基于核心素養(yǎng)的高中物理單元教學(xué)設(shè)計與實施探討 論文

基于核心素養(yǎng)的高中物理單元教學(xué)設(shè)計與實施探討

—以“萬有引力與宇宙航行”單元為例—摘要：本文基于物理核心素養(yǎng)四個方面的不同要素，根據(jù)新課程理念和多

年教學(xué)實踐經(jīng)驗，以“萬有引力與宇宙航行”為例進行單元教學(xué)設(shè)計，從教學(xué)實踐中的幾個典型案例出發(fā)，不同角度探討了單元教學(xué)設(shè)計與實施的過程，并提出

自己的觀點，以與同仁交流。關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng),單元教學(xué)設(shè)計,單元教學(xué)設(shè)計與實施,萬有引力

一、問題提出的背景分析新課程基本理念要注重學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。在實際教學(xué)中，教師對“物

理觀念”落實非常到位，對于其他三個方面的落實仍是高中物理教學(xué)中一大難點，如何突破這個難點，一直以來有很多一線教師在實踐研究和探討之中。筆者認為

落實的核心在教學(xué)設(shè)計，關(guān)鍵在課堂教學(xué)的實施。教師應(yīng)站在更高的角度進行思考教學(xué)，要從以往微觀的課堂教學(xué)設(shè)計轉(zhuǎn)向宏觀上的單元教學(xué)設(shè)計，然后再指導(dǎo)

課堂教學(xué)，這樣更有利于發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。圖1中簡潔概括了單元教學(xué)設(shè)計與師生和物理核心素養(yǎng)的邏輯關(guān)系及其重要地位。在新課改形勢下，作為一

線教師把握學(xué)科整體結(jié)構(gòu)，探討單元教學(xué)設(shè)計與實施，具有重要意義。物理核心素養(yǎng)

↑學(xué)生→單元教學(xué)設(shè)計←

教師

↑有效策略↑解決途徑↑

主體→

載體

←

主導(dǎo)圖1

對于單元，常見有三種說法：以教材中“章”、“節(jié)”區(qū)分的教學(xué)單元，有相關(guān)聯(lián)教學(xué)內(nèi)容為主題的單元和以模塊為主題的單元。單元教學(xué)設(shè)計就是對單元

整體的設(shè)計?；诤诵乃仞B(yǎng)的單元教學(xué)設(shè)計，是以某一主題為核心多維度設(shè)計，整體考慮整體把握，清楚什么是最重要的，什么是本質(zhì)的，進而宏觀上單元整體

設(shè)計，微觀上通過課時分層遞進實現(xiàn)，這不僅僅是構(gòu)建知識框架，更是整合單元主題。單元教學(xué)設(shè)計與實施的過程就是基于單元教學(xué)設(shè)計進行教學(xué)實踐的過程，

在實施過程中，通過評價和反饋來檢驗原設(shè)計方案實施的效果，并修訂完善方案，1以優(yōu)化課堂教學(xué)，有效培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。本文主要側(cè)重教材教學(xué)單元，以“萬

有引力與宇宙航行”為例進行單元教學(xué)設(shè)計，結(jié)合多年教學(xué)實踐經(jīng)驗，通過幾個典型案例，從不同角度簡要分析探討了本單元教學(xué)設(shè)計與實施過程，與各位同仁

交流。二、“萬有引力與宇宙航行”單元教學(xué)設(shè)計框架構(gòu)建

“萬有引力與宇宙航行”主題單元，從知識結(jié)構(gòu)上看，是應(yīng)用牛頓運動定律

對曲線運動的研究。從學(xué)科核心素養(yǎng)上看，萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程蘊含著豐富的科學(xué)本質(zhì)的教育因素，對發(fā)展學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)具有重要價值。因此，

在單元教學(xué)設(shè)計上，要圍繞以萬有引力定律為核心內(nèi)容；以“回顧過去+展示現(xiàn)在+展望未來”主題為主線，以“發(fā)現(xiàn)+應(yīng)用+檢驗+局限”為基本思路展開。在課

堂教學(xué)中，可以通過設(shè)置真實問題情境，學(xué)生合作探究與自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，層層遞進，使學(xué)生深刻體會科學(xué)定律對探索宇宙奧秘的重要作用，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究

的學(xué)科素養(yǎng)，形成正確的科學(xué)價值觀。基于學(xué)科核心素養(yǎng)，通過分析本單元在教材中地位和作用，根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)

