基于單元學科大概念的中學物理教學實施路徑
——以人教版高中物理“運動的描述”單元為例

徐新順 白東升 彭 成

(甘肅慶陽市北京師范大學慶陽附屬學校,甘肅 慶陽 745000)

目前國內外基礎教育界呈現出基于學科大概念理解與構建的單元設計研究熱潮.我國《普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)》也明確指出落實立德樹人根本任務的基本途徑是在物理課程和課堂中培育學生的核心素養,基于物理學科本質凝練的物理學科核心素養是核心素養在物理學科層面的具體化呈現,而以學科大概念為核心的單元教學是落實學科核心素養的重要途徑.[1]

1 基于學科大概念統整的單元教學實施路徑

“學科大概念”是指與核心素養、學科核心素養密切相關的一個兼具認識論、方法論和價值觀三重意義因而更能廣泛遷移的意義結構,其根本上反映學科本質的、相對穩定的、有共識性和統領性的學科關鍵特質或核心觀點.[2-3]

指向大概念構建的論證式教學設計與基于大概念理解的逆向教學設計是目前兩種典型的單元教學設計思路,兩種思路都注重將單元內容主題轉化為學科大概念,進而在大概念的統整下組織教學.[4]學科大概念統整下單元教學設計與實施以發展學生學科核心素養為目的,通過結構化思維與一體化設計,以單元學科大概念為引領,以核心問題為導向、以核心任務為驅動,通過“學—評—教”一致化的教與學活動過程中學、思、應用相結合,讓學生在具體情境中經歷發現和解決問題的過程,不斷優化其學科知識體系、促進深度學習、提升學科思維品質、發展分析處理復雜問題的素養水平,切實促進學科核心素養有效落實.[2-6]

實施學科大概念統整下單元教學,一般需要經歷“轉化大概念”“提煉大概念”“外顯大概念”“活化大概念”“解構大概念”“建構大概念”和“評價大概念”7個環節,具體邏輯順序如圖1所示.

圖1 基于學科大概念統整的單元教學實施路徑

2 基于學科大概念統整的單元教學實踐案例

以人教版高中物理必修1第1章“運動的描述”為例,依照圖1的邏輯順序,進行大概念統整下的單元教學實踐設計.

2.1 轉化大概念——明確單元學習目標體系

用新課標指導學科教學變革繼續向縱深發展是我國教育改革的內在邏輯.[7]教師需要以課程標準來定位學生學習所要達成的要求和程度(學生的學習預期表現——學業要求),繼而在此基礎上對相應的知識技能目標進行細化和轉化(自上而下地將源于課程標準的抽象表述具體化),并且由淺入深地處理學習內容,設計制訂在課堂實踐層面便于操作、促進深度學習發生、反應學科素養落實的系統單元學習目標體系.[8]學科大概念能有效地組織起學科零碎化的知識與技能,單元學習目標體系要求的達成,是學生在各種情境中理解與運用單元學科大概念的具體表現.[9]

在明確課標要求和學生學習的預期表現的基礎上,[1]結合本單元具體的學科內容呈現邏輯,制訂以下的單元學習目標體系：① 聯系生產生活實際,能在特定情境下將物體抽象為質點,能說出建立質點模型的抽象方法和質點模型的適用條件,能簡單闡述建構物理模型的必要性(科學思維);② 通過位移、速度、加速度等重要物理概念的建構過程,能說出測量這些物理量的方法,能闡釋瞬時速度和加速度概念的建構過程中的極限方法和抽象思維方法(科學思維);③ 能夠使用位移、速度、加速度等物理量與圖形定量描述物體的直線運動(物理觀念、科學思維);④ 知道證據是物理研究的基礎,能使用簡單直接的證據表達自己的觀點(科學思維);⑤ 通過頻閃照相、傳感器(光電門、位移傳感器)、打點計時器測速原理的理解,能通過列舉其他事例說明技術手段對物理問題研究的促進作用(科學態度與責任);⑥ 經歷利用打點計時器測量做直線運動物體的瞬時速度的完整實驗過程,能根據實驗所要解決的問題制訂實驗方案、能夠在正確獲取數據以及分析和處理實驗數據的基礎上形成結論并作出解釋、能用物理圖像描述實驗數據、知道實驗存在誤差,能準確表達科學探究的過程和根據數據得出實驗結論、能撰寫實驗報告(科學探究).

