摘 要：以大概念為核心整合單元教學內容;通過創(chuàng)設大情境，建構單元知識體系;依據學習進階規(guī)劃單元學習活動.指向學科核心素養(yǎng)的單元教學設計，使教師立足于學科高度更好地挖掘蘊含的核心素養(yǎng)要素，并依此規(guī)劃設計課堂教學活動，有利于突出學科知識的內在聯系，形成可遷移的大思路，有利于核心素養(yǎng)目標的長期規(guī)劃與具體落實.

關鍵詞：單元教學設計;大概念;核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）07-0036-07

作者簡介：王美芹（1970-），女，北京人，本科，中學正高級教師，研究方向：物理教學與實踐.

圍繞學科大概念組織單元教學內容，整合物理概念、規(guī)律，形成有意義關聯的結構化知識體系，幫助學生逐步形成學科知識體系，發(fā)展物理觀念;挖掘單元知識中蘊含的思想方法、跨學科概念、認識方式等隱性知識，通過這些隱性知識的理解、應用與遷移，建構和完善學生認知體系;通過創(chuàng)設大情境，在大情境中建構物理概念、認識物理規(guī)律、解決物理問題，形成一般化的解決問題的大思路，發(fā)展學生學科思維能力、科學態(tài)度與社會責任感[1].根據課程標準的要求、教材知識內容和學生情況，梳理大概念認知發(fā)展進階，并依此規(guī)劃單元學習過程，恰當選擇學習策略，充分發(fā)揮學生的主體作用，才能真正實現以學生為中心的知識體系建構與認知整合的同步發(fā)展，落實學科核心素養(yǎng)的教學目標.

1 依據課標進行學習內容分析

教學內容分析，即依據課程標準要求和教材等資料，分析本單元教學內容在整個學科知識體系中的地位、單元具體知識及其內在聯系，分析其中蘊含的學科思想方法、認識方式、跨學科概念、學科核心素養(yǎng)要素及其育人價值等.

“磁場”單元基本要求如下：通過安培力與洛倫茲力的學習，進一步認識場的物質性，發(fā)展學生的物質觀念、運動與相互作用觀念和能量觀念.引導學生學會建構磁感線、勻強磁場等模型，體會物理模型在研究具體問題中的應用.運用與靜電場對比的方法了解磁感應強度的概念.能用磁感線、勻強磁場等模型分析磁場問題，能恰當使用證據推出物理結論或質疑已有結論，能說出電磁知識在生產生活、科技、軍事等方面的一些重要作用，深入認識物理學對現代生活和科技社會發(fā)展的促進作用[2].

1.2 整合單元知識，形成知識體系

首先，梳理出本單元知識結構圖，明確單元知識的在知識體系中的地位，如圖1《圍繞大概念的知識結構圖》所示.

本結構圖呈現了 以“能量”和“相互作用”這兩個大概念為核心的電磁學知識體系，在此結構圖中，“磁場”這一單元主題概念與學科大概念、與其他單元主題概念之間的關系比較清晰地呈現出來[3].

然后，梳理單元知識之間的內在聯系，建立本單元知識體系，如圖1所示.

剖析知識背后蘊含的隱性知識，挖掘其育人價值，具體內容見表1.

2 學情分析

學生在初中學過磁相互作用的知識，對磁相互作用有了初步認識.但是“場”是一個十分抽象的概念，學生對“場是一種物質”的理解，存在一定困難.學生了解建構物理模型的抽象思維過程，對比值定義物理量的思想方法有一定理解，但上升到“描述事物本質屬性”的高度來認識，尚存在一定困難.

3 磁場單元教學目標和重、難點分析

3.1 單元教學目標

3.2 單元重、難點分析

重點分析：磁感應強度是認識磁場、建立“場”的概念的基礎，是電磁學的基礎概念之一，其定義過程蘊含重要的物理思想方法——比值定義法，因此磁感應強度是本單元的重點概念;安培力、洛倫茲力是表征磁場對宏觀導體、微觀粒子作用的基本概念，是感受、體驗“場物質”存在的重要實例，也是發(fā)展運動與相互作用觀念的重要知識載體，安培力與洛倫茲力之間的關系蘊含“因果解釋”這一跨學科概念.有助于學生對磁場本質的深入理解.因此，安培力與洛倫茲力及二者關系是本單元的重點;洛倫茲力應用的實例分析，如質譜儀和回旋加速器等，對培養(yǎng)學生科學的推理和邏輯思維能力，以及了解科學知識在現代科學技術領域的應用都有著重要的意義，因此是本單元的重點內容.

難點分析：磁場對于學生來說很抽象，不能通過感官直接感受，因此，磁感應強度的定義過程存在困難，是本單元教學的難點;建構物理模型分析宏觀的安培力與微觀的洛倫茲力之間的關系，因其抽象程度高且思維過程復雜，也成為本單元學習的難點.

4 單元學習過程設計與分析

這部分梳理單元學習的整體認識思路，依據學習進階劃分幾個主要層級，簡要說明每一個層級下具體包括哪些學習內容，并對各層級教學設計要點進行分析.本部分前承接教學目標與重難點，后則續(xù)接教學活動設計.

本單元知識層級如圖2所示.

本單元的教學設計可以分為四個部分：

第一部分是在初中學習有關磁場知識的基礎上介紹常見的磁現象、磁效應、地磁場等內容，重點介紹科學史上有里程碑意義的奧斯特實驗及STSE素材“指南針與鄭和下西洋”等內容.

第二部分通過建立磁感線模型和磁感應強度概念定性與定量描述磁場，通過磁感線描述和認識幾種典型磁場，介紹磁通量概念.