的要求，結(jié)合多年教學(xué)工作經(jīng)驗，構(gòu)建“萬有引力與宇宙航行”單元教學(xué)設(shè)計框架，如圖2：

行星的運動模塊1（回顧過

事實萬月—地檢驗

有萬有引力理論的成就

引應(yīng)用

模塊2（展示現(xiàn)模塊3（展望未

力定宇宙航行

適用范圍牛頓力學(xué)的局限性

圖2“萬有引力與宇宙航行”單元教學(xué)設(shè)計框架三、單元教學(xué)設(shè)計實施途徑

物理教學(xué)如果只以知識為主線設(shè)計活動，會導(dǎo)致教學(xué)設(shè)計僅注重知識，而忽略或淡化教學(xué)設(shè)計對學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此單元設(shè)計的整體框架構(gòu)

2建后，物理核心素養(yǎng)的四個方面的落實還需要細化，需要落實到課堂教學(xué)設(shè)計活

動中。如何有效實現(xiàn)課堂目標(biāo)，進而達成單元教學(xué)設(shè)計目標(biāo)，針對“萬有引力與宇宙航行”主題單元，筆者嘗試從以下途徑進行實施教學(xué)。

1.創(chuàng)設(shè)真實的物理情境

物理課程標(biāo)準(zhǔn)在實施建議中提出：在教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施過程中重視情境的創(chuàng)設(shè)。《新課標(biāo)高考物理考試大綱》考核要求指出：考查學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)解決物理

問題的能力，能夠根據(jù)具體問題列出物理量之間的關(guān)系式，進行推導(dǎo)和求解。例如對行星的運動中開普勒第三定律教學(xué)設(shè)計（片段），可通過以下幾個環(huán)節(jié)進行：

開普勒第三定律教學(xué)設(shè)計（片段）環(huán)節(jié)1：展示太陽系八大行星軌道半長軸和周期的數(shù)值（如表2）。思考：

從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)什么物理規(guī)律？如何直觀反映這一規(guī)律？存在困難是什么？通過創(chuàng)設(shè)真實物理情境，學(xué)生在處理數(shù)據(jù)過程中體現(xiàn)數(shù)形結(jié)合的思想；

如表2：太陽系八大行星軌道半長軸和周期的數(shù)值關(guān)系環(huán)節(jié)行星水星

金星地球火星木星土星

天王星

海王星

6半長軸（×10km）

57

公轉(zhuǎn)周期（天）87.97軌道半徑R/AU

108225

149365

1228

6871.5

778433310759

30686

60188

5.29.519

301426

28694495

123lg(R/R

0)00.1760.7160.9781.2791.477

0.2741.074

1.471.925

2.217lg(T/T

0)0環(huán)節(jié)2：針對上述困難，如何解決？學(xué)生基于環(huán)節(jié)1中處理數(shù)據(jù)困難基礎(chǔ)上，

通過把龐大的天文數(shù)據(jù)進一步轉(zhuǎn)化（單位長度、單位時間等），粗略引入天文單位概念，體現(xiàn)轉(zhuǎn)化的思想；

環(huán)節(jié)3：利用所學(xué)對數(shù)函數(shù)性質(zhì)，你能否找到行星半長軸和公轉(zhuǎn)周期滿足什么規(guī)律。體現(xiàn)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力。

學(xué)生在各環(huán)節(jié)中為了處理數(shù)據(jù)方便，是離不開信息技術(shù)與物理學(xué)習(xí)的融合，學(xué)生可以借助相應(yīng)處理數(shù)據(jù)軟件，逐步對數(shù)據(jù)計算和分析，領(lǐng)會各個環(huán)節(jié)中處理

數(shù)據(jù)的思想方法，同時感受科學(xué)家（開普勒等）發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律及追求真理的科學(xué)精神，再通過習(xí)題強化，逐步發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.問題驅(qū)動和深度學(xué)習(xí)思考

3物理課程標(biāo)準(zhǔn)在實施教學(xué)建議中指出：“通過問題解決促進物理學(xué)科核心素

養(yǎng)的達成。而課堂問答的關(guān)鍵在于問題的設(shè)置”。問題不是課堂上教師“會不會”、“對不對”、“是不是”等這樣無效的提問，也不是學(xué)生回答中“會”、

“對”、“是”等這樣沒有深度思考的回答，而是提出的問題要具有一定的針對

性、目的性和層次性，通過問題驅(qū)動方式更利于學(xué)生對物理概念規(guī)律的理解和自然生成，從而促進學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的達成。要結(jié)合真實情境的實際問題，進一步提