2.2 提煉大概念——梳理單元概念體系,提煉單元大概念

學科大概念是指相對穩定的、有共識性和統領性、指向素養整體目標、反映學科本質的核心觀點,因此具有高度凝練、專業、抽象和概括的特點.由核心素養整體目標到課時具體學習內容的邏輯順序(核心素養整體目標—學科核心素養—學科大概念—學科單元大概念—課時大概念—學科具體概念—課時具體學習內容)可以看出,確定單元大概念通常有兩個路徑： (1) 自上而下,從學科大概念分解出單元大概念; (2) 自下而上,從學科具體概念之間的本質聯系概括出課時大概念,進而提煉出單元大概念.[3]考慮內容組織結構與呈現方式,“運動的描述”應用從“自下而上”這種路徑對單元大概念進行提煉(見表1).

表1 “運動的描述”單元大概念的提煉

2.3 外顯大概念——設置核心問題及具有內在聯系的子問題群

把單元大概念轉化為學生可以理解與回答的核心問題是單元大概念在學生層面的具體轉譯與外顯,學生在整個單元學習活動中不斷思考和回答核心問題的過程就是其不斷構建和理解單元大概念的過程.[3]為了理解“通過運動學物理量(位移、速度、加速度等)和圖像可以對物體的運動進行描述”這個單元大概念,學生層面的核心問題可以設置為：如何描述物體的運動?

在設置核心問題的基礎上,進一步分析可以確定出核心問題的表現層次(具有內在聯系的子問題群)：① 如何準確地描述一個物體的位置?② 物體位置的變化如何準確描述?③ 如何去描述物體位置變化的快慢?④ 如何去描述速度變化的快慢?⑤ 如何利用圖像直觀地表示或描述位移、述速度、加速度這3個描述物體運動的基本物理量?⑥ 利用哪些技術手段可以測量物體運動的速度?

2.4 活化大概念——設計核心任務、子任務

核心任務是為了讓學習者更好地理解單元大概念和回答核心問題,設計一個貫穿整個單元學習的驅動型表現任務.[3]在依托真實有效情境下創設的核心任務驅動下,學習者能主動、深度參與學習過程,在發現和解決問題的過程中不斷提升學科思維品質及分析處理復雜問題的素養水平.在這個過程中大概念使得學生思維超越了具體的事實和活動,從而達到更高的層次.

對電影《流浪地球》的解讀是當下社會文化熱點,考慮絕大多數學生已有的觀影體驗,“運動的描述”單元主題的核心任務可以設計成：對“流浪地球”計劃執行過程中地球的流浪之旅進行描述,并在運動學層面論證這一計劃相應部分的可行性.

很多情形下,還需要為學生提供不同的系列子任務(預期的學習結果),讓其在一個明確邏輯推進的過程中,通過不斷突破子任務從而最終更好地完成核心任務.因而,“運動的描述”單元主題的子任務可以如下設計：子任務1.地球位置的定量描述;子任務2.地球位置變化的描述;子任務3.地球位置變化快慢的描述——速度;子任務4.地球速度變化快慢的描述——加速度;子任務5.用圖像描述速度、加速度;子任務6.用技術手段測量速度的原理和方法.

明確了單元核心任務和子任務,依據教學實際,可以確定適應真實課堂需要下的分課時劃分如下：(1) 物體位置的定量描述;(2) 物體位置變化的描述;(3) 物體位置變化快慢的描述——速度;(4) 物體速度變化快慢的描述——加速度;(5) 用圖像描述速度、加速度;(6) 用技術手段測量速度的原理和方法;(7) 學生實驗——測量做直線運動物體的瞬時速度.

