核心素養視域下高中物理單元的教學設計
——以第三單元牛頓運動定律為例

■福建永安市第一中學 周 云

立足整體，有序設計單元教學，可突破傳統課時教學中碎片化設計局限，有效解決目前教學中存在的缺陷與不足，落實核心素養培養目標，促進學生核心素養發展。高中物理知識難度較大，單課時教學不利于學生建立整體化知識構架。為在高中物理教學中促進學生學科核心素養發展，本文重點結合物理學科核心素養，提出高中物理單元教學設計思路，并以牛頓運動定律這一單元為案例探討單元教學設計。近年來，物理學科教學改革持續推進，但目前很多教育者依舊保持單一課時教學模式，各項教學活動均基于單一課時進行備課、聽課、上課、評課等，對課時之間的關聯有所忽視。為有效培養高中生物理學科核心素養，需要教師立足整體層面統籌多個課時的教學目標、活動、內容、評價、作業等，系統化的地組織單元教學活動。

一、物理學科核心素養

物理學科核心素養主要包含四方面要素，即物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任，四個要素保持著相互依存與共同發展的關系。物理學科核心要素彼此之間具有一定關聯性、整體性要求，物理教學中也要體現這一關聯性、整體性。在高中物理教學中，可圍繞一個大概念進行整合設計，立足學習進階層面制訂教學計劃，促進學生核心素養全面發展。為實現這一目標，需要站在整體視角構建結構化教學模式，使學生保持進階學習過程。相比傳統單一課時教學，從整體和單元角度出發進行教學設計，更有利于培養學生學科核心素養。

二、高中物理教學存在的問題

（一）教學模式單一

枯燥和單一是大部分學生對物理學習的第一印象，而這個印象也正是來源于傳統的教學模式。由于應試教育觀念的影響，大部分教師在教學過程中依然在采用灌輸式的教學方法，輔以大量的練習，讓學生強硬地加深印象。這種教學方法雖然直接簡便，但效率極低，也很容易拉開學生之間的差距，進而造成教育不平衡的情況，而且灌輸式的學習方法將大量的時間利用到練習和復習中，因此也造成了大量時間的浪費。物理知識來源于生活，抽象的教學模式不僅無法讓知識和生活相連，大量的公式記憶也不利于學生提起對物理的學習興趣，因此改變物理教學模式是當前高中物理教學的改革重點之一。

（二）缺乏實踐教學

物理知識來源于生活，直觀的知識以及實驗更容易讓學生提起對物理的研究興趣。但是由于課時緊張，加上部分學校的實驗器材緊張，大部分教師很少安排實驗課，即使有實驗課，也以物理實驗考試的操作練習為主，學生難以直觀體會到物理知識的應用。而且大部分教師在教學中并沒有和實際生活進行關聯，導致學生無法有效理解物理知識和公式背后的內涵，只能進行死記硬背，這不利于學生對知識的消化和應用。這種教學方法雖然能讓學生應付簡單的考試問題，但在遇到復雜問題和實際應用中則會經常碰壁，也不利于學生物理能力的發展。

三、高中物理單元教學設計思路

在高中物理教學中進行單元教學設計，并非單一傳授知識點或安排技能訓練，而是授課教師以學科素養為基礎，思考并探索怎樣圍繞一個主題和目標組織知識探究活動，最終提升教學有效性。因此，單元教學以學科核心素養為基礎，是整體中獨立存在而又自成體系的單元組成。在實現課時目標、課程目標過程中，單元教學設計屬于重要手段和方式，是為培養學生學科核心素養并基于一定主題和目標開展的探究活動與思維體驗。單元教學主要目的是使學生突破原本零散分布的知識拼盤，結合整體思維打造系統化、完整的學科知識體系，促進學生深度學習，幫助學生增強思維能力、學習能力，養成優良的學習習慣。在高中物理教學期間進行單元教學設計，可結合學科特點充分體現單元設計的邏輯性、系統性、整體性優勢，基于核心素養視角確定單元教學設計思路，結合教學任務分析明確單元教學目標和教學重點，組織教學活動，通過作業引導以及學習評價鞏固教學成果。

