学科核心素养视域下的初中物理单元教学设计

收稿日期：2024-01-16

基金项目：重庆市教育科学“十四五”规划2021年度课题“基于深度学习的初中物理线上线下教学融合的实践研究”（2021-04-521）。

作者简介：万炎桦（1988-），男，中学一级教师，研究方向为物理教学。

摘  要：以人教版初中物理“电压 电阻”的单元教学设计为例，研究如何遵从学生认知规律，设计教学过程，发挥单元教学在培养学生核心素养方面的作用。

关键词：核心素养；单元教学；电压；电阻

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2024）4-0087-6

《义务教育物理课程标准（２０２２年版）》（以下简称“课标”）中明确提出了物理学科核心素养。如何在初中物理教学中培养学生学科核心素养，使其形成一定的关键能力和必备品格是每一位教师都应该思考的问题。

单元教学作为形成阶段性成果，促进能力进阶的重要节点，可以引导学生形成对知识的整体认识，渗透单元观念。如何形成教学评一体化的单元设计，实现发展学生核心素养的目的呢？笔者围绕单元教学步骤（图１），以人教版初中物理“电压 电阻”的教学为例，分析如何遵从学生认知规律，建立教学序列，发挥单元教学在培养学生核心素养方面的作用。

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图１  单元教学实施的步骤

笔者研读课标、领会教材设计用意、了解学情后，确立单元教学主题，设定单元目标，从终结性评价、表现性评价两方面设计单元评价内容与单元学习内容，确定大单元教学课程与课时安排、教学评活动，设计后期作业与检测。

1    分析大单元脉络，确定单元学习主题

设计单元学习内容，教师需要通过对课标、教材、学情的分析，找出单元内容蕴含的关键物理学知识、物理思想方法、核心价值观念等［1］。下面以“电压 电阻”的教学为例展开具体阐述。

1.1    明确课标要求

课标要求，学生能从能量转化的角度认识电源和用电器的作用；知道电压、电流和电阻；会看、会画简单的电路图，会连接简单的串联电路和并联电路；说出生产生活中采用简单串联电路或并联电路的实例；了解串联电路和并联电路中电流、电压的特点；会使用电流表和电压表［2］。

1.2    解读教材内容

分析人教版物理九年级第１５、１６章教材内容，我们发现这两章致力于让学生形成电荷、电流、电路、电压、电阻等电学基本概念。知识形成的路径是观察现象、得出概念、探究规律、理解本质、拓展应用。

通过对课标、教材内容的分析，发现电流概念是从现象上描述电流的大小和形成，电压和电阻是定性分析电流大小的影响因素，欧姆定律则是定量研究电流大小的决定因素。综合分析后得出：人教版物理九年级第１５、１６、１７章的大概念是“影响电流的因素”；而本章作为“电流”“电流产生原因”“影响电流的因素”三大主题的重要衔接环节，必须要完成好学习“电流影响因素定量分析”的基础准备和引导过渡，因此本章不仅要完成教材中单元物理概念——“电压 电阻”以及重要物理规律——“串、并联电路中电压的规律和改变电阻丝长度制作变阻器”的教学，更要引导学生理解“电流是如何产生的”和“电流大概念下的影响因素定性分析”两个主题，助推学生对“电流影响因素的定量分析”的认知。

2    解读课标内容，确定素养目标

根据章节内容与核心素养的关联，结合学习主题承载的物理学科核心素养和学科思想方法，进行学情分析、多方论证，生成单元教学目标，得到了章节内容与核心素养关联图（图２），以及“电压 电阻”的单元目标分类（表１）。

分析相关内容后，发现该部分的目标主要有：引导学生学习电压、电流形成的原因，了解生活中的各种电压，知道电阻的存在，知道滑动变阻器在生活中的广泛运用等，目的在于使其理解宏观电路现象形成的微观原因；通过对电源、电压概念，电流形成的条件、串联分压、并联电压相等的内容学习，引导学生认识电路中的能量转化，了解电流、电压、电阻之间的相互影响，关注现象间的因果关系；通过实验探究串、并联电路中电流和电压的规律以及影响电阻大小的因素等探究活动，引导学生思考问题、探究问题、解决问题，在发现问题、分析现象、收集证据、进行解释与交流等过程中发展其探究意识和实践能力；在实验探究的过程中，引导学生尊重客观事实，严谨、客观地辨析数据，提出质疑、分析总结等，发展其科学态度与责任。

