核心素養導向下物理單元教學的實踐與啟示

賈麗湞

（上海市世界外國語中學，上海 200233）

一、引言

單元學習是我國全面深化課程改革、落實核心素養的重要路徑。新一輪課程改革強調培養學生在關鍵能力、必備品格和價值觀念等方面的核心素養。核心素養包括文化基礎、自主發展和社會參與三個方面，具體體現為人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐規劃六大素養。①余文森：《核心素養導向的課堂教學》，上海教育出版社2017年版，第15-32頁。

2022年4月，教育部頒發新一版義務教育課程標準，新版物理課程標準進一步提煉物理課程要培養學生核心素養以及課程目標凸顯物理課程的育人功能。物理核心素養是學生發展核心素養在物理學科的具體化，包含四個部分：物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度和責任。新版物理課程標準要求教師將核心素養的內涵及相關要素，貫穿于課程目標、課程內容、學業質量、課程實施等部分，落實到單元教學的整個過程中，培養學生學會學習、學會合作、學會生活。

由此可見，核心素養的落實離不開深度學習和單元教學。深度學習是全面深化課程改革、落實培養核心素養的重要途徑；單元教學是實現學科核心素養的重要載體；深度學習需要單元教學來實現。所謂單元教學，就是在學科核心素養指引下，以單元為單位整體思考、設計和組織實施的教學。因此，單元教學是促進深度學習的載體，深度學習是單元教學的目的，兩者共同促進學生核心素養發展。②周瑩，馮華：《深度學習視域下的單元教學任務設計》，《基礎教育課程》2021年第4期（下），第56-61頁。

怎樣理解單元教學，如何設計單元中的核心問題才能實現深度學習，如何使教學設計符合教育規律，促進學生核心素養養成，筆者將通過教學實踐來嘗試厘清這些問題。

二、單元教學的內涵與特征

1.單元教學的內涵

單元教學設計是在整體思維的指導下，將圍繞主題生成的單元內容作為教學內容，制訂單元目標和課時教學目標，設計連續的課時教學方案，進行單元評價的環節來完成的復雜教學設計。①潘蘇東，童大振，汪大勇：《中學物理單元教學設計流程的探討》，《物理教師》2021年第4期，第11頁。基于學者的共識，筆者認為，有別于碎片化知識點教學，單元教學是在學科核心素養指引下，以單元為單位，整體設計和組織的教學。

單元可以是教材自然單元，也可以是教材重組單元，還可以是自擬專題單元。單元教學是培養核心素養的綜合性教學活動，不僅以知識點掌握為目標，所以單元教學設計跟以往的單一課時教學設計有很大的不同。

2.單元教學的特征

第一，在教學內容方面，圍繞體現核心概念的學習主題，強調教學內容組織的結構化（例如知識之間關聯、知識與方法關聯、知識與生活關聯、知識與經驗關聯等）以及內容呈現的情境化（例如真實情境、現實場景、任務場景、問題場景等），綜合體現不同層次教學任務之間的邏輯關聯。

第二，在教學目標方面，單元教學目標把學科核心素養具體化為單元學習目標。單元教學目標的上位概念是物理核心素養，下位概念則是課時教學目標。單元教學目標的確定要以單元教學內容和學情為前提，注重物理核心素養對教學的引領作用，關注教學目標的可行性和可預測性。

第三，在教學過程方面，以核心概念為教學出發點，教學過程在不同層次的教學任務中依次展開，這既能保證教學的連貫性和整體性，也能給學生思維發展的空間，以建構概念，獲得知識。在教學核心概念的引領和單元問題的驅動下，通過自主性、挑戰性、進階性的學習任務或活動，使學生掌握解決問題的方法和能力。

三、單元教學設計的過程

單元教學設計是單元教學的基礎性工程，教師需要在了解學科核心知識概念的基礎上，對照核心素養，梳理和優化單元教學內容，規劃和制訂單元教學目標，設計教學過程和評價體系。單元教學設計包括以下環節：規劃單元內容，制訂單元目標，確定核心任務以及設計單元活動。下文將以上教版八年級物理“運動”單元為例，闡述單元教學設計的過程。