四、“牛頓運動定律”單元教學設計案例

（一）教學任務

牛頓運動定律這一單元需重點學習慣性、受力分析、直線運動、力的合成與分解等物理知識，這期間需要用到三角函數等數學知識。此單元關鍵內容是牛頓第二定律，牛頓第二定律對加速度和其所受外力之間關系做出了定量、詳細的回答，闡釋了加速度和物體自身慣性以及質量之間的關聯，所以牛頓運動定律在牛頓物理學中屬于核心內容，該內容也是單元教學中的一大重點。高中生已經積累了一些和力、運動有關的生活經驗，并且在初中階段已經學習過牛頓運動定律基礎性知識，不過相關知識與經驗大多較為感性、定性，需要在本單元教學期間重點加強學生的科學探究能力、歸納能力、動手操作能力，還要著重培養學生學習方法，促進學生學科核心素養提升。教師在結合牛頓第二定律相關內容展開教學設計期間，要考慮學生既有基礎，引導學生通過實驗操作驗證相關知識理論，積極、自覺地參與到實踐環節，在問題探究過程中感受學習的樂趣，逐漸養成優良的學習意識和習慣，最終培育良好的學習能力。在本單元設計中可分為8 課時，在第1 課時對“牛頓第一定律—慣性”相關知識進行學習，之后兩個課時重點對“牛頓第二定律”相關知識進行教學，然后單獨安排一個課時對“牛頓第三定律”相關知識進行學習，進而安排兩個課時對“牛頓運動定律的應用”相關內容進行學習，再單獨設置一個課時進行“從牛頓到愛因斯坦”相關知識的學習，最后一個課時組織學生單元復習。

（二）教學目標

本單元教學目標主要有4 個：①使學生對牛頓第一定律有深刻理解，通過參與實驗認識到理想實驗屬于一種科學思維方法；②通過設計實驗，使學生感受實驗探究帶來的成就和喜悅，學習并掌握科學的探究方法，了解交流合作的重要性；③深刻理解并正確掌握牛頓第二定律、第三定律；④掌握國際單位制，感受科學家對物理領域做出的貢獻，并明白經典力學存在一定局限。

（三）教學重點

本單元重點為牛頓第二定律，需要通過設計實驗掌握加速度和力之間所保持的關系，使學生明白加速度和質量所保持的定量關系，并可以通過運動學有關規律，結合所學牛頓第二定律對部分實際問題進行有效解決。

（四）教學活動

本文在單元教學活動探討中，主要以牛頓第二定律這一重點教學內容為例介紹重點教學活動設計。此內容教學期間，主要通過DIS 對加速度和力之間保持的關系以及加速度和質量保持的定量關系進行探究。教學過程中，主要通過探究教學法、情景教學法、小組合作教學法等組織教學。首先進行情景導入，結合所創情景提出質疑；其次組織學生探究互動、總結運動規律；最后歸納總結，將相關知識應用在實踐中。在教學之初，教師先創設情境：將小車放在特制的水平導軌上，并拋出問題：小車在水平導軌上保持什么狀態？怎樣可以讓小車在水平面上的運動狀態發生改變？在運動狀態發生快慢變化時可運用什么物理量進行描述？之后引導學生思考并發言。教師再次加工情景：分別將有兩個鉤碼和四個鉤碼拉著的兩輛小車放在特制的水平導軌上，再次拋出問題：若在同一個地點、同一時間釋放兩輛小車a誰較大？a和什么物理量可能相關？物體a和m、F保持怎樣關系？這兩輛小車都保持多大的加速度？學生結合教師提問對物體運動過程進行觀察，并對問題做出猜測，分享猜測依據，回顧原有知識。