3    立足主体，依据学情，确定教学策略

教学不只是教师的教，更是学生的学。因此，要做好单元教学活动设计，需要对学生的学习起点（知识和能力储备）、学习重难点和学习策略进行精准把握。立足学情，基于学生，是做好教学的前提，也是提升教学效果的有力保障。

１．学习起点分析

在知识储备方面，通过第１５章《电流和电路》的学习，学生对摩擦起电的原因有所了解，对电流有感性和理性的认识，会识别电路、连接电路，会看、会画电路图，会使用电流表测量电流的大小，会探究串、并联电路中电流的规律。

在能力储备上，经过第１５章《电流和电路》的学习，学生以下能力已得到提升：

①模型建构和抽象思维能力：知道用线段、符号简化复杂的电学元件，会根据实物图画出电路图，能根据电路图连接实物图等。

②实验操作和科学推理能力：知道电荷间的相互作用规律，了解串、并联电路的特点，理解串、并联电路的电流规律等，具备了类比推理、迁移学习的基础。

③综合分析和质疑创新能力：会识别、判断通路、断路、短路三种电路状态，能按要求设计简单的串、并联电路，会正确使用电流表，能运用串、并联电路的电流规律解决简单的实际问题等。学生有了电流“流通”“阻碍”和“影响因素”等的概念和基本认识，具备基本的设计能力，能够生成自己的认识，有阐述、设计的逻辑，能够表述自己的观点。

本章的学习对学生来说存在一定的理解难点，所以如何将抽象的概念、原理形象化，怎样能让学生充分动手体验获得直接感知，是本章教学设计要重点考虑的地方。

２．学习重难点分析

依据课标、教材、学情确定本章重点是“认识电压，会使用电压表测量电压；通过实验探究总结出串、并联电路电压的关系；建立电阻的概念；知道变阻器的工作原理”。本章难点是“通过类比法初步认识电压，形成电压的概念；能够自主设计实验、观察记录、分析并得出串、并联电路电压的特点；能通过实验说明影响电阻大小的因素；能够按要求正确连接变阻器”［3］。

３．学习策略分析

根据学生的知识储备、能力储备以及教学重难点分析，我们确立了如下的教学策略：

（１）类比建构策略

本章教学遵循“现象、概念、规律、本质、应用”的思维发展规律，设计对电压、电阻的认知。据此可在本单元教学中，通过“几个水果足以点亮一排发光二极管”的现象，了解电压的存在，知道是电压使自由电荷定向运动；通过类比水压，知道电压的本质作用。

（２）创境激趣策略

遵循“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念，通过创设真实、新奇、生动的情境，为学生提供鲜明的感知，增强学生的学习兴趣，并激活学生思维，激发其想象。如第一节引入水果电池，观察水果使二极管发光的现象；第四节引入“你能‘吹灭’发光的小灯泡吗”。

（３）活动助推策略

根据学习目标和相关条件将问题转化为指向目标的活动和思考任务，在问题驱动下让学生经历观察、实验、分析、推理、想象、交流等活动，进而在交流、体验与反思中形成概念，发现规律，领悟方法，开启心智。如本章节的单元核心任务，“利用滑动变阻器、小灯泡、干电池、导线、开关制作一个可以调节亮度的‘台灯’，并说明它的工作原理”。在解决具有挑战性的活动实践中引导学生建构知识、发展能力。

（４）评价促进策略

学生在学习过程中常常因某一问题没有得到及时解决，逐渐积累，出现知识脱节而造成学习困难。因此，教师需要在学习活动中适时嵌入评价任务，及时诊断教学，反馈调整教学，达成学生对知识的真正理解和深度学习。通过课堂观察、课堂提问、课堂展示、互动交流等多种方式，进行师生评价、生生评价，并采取恰当的方式进行反馈，可以让学生学会自我反思和评估，也便于教师及时调整教学，改进教学。

（５）互助合作策略

合作交流是建构学习中不可忽视的内在因素，课堂讨论、交流等互动能增加学生对问题的理解，促进高阶思维的产生。比如，本单元第二节“串、并联电路电压的规律”是实验探究课，教师可通过科学分组、现场调控、激励创优等方式促进学生开展合作学习，引导学生设计方案，交流探讨，总结优化，通过师生、生生互助合作，引导学生进入沉浸式探讨交流学习状态，促进学习真实、深入地发生。