1.規劃單元內容

內容組織的結構化是單元教學最重要的特征，也是實現深度學習所要求的理解深刻性和思維高階性的重要基礎。內容組織的結構化、系統化、整體化更是將知識轉化為素養的基本保證。因此，規劃單元內容的目的就是厘清單元知識內在邏輯聯系，將知識梳理成結構清晰、邏輯有序的知識體系。

如表1所列，本單元內容包括機械運動和直線運動兩部分。主要知識點有機械運動、勻速直線運動和速度，核心概念是速度。學習順序應該為先知道什么是機械運動，然后學習最簡單的勻速直線運動及其速度。認知規律是由大范圍到小范圍，從普遍到特殊。內在的邏輯主線圍繞運動展開：從機械運動到最簡單的運動，再到運動的快慢。這樣知識問題鏈就很清晰：什么是機械運動？運動的類型有哪些？如何判定勻速直線運動？勻速直線運動有快慢之分嗎？如何比較物體運動的快慢？這些問題中概念間的內在聯系是由位置、時刻、路程、時間等物理量串起來的。機械運動本質上是位置隨時間的變化；勻速直線運動本質上是運動方向和速度均不變的運動，是物體在相同的時間間隔內運動路程相同的直線運動；速度則是比較物體在相同時間內運動路程的多少。

表1 “運動”的概念體系與知識問題鏈

梳理這些知識的過程，也是教師重新思考關于運動的相關概念如何建立的過程。這讓我們回到了一個新的起點，思考人類是怎樣研究運動的。研究運動首先就需要記錄運動，即記錄物體在某些時刻的位置。具體來看，判斷運動需要記錄不同時刻的位置，才能知道物體的位置是否隨時間發生了變化；判斷物體是否做勻速直線運動需要記錄相同時間間隔點的位置，才能知道物體在相同時間內路程是否相等；判斷物體運動的快慢需要記錄物體在相同時間間隔點的位置，才能知道物體在相同時間內路程的多少（見表2）。因此，記錄運動的最基本內容是時刻和對應位置。位置和時刻既是建立“時間、位移、速度、加速度”等概念的基礎，也是學習和研究運動的基礎。這當中也銜接了高中階段“加速度”等運動概念的學習。由此，本單元的內在學習主線——記錄和描述物體的運動情況，這是學習和研究物體運動的前提，也是后續深入學習運動的基礎。

表2 單元核心概念學習主線

2.制訂教學目標

制訂教學目標是將單元知識和核心素養進行有機整合的過程。物理課程的教育價值在于讓學生養成四個方面的核心素養，即物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度和責任。因此，教師需要把握好學科核心素養與課程目標、單元目標、課時目標之間的內在聯系。為了保證教學設計的一致性，教師備課時要以核心素養為綱，綱舉目張，從課程標準到單元目標、課時目標、活動目標進行層層分解。因此，制訂教學目標的首要步驟就是從物理核心素養的四個維度對單元內容進行分析，找到單元學習內容與核心素養的相關性（見表3）。

表3 物理學科核心素養的單元解讀

第一，物理觀念。物理觀念包括物質觀、運動觀、相互作用觀、能量觀和時空觀，這是物理概念和規律在頭腦中的提煉和升華。本單元要在學生頭腦中形成的物理觀念就是運動觀。因為運動是物體位置的變化，所以也涉及時空觀。并且，運動觀是在對位置、時刻、時間、路程、方向、運動快慢等物理量理解基礎上逐步建構的。

第二，科學思維。科學思維是從物理學視角對客觀事物本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，是基于經驗事實建構理想模型的抽象過程，具體包括分析綜合、抽象概括、推理論證等科學思維策略。科學思維是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判，進而提出創造性見解的能力與品質，主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素，也是科學學科核心素養在物理教學中的具體體現。具體到本單元，就是圍繞“機械運動、勻速直線運動和速度”三個概念的形成過程，讓學生經歷科學思維的過程。