煉簡化構(gòu)建模型，提高學(xué)生的思維能力，再深度學(xué)習(xí)思考，進而實現(xiàn)以往“解題”到“解決問題”轉(zhuǎn)變。例如月—地檢驗教學(xué)設(shè)計(片段)，可以通過問題驅(qū)動和深

度學(xué)習(xí)思考進行開展教學(xué)活動。月—地檢驗教學(xué)設(shè)計（片段）

情境問題1：我們確定了太陽與行星的作用力關(guān)系式，進一步思考：太陽與行星的作用力、地球?qū)υ虑虻淖饔昧?、地球?qū)渖咸O果的作用力是不是同一種性

質(zhì)的力呢？檢驗是不是同一種性質(zhì)的力的思路是什么？情境問題2：展示牛頓時代，已能精確測量的物理量：地球表面附近的重力

加速度、地球半徑、月球繞地球的公轉(zhuǎn)周期和月球到地球的距離。請依據(jù)這些數(shù)據(jù)，說一說月-地檢驗基本思路是怎樣的？

學(xué)生活動理論預(yù)測：

(1)月球軌道半徑r約為地球半徑R的幾倍？

2)蘋果在地面附近受到的力F，與它在月球軌道上物體受到的力F應(yīng)該滿(12足什么關(guān)系？

事實檢驗：蘋果在地面附近的自由落體加速度，與它在月球軌道上的向心加速度應(yīng)該滿

足什么關(guān)系？得出結(jié)論：“天上”和“地上”力是同性質(zhì)的力，遵循相同的規(guī)律

月地檢驗通過問題驅(qū)動引導(dǎo)，激勵學(xué)生根據(jù)已有知識經(jīng)歷推理過程，從而實現(xiàn)演繹思維和歸納思維相結(jié)合構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科

學(xué)探究素養(yǎng)。2021年阜陽市高一年級統(tǒng)測第16題也做了大膽的嘗試：推導(dǎo)太陽與行星間引力表達式和根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)完成“月地檢驗”證明。從學(xué)生答卷結(jié)果反

饋的情況看，很多學(xué)生找不到解決問題的思路，這也間接反映物理教學(xué)發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的必要性，同時也要求我們要改變以往傳統(tǒng)的教學(xué)方式，明確教學(xué)思路，

清晰地設(shè)置問題，深度思考學(xué)習(xí)，有效地實現(xiàn)課堂目標(biāo)，這樣單元教學(xué)設(shè)計目標(biāo)4才會自然而然的達成。

3.板書設(shè)計與課堂語言的有機結(jié)合

板書設(shè)計是對一節(jié)課核心知識總結(jié)展示，是教師實施課堂教學(xué)的價值體現(xiàn)，也是學(xué)生后期再學(xué)習(xí)本部分內(nèi)容的參考思路。課堂設(shè)計上要結(jié)合知識的生成，素

養(yǎng)的提升，還要充分利用教材中科學(xué)家和名人的經(jīng)典語句，如“科學(xué)真是迷人”、“科學(xué)總是從正確走向錯誤”等，使學(xué)生從另一視角領(lǐng)悟科學(xué)發(fā)現(xiàn)的哲理。這些

語言是名家們樸實的科學(xué)價值觀的體現(xiàn)，也是對學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的形成起到重要作用。因此，課堂教學(xué)設(shè)計中要挖掘這些資源素材，甚至通過把課堂板書設(shè)

計與課堂語言有機結(jié)合，對學(xué)生形成正確的“物理觀念”和促進學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”方面會起到積極重要作用。

案例1：萬有引力定律板書設(shè)計(部分)（如圖3）,課堂小結(jié)：牛頓通過蘋果落地發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，把地上的運動和天上的運動統(tǒng)一起來，與其說萬有引

力定律主宰著宇宙的運動，倒不如說是牛頓在主宰著整個宇宙。通過板書設(shè)計與課堂語言的有機融合，不僅板書上展示了萬有引力的發(fā)現(xiàn)過程，而且配合課堂語

言渲染，更能使學(xué)生體會萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的重要意義和重要地位。圖

3：萬有引力定律板書（部分）

圖

4：萬有引力理論的成就板書（部分）

案例2：萬有引力理論的成就板書設(shè)計(部分)（如圖4）,課堂小結(jié)：通過本節(jié)學(xué)習(xí)使我們認識到，科學(xué)賦予我們力量—測量了地球的質(zhì)量；科學(xué)開拓了我們

