指向高中物理核心素養(yǎng)的大單元教學(xué)設(shè)計：以《光的波動性》為例

指向高中物理核心素養(yǎng)的大單元教學(xué)設(shè)計*——以《光的波動性》為例摘要：教育部頒布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》凝練出了物理學(xué)科核心素養(yǎng)，給一線教育工作者下達了“大目標(biāo)”、“大任務(wù)”，本文以人教版選修3-4光學(xué)模塊為例闡述指向高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的大單元教學(xué)設(shè)計的模式與流程，以教學(xué)設(shè)計屬性表的方式從學(xué)習(xí)大任務(wù)、大單元知識結(jié)構(gòu)、教學(xué)重難點、教學(xué)策略、課時規(guī)劃、活動結(jié)構(gòu)、作業(yè)設(shè)計、教學(xué)評價這八個方面呈現(xiàn)，以期給廣大物理教師提供參考。關(guān)鍵詞：高中物理核心素養(yǎng)；大單元教學(xué)設(shè)計；光的波動性2017年底，教育部頒布了《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》，將原先的“三維目標(biāo)”整合、提升、凝練為物理學(xué)科核心素養(yǎng)，給一線教育工作者下達了“大目標(biāo)”、“大任務(wù)”。這就要求我們在教學(xué)過程中不能“管中窺豹”，要成體系、有計劃的實施教學(xué)。就人教版高中物理選修3-4光學(xué)部分的授教經(jīng)驗與所查閱的資料來看，學(xué)生突出顯現(xiàn)的問題有：使用臨界法解決光的全反射問題的思維方式不夠成熟；光現(xiàn)象的應(yīng)用的區(qū)分容易混淆；干涉、衍射的實驗探究印象不夠深刻；缺乏對各種光現(xiàn)象進行對比分析的意識。指向高中學(xué)科核心素養(yǎng)的大單元教學(xué)設(shè)計指的是基于學(xué)習(xí)立場、以培養(yǎng)學(xué)生的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力為宗旨，打破教材單元的編排局限，采用整體備課的思想，以學(xué)年、學(xué)期或月份等為單位，進行“大單元”式授課，先從形式上給予學(xué)生整體性的觀感，在日后教學(xué)中通過各種教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計，逐步實現(xiàn)綜合性的視角和思維，以重構(gòu)學(xué)科知識邏輯體系和情境為內(nèi)容的教學(xué)方案的設(shè)想與計劃[1]。1

大單元教學(xué)設(shè)計模式與流程大單元教學(xué)設(shè)計主體分為三個模塊。根據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》、教材、學(xué)生學(xué)情、教學(xué)資源等因素，首先，確定大單元教學(xué)的名稱為《光的波動性》，確定此模塊課時數(shù)為17個課時。其次，對單元內(nèi)容進行整體化、結(jié)構(gòu)化梳理，給出大任務(wù)、給出思維導(dǎo)圖或結(jié)構(gòu)屬性表。最后設(shè)計出主體內(nèi)容的學(xué)習(xí)方案，其中應(yīng)包含教學(xué)目標(biāo)：期望學(xué)生學(xué)會什么？教學(xué)過程：學(xué)生經(jīng)歷怎樣的學(xué)習(xí)過程？作業(yè)與檢測：學(xué)生真的學(xué)會了嗎？能力真的掌握了嗎？評價任務(wù)：怎么知道學(xué)生的綜合掌握情況？學(xué)后反思：學(xué)生通過怎樣的反思來改進自己的學(xué)習(xí)[2]。2

大單元教學(xué)設(shè)計表述方式大單元指的是以多節(jié)內(nèi)容為載體的完整教學(xué)事件，更加強調(diào)邏輯主線的描述，包含的內(nèi)容較多，以表格的形式來進行展示更加清晰明了，以下為《光的波動性》這一大單元的屬性表[3]：

大單元屬性表大單元名稱大單元課時數(shù)光的波動性17學(xué)習(xí)大任務(wù)物理觀念對光的反射、折射、干涉、衍射、偏振現(xiàn)象形成科學(xué)的觀念科學(xué)思維形成建立模型、類比分析、臨界與極限、理論推演、小量近似的科學(xué)思維科學(xué)探究增強理論探究與實驗探究能力科學(xué)態(tài)度與責(zé)任形成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢韺W(xué)習(xí)與研究作風(fēng)學(xué)習(xí)大概念

大單元知識結(jié)構(gòu)

反射定律衍射中的色散光的折射和反射光的衍射光的偏振折射定律測量玻璃折射率射率全反射折射中的色散劈尖干涉薄膜干涉楊氏雙縫干涉實驗光的干涉干涉中的色散單縫衍射實驗圓盤衍射圓孔衍射泊松亮斑

說明：圓形表示邏輯主線、矩形表示規(guī)律、六邊形表示概念、菱形表示其它。大單元教學(xué)重難點全反射、楊氏雙縫干涉實驗、衍射圖樣、光的偏振大單元學(xué)情分析知識儲備1.學(xué)生在初中已經(jīng)習(xí)得光的折射與反射現(xiàn)象，但大多以定性為主，以平面鏡與透鏡成像為主；2.學(xué)生在機械波中已經(jīng)學(xué)習(xí)機械波的干涉、衍射現(xiàn)象，這為本大單元的習(xí)得墊定了良好的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)難點1.學(xué)生折射公式易出錯：采用

