初中物理“物质”复习教学研究

［基金项目］本文系2023年合肥市教育规划课题“双减背景下基于UbD模式初中物理教学行动研究”的阶段性成果。

［通信作者］邢海根（1968— ），男，安徽人，中学正高级教师，特级教师，合肥市教育名师工作室领衔人，研究方向为初中物理教学。

［摘 要］“物质”是2022年版义务教育物理课程标准的“课程内容”中的五大主题之一，“物质”主题下的二、三级主题之间存在一定的逻辑联系，物态变化、分子结构与温度及能量之间又存在着内在联系，将“物质”按二、三级主题展开，并渗透温度或能量相关知识，进行整体结构化教学，有利于学生形成“物质”整体结构化认识。UbD教学理论所构造的是与传统教学设计（目标—教学活动—评价）不同的“逆向”设计。文章结合教学实践，探讨基于UbD教学理论的“物质”复习教学。

［关键词］物质；UbD教学理论；教学研究

［中图分类号］ G633.7 ［文献标识码］  A ［文章编号］ 1674-6058（2023）32-0039-04

“理解为先教学设计模式”是世纪之交美国教育界涌现的一种教学理论与实践模式，由美国课程专家格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰于1998年创立。“理解为先教学设计模式” 融合了两种不同观念：（1）大量学习和认知研究结果表明，理解是学习和评估所追求的目标之一，即“为理解而教，为理解而评”；（2）基于理解的课程设计才能帮助学生习得各个学科中的关键概念和要素，使学生获得深入持久的理解，并参与真实的情境性评估，掌握学习迁移能力。这一教学设计模式提供了清晰的课程设计框架，依照“逆向设计”的三个阶段，从教学目标出发，设置相应的评估方式，再安排相关教学规划，这样的前后顺序确保了整个教学过程围绕学科教学重点，既确保了单元设计的协调一致，又提高了教与学的有效性［1］。

结构化教学要求教师具备结构化意识、运用结构化方法，这样的教学能够有效促进学生思维结构层次不断提升，能够有效发展学生的思维能力。结构化单元教学是在学生的认知结构基础上帮助学生形成知识链，这样有助于学生在整体上形成并完善知识结构［2］。

2022年版义务教育物理课程标准中的“教学建议”指出：树立教学的整体观，培养学生的物质观念；注重教学的整体设计，避免枯燥、碎片化的概念堆砌，引领学生从认识物质的基本形态和物理属性开始，逐步深入了解物质的微观结构、基本特征和大致尺度等；从微观世界到宇宙天体，引导学生初步理解物质的内涵，认识物质世界的多样性，逐步形成物质观念［3］。本文结合教学实践，探讨“物质”的复习教学。

一、研读课标，找准结构与目标

一级主题“物质”包含“物质的形态和变化”“物质的属性”“物质的结构和物质世界的尺度”三个二级主题。其中“物质的形态和变化”包含的三级主题有：固态、液态和气态三种物态的基本特征；不同物态的物质及其应用；液体温度计的工作原理；会用常见温度计测量温度；物态变化的实验探究；物质的熔点、凝固点和沸点；物态变化过程中的吸热和放热；自然界和生活中的物态变化、自然界中的水循环、我国和当地的水资源状况；节约用水和保护环境。“物质的属性”包含的三级主题有：一些物理属性，如弹性、磁性、导电性和导热性等；质量的含义；测量固体和液体的质量；理解密度、测量固体和液体的密度。“物质的结构和物质世界的尺度”包含的三级主题有：物质是由分子、原子构成的；原子是由原子核和电子构成的，原子的核式结构模型；人类探索微观世界的大致历程，人类探索微观世界的新进展，人类探索太阳系及宇宙的大致历程；人类对宇宙的探索将不断深入，关注人类探索宇宙的一些重大活动；我国在载人航天及其他航天科技方面的新成就，我国航天人热爱祖国、为国争光的坚定信念和勇于登攀、敢于超越的进取精神，物质世界的大致尺度。