2.5 解構大概念——設計與子任務達成、表現性評價指標一致的教與學活動序列

預期的學習結果(子任務達成)、表現性評價指標、與評價指標一致的教與學活動序列這3者一致的設計過程,是在課堂教與學設計層面對單元大概念的解構過程.

整個單元與相應分課時的內容線索和內容結構呈現方式決定它們設計的邏輯思路.“運動的描述”單元設計整體上依照論證式思路推進,但分課時設計的呈現邏輯又有不同,注重學生在學習過程對課時核心概念的自覺構建與理解這一論證式思路在前4個分課時中體現較為明顯(如表2中的課時1),“以終為始”這一逆向設計思路在后面3個分課時中體現得更為突出(如表2中的課時6).

表2 “運動的描述”單元整體呈現下體現“學—評—教”高度一致化的教與學活動序列設計(部分)

2.6 建構大概念——設計“學—評—教”一體化大單元教學的實施路徑

在大單元整體教學設計基礎上對其實施路徑進一步設計,是大單元教學預期效果達成的關鍵,是大概念在課堂層面實現建構的實踐保障.設計“學—評—教”一體化大單元教學的實施路徑,至少需要在以下3個方面進行思考與探索實踐：(1) 子任務的有效達成需要通過一定的邏輯推進方式在真實的分課時課堂中開展相應的教與學活動序列,也就是說大單元教學實施需要如主題化、項目式學習等綜合性教育活動的路徑支撐.(2) 大單元教學設計對于教材編寫內容的呈現順序會有相應的改變與補充調整,因此在創造性使用教材的基礎上,學科大單元教學的實施還需要相應的實施工具載體(如學生立場的學本、助學案、項目推進案等).(3) 學科大概念統整下的單元教學實質上是為了促進學生更高質量的深度學習,大單元教學在課堂上的有效開展需要一定的技術實施方法(如參與式教學、探究性教學、整合性教學等教學組織方法).

2.7 評價大概念——學生學習過程與結果的一體化評估、評價

“目標—評價—教學”三位一體是單元教學的一項重要指標.該指標要求大概念教學的最終成效需要通過可靠的、可達成的、可操作的、可檢測的評估證據對學習者的學習過程與學習結果達成情況進行科學的度量.

依照前文關于單元教學實施路徑的探討,對學生學習過程性評估至少要落實以下幾個環節：① 學生結合課時學習前下發的分課時評價指標,對照教與學活動序列推進,對預期學習成效(子任務達成情況)進行自我評估;② 在單元學習結束后,與學生交流、匯報、展示及分享其核心任務完成情況的基礎上,通過學生自評、成員互評、教師點評等多種不同的方式,對核心任務的完成情況進行表現性綜合評估;③ 通過科學合理的評估量規對子問題——核心問題解決、核心大概念建構與理解進行表現性評估.在學生經歷整個單元學習以后,學習結果性評價主要通過指向核心素養、促進單元整體目標達成的單元設計作業與學業質量水平考試這兩種方式,對學科具體學業質量達成、單元學習目標體系完成與學科核心素養的落實情況進行評價.

以學科大概念為核心的大單元教學設計與實施,是一種通過教師教學方式變革和學生學習方式變革相互逆向推進,進而促進兩者向更高層面不斷發展的、反映教與學真實本質的過程.評價活動可以為學生提供具體的、及時的、有指向性的反饋,促使其不斷變革學習方式,從而更好促進學科核心素養的有效落實,實現以評促學的目的;另一方面,結合學生學習過程性評估與學習結果性評價,教師對單元教學整體實踐過程復盤反思,可以進一步修正單元教學設計、調整自身教學行為、適時變革教學方式,實現以評促教的目的.