李 兰 杨鹏飞 姚建欣

（1.贵阳市第一中学，贵州 贵阳 550081；2.贵阳市观山湖区普瑞学校，贵州 贵阳 550023；3.北京师范大学物理学系，北京 100875）

“学科单元教学设计”是为实施学科课程而以单元为整体进行系统化、发展化的教学设计.［1］依据物理学科内容结构严密、逻辑性强的特点，中学物理单元教学设计可在学科逻辑基础上以主题或任务为主线串联教学内容，使其兼具学科内容的逻辑性和学生认知的发展性，以帮助学生形成结构化的知识，促进学科核心素养的发展.［2］完整的单元教学设计包含单元学习目标、单元学习流程、关键任务、学习情境、教学评价等元素，同时还引领着具体的课时教学设计.本文以“电路及其应用”主题为例，在课标与教材分析的基础上，利用“设计并制作多功能电动玩具车”为主线进行单元教学设计，将这一单元活动任务进行拆解，在各个子任务的解决中渗透本章节的全部内容.

1 聚焦学科核心素养设计单元教学目标

单元教学目标的设计应基于学习内容和学情分析，确定单元教学的重难点，并结合学生的发展空间，最终确定单元教学目标.［3］

1.1 学习内容分析

学习内容的分析首先要以课程标准为依据，特别要关注《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》在此主题上的变化（表1）.此外，课程标准（2017年版）在每个模块后还给出了教学提示和学业要求，这也是进行学习内容分析的重要抓手.必修3模块对电路及其应用的学业要求为“会用闭合电路欧姆定律分析电路间电学量的相互关系，能用电势能和焦耳定律等分析电学中能量转化问题；会做测量电源电动势和内阻等实验……能用学过的物理术语撰写实验报告”.［4］

表1

进一步结合教材分析得出本主题涉及的重点概念（或规律）有：电源、电流、电动势、电阻、电能、欧姆定律等.这一主题内容相对来说比较繁杂，用传统的概念图或知识结构图整理这些内容比较抽象，故本文通过一个具体电路，以能量及其转化作为主线对这一单元的重点内容进行整理，如图1.

图1 电路及其应用主题概念（规律）结构

综合以上分析确定本章节教学重点为：（1）通过电流做功分析电路中电学量、能量的变化；（2）进一步培养学生设计实验、收集证据等科学探究能力.

1.2 学情分析

单元学习的主体是学生，因此还需要分析学生的已有的知识基础、认知状况、核心概念进阶情况等以确定教学难点.在初中，学生已经初步接触过电学的知识，认识常见电学元器件、会分析简单情境的串并联电路、基本理解欧姆定律等内容，教学时这些内容可以适当降低要求.但是初中并没有严格要求学生设计并完成实验，这对学生而言是难点，因此在教学中要着重引导学生掌握设计实验方案的思路.另外，还需要了解这一章节的核心概念进阶情况，如电能这一概念，初中仅能识别电能与其他形式能量的转化，对电能的认识停留在映射水平，［5］高中还需分析电场力做功与电势能变化进一步认识电能的本质，加深对能量转化守恒的认识，对学生提出了更高的要求，这也是产生学习难点的重要原因.在学情分析的基础上，确定本章教学难点：（1）深刻理解电流与电能概念；（2）能够设计电学实验并进行分析论证.

1.3 单元教学目标的撰写

根据以上学习内容和学情分析，聚焦物理学科核心素养，按照“电荷的移动、电荷移动遵循的规律、电荷移动产生效应的应用”这一思维路径确定了本单元的教学目标如图2.

图2 指向学科核心素养的单元教学目标

2 注重内容逻辑，规划单元教学流程及关键任务

单元教学设计要立足整体规划学生物理学科核心素养的发展，在此基础上，进一步优化单元教学流程，根据学生的认知逻辑统筹教学内容的先后关系以及内在逻辑.［6］下面通过人教版新旧教材纵向比较以及人教版、沪教版、鲁科版新教材的横向比较确定单元教学流程及关键任务.

