基于深度學(xué)習(xí)的單元教學(xué)設(shè)計(jì)

張瑞萍

【摘 要】單元教學(xué)是實(shí)施深度學(xué)習(xí)的重要途徑。本文根據(jù)深度學(xué)習(xí)的實(shí)踐模型和單元教學(xué)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)規(guī)劃了基于深度學(xué)習(xí)的單元教學(xué)設(shè)計(jì)模型，并以“探究電荷相互作用之源—靜電場(chǎng)及其應(yīng)用”為例進(jìn)行了單元教學(xué)的設(shè)計(jì)分析

【關(guān)鍵詞】深度學(xué)習(xí) 單元教學(xué)設(shè)計(jì) 靜電場(chǎng)及其應(yīng)用

深度學(xué)習(xí)是指在教師的引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過(guò)程。深度學(xué)習(xí)倡導(dǎo)單元教學(xué)。單元教學(xué)是以大概念統(tǒng)領(lǐng)下的一個(gè)單元的學(xué)習(xí)內(nèi)容為整體，基于一定目標(biāo)進(jìn)行知識(shí)結(jié)構(gòu)、認(rèn)知發(fā)展等規(guī)劃而展開(kāi)的由淺入深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、帶有層級(jí)的結(jié)構(gòu)化系列教學(xué)活動(dòng)。單元教學(xué)可以更好地實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)[1]。《深度學(xué)習(xí)：走向核心素養(yǎng)（理論普及讀本）》一書(shū)中給出了深度學(xué)習(xí)的實(shí)踐模型，如圖1所示。根據(jù)深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵和單元教學(xué)的特點(diǎn)，單元教學(xué)設(shè)計(jì)流程如圖2所示。本文以“探究電荷相互作用之源—靜電場(chǎng)及其應(yīng)用”為例進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)分析。

一、前期多元分析，構(gòu)建單元教學(xué)主題

1. 教材課標(biāo)分析

本單元教學(xué)內(nèi)容選自人教版高中《物理》選擇性必修第三冊(cè)“靜電場(chǎng)及其應(yīng)用”一章中的第三節(jié)和第四節(jié)。本章前兩節(jié)通過(guò)大量實(shí)例說(shuō)明電荷之間有相互作用，并得出點(diǎn)電荷之間相互作用力的規(guī)律—庫(kù)侖定律。這兩節(jié)主要介紹電荷及其相互作用的產(chǎn)生原因—電場(chǎng)，并深入講解了電場(chǎng)的描述，最后把物理和生活聯(lián)系起來(lái)，利用電場(chǎng)知識(shí)解釋生活中常見(jiàn)的靜電現(xiàn)象。

這部分內(nèi)容呈現(xiàn)了相對(duì)比較完整的科學(xué)研究過(guò)程，對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)探究能力很有幫助。另外，這個(gè)單元的教學(xué)內(nèi)容不僅非常適合設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，而且還能夠幫助學(xué)生更好地實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移，可以真正將深度學(xué)習(xí)落到實(shí)處。

2. 學(xué)情分析

學(xué)生在初中已初步認(rèn)識(shí)了磁場(chǎng)，對(duì)“場(chǎng)”有一定的感性認(rèn)識(shí)。而且，學(xué)生初步具備了科學(xué)探究的意識(shí)及能力，了解科學(xué)探究的基本思路，但探究方法比較單一，探究思維深度較淺。學(xué)生對(duì)用物理量之比定義新物理量的方法有一定經(jīng)驗(yàn)。這些都為學(xué)生學(xué)習(xí)電場(chǎng)強(qiáng)度這個(gè)概念提供很好的基礎(chǔ)。

3. 核心素養(yǎng)價(jià)值分析

物理觀念：電場(chǎng)概念的建立，深化學(xué)生對(duì)場(chǎng)物質(zhì)性的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的物質(zhì)觀念。通過(guò)對(duì)靜電力的討論建立電場(chǎng)強(qiáng)度的概念，進(jìn)一步拓展學(xué)生的相互作用觀。

科學(xué)思維：通過(guò)磁場(chǎng)類比電場(chǎng)，磁感線類比電場(chǎng)線，加強(qiáng)對(duì)類比方法的理解，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。通過(guò)電場(chǎng)強(qiáng)度的定義，再次體會(huì)用物理量之比定義新物理量的方法。通過(guò)分析多個(gè)點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向，進(jìn)一步體會(huì)疊加和小量求和的思想。

科學(xué)探究：通過(guò)探究如何描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，學(xué)生經(jīng)歷“提出問(wèn)題—分析問(wèn)題—猜想假設(shè)—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—得出結(jié)論—完善結(jié)論”的整個(gè)探究過(guò)程，提升科學(xué)探究能力。

科學(xué)態(tài)度和責(zé)任：通過(guò)解釋生活中靜電現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生客觀理性的科學(xué)態(tài)度。通過(guò)調(diào)查公眾利用和防護(hù)靜電的一些行為，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境的關(guān)系，提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感[2]。