的形式方便記憶；2.涉及數(shù)學(xué)幾何知識的全反射問題易出錯：強調(diào)畫圖順序、臨界法的使用；3.干涉、衍射的應(yīng)用易出錯：采用對比分析的教學(xué)方式；4.光現(xiàn)象的圖樣分辨易出錯：演示實驗與學(xué)生實驗。大單元教學(xué)策略本單元主要研究光的四種現(xiàn)象，重點內(nèi)容都涉及到實驗探究，且這四種光現(xiàn)象在生活中不易被察覺，所以本單元的教學(xué)策略主要是科學(xué)探究。在全反射、雙縫干涉、劈尖干涉、薄膜干涉等與數(shù)學(xué)幾何知識聯(lián)系密切的部分要特別注重從抽象到具體的處理方式——建模；在光的折反射與全反射、光的干涉衍射與波的干涉衍射、光的雙縫干涉與光的單縫衍射、圓盤衍射與圓孔衍射部分要特別注重對比分析的處理方式；在全反射部分要特別注重臨界的處理方式；在幾類圖樣的條紋間距公式部分要特別注重理論推演。在這些教學(xué)策略中一定不能采用教師“自導(dǎo)自演的灌溉式教學(xué)”，應(yīng)以引導(dǎo)者的角色以提問、實驗、組織辯論、報告、探究等形式提高學(xué)生的參與度，讓學(xué)生自己學(xué)、主動學(xué)。大單元課時規(guī)劃第一課時：光的反射定律、光的折射定律第二課時：折射率、測量玻璃折射率第三課時：全反射第四課時：折射中的色散第五課時：習(xí)題課第六課時：楊氏雙縫干涉實驗（實驗結(jié)論）第七課時：光的干涉（理論推導(dǎo)）、第八、九課時：干涉中的色散、劈尖干涉、薄膜干涉、牛頓環(huán)第十課時：習(xí)題課第十一課時：單縫衍射實驗第十二課時：圓盤衍射（泊松亮斑）、圓孔衍射第十三課時：衍射中的色散第十四課時：習(xí)題課第十五課時：光的偏振、偏振片第十六課時：激光第十七課時：章節(jié)復(fù)習(xí)課大單元活動結(jié)構(gòu)觀察光的折射現(xiàn)象：測量玻璃的折射率探究光的干涉現(xiàn)象：楊氏雙縫干涉實驗、觀察牛頓環(huán)實驗探究光的衍射現(xiàn)象：單縫衍射實驗、圓盤衍射、圓孔實驗探究光是橫波還是縱波：光的偏振現(xiàn)象驗證光的波動性

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以“光的本質(zhì)”為題撰寫報告，并以小組的形式匯報。單元評價

上述表格中的活動大結(jié)構(gòu)僅僅是串接大單元邏輯主線的幾個主要活動，真正開展教學(xué)的過程中，必然還有其它各種各樣的活動來完善每一節(jié)課。除了展示粗略的活動結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)就每一個活動進行詳細(xì)的展開，受篇幅限時，現(xiàn)以光的干涉為例展示活動細(xì)節(jié)。《楊氏雙縫干涉實驗》活動屬性表活動指向光的干涉活動目標(biāo)1.觀察光的干涉現(xiàn)象，體會干涉圖樣的特點。2.熟知楊氏雙縫干涉實驗裝置；掌握實驗原理、數(shù)據(jù)處理方法；了解實驗注意事項、誤差分析。3.感受光的波動性，對光的波長的數(shù)值有初步印象。4.提高實驗探究能力，實驗現(xiàn)象觀察能力，邏輯分析能力?；顒淤Y源楊氏雙縫干涉演示儀、matlab干涉演示軟件、干涉演示flash（選用）。活動過程提出問題：光到底是什么物質(zhì)？光的本質(zhì)是什么？

提問意圖：該提問能夠讓學(xué)生心存疑惑，有利于活動開展。有不少同學(xué)甚至在學(xué)完光的干涉以后都不知道我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)習(xí)光的干涉，該提問就能引導(dǎo)學(xué)生感受實驗的目的。

提出猜想：光是一種波或粒子補充：該過程可以使用答題器形成兩派來讓歷史重現(xiàn)，讓學(xué)生身臨其境，感受物理學(xué)家的研究過程。

實驗驗證：使用雙縫干涉演示儀演示光的干涉現(xiàn)象補充：科學(xué)家們在進行研究時，最重要的一步就是實驗驗證，要思考怎么驗證，用什么樣的儀器驗證，所以在實驗演示時，教師不應(yīng)直截了當(dāng)?shù)哪贸銎鞑?，簡單介紹就開始演示，而是應(yīng)該通過設(shè)問逐步引導(dǎo)學(xué)生說出需要怎樣的實驗器材，哪怕學(xué)生可能回答不出來，也應(yīng)有這一思考過程。