“物质的属性”主要是一些物理属性，其中的弹性、磁性、导电性和导热性等都是“了解”层面；质量属于“知道”与“会测”层面；密度则属于“理解”与“会测”层面。“物质的结构和物质世界的尺度”主要是知道物质是由分子、原子构成的；知道原子是由原子核和电子构成的。而“物质世界的大致尺度”相关内容只需要了解［4］。因为物质三态和物质世界的尺度属于宏观层面，而物质结构又属于微观层面，同时物态变化从宏观上讲是温度变化引起的，与内能有关，而从微观上讲是分子间距离的变化，又涉及物质三态的微观模型。为了使复习形成结构化，按三个二级主题展开，最后从物质状态、物质结构与温度或能量之间的逻辑关系，用一条暗线将物质的宏观属性与物质的微观属性联系起来。

二、研读教材，分析各级主题在教材中的位置

从课标上对应的三个二级主题来看，沪科版、北师大版、新沪科版、沪粤版、苏教版、粤教版、苏科版几乎都是将这三个二级主题以独立章节呈现，北京课改版将“质量和密度”“宇宙和微观世界”两个二级主题分别以一个完整的章节呈现，将物态变化、物质结构的微观模型、内能等放入“热现象”这一章之中；浙教版则是将物质结构、质量、密度、物态变化纳入“物质的特性”之中；浙教版将“分子动理论”纳入“能的转化与守恒”能量主题之中；新人教版将“分子热运动”纳入“内能”之中；鲁科五四版将物质的分子构成、分子热运动纳入“热和能”之中；新教科版以“分子动理论与内能”主题呈现；华东师大版中“物质”二级主题除了宇宙的起源与演化是一个完整二级主题，其他二级主题则是分散的，把物态变化放在“水”主题之中，以“水的三态变化”呈现，把质量与密度放在“浮力”之中，以“密度”呈现，把“分子动理论的基本观点”放在“内能”之中。我们在复习“物质”主题时，必须把相关二级主题从教材中不同位置抽取出来，以三个二级主题进行组合，进行结构化设计。考虑到教学操作的方便性，将有关概念、原理、规律、结论的教学放在一个模块中，将实验复习教学放在另一个模块中，本文由于篇幅有限，只对第一个模块进行设计。从目标逆向思考，我们从物态变化与物质的属性开始设计，重点放在物态变化、质量和密度环节，最后体现物质的微观结构、基本特征和大致尺度，当然在课程结束小结时，展开各主题之间的学科内在联系，拓展设计中的一些“暗线”。

三、“物质”复习教学架构设计

（一）物质的基本形态与物质的属性

1.情境创设

情境：播放“天宫课堂”第二课太空“冰雪”实验，演示失重状态下过饱和乙酸钠溶液形成液体球，液体球很快结晶，外观像“冰球”实为“热球”。提出问题：过饱和溶液形成“冰球”的过程中，物质的属性是否变化（包括质量与密度是否变化）？温度是否变化？形成“冰球”的过程中经历了什么物态变化？

设计意图：让学生观察、思考，归纳物质有三种形态，物质形态是可以发生变化的，而且这些变化跟温度有关系。不同的形态，物质的质量没有变化，而硬度有变化，弹性也有变化。让学生感知物质的基本形态可以变化，物质的属性可能不发生变化，也可能发生变化，从而引入物态变化与物质属性的复习。

2.任务驱动

【活动1】请回忆或阅读课本，说出物质有哪些形态，物质形态之间有哪些变化，物质有哪些属性。

评价：根据学生能否说出物质一般有固态、液态、气态三种形态判断学生对物质的基本形态的认知程度。根据学生能否说出物质的形态之间的六种变化，判断学生是否在物质形态变化之间形成可逆思维。根据学生能否说出物质的物理属性有硬度、弹性、延展性、导电性、导热性、密度、比热容、热值等判断学生对物质属性的了解程度。

【活动2】请说出做“探究物质熔化和凝固现象”实验时，实验前为什么用细线将温度计悬挂起来，实验器材选择与组装上有哪些要求，实验过程有哪些要求，实验步骤又有哪些，怎样绘制温度与时间图像，物质熔化和凝固分别有什么共同特点，晶体与非晶体在熔化或凝固时有什么不同点。图1是本实验的组装图与绘制的温度与时间图像，你能获取哪些信息？