4. 本單元概念進(jìn)階、知識(shí)結(jié)構(gòu)圖和教學(xué)流程設(shè)計(jì)

二、單元教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

根據(jù)前期分析，本單元的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)如下。

（1）會(huì)用類比的方法建立電場(chǎng)概念，知道電荷間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的，場(chǎng)是物質(zhì)存在形式之一。

（2）通過(guò)電場(chǎng)強(qiáng)度概念的建立過(guò)程，體會(huì)物理量之比定義新物理量的方法，理解電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式、單位和方向。

（3）能推導(dǎo)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度的表達(dá)式，會(huì)用電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理計(jì)算多個(gè)點(diǎn)電荷形成的合電場(chǎng)強(qiáng)度。

（4）會(huì)用電場(chǎng)線描述電場(chǎng)。熟悉電場(chǎng)線的特點(diǎn)和幾種典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線。

（5）能夠理解靜電平衡狀態(tài)的形成過(guò)程，知道處于靜電平衡導(dǎo)體的特點(diǎn)。

（6）知道尖端放電、靜電屏蔽、靜電吸附原理，了解它們?cè)谏詈蜕a(chǎn)技術(shù)中的應(yīng)用。

（7）關(guān)注生活生產(chǎn)中的靜電現(xiàn)象，體會(huì)物理學(xué)與生產(chǎn)和生活的緊密聯(lián)系[2]。

在確定單元教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，教師還要關(guān)注單元教學(xué)目標(biāo)與課時(shí)教學(xué)目標(biāo)的關(guān)系。本單元中，第一課時(shí)的目的是完成單元教學(xué)目標(biāo)（1）和（2），培養(yǎng)的核心素養(yǎng)主要有物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究，學(xué)習(xí)滲透的科學(xué)方法主要有類比方法、模型建構(gòu)的方法、物理量之比定義新物理量的方法。基于此，可以將第一課時(shí)的教學(xué)目標(biāo)細(xì)化如下。

（1）通過(guò)聯(lián)想與體驗(yàn)，體會(huì)電場(chǎng)是一種物質(zhì)。

（2）通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)，構(gòu)建試探電荷的物理模型。

（3）通過(guò)由熟悉的磁場(chǎng)引出電場(chǎng)的概念，體會(huì)類比的方法。

（4）通過(guò)思維探究過(guò)程，經(jīng)歷構(gòu)建電場(chǎng)強(qiáng)度概念的建立過(guò)程，會(huì)用物理量之比定義新物理量的方法，進(jìn)一步體會(huì)力的相互作用觀。

（5）通過(guò)問(wèn)題討論和類比，體會(huì)電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量性，理解電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。

三、主要教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

1. 整體規(guī)劃單元學(xué)習(xí)過(guò)程，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)落地

教師統(tǒng)籌規(guī)劃基于深度學(xué)習(xí)的單元學(xué)習(xí)，不但要考慮學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，使活動(dòng)設(shè)計(jì)符合概念進(jìn)階的層級(jí)關(guān)系，而且還要兼顧各個(gè)活動(dòng)之間的銜接與關(guān)聯(lián)。根據(jù)圖3所示的單元概念進(jìn)階和知識(shí)結(jié)構(gòu)，結(jié)合單元教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)本單元的學(xué)習(xí)過(guò)程，其整體規(guī)劃如表1所示。

2. 以核心問(wèn)題引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，促進(jìn)學(xué)生深度思考

科學(xué)探究是在教師的指導(dǎo)下，以學(xué)生為主體，學(xué)生自覺(jué)地、主動(dòng)地探索掌握解決問(wèn)題的方法和步驟。教學(xué)中，教師可以從核心問(wèn)題出發(fā)，同時(shí)以問(wèn)題鏈的形式引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行有效的科學(xué)探究活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生深度思考，達(dá)到知識(shí)、概念和能力的進(jìn)階。例如，電場(chǎng)強(qiáng)度概念的建立是本單元教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，具體的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程如下。

【核心問(wèn)題】 電場(chǎng)是有強(qiáng)弱不同的，我們?nèi)绾窝芯侩妶?chǎng)呢？ 如何描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向呢？

【科學(xué)探究過(guò)程】

環(huán)節(jié)一：分析問(wèn)題，提出猜想和假設(shè)

問(wèn)題1：如何確定電場(chǎng)的存在？

問(wèn)題2：如何判斷空間各點(diǎn)電場(chǎng)是否相同？

問(wèn)題3：如何描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱？（引導(dǎo)學(xué)生提出猜想）

問(wèn)題4：如何驗(yàn)證我們的猜想？

環(huán)節(jié)二：驗(yàn)證猜想（利用點(diǎn)電荷的電場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證）

問(wèn)題1：將同一試探電荷分別放在A 、B 兩點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)什么特點(diǎn)、規(guī)律？

