力.師生互動，合理引導，激發學生的學習熱情，不流于形式，從而提高學習能力.

5 單元學習過程設計

本單元學習過程可分為四個層級：一是認識交變電流，了解交變電流和直流電各自優勢;二是從公式計算和圖像分析兩方面進一步描述交變電流;三是認識變壓器，它是電磁感應定律的實際應用;四是本章的核心任務——探究遠距離輸電節能的方案.四個學習層級相輔相成，前三個層級內容搭建知識基礎，第四個層級創設情境，讓學生理論與實踐相結合，促進知識的理解，強化學科素養的形成.表1為交變電流單元的學習過程設計.

6 主要教學活動設計

以層級4中探究任務——如何減小遠距離輸電電能損耗為核心任務，設計以下教學活動.

環節一：引入實際情境，發現問題;理論分析與實驗現象對比，初步分析電壓損失的影響因素.

通過新聞視頻，展現某山區居民用電過程中出現的實際問題：用電高峰時家用電器因電壓不足而損壞、電燈的亮度明顯變暗等.

設計意圖：激發學生的好奇心，使其投入到課堂的討論和學習中.請學生完成以下學習任務.

任務一：（1）根據實際情況估算導線上電阻的大小，對比不同導線上損失電能的情況;（2）結合生活實際，分析電能損失原因.

任務二：學生分組實驗，體會導線電阻損失的電壓所產生的影響.

通過任務設置，把理論分析與實驗觀察的現象進行對比;通過實驗模擬實際情境，簡化問題，突出主要矛盾.在此教學環節中運用了分析和綜合的思維方法.

環節二：設計實驗方案，探究減小遠距離輸電電能損失的方法.

通過實驗現象找出矛盾點，提升學生對實驗電路定性分析的能力.設計過程如圖3所示.

此環節讓學生經歷演繹推理、歸納推理的科學過程，實驗中相互質疑、改進方法、相互討論、合作探究，促進質疑和創新思維的生成.圖4～圖6為思維進階過程中的輸電線路圖.

環節三：實驗驗證電路合理性.

分組實驗討論，觀察現象，電壓表示數變化微小.表2與表3為改進前后的實驗數據對比.實驗驗證成功，學生們非常興奮，鼓掌歡呼，課堂效果極好.

實驗中，學生探究電路中電流、電壓、功率之間的關系，屬于歸納、推理的過程.以實驗現象為依據，發現問題、改進實驗、實驗驗證，直到達成目標，屬于科學論證.

7 單元學習評價設計

單元教學評價可以圍繞單元核心概念及學科核心素養的要求，分為課時評價、層級評價、單元評價.本單元實踐性活動和開放性作業較多，所以層級評價更為適合.下面以層級4為例說明.

例：通過小組的實踐調查，設計實驗方案，匯報并交流如何實現遠距離輸電節能？

要求：

（1）在實踐調查中，調查的主要問題有哪些？建議匯總1～3個問題，確定調查的主題，進行第一次小組匯報.

（2）在調查中遇到了哪些知識上、技術上的困難，是如何解決的？（可以展示查找資料;也可以錄制采訪視頻，PPT講解.）

（3）在探究遠距離輸電節能的過程中，設計一份實驗報告，寫出實驗設計方案，記錄實驗步驟以及改進原因，并通過實驗數據的推理得到哪些結論？完善實驗報告并進行第二次小組匯報.

以上任務形成統一材料，為期兩周，學習結束學生以小組為單位提交，教師對學生每次作業評價并記錄在學習檔案中，作為學習評價的一部分.

在這一單元教學中，注重任務設置，用大任務的形式串聯起單元知識的聯系與學習，形成結構化知識體系.有利于學生對知識的理解，減輕記憶負擔，從而為學生的思維活躍釋放空間，有利于促進學生的學科核心素養的形成，突出少而精的核心概念課程.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 張玉峰.以大概念、大思路、大情景和大問題統領物理單元教學設計[J].中學物理，2020，38（05）：2-7.

[3] 丁煥平，王錒. “電磁感應”單元教學設計 [J].中學物理，2021，39（09）：29+30-33.

[4] 盧明，崔允漷.學科核心素養呼喚單元教學[J].課程教材教學研究（教育研究），2020（Z3）：58.

（收稿日期：2021-10-14）

基金項目：北京市物理學會2020-2021年度“學科核心素養導向下的單元教學設計探索與實踐研究”（項目編號：WLXH202078）.

作者簡介：王丹（1978-），女，黑龍江哈爾濱人，碩士，中學高級教師，研究方向：中學物理教學;

史紅姝（1978-），女，黑龍江人，本科，中學高級教師，研究方向：中學物理教學.