评价：根据学生能否正确说出实验前用细线将温度计悬挂起来的作用，判断学生对正确使用温度计的理解程度；根据学生能否说出选择的器材及理由，判断学生设计实验能力所达到的程度；根据学生能否组装实验器材与选用适量的固体或适量的水及水温进行实验，判断学生的操作能力；根据学生能否正确说出实验过程、实验步骤、描绘图像，判断学生的探究能力达到什么程度；根据学生能否正确说出熔化吸热、凝固放热，晶体熔化或凝固时温度不变，而非晶体熔化或凝固时温度变化，判断学生分析问题能力所达到的程度；根据学生能否从实验组装图中提取相关信息，判断学生对该实验的理性认识程度；根据学生能否说出熔化和凝固图像中吸热过程及物质形态情况以及各曲线段或线段对应的物理意义，判断学生对熔化或凝固图像的分析能力所达到的程度。

【活动3】图2是探究水的沸腾特点的一些图像，甲图是实验装置图，乙图是加热过程中观察到气泡上升时的现象，丙图是A、B两个实验小组分别在同一坐标纸上画出的温度与时间图像，请你从三幅图中提取相关的信息。

评价：根据学生能否正确说出实验器材的作用、实验器材的组装顺序及相关的注意事项，判断学生对探究水的沸腾实验的感性认知与理性认知程度；根据学生能否准确说出水沸腾时气泡上升时体积由小变大，能否理解是因为水沸腾时温度不变，水蒸气不再液化，而气泡上升后受到水的压强不断减小而引起的，判断学生对液化放热的理解与一定质量气泡的体积与温度和压强有关的了解程度；根据学生对A、B两个实验小组的实验，使用初温相同的水，用相同的加热装置加热，而达到沸点的时间不同，能否结合Q=cmΔt=Pt（P为吸热功率，其中c、Δt、P都是定值）理解“水的质量越大，加热时间越长”，判断学生对物质比热容与物质吸热（或热值）知识的结构化认识能力。

【活动4】请阅读课本，回答下列问题：同种物质组成的不同物体有什么不同？为什么质量是物体的属性？质量有哪些单位？它们之间是如何进行换算的？

评价：根据学生能否说出同种物质组成的物体，有可能质量与体积不同甚至是形状不同等来判断学生对同种物质组成的不同物体的认识情况；根据学生能否说出质量的国际单位是千克，常用单位有吨、克、毫克等，以及能否准确说出各单位之间的换算关系，判断学生对质量单位及质量单位之间的换算关系的把握程度。

3.情境创设

情境1：播放事先录制好的“使用托盘天平过程中常见的错误操作及使用量筒测体积的不正确操作”视频。

情境2：播放“电子天平的使用方法”视频。示范用电子天平（如图3）测量水和其他液体的质量的过程：取一个空容器放在电子天平的托盘上，显示5.00，按下“去皮”键，电子天平显示“0.00”，在容器内注满清水，电子天平显示10.00，此时容器内水的质量即为10.00 g；将容器内的清水倒掉，用餐巾纸将容器内的残留水擦干净，在容器内注满牛奶，并放在电子天平的托盘上，电子天平显示11.10，则容器内牛奶的质量为11.10 g。

设计意图：“情境1”使用“示错法”让学生发现问题，让学生在识别错误的过程中获取正确的操作方法，提高学生学习的自信心，激发学生的学习兴趣。“情境2”践行2022年版义务教育物理课程标准的“教学建议”：用电子天平测量一些家用物品的质量，感受电子天平在操作上的优点，体会科技进步给人类生活带来的影响［5］。

4.任务驱动

【活动1】边播放视频边问学生哪个地方出现了错误。学生回答时，教师可回放或停止在错误之处，请学生说出错误操作的原因。同时提出问题：物体的质量与体积之间的关系用什么物理量描述？它的单位有哪些？如何换算？如何测量物体的密度？

评价：根据学生能否说出托盘天平及量筒使用过程中的错误，判断学生的纠错能力，同时判断学生能否正确使用托盘天平测质量，能否正确使用量筒测固体或液体的体积。根据学生能否说出用密度描述物体质量与体积之间的关系及密度的物理意义，密度的国际单位是kg/m3，密度的常用单位是g/cm3及它们之间的进率为103，判断学生是否理解密度及是否知道密度单位间的换算关系。根据学生能否说出怎样使用托盘天平与量筒测量固体或液体的密度，判断学生的实验操作能力。