相较于老教材，人教版、沪教版、鲁科版新教材均将电路及应用分成了两个教学单元，其中人教版和沪教版将电路分析与电路中的能量转化分成了两个单元，第一单元旨在介绍电阻、电路两种连接方式、多用电表使用，第二单元主要是分析电路中的能量变化，具体内容有焦耳定律、闭合电路欧姆定律.通过第一单元的学习对电路有了基本认识后，从能量的角度分析电路中电学量的关系，理解电动势、闭合电路欧姆定律，难度逐步增加，前面学习为后续内容奠基，更加符合学生的认知发展规律.因此本文虽然将电路及其应用主题作为一个大单元，具体教学内容安排上仍参考了新教材的编排方式，先介绍电路的基本知识，再融入能量概念分析电学量关系.新课标对多用电表降低了要求，由原来的“理解原理”到现在的“会使用”，而分析电路的前提是能测出电路中电压、电阻、电流等电学量，且日常生活中，有些工具的确无需知道原理而会使用即可，因此，本文中借鉴沪教版，将多用电表的使用提前至单元教学的靠前位置.

单元教学需要用一个大问题或大任务统领全章内容，综合以上的教材分析，聚焦教学目标，使用“设计并制作多功能电动玩具车”这一任务，并按照符合学生认知逻辑的方式统筹了教学流程并确定了关键任务（图3）.

图3 单元教学流程及子任务

3 创设承载学科核心素养的单元学习情境

在教学设计和教学实施中重视情境创设是新课标的要求，创设的情境要符合学生的认知发展，贴近学生的日常生活，要促进学生概念的形成、规律的掌握、问题解决能力的发展，将实际情境转化为物理情境进而解决问题是物理学科核心素养的重要体现.本文中“设计并制作多功能电动玩具车”就是一个真实的情境，除此之外，具体每节课还需要介入承载学科核心素养的小情境.这种情境可来源于生活实践、实验探究等.对教材进一步仔细研读可提供情境素材.

新人教版很突出问题情境创设，例如在“导体的电阻”这一节，教材开篇就呈现很多只鸟儿站在高压线上的图片，有心的学生看到这个图片必然会感到很惊讶，为什么鸟儿不会遭到电击？另外，教材还呈现了一个关于电阻与导体长度、横截面积定量关系的问题，这些精选的图片与问题有利于电阻概念的介绍.因此，在本文进行单元教学设计时，就大量地参考了新人教版中的情境.

“电路及其应用”还承载了发展学生科学探究能力的重要任务，科学探究能力的培养也依赖于探索类问题情境的创设，而沪科版最大的特色是突出科学探究能力培养，例如讲解闭合电路欧姆定律时，除了从理论上分析E=U外+U内，还可以参考沪教版，进行实验测量U外、U内验证理论分析的正确性，另外，沪教版学生必做实验中“实验设计、收集数据、分析论证”环节能很好地为学生指明进行实验探究的方向，这也是本文在实验教学中着重参考的内容.

下面以闭合电路欧姆定律与测量电源电动势和内阻为例，阐释在单元任务中创设情境的方式，如表2.

表2 教学子任务及具体情境

4 关注学习过程进行持续性评价

单元教学中，评价任务可以起到承前启后的作用，在应用已学知识的过程中进一步深化理解，提升能力，同时发现新问题，启发后续的学习和探索.因此，在单元教学过程中，要对学生进行持续性评价，以了解学生在日常学习中表现出来的素养水平以及综合能力，改进教学同时促进学科核心素养的发展.

如在课堂上，学生设计实验测定金属丝电阻率时，出现了两种设计思路——电流表内接与外接，进一步追问学生，这两种接法的测量结果是否一样？由于初中不区分内外接，有些学生还是认为两种接法没有差异，这就是学生典型的迷思概念，要转变这一迷思概念，可以先让学生直接进行实验，再从理论上分析，从感性、理性上认识内外接的区别，这种课堂上的即时评价可以很好地帮助学生转变错误认知.除此之外，单元教学过程中，还要关注学生作业或实验报告等的评价.课后问题要基于实际情境，如在焦耳定律课后可以让学生“查阅说明书明确电磁炉不同功能特点及能耗，由此计算煮一碗粥、清炒一份时蔬需要消耗多少电能”，对学生作业的评价并不是简单地给学生判对错、统计对错，而是要关注学生是否发展了对应的学科核心素养.

5 反思与启示

物理学科核心素养是在学生综合应用物理知识解决问题过程中表现出来的，进行单元教学设计是提升学科核心素养的必然要求.根据具体教学内容选择大任务或大问题引领教学内容结构化，并在真实情境中组织具体教学实施，帮助学生从更上位的视角了解物理概念和规律的整体结构，认识物理观念的内部逻辑体系，并在真实情境中发展学科关键能力.此外，还要关注教学目标、教学过程以及教学评价在提升学科核心素养的一致性，强化形成性评价的反馈和调节作用.