理論推導(dǎo)：理論推導(dǎo)雙縫干涉條紋間距公式，滲透小量近似的物理思維，為實驗的繼續(xù)進行提供理論依據(jù)。

總結(jié)與再提問：既然光是一種波，那么光的波長是多少？實驗再驗證：通過理論數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù)的對比得出光的波長并進行誤差分析。

再總結(jié)：在提出猜想的過程中，可能會給學(xué)生造成光要么是一種波要么是一種粒子這種對立關(guān)系的錯誤觀念，實驗結(jié)束后，教師應(yīng)及時糾正。活動評估1.實驗器材的設(shè)計是否合理。2.實驗過程中，學(xué)生是否認(rèn)真觀察，是否能夠根據(jù)實驗現(xiàn)象迅速給出問題答案。3.實驗數(shù)據(jù)處理是否準(zhǔn)確，比如總間距是否除以間距個數(shù)得到相鄰條紋間距、數(shù)據(jù)的指數(shù)、單位、保留形式、計算是否正確等。4.誤差分析是否合理。注：在各個環(huán)節(jié)中，盡量留有紙質(zhì)答案，可以是簡短的幾句話或幾個詞，如果時間或條件不允許的話，教師也要注意課堂觀察或是成立小組進行組長評價及組員互評。大單元活動完成后，還要進行大單元學(xué)習(xí)評價，評價內(nèi)容應(yīng)與目標(biāo)相對應(yīng)，對科學(xué)觀念的樹立、科學(xué)思維的形成一般以習(xí)題的形式進行評價，在評價之前要將與物理觀念對應(yīng)的內(nèi)容進行細(xì)化、羅列展示，受篇幅限制，本文舉例言之。《光的波動性》大單元物理觀念、科學(xué)思維評價…………G.X.1:光的干涉圖樣判斷G.X.1.1如圖所示是單色光雙縫干涉實驗?zāi)骋粫r刻的波形圖，實線表示波峰，虛線表示波谷。在此時刻，介質(zhì)中A點為波峰相疊加點，B點為波谷相疊加點，A、B連線上的C點為某中間狀態(tài)相疊加點，如果把屏分別放在A、B、C三個位置，那么（

）A．A、B、C三個位置都出現(xiàn)亮條紋B．B位置出現(xiàn)暗條紋C．C位置出現(xiàn)亮條紋或暗條紋由其他條件決定D．以上結(jié)論都不對G.X.1.2如圖所示為雙縫干涉實驗裝置，當(dāng)使用波長為6×10－7

m的橙色光做實驗時，光屏P點及上方的P1點形成相鄰的亮條紋。若使用波長為4×10－7

m的紫光重復(fù)上述實驗，在P和P1點形成的亮、暗條紋的情況是（

）A．P和P1都是亮條紋B．P是亮條紋，P1是暗條紋C．P是暗條紋，P1是亮條紋D．P和P1都是暗條紋

設(shè)計意圖：例題1旨在讓學(xué)生明白亮條紋、暗條紋的產(chǎn)生原因以及此刻并不處在波峰或波谷處的點應(yīng)該如何判斷，其中C點是一個難點。例題2旨在讓學(xué)生理解白屏上的點是靜止不動的，動的是亮暗條紋以及掌握使用比值法快速判斷處改變波長下的亮暗性質(zhì)。利用答題器發(fā)布答題卡，對比正確答案判斷學(xué)生的掌握情況。…………對科學(xué)探究素養(yǎng)養(yǎng)成的評價則以課題探究、辯論、匯報等形式展示，本文舉例言之?！豆獾牟▌有浴反髥卧茖W(xué)探究評價…………G.T.1：光的干涉

G.T.1.1探究可見光波長范圍：通過改變?nèi)肷涔忸l率，測得不同色光的波長，給出可見光波長范圍，撰寫實驗報告。G.T.1.2探究光的干涉的應(yīng)用：探究劈尖干涉的形成原理、口頭匯報簡單闡述檢驗器件平整度方法、口頭匯報牛頓環(huán)的形成原理。G.T.1.3探究光的干涉的應(yīng)用：探究薄膜的形成原理、口頭匯報生活中出現(xiàn)的薄膜干涉、口頭匯報增透膜的制作原理。G.T.1.4探究光的干涉中的半波損失問題。G.T.1.5搜索光的干涉在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用，形成書面報告?！喍灾c單元相比較，大單元不僅僅是教學(xué)內(nèi)容的重組，更是完整教學(xué)事件的描述。與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計相比較，大單元體現(xiàn)在“大”上，不是對每一節(jié)的具體描述，而是對一個大單元的概括性描述，它能夠幫助我們從更高的站位去審視教學(xué)。然而這也就意味著在一些細(xì)節(jié)性描述被忽略，所以大單元教學(xué)設(shè)計與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計不是對立的關(guān)系，而是相輔相成的關(guān)系?！緟⒖嘉墨I】[1].崔允漷.學(xué)科核心素養(yǎng)呼喚大單元教學(xué)設(shè)計[J].上海教育科研,2019(04):1.[2].崔允漷.指