大概念推進高中物理結構化教學研究

摘 要：大概念的發展呼吁整合意識的回歸，以此為中心設計教學有助于推進高中物理結構化教學。概述大概念具體內涵及其在高中物理教學中的應用價值，以“靜電場”為大概念整合人教版《物理》高一必修第三冊第九章“靜電場及其應用”和第十章“靜電場中的能量”兩章內容，構筑大單元，借此論述結合大概念推進高中物理結構化教學實施的具體策略。

關鍵詞：大概念；高中物理教學；結構化；“靜電場”；大單元

作者簡介：潘華良（1981—），男，廣西壯族自治區賀州市富川瑤族自治縣民族中學。

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《新課標》）提出：“（課程標準）進一步精選了學科內容，重視以學科大概念為核心，使課程內容結構化，以主題為引領，使課程內容情境化，促進學科核心素養的落實。”在《新課標》的指導下，教師應透徹認識大概念，細致探索結合大概念開展結構化教學的價值和具體策略。

一、大概念的具體內涵

物理學的大概念集中反映學科本質，具有相對穩定性、共識性、統領性等共性，能將碎片化的知識整合在一起，以此為統籌、引領，從而幫助學生建立有結構的“知識模型”或“學科大圖景”［1］。大單元和大概念是緊密關聯的，大概念必然要落實到單元教學中，大單元則是圍繞大概念來組織的以素養為目標的單元，對實現結構化教學具有指導作用。

二、基于大概念開展高中物理結構化教學的價值

（一）有助于提高物理教學質量

基于大概念組織高中物理結構化教學，不僅符合《新課標》現實要求，同時對提高教學質量也有一定幫助。區別于傳統的教師講、學生聽的學習方式，在大概念引領下，學生需要主動參與探究活動，基于教師提供的大概念范疇拆解主題，完成相應的學習任務，從中構建完善的知識體系。在此過程中，學生自主性以及高階思維能力均能夠獲得有效發展，在理解大概念的同時，養成良好的自主探究與學習習慣。這樣，隨著學生的廣泛參與，課堂教學質量也將得到提升。

（二）有助于促進學生素養發展

《新課標》強調的物理學科核心素養主要包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個方面。在大概念引領下的結構化教學期間，教師根據教材內容與知識結構化特點合理設計大概念以及能夠體現核心素養的教學目標，學生在目標的引領下有針對性地參與物理學習活動，構建學科與實際生活的聯系，通過順利解決問題實現科學思維的發展［2］。在動手、動腦學習物理知識的過程中，學生也能進一步鞏固物理觀念，了解物理的本質特點，通過科學探究的方式實現學用結合、理論與實踐相結合，感知物理在推動人類生產生活方面的積極作用。這樣，學生能逐漸從低階思維過渡至高階思維，順利提高學科核心素養。

（三）有助于推動學生深度學習

學科大概念通常表現為一個有用的原理或問題等，需要經過持續性的探究整合和實踐反思才能獲得其意義。傳統教學中，部分教師在組織高中物理教學期間，習慣以單課時的視角開展教學活動，學生在學習中雖然能夠掌握單課時中的物理概念，但知識學習容易停留在淺層理解階段，整體遷移與運用能力較弱。學科大概念揭示了不同物理量、概念之間的關系，使得概念的內涵不斷延伸與活化。在教師的引導下，學生能夠借助大概念進一步理清物理規律，將零散的經驗、問題和規律整合在一起，建立知識之間的深層關系。長此以往，學生能逐漸擺脫淺層學習的桎梏，形成結構化的知識網絡并走向深度學習，在理解知識的同時學會運用知識解決實際問題。

三、大概念推進高中物理結構化教學實施策略

高中物理教學中，教師應以大概念為核心，整合與之相關的知識點，構筑大單元，推動學生構筑知識體系。人教版《物理》高一必修第三冊第九章“靜電場及其應用”和第十章“靜電場中的能量”均與“靜電場”這一大概念相關，教師可將兩章內容融合，圍繞“靜電場”組織大單元教學。以下是具體實施策略。

