素養導向的單元設計： 邁向知識與項目的統整

【摘 要】素養導向的單元設計，應打破“大單元”與“小單元”之爭，告別“知識單元”與“項目單元”的二元對立，邁向知識與項目的統整。具體實踐中，需圍繞單元目標設計好關鍵問題，觸及概念本質，以形成物理觀念;組織好探究活動，像科學家一樣思考，以發展科學思維;開發出實踐項目，打通知識學習與實踐應用，以培育關鍵能力。

【關鍵詞】單元設計;物理學科核心素養;關鍵問題;實踐項目

【中圖分類號】G633.7? 【文獻標志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2022）19-0014-04

【作者簡介】駱波，江蘇省錫山高級中學實驗學校（江蘇無錫，214177）教師，一級教師，無錫市初中物理學科帶頭人，無錫市五一勞動獎章獲得者。

單元是課程與學習的基本單位，單元設計是落實學科核心素養的有效途徑。單元設計作為研究熱點，有兩種傾向值得研究者和一線教師警惕。一是言必稱“大”，張口提筆就是大單元、大主題、大概念等。學習內容的綜合、學習方式的多樣和學習過程的開放固然重要，但更重要的是設計與組織好基本的課堂活動，以促進學習真實發生。二是分而論之，把單元簡單地分為“知識單元”和“項目單元”。兩類單元分別基于分析取向和綜合取向，在知與行的關系上各執一端，無法有效滿足素養時代的學習訴求。

為求得單元組織教學的優化，應在育人目標的統領下整合知識與經驗、學科與生活，為學習者提供在真實情境中解決問題的機會。本文以蘇科版物理八年級上冊第五章“物體的運動”設計為例，淺談如何通過對知識與項目的統整，從具體的知識點走向相對完整的學習單元。

一、關鍵問題：觸及概念本質，以形成物理觀念

物理觀念與物理事實、物理概念、物理規律同屬于物理知識，是聚合和抽象程度更高的物理知識;是居于物理學科中心，具有超越課堂教學的持久價值和遷移價值的關鍵性概念或原理。[1]當學生理解了物理概念和物理規律并懂得進行實際應用時，我們才能說其物理觀念已經形成。所以，素養導向的單元設計應厘清單元目標，設計關鍵問題，觸及學科本質，科學把握物理觀念的生長過程和轉化過程。

1.確定單元目標，呈現物理觀念的生長過程。

單元目標應該包含兩部分內容：一是學生應該學到什么;二是通過何種方式學到。單元目標的確定，首先要進行上位的勾連，要在課程目標的統領下，以主題為核心，使單元具有明確的目標指向性;其次要注重學科間的橫向融合，使單元既關注認知和情感，也關注學科和主題;最后要注重單元目標的縱向延伸，明確下一階段的要求，使單元目標更有發展性。在教學“物體的運動”這一單元時，筆者設計了如下單元學習目標。（見表1）

[表1 “物體的運動”單元學習目標][目標體系 知識要求 課程標準 1.知道機械運動，舉例說明運動的相對性

2.會根據生活經驗估測運動的長度和時間，會選用適當的工具測量運動的長度和時間

3.用速度描述物體運動的快慢，通過實驗測量物體運動的速度 單元目標 1.會判斷物體是否在運動，知道對物體運動的描述與所選的參照物有關

2.會測量物體的速度，會研究直線運動過程中物體的速度是否變化

3.會用圖像表示簡單的直線運動 延伸目標 1.舉例說明自然界存在多種多樣的運動形式，知道世界處在不停的運動中

2.通過實驗，明確力可以改變物體的運動狀態，知道力與運動的關系 ]

2.設計關鍵問題，揭示物理觀念的轉化過程。

在單元教學中，要讓學生有機會表達看法、交流想法和展示做法，使學生在表達與展示中不斷加深對主題意義的認識。對話的質量取決于問題設計的水平，尤其是關鍵問題的設計。關鍵問題的設計應指向單元學習目標，保證學習不偏離航道;應有利于暴露“前概念”，掃清建立科學觀念之路上的障礙;應注重邏輯推理，形成解決問題的科學程序。在學習“物體的運動”單元時，筆者設計如下單元關鍵問題。（見表2）