之后結合現場體驗，再次觀察現象，調動學生認知沖突。這一設計環環相扣，可通過對話引導學生對“力和運動定性關系”相關知識進行回顧，還可讓學生通過親身體驗深入理解加速度和力之間的關系，為后續探究奠定基礎。在此期間，教師動態關注學生的課堂表現，同步做出評價。而后組織學生通過動手實驗，觀察與探索小車a與F以及其和m之間保持的關系。學生以小組為單位，通過文本閱讀進行實驗設計，并做出結論猜想。組內學生通過交流與合作，制定完善的實驗流程，補充注意事項，之后到講臺中預演交流。在此過程中，小組學生結合實驗設計動手操作，經實驗明確a與F、a與m之間的定量關系，并在小組內部經討論和交流做出總結。在這一情景創設中，學生從定性體驗轉化至定量實驗，教師要在此期間引導學生分工合作，通過思考與探究提出問題，做出假設與猜想，在此基礎上進一步完善實驗，和小組內同伴共享交流，并彼此演示，嘗試親自操作。通過這一設計，可引導學生發現問題，提出問題，在問題引導下選出并收集有價值信息，利用所收集到的證據，結合邏輯思維回答問題，培養學生的問題探索與解決能力，促進邏輯思維發展。教師要在學生探索與動手操作過程中動態觀察，傾聽學生的問題和回答，對小組合作中學生的分工表現與交流表達等做出評價。結合學生實驗中得出的結論，教師再次重現之前創設的情景，使學生再次體驗小車加速度場景，并向學生提問：a 與m、a 與F 相互之間的定量關系如何表述？運動規律有哪些表達方式？學生根據之前兩輛小車所呈現出的加速度情況，結合所學知識作出判斷。根據教師提問，學生在小組內部分享實驗中的收獲，提煉總結并思考回答教師的問題，之后運用所學知識對小車加速度進行計算，并立足物理學視角再次思考相關要素之間的關系，對牛頓第二定律做出一般表述。這一設計能使學生共享實驗操作中的收獲，通過問題引導學生總結與提煉重點知識內容，在回顧中鞏固物理規律表達方式，在深刻感悟物理現象的簡潔美。此環節和上述環節相互呼應，營造了完整的問題情境，使學生從知識探究轉向知識運用。學生在此期間通過事實分析與推理，不斷質疑其他的結論和觀點，發表自身見解，有助于培養質疑能力、推理能力和探究分析能力等。教師要圍繞實驗過程，對學生語言表達和歸納能力進行分析和評價。

（五）作業引導

在單元教學設計期間，可建立三級作業模式，包括預習作業、練習作業以及復習作業。其中，預習作業關鍵是引導學生逐漸養成良好的預習習慣，不斷增強學生的問題發現意識，培養學生的質疑精神。練習作業重點是精心挑選具有一定針對性的習題，并分層次設置，激發學生學習興趣，促進學生思維發展，通過練習作業鞏固學生掌握的物理概念、規律，引導學生建立物理觀念應用思維，并學會運用所學知識解決實際問題，培養學生的科學思維品質。復習作業主要是引導學生通過繪制個性化知識樹或思維導圖，梳理所學規律、概念、方法，建立清晰的知識脈絡，最終形成知識框架。

（六）學習評價

學習評價分為兩方面，一方面是對日常作業進行評價，此環節可引入小組合作評價、教師評價、學生互評、學生自評等多種評價方式，使學生參與評價分析，并自主糾錯，給予他人一定幫助。另一方面是讓學生、教師進行實驗評價，評價主要依據方案設計、小組分工、實驗數據處理、數據分析、實驗裝置等，教師可在整個實驗過程中對學生實驗操作態度、行為等作出評價。

（七）選編教學資源

在單元教學設計中，通過精心選編單元教學資源，能為課堂教學提供便捷、有價值的教學資源。選編教學資源具體就是最大化地利用教學資源，并對資源展開二次開發。此單元設計中，所選編教學資源包括學習單、媒體資源、實驗資源等。

（八）教學設計反思

針對高中物理進行單元教學設計，要重點處理學科知識、學科素養以及課時設計、單元設計之間的關系。物理學科知識不能和物理學科素養畫上等號，但在培養學生物理學科核心素養過程中，物理學科知識屬于重要載體。單元教學設計中，要按照教學任務、教學目標、教學重點、教學活動等流程建立完整的設計框架，貫徹落實學科育人，使學生在整個框架下學習到知識技能與方法，并同步獲得情感體驗，提升學生的學科核心素養。單元教學設計和課時教學設計并不沖突，單元教學實現需要依靠課時教學落實，所以課時教學和單元教學可優勢互補，彼此支撐，順暢銜接碎片化、彼此割裂的知識，深層次揭示問題本質和解決關鍵，使學生充分理解與掌握知識內涵。

綜上所述，在高中物理教學中對第三單元牛頓運動定律進行單元教學設計，要以學生前概念為基礎，結合學習進階理論，對單元知識進行梳理，逐級設計教學過程，使學生在建立知識結構體系過程中發展運動以及相互作用觀。單元教學設計中要深度挖掘研究方法、認識方式、跨學科概念等隱性知識，立足整體層面促進學生思維發展，并使學生建立問題解決思路，自覺運用所學知識解決現實問題。