（一）整合教材內容，設計結構化教學目標

將課程知識結構化，提高學生的元認知水平，實現學生學習的單一知識有效轉化為有結構的知識體系是應用大概念推進結構化教學實施的核心目標。為保障教學活動的順利進行，教師要基于大概念整合教學內容，結合《新課標》和學生的學習經歷等精心制訂大單元教學目標，為學生提供明晰的學習方向，以可視化的形式幫助學生了解大概念的具體內容，明確本次學習活動中自己應達到的學習程度。

在“靜電場”這一大概念的指導下，教師可整合人教版《物理》高一必修第三冊第九章“靜電場及其應用”和第十章“靜電場中的能量”兩章內容，將電荷、電場、電場強度、電場力、電場力做功、電勢能、電勢以及靜電場的應用等作為主要教學內容，使學生通過有序的學習過程，逐步加深對“靜電場”這一概念的認識，豐富“靜電場”相關知識體系內容。《新課標》中也有關于“靜電場”的描述，要求學生通過學習能用原子結構模型和電荷守恒的知識分析靜電現象，知道點電荷模型，知道電場是一種物質，了解生產生活中關于靜電的利用與防護。大部分學生在初中階段已經了解了電荷、電流等基礎概念，但對“場”這一概念的理解存在困難，無法順利建立完善的認知結構。因此，在本次教學活動中，教師可以圍繞“靜電場”這一大概念，依次延伸電場的物質觀、電場的力的表征、電場的能的表征以及帶電粒子的運動觀等子概念，設計結構化教學目標。

（1）了解電荷的基本屬性，通過電荷之間產生的庫侖力、靜電感應、靜電平衡，解釋摩擦起電、感應起電和接觸起電的發生原理等，認識電荷運動觀念與作用的相互性，拓寬和深化對能量的認識。

（2）鍛煉學生的建模能力，運用類比的方法，結合萬有引力定律探索電荷間相互作用力，以及電場強度概念建構中運用的“用物理量之比定義新物理量”，掌握科學思維方法。

（3）通過“靜電感應”“探究影響電荷間相互作用力的因素”“研究空腔導體內表面的電荷”等實驗發展科學探究能力，掌握收集數據、處理數據的一般方法，加強合作意識。

（4）感悟法拉第、庫侖等科學家在試驗中勇于創新、敢于質疑的科學態度與精神，在了解靜電現象及技術在生活中應用的基礎上，加強物理知識與實際生產生活的聯系。

以此目標，教師即可開展教學活動，帶領學生深入探尋“靜電場”，感悟物理知識的深厚魅力。

（二）解構大概念，突出知識結構化特征

1.依托素養目標，設置大任務

以大概念視角統籌知識點，確定單元主題后，教師要篩選并逐級解構單元大概念，依據子概念設計學習任務，幫助學生在自主探索與合作實踐中逐步完善知識網絡，形成解決問題的大思路。“靜電場”大單元以電場強度與電勢為核心，要求學生認識“場”的物質屬性，實現從“實物”到“場”的物質觀念提升。在大任務的設計方面，教師可以根據核心素養要求，分為五個層級，即“認識靜電現象”“描述電場”“電場的力的表征”“電場的能的表征”“電場的綜合應用”，分別對應五個設計任務：“探尋物體帶電方法并觀察靜電現象”“用電場線描繪電場分布情況并構建點電荷物理模型”“類比萬有引力分析帶電體平衡問題”“分析電容器構成，解析其充電以及放電的過程”“分析電場中帶電粒子的運動情況，舉出生活中的靜電事例”。以上任務圍繞大概念“靜電場”，體現了大單元次位概念：電場的物質觀、電場的力的表征、電場的能的表征、帶電粒子的運動觀等，能夠幫助學生了解本次學習活動的具體任務安排，掌握“靜電場”部分知識的結構化特點，使學生通過順利完成相應任務發展核心素養。