第三，科學探究。科學探究是基于觀察和實驗提出物理問題，形成猜想和假設，獲取和處理信息，基于證據得出結論并做出解釋，以及對實驗探究過程和結果進行交流、評估、反思的一系列行為。這一過程主要包括問題、證據、解釋、交流等要素。物理學是以實驗為基礎的學科，而實驗過程離不開探究，甚至可以說在幾乎所有的物理學知識、概念和規律的建構過程中都包含科學探究。教師在教學活動設計的過程中，應該盡可能多地做到讓學生通過動手實驗、自主探究來建構概念和規律。本單元的三個概念（機械運動、勻速直線運動和速度）也不例外，都可以開展探究，讓學生通過探究主動建構知識。

第四，科學態度與責任。這是在認識科學本質，理解科學、技術、社會和環境的關系的基礎上，逐漸形成對科學和技術的正確態度以及責任感。主要包括科學本質、科學態度、科學倫理、科技和社會環境的關系、社會責任等要素。科學態度與責任的落實隱含在整個教學過程中，本單元的教學重點放在了解技術在運動學習和研究中的作用，認識科學技術和社會生活的聯系。

單元內容規劃和對核心素養四個維度的分析，有助于教師更好地理解這一單元的學習價值。本單元對于學生來說，是運動和力的起始教學，也是學生今后學習更復雜運動概念的基礎。一方面，“機械運動、勻速直線運動、速度”等概念的正確建立為學生今后的相關學習奠定了知識基礎；另一方面，記錄、比較、理想模型、控制變量、圖像描述等物理方法學習更是對學生科學思維的重要訓練。此外，在初步形成運動和時空的觀念的基礎上，學生運用物理規律分析生活中的運動現象或解決生活中的簡單運動問題，感受科學技術和社會生活的聯系，也可以提高物理學習的動力和興趣。

根據以上分析，基于對相關運動概念、物理學科核心素養以及學習價值的理解，可形成本單元的學習目標，并進一步細化為課時目標（見表4）。

表4 物理核心素養引領下的單元目標與課時目標

3.確定核心任務

學生的學習是通過對載體呈現的復雜信息進行深入加工，實現理解的深刻性、思維的高階性和認知技能的發展。據此，我們提出了以下符合本單元核心任務的條件：（1）圍繞本單元的三個學習內容，判斷并且能圍繞“記錄運動”和“分析運動”這個凸顯學科本質的學習主線，呈現給學生的不僅是活動體驗，更是感受研究運動的方法；（2）能夠統領和串聯本單元的三個學習內容，最好與學生生活密切相關且體現真實情境，對學生來說也具有一定的挑戰性。

我們根據上述要求確定了本單元核心學習任務：要求學生記錄和分析自己百米跑步的運動情況。在確定好單元大任務后，還要根據問題鏈，將單元大任務分解成幾個有關聯的子任務。具體的教學內容和單元角度的思考，見表5。

表5 “運動”單元的學習任務、教學內容和單元思考

至此，我們完成了內容的規劃、目標的制訂和教學核心任務的確定，之后要開展對教學活動的設計和教學過程的組織。

4.設計單元活動

單元教學目標的落地，需要有相應的單元活動加以支撐。而單元活動要呈現真實問題情境，讓學生在前概念基礎上不斷探究，像科學家一樣進行知識建構、問題解決的反思改進，從而實現概念的建立和知識的遷移。①劉月霞，郭華：《深度學習走向核心素養》，教育科學出版社2018年版，第8-11頁。圍繞單元目標和核心任務，我們以本單元第一節課為例來說明，如何通過真實情景的單元活動來實現教學目標。

本單元第一節課的子任務是“如何判斷物體是否運動來設計活動”，根據教學內容要求，教師要充分考慮學生的學情和實際資源狀況來設計教學活動。具體而言，單元活動需要整體體現核心素養導向下的具體目標，還必須要滿足可以進行持續教學評價的要求。對一節課的評價要圍繞課程的關鍵活動和核心內容進行。本節課中，我們要重點評價的關鍵活動是運動判斷和運動記錄。