4    依据学习目标，设计评价任务

单元学习评价主要是指教师根据单元学习目标，在学习过程中或者学习结束后，通过师生对话、课堂观察、日常作业、单元测试、个别辅导等多种方式，对学生在挑战性学习任务中的表现以及核心素养达成情况等进行针对分析、诊断并改进的过程［1］。根据学情、目标以及章节的作用，笔者明确每节的评价目标、评价任务、评价标准和评价方式，并设计了单元评价任务，如表2—表5所示。

5    分解单元任务，设计进阶活动

每个单元的学习都是由一组彼此关联的、结构化的、有逻辑的系列学习任务所构成。而学生的成长需要层层递进，渐渐伸展。遵循“以学生发展为本”的教学理念，做到“每课有实验，每课有侧重”，设计出不同的问题或活动（图3），让学生进行探究。

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图3   本章的两条知识主线

本章单元核心任务：设计一个可以调节亮度的“台灯”（图4）。

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图4  可调节亮度的“台灯”

操作建议：用学生电学实验箱中的滑动变阻器、小灯泡、干电池、导线、开关等器材（或自行购买其他器材，如电位器等）将电路连接起来，设计一个可以调节灯泡亮度的电路，最后利用身边的废旧材料对小台灯进行“美化”。

评价与反馈：学生分组进行展示与汇报，由学生代表和教师共同打分评出“最实用小台灯”“最美小台灯”“功能最强大小台灯”等奖项。

单元任务一：知道电压并能够利用电压表测量电压（１课时）

按照“感知电压存在—电压形成电流—认识电压高低”的顺序引导学生逐步理解电压。通过生活中学生的感知直接点出电压，降低电压概念的教学难度；在已有的对电流表的连接和读数的基础之上，学生自主学习电压表的说明书，学习连接和读数，并通过与电流表的类比，掌握电压表的使用方法；通过“想想议议”和“动手动脑学物理”中为学生设置的小实验，体验电学实验的趣味性，激发学生实验探究的欲望。

单元任务二：了解串、并联电路中电压的规律（２课时）

通过学生动手制作水果电池，深化学生对电源电压的理解，激发学生的学习兴趣；学生在连接电路的基础上，巩固电路连接知识，再使用电压表测量电压，熟悉电压表的使用，规范实验操作，得出实验结论。在实验探究过程的各个环节中，应重视探究的过程与方法，教师需要重点把握的几个环节：猜想或假设、设计实验、评估和交流；在实验过程中对学生的交流给予充分的重视，重视培养全体学生的参与意识；通过阅览ＳＴＳ的内容，鼓励学生向社会公众宣传废旧、劣质电池的危害，并参与到废旧电池的回收管理中。

单元任务三：知道电阻及电阻大小的影响因素（１课时）

通过小魔术改变灯泡亮度，引导学生分析是什么原因导致了灯泡的亮度发生变化，理解电阻的概念；通过演示实验，让学生观察、比较、分析，确认导体对电流有阻碍作用，把电阻概念的教学变得直观、生动、具体；通过学生对决定金属导体电阻大小的几个因素的探究，得出电阻大小与材料种类、长度、横截面积等的关系；向学生介绍并指导阅读材料“科学世界”中的半导体和超导现象，利用电阻的知识，进一步说明导体与绝缘体的区别，开阔学生眼界，提高学生学习兴趣。

单元任务四：理解变阻器的工作原理，会使用滑动变阻器改变电压和电流（１课时）

新课引入通过挑战“吹灭”小灯泡，解释小灯泡被“吹灭”的原因，分析改变小灯泡亮度的方法，为变阻器的学习作铺垫；通过演示实验和探究活动，促进学生对变阻器工作原理的理解，使其学会滑动变阻器的正确连接和使用；通过“动手动脑学物理”等题目的训练，让学生在联系实际、解决具体问题的过程中，巩固深化“影响电阻的因素”等知识。

6 结束语

单元教学需要充分发挥“单元”主题作用，发挥教学评的一致性的作用，精准把握学生前备知识、学习疑难知识以及学科育人价值，明确学习目标、制订评价任务、设计教学活动，最终促进学生学科核心素养的发展。

参考文献：

［1］李春密．核心素养导向的高中物理教学设计［Ｍ］．北京：北京师范大学出版社，２０１９．

［2］中华人民共和国教育部．义务教育物理课程标准（２０２２年版）［Ｓ］．北京：北京师范大学出版社，２０２２：24．

［3］人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心．义务教育教科书教师教学用书 物理九年级全册［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１５：６．

（栏目编辑    李富强）