2.結合生活實際，創設大情境

在探究大概念、指導學生合作實踐完成任務的過程中，教師要考慮到班級內學生的個性化發展需求，嘗試以情境創設的方式進行導入，以新穎、立體、直觀的景象吸引學生關注，引發他們對主題任務的探究熱情［3］。這樣，能夠順利建立實際生活與物理知識的聯系，在激發學生學習興趣的基礎上，形成結構化的認知體系，讓學生在情境的遞進中產生思維活動，學會在情境中發現問題、解構情境、解決問題，實現思維的深層發展。比如在研究任務“分析電場中帶電粒子的運動情況，舉出生活中的靜電事例”期間，教師可以在導入階段為學生播放視頻，引導學生觀察視頻中的內容。視頻畫面展示加油站員工在加油站為車加油前觸摸靜電釋放器的景象，由此教師可以基于情境與學生展開對話：觸摸靜電釋放器的目的是什么？生活中的哪些運動可能會產生靜電？與學生生活息息相關的討論話題，能夠充分點燃學生的表達欲望與探究熱情。借此機會，教師再補充避雷針尖端放電、靜電除塵工作場景等案例，幫助學生更好地感知物理在生產生活中的重要作用。隨后，教師即可引導學生探究靜電平衡狀態下導體的特點，在班級參與研討會議，對“生活中的靜電效應”進行總結，在情境的支持下，打破學科與生活之間的壁壘。

3.基于核心概念，設計問題鏈

結構化問題的原點是結構化的情境，學生在應用知識解決問題的過程中，反復經歷“具體→抽象→具體”的認知過程。教師需要生成系列層次性、階梯性、開放性、結構性問題，以問題鏈的方式呈現，依托大概念進行設計，凸顯知識的結構化特點。在“靜電場”大單元學習期間，教師可以在設計五項學習任務后，依據任務要求設計問題。比如任務“探尋物體帶電方法并觀察靜電現象”要求學生觀察靜電現象，依托守恒定律解決帶電體問題。教師在教學組織期間可以引導學生思考“自然界有幾種電荷？”“如何才能使物體帶電？”“生活中有哪些物體帶電的實例？”“驗電器的原理是什么？”“怎樣描述電荷守恒定律？”這些問題，驅動學生合作完成實驗，對驗電器進行改裝，分析其中體現的守恒思想。再如，在任務“用電場線描繪電場分布情況并構建點電荷物理模型”的實踐中，教師可以設計“電場的本質屬性是什么？”“電場線的特征是什么？”“電場強度和電場線分布情況有什么聯系？”這三個問題，使之組合成問題鏈的形式，幫助學生在探究中更好地了解場源電荷以及試探電荷這兩種電荷的區別。與此同時，大單元背景下需要學生記憶并積累的知識較多，為避免學生產生對大概念探究的抵觸心理，教師需要時刻監測學情，根據學生表現降低或提升問題難度，保障每一位學生都能積極參與其中并取得收獲。

教師通過對大概念的深入分析，結合學生學習能力與認知能力設計有效的教學指導方案，能夠充分反映學科的本質與基本結構，有助于學生完善知識建構，在大概念的統領下感受物理學科的魅力與價值，繼而順利解決問題和完成任務，促進物理知識的遷移應用和形成結構化的知識網絡。

（三）教學評一體，優化結構化評價機制

《新課標》提倡評價應關注學生的個體差異，幫助學生認識自我，建立自信，改進學習方式，發展核心素養。評價是教學活動中重要的組成部分，具有助教、導學的現實作用。在大概念統領下的大單元教學之中，為更好地發揮評價導向作用，實現教學評的一體化發展，教師需要采用多元化的評價方式，拓展評價主體，邀請學生參與到評價環節當中，并以過程性評價與終結性評價相結合的方式設計評估標準，幫助學生通過可視化的評價表格了解自己的真實學習情況。這樣，更具結構化的評價機制能夠實現師生之間的良性互動，使教師更好地把握學生學習情況，完善教學設計，使學生了解自己在學習中存在的不足，及時查缺補漏，幫助雙方均獲得深層發展［4］。基于學生的表現情況，教師以表格的方式呈現具體評價方案，并由師生雙方合理完成評價（見表1）。

基于表格反饋的評價信息，教師可以進行整理，并集中做出解釋、說明，向學生提供有針對性的調整建議，確保學生能在評價的作用下更好地完善自我，調整自我，深化大概念，發展核心素養。

結語

綜上所述，在教育改革背景下組織結構化教學，圍繞“靜電場”這一大概念實施大單元教學活動，有助于促進物理教學打破碎片化的桎梏，走向素養的遷移與進階，幫助學生更好地在學習期間完善知識結構，提高自身核心素養。為此，教師要深入解讀《新課標》具體要求，科學分析大概念、結構化以及大單元之間的聯系，以促進學生素養發展為目標組織教學活動，凸顯學科育人價值，體現物理知識的內在聯系以及規律。

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