有了這些課程設計的基本思考，接下來就要尋找生活中的真實情境，針對本節課的知識點（如何判斷物體運動？這與科學思維相對應）和能力要求（如何記錄運動？這與科學態度相對應），教師從一艘船開始創設情境，讓學生自主探討：需要什么條件才能判斷一艘船在運動，提出和設計記錄運動的方法。相應的教學評價則通過對學生的記錄方式的討論來實現。對于另外一個知識點——運動相對性，我們采用了教材中拉動紙帶上木塊的活動。

第一節課的具體教學設計如下：

情景I觀看動圖及視頻

通過觀看自然界的各種運動形式，引出課題。

活動I 判斷運動

通過觀看圖片和錄像判斷小船是否航行，得到“機械運動是物體位置隨時間的變化”的結論。

第一次回顧引入視頻：根據定義判斷引入視頻中的物體是否運動。

活動II記錄運動

討論記錄運動的方法，知道需要記錄的要素是時刻和對應位置。

思考如何記錄自己百米跑步的情況。通過了解Keep軟件可以記錄運動，感受科技給社會生活帶來的便利。

活動III 判斷木塊運動情況

利用長紙條和木塊，設計木塊運動實驗，分析木塊的運動情況，體驗和論證運動和靜止的相對性。

第二次回顧引入視頻：選擇不同的參照物，判斷引入視頻中物體的運動情況，得出與之前不同的結論。

實例分析：

（1）解釋空中加油；

（2）鞏固練習（信息技術平臺操作）。

總體而言，這節課的活動并不多，并且主要活動都是利用教材中的素材。但是設計的目的緊緊圍繞單元教學的要求和核心素養的目標。整個單元的教學活動設計如表6所示。

表6 “運動”單元教學活動設計

（續表）

四、關于學科核心素養培育的思考

通過對八年級物理“運動”單元教學設計的分析，我們得到關于學科核心素養培育的兩點啟示。

1.重視單元核心目標，保證學生學習的整體性

由表7可見，單元核心目標在這節課中體現在課內和課外兩條線索中。圍繞如何判斷物體是否運動，課堂任務設定為判斷輪船的運動，并通過學生對各種記錄和運動方式的探索和思考，理解并學會記錄運動。課后作業是用相關軟件記錄自己的跑步情況。這個課外任務的完成既是對本節課內容掌握情況的評價，又可以讓學生將真實的生活情境與學習任務聯系起來。

表7 單元教學活動設計與單一課時教學設計的比較

有了教學核心目標的引領，教師能夠深入領會課時內容之間的知識邏輯，建立起核心內容和學科核心素養之間的內在關系，并形成單元學習的整體性和系統性，從而使學生實現深度學習的目的，并充分挖掘思維探索的空間。

（續表）

2.圍繞學科核心概念，幫助學生自主建構關鍵能力

以物理核心概念統領整個單元教學，可以幫助師生從紛雜的公式與定理中跳出來，站在更開闊的視角來培育核心素養。傳統的關于“運動”的教學一般只圍繞“機械運動”和“運動相對性”兩個知識點來完成。但是在單元教學的視角下，教學設計既考慮到了讓學生思考如何記錄運動，同時也強化了對時刻、時間、位置、路程等概念的教學。所有這些都是在運動概念的核心教學目標引領下實現的。整個學習活動過程帶給學生的是研究運動的方法和整體思路。學生在經歷運動概念建立和運動記錄方法的評價后，具備了初步的知識遷移的能力，就會把學到的方法運用到生活中去記錄運動，也為高中有關運動的學習奠定了基礎。因此，可以說，單元教學實踐帶來的是學生的綜合學習和深度學習，從而有效促進了教學實踐對學科核心素養的培養，提升了學生的知識掌握水平和學科能力。這種對物理學科核心素養的培養和提升，也是物理學科所追求的重要目標。