[表2 “物體的運動”單元關鍵問題][學習內容 關鍵問題 長度的

測量 1.測量，為何首先要確定單位？

2.估讀是否有必要？使用刻度尺時，應怎樣估讀？ 運動的

相對性 1.如圖1，坐在同一列車中的小明和小華，小明認為列車靜止（還停在站臺上），小華則認為列車運動了。他們誰說得對？如何判斷物體是運動的還是靜止的？

2.小華先看到另一列車的車頭，再看見車身，兩列火車可能的運動情況有哪些？選取什么作為參照物來描述火車的運動最為方便？ 速度

及其測量 1.如何比較物體運動的快慢呢？比值[st]能反映運動的快慢嗎？

2.要測量物體運動的速度，需要測量哪些物理量？用到哪些實驗器材？

3.做直線運動的物體，如何判斷其運動過程中速度是否變化？

4.生活中有嚴格意義上的勻速直線運動嗎？如何粗略反映變速直線運動的快慢？從s-t、v-t圖像中，你能獲取哪些信息？ ]

二、探究活動：像科學家一樣思考，以發展科學思維

素養導向的單元設計，注重把“探究活動”作為“構建物理知識結構、提高學生科學素養、體現課程理念”的主線。但在教學實踐中，不少教師把“探究”機械地理解為“發現、描述、測量、推理”等系列技能，其結果自然偏離物理學習的本質。通過訓練，學生可能掌握了這些零散的技能，但無法解決實際問題，更不能像科學家那樣思考。蘇科版初中物理教材主編劉炳昇教授也曾在報告中指出：“探究是融合了觀察、實驗、理論思維和數學方法應用的科學方法?！?/p>

基于上述認識，筆者在設計單元探究活動時考慮兩個基本要點：一是如何使探究真實有效地發生;二是探究活動是否利于發展科學思維。

1.讓探究行為發生。

在學生探究過程中，教師可思考下面5個問題，判斷探究行為是否真實有效地發生。（1）誰在提問？至少應有一段時間或者部分過程，是由學生的提問來推動的。（2）誰設計步驟？（3）誰決定收集什么數據？（4）誰根據數據做解釋？是教師還是課本給出了結論？還是學生分析其收集的數據，并得出結論？（5）誰交流和驗證結論？這些活動是否促使學生評估其探究過程與結果，并進行交流？

2.像科學家一樣思考。

《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出，“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素，“科學探究”主要包括問題、證據、解釋、交流等要素。就初中物理的學習而言，需要依托科學探究，發展學生的科學思維，使其形成物理觀念，培養科學的態度。具體的教學策略是：創設問題情境—開展實驗探究—構建物理模型—培養科學思維—形成物理觀念。在學習“物體的運動”中“直線運動”一節時，筆者設計以下案例，說明探究性活動如何發展科學思維。

案例： “研究氣泡的運動規律”的探究設計

觀察：在內徑約為0.8cm、長為10cm的玻璃管中注滿水，上端留一小段空氣柱，再用橡皮塞塞住管口。將玻璃管翻轉后豎直（或傾斜）放置，觀察氣泡的運動情況。

問題：氣泡運動過程中速度是否變化？

方法：（1）分段研究，將水管分成等距離的若干區間，比較每段所用時間是否相同;（2）設計表格，記錄各區間的時間并計算相應的速度;（3）畫出氣泡運動的s-t圖像，得出氣泡呈均速直線運動的結論。

質疑：（1）還有其他劃分區間的方法嗎？（2）生活中有嚴格意義上的勻速直線運動嗎？

此案例在以下方面體現了“像科學家一樣思考”：一是注重研究方法背后的邏輯，從局部到整體;二是采用多種形式記錄收集到的證據;三是建立“抽象模型—描述事物活動規律”的數學方程式或描述性文字。從本質上講，科學家的研究過程就是提出問題、收集證據、尋求答案、建立模型的過程，他們致力于回答“是什么”以及“為什么”。我們在進行單元設計時，需要精選典型的探究活動，滲透科學思維，給學生創造像科學家那樣探索的機會。