問(wèn)題2：在同一點(diǎn) A 放入帶電量不同的試探電荷，發(fā)現(xiàn)什么特點(diǎn)、規(guī)律？

問(wèn)題3：在另一點(diǎn) B 放入帶電量不同的試探電荷，發(fā)現(xiàn)什么特點(diǎn)、規(guī)律？

問(wèn)題4：綜合分析上面三個(gè)問(wèn)題的結(jié)果，可以得到什么結(jié)論？能否驗(yàn)證前面猜想是否正確。

環(huán)節(jié)三：建立概念

問(wèn)題1：根據(jù)前面的猜想和驗(yàn)證嘗試闡述如何建立描述電場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量。

問(wèn)題2：試著寫(xiě)出這個(gè)物理量的表達(dá)式，并明確各個(gè)字母的物理意義。

環(huán)節(jié)四：完善概念

問(wèn)題1：思考電場(chǎng)強(qiáng)度的標(biāo)矢性。

問(wèn)題2：如何描述電場(chǎng)強(qiáng)度的方向？

3. 以真實(shí)情境、主題任務(wù)引領(lǐng)學(xué)生解決問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移和應(yīng)用

物理教學(xué)的目的不僅是讓學(xué)生學(xué)習(xí)必要的物理基礎(chǔ)知識(shí)，而且要讓學(xué)生學(xué)會(huì)思考，掌握處理實(shí)際問(wèn)題的方法。本單元的核心任務(wù)之一是應(yīng)用電場(chǎng)的知識(shí)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。教學(xué)中，教師應(yīng)從真實(shí)情境出發(fā)，設(shè)計(jì)主題任務(wù)，促使學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中深化知識(shí)，提升能力。例如，關(guān)于靜電場(chǎng)的防止與利用的教學(xué)活動(dòng)，教師可以設(shè)計(jì)如下。

【真實(shí)情境】播放《中國(guó)達(dá)人秀》節(jié)目中盧馭龍的表演視頻。

【主題任務(wù)】科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亟忉尡硌菡邽槭裁茨荞{馭風(fēng)雨雷電。

【解決過(guò)程】

第一步：建立模型：嘗試建立模型說(shuō)明金屬導(dǎo)體放入電場(chǎng)中后會(huì)發(fā)生什么。

問(wèn)題1：金屬導(dǎo)體的微觀結(jié)構(gòu)如何？

問(wèn)題2：導(dǎo)體處于電場(chǎng)中時(shí)自由電子會(huì)怎樣移動(dòng)？

問(wèn)題3：自由電子會(huì)在什么地方聚集？這種聚集會(huì)產(chǎn)生什么效果？

問(wèn)題4：自由電子會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去嗎？最終出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

第二步：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

第三步：修正模型：由不帶電金屬導(dǎo)體過(guò)渡到帶電金屬殼，要求學(xué)生嘗試說(shuō)明帶電金屬導(dǎo)體會(huì)不會(huì)達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。

第四步：再次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，總結(jié)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)的特點(diǎn)。

【問(wèn)題解決】應(yīng)用導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)的特點(diǎn)，解釋主題任務(wù)。

【提煉知識(shí)】靜電屏蔽? 尖端放電

【遷移應(yīng)用】模仿前面解決問(wèn)題的方法，試著解釋靜電復(fù)印和靜電除塵等現(xiàn)象，得到靜電吸附的概念。

四、學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)

本單元將學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)和教學(xué)活動(dòng)過(guò)程有機(jī)結(jié)合起來(lái)。本文以建立電場(chǎng)強(qiáng)度概念教學(xué)活動(dòng)為例說(shuō)明評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法。如表2所示[3]。

基于深度學(xué)習(xí)理論開(kāi)展單元教學(xué)，有利于真正落實(shí)課堂教學(xué)中學(xué)生的主導(dǎo)地位，提高學(xué)生的參與度，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。深度學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)，使學(xué)生真正參與物理知識(shí)的形成過(guò)程、物理規(guī)律的得出過(guò)程、物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程和物理問(wèn)題的解決過(guò)程。在此過(guò)程中不僅強(qiáng)化了學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，而且還培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)研究能力，對(duì)核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)的落實(shí)有很大的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉月霞，郭華.深度學(xué)習(xí)：走向核心素養(yǎng)（理論普及讀本）[M].北京：教育科學(xué)出版社，2018：16-75.

[2] 人民教育出版社課程教材研究所物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.普通高中教科書(shū)物理必修第三冊(cè)教師教學(xué)用書(shū)[M].北京：人民教育出版社，2019：1-24.

[3] 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020 年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：46-48.

本文系北京市西城區(qū)普通高中新課程新教材實(shí)施國(guó)家級(jí)示范區(qū)建設(shè)專項(xiàng)課題“指向深度學(xué)習(xí)的高中物理單元教學(xué)實(shí)踐研究”（課題編號(hào)SX2021Z036）的階段性研究成果。

（作者單位：北京市第一六一中學(xué)）

責(zé)任編輯：胡玉敏