視野—看到了遠方；科學(xué)賦予我們智慧—使我們認識大自然的奧秘和宇宙的浩瀚。這不禁使我想起馬克?吐溫的一句話：科學(xué)真是迷人！將板書設(shè)計與課堂語

言的有機融合，板書上體現(xiàn)了本節(jié)核心知識內(nèi)容：一個模型兩個基本思路，而且為下節(jié)宇宙航行作鋪墊，再配合課堂語言感情表達，使學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)對人類進步

發(fā)展的重要作用，進一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的內(nèi)在動機。4.優(yōu)化習(xí)題作業(yè)設(shè)計和多元化評價方式

5習(xí)題作業(yè)是教學(xué)設(shè)計中一個重要環(huán)節(jié)，通過學(xué)生處理習(xí)題作業(yè)的過程可以反

饋學(xué)生認知水平以及學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展和教學(xué)設(shè)計目標(biāo)達成情況。習(xí)題作業(yè)的作用不僅是為了得到結(jié)果，還要提高學(xué)生解決問題的能力。因此要優(yōu)化習(xí)題

作業(yè)設(shè)計，明確習(xí)題作業(yè)目標(biāo)，科學(xué)合理的設(shè)計習(xí)題作業(yè)難度，要有一定的物理情境，具有知識針對性、層次性、有效性和代表性。除了常規(guī)的典型習(xí)題作業(yè)外，

還需要開發(fā)一些具有自主學(xué)習(xí)、合作探究以及開放性的試題作業(yè)資源，針對本單元內(nèi)容，嘗試以下作業(yè)設(shè)計案例。

作業(yè)設(shè)計案例案例1（自主學(xué)習(xí)）：高中萬有引力定律是在圓形軌道下推導(dǎo)的，牛頓是在

橢圓軌道情形下推導(dǎo)的，請嘗試橢圓軌道情形下推導(dǎo)。案例2（合作探究）：觀測天文數(shù)據(jù)的方法有哪些？如何提高觀測的精確

度？查閱相關(guān)資料，進行交流評價。案例3（開放性）：航天事業(yè)正在改變我們?nèi)粘Ｉ?，我國近年來發(fā)展很快，

以我國航天事業(yè)發(fā)展歷程為主題，寫一份調(diào)查研究報告。單元教學(xué)設(shè)計與實施的目標(biāo)達成最終離不開教學(xué)的評價，教師在教學(xué)設(shè)計評

價過程中，可以采取主體多元、方法多樣的評價方式，充分利用學(xué)生自評、互評和教師評價，強化自主學(xué)習(xí)、合作探究、小組討論交流、總結(jié)提升等各種途徑，

建立科學(xué)有效的評價體系。通過多元化評價，不同角度的了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況與預(yù)期教學(xué)設(shè)計目標(biāo)達成情況，從而修訂完善原方案的設(shè)計目標(biāo)，提高教師的專業(yè)水

平。所以，單元教學(xué)設(shè)計每個環(huán)節(jié)都要及時有效地反饋評價結(jié)果，這樣更有利于促進學(xué)生的學(xué)習(xí)和改進教師的教學(xué)。

四、結(jié)束語單元教學(xué)設(shè)計與實施要以知識為主線，以人為本為核心。在教學(xué)設(shè)計與實施

過程中構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)體系，還需要考慮教師專業(yè)素養(yǎng)的提升和學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，要多方面多維度進行整合設(shè)計。通過以上較深入探討了“萬有引力

與宇宙航行”單元教學(xué)設(shè)計與實施的過程，同時也映射了構(gòu)建其他主題單元設(shè)計與實施的關(guān)系框架圖5所示，僅供參考。

目課程標(biāo)準(zhǔn)

單元課時設(shè)計目標(biāo)習(xí)題作業(yè)設(shè)計標(biāo)課時

教學(xué)設(shè)計

教材地位評價反饋修訂

學(xué)情目標(biāo)6圖5單元教學(xué)設(shè)計與實施框架圖

因此，單元教學(xué)設(shè)計與實施的過程中，要以課程標(biāo)準(zhǔn)、教材地位和學(xué)生學(xué)情為依據(jù)，宏觀上確定單元教學(xué)設(shè)計目標(biāo)，微觀上逐層設(shè)計課時目標(biāo)，課堂實施過

程應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實的物理情境，采取問題驅(qū)動方