三、實踐項目：打通知識與實踐，以培育關鍵能力

物理學習中的實踐性項目，一般可分為科學實踐、工程實踐兩類。我們期望學生親身參與實踐，沒有親身經歷這些實踐，學生就不能理解科學實踐，更不能理解科學知識的本質，關鍵能力的培育也將淪為無源之水、無本之木。

在進行單元設計時，教師可圍繞核心概念，開發1～2個實踐項目，讓學生經歷“開發和使用模型、計劃與開展研究、分析和解讀數據、使用數學和計算思維、建構解釋以及運用這些實踐來展示對核心概念的理解”，培育其學科關鍵能力。

1.科學實踐項目。

在科學實踐中，教師要引導學生經歷像科學家那樣探究并建立有關自然世界的模型和理論的過程。

案例：測量平均速度。

器材清單：玻璃球（大小各一個）、卷尺、記號筆、PVC線槽（1.5m）、秒表等。

實踐任務1：測量玻璃球在斜面上運動的平均速度。將線槽一端墊高，再將玻璃球從起點釋放，記錄它到達底端所用的時間。重復3次，計算出玻璃球在線槽上運動的平均速度。

實踐任務2：探究影響物體沿斜面運動的平均速度的因素。讓學生列出影響玻璃球在線槽上運動的平均速度的因素，并逐一設計實驗、收集證據、檢驗猜想。

實踐任務3：比較玻璃球在斜面上運動的平均速度和在地面上滾動的平均速度。觀察玻璃球從線槽沖下來后在水平地面上的運動過程，記錄玻璃球停下的位置及所用時間，計算玻璃球在水平地面上運動的平均速度，并與之在線槽（斜面）上運動的平均速度比較。改變釋放玻璃球的起點，重復3次，計算并比較數據。

上述實踐項目包含三個層次：一是實際的測量活動，深化對平均速度的認識;二是開放性的探究活動，需要經歷完整的探究過程;三是拓展性的研究內容，發現新的運動規律。這表明科學實踐能不斷生成新的研究問題，是個持續探索、不斷發現的過程。

2.工程實踐項目。

在工程實踐中，教師要引導學生像工程師一樣設計方案、建造模型，再反復檢驗、改進，以實現最優化的設計。

案例：設計一個可以做勻速直線運動的玩具小車。

設計流程及其具體任務，如圖2所示。

素養導向的單元整體教學應為工程教育留有一定的空間，具體操作中要關注學生的以下預期表現：一是確定一個設計問題的標準，并考慮相關的科學原理（核心概念）;二是評估彼此的設計方案，并對各方案的優點加以整合;三是分析檢驗數據，改進整合后的方案，以實現最優化的設計。

課程單元是圍繞學科核心素養，對情境、目標、探究、模型、實踐等進行組織或結構化的“一個完整的學習事件”。無論是關鍵問題的設計、探究活動的組織，還是實踐項目的開發，均需以素養為導向。通過一個個單元，以知識與項目的統整為路徑，連接知識目標與學科核心素養;建立學習內容與真實情境之間的關系，打通知識學習與實踐應用的“最后一公里”;貫通書本世界與生活世界，強化學用結合與知行合一，使學生像科學家一樣思考、像工程師一樣實踐。<F：＼教育8本書＼江蘇教育2022＼江蘇教育3期＼中學3期＼KT1.TIF>

【參考文獻】

[1]王長江，盛洋.高中物理觀念教學閑思[J].物理教師，2020（9）：2-7.

[2]李磊，安桂清.以單元為單位進行整體教學設計[J].人民教育，2019（1）：52-55.

[3]帕迪利亞.科學探索者：運動、力與能量[M].萬學，夏莉，譯.杭州：浙江教育出版社，2013.

[4]美國科學教育標準制定委員會.新一代科學教育標準[M].葉兆寧，楊元魁，周建中，譯.北京：中國科學技術出版社，2020.