第三部分是認識磁場對通電導線、運動電荷的作用力，從宏觀到微觀進一步深入認識磁場中力的性質.

第四部分介紹磁場知識在生產生活、科技、軍事等方面的一些重要作用.

這四個部分內容相對獨立，但又彼此銜接，注重循序漸進：從現象到本質、從宏觀到微觀、從理論到應用，體現了物理學認識自然界事物的大思路，其中第二、三部分是本單元的重點與核心.各層級教學設計要點見表3.

說明：教師在整體層級設計的基礎上，進行每一課時的教學設計.

5 主要教學活動設計

這一部分對概念教學、規(guī)律探究和問題解決三類教學活動的設計思路分別舉例，做簡要說明.

5.1 核心方法引領概念建構的設計思路

如何描述磁場？具體思路如圖3所示.

這部分教學設計的重點是立足比值定義這一思想方法，詮釋比值定義的核心思想.設計適當的問題情境，引發(fā)學生對定義描述磁場的物理概念、定義思路、方法、程序的思考，通過正確理解概念，體會建構概念的基本程序和方法.

5.2 核心問題引領規(guī)律探究的設計思路

實驗探究洛倫茲力大小和方向的規(guī)律.設計思路如圖4所示.

這部分教學設計的重點是圍繞核心任務：探究洛倫茲力大小和方向，通過理論分析與實驗探究發(fā)現物理規(guī)律，然后反思程序性知識和認知策略，本案例的教學設計突出這樣的思維路徑.

5.3 核心任務引領問題解決設計思路

回旋加速器原理分析.設計思路如圖5所示.

這部分重點呈現如何在磁場中應用力和運動規(guī)律、功能關系分析解決問題.重點體會電磁學問題解決與力學有一致的大思路和程序，進一步幫助學生理解“場”的物質性，在完善學科知識體系的同時發(fā)展力和運動、能量的物理觀念;體驗解決力學問題的思路方法如何遷移至電磁學，發(fā)展認知能力，提升科學思維水平.

5.4 梳理整章認知線索，升華認識自然界的大思路

本單元整體教學設計思路如圖6所示.

本單元認知主線梳理：磁場的學習以類比電場的研究思路展開：磁現象（磁效應）、磁場的定量和定性描述、磁場性質（對通電導線和運動電荷有力的作用）、磁場力（安培力和洛倫茲力）的應用.類比電場中的點電荷、電場線、電場強度、電場力，建立與磁場相關的電流元、磁感線、磁感應強度、洛倫茲力和安培力等概念，逐步形成對“場”的物質性的認識方式，讓學生體會認識世界的“大思路”.

本單元蘊含的物理思想方法：用類比的方法建立磁感線模型，利用“電流元”模型和比值定義法定義磁感應強度，對磁場從定性與定量兩個角度進行描述.從宏觀和微觀兩個視角解釋磁場產生、對安培力與洛倫茲力的關系進行推導，建構宏觀與微觀的本質聯系，是對“場”物質認識方式上的一次飛躍，同時也進一步建構電磁場知識體系和方法體系的聯系，為進一步學習和理解電磁感應以及電磁波的知識奠定了基礎.

6 學習效果評價

單元評價必須包括單元過程性評價和單元形成性評價兩個部分，這樣有利于對學科核心素養(yǎng)的落實情況進行全面檢測，體現教、學、評的一致性.

6.1 單元過程性評價

過程性評價可以通過活動評價或作業(yè)評價兩種方式進行.活動類評價可以通過記錄活動表現來進行，也可以通過布置實踐類作業(yè)或閱讀類作業(yè)，進行展示交流等方式來評價.具體作業(yè)任務可以布置在課前，也可以在課后.例如：在學習奧斯特實驗之前讓學生查閱有關奧斯特生平與成就的資料在課堂上進行交流分享.

過程性評價還可以是實驗報告，評價學生科學探究的各項能力發(fā)展情況.例如探究安培力大小和方向的實驗，就可以分別從問題提出、方案設計、實驗設計、儀器操作、數據記錄和數據處理、結論分析等方面讓學生撰寫實驗報告，從而了解學生實驗探究各項能力水平和發(fā)展狀況，及時進行有針對性的教學改進.

在學習過程中，還可以通過繪制概念圖等評價項目了解學生單元知識的結構化程度，促進物理觀念的發(fā)展.概念圖的內容可以是一個知識點的，也可以是一章的還可以跨章節(jié)的，有利于學生形成更系統(tǒng)的概念體系.

6.2 形成性評價

教師在制定評價方案時，應針對物理學科核心素養(yǎng)的四個方面，結合學生的情況和發(fā)展需求，選擇適當的水平層級命制或選取評價的問題.

例題1 如圖8所示，足夠短的a、b兩段通電直導線，分別放置于磁場P、Q兩處，并與該處磁場方向垂直，相關參數見表3.

（1）為比較P、Q兩處磁場的強弱，你認為下列做法可行的是

A.比較F1和F2的大小

B.比較I1L1和I2L2的大小

C.比較F1I1L1和F2I2L2的大小

D.也比較I1L1F1和I2L2F2的大小

（2）說明你選擇的理由

（3）在磁場中定向移動的自由電子e也會受到磁場的作用力f，請說明如何根據這一特點來定義某處的磁感應強度，并給出定義式.

這個問題考查學生概念建構的能力.其中A、B、C項在課內學習的基礎上，考查學生磁感強度概念的理解，對物理觀念和科學思維的考查達到水平三;D項和第（2）（3）問考查學生應用比值定義法的遷移能力，在物理觀念方面，還是水平三，而科學思維中的推理論證和科學表述的能力要求則接近水平四的層級.

7 教學設計反思

從整體上看《磁場》單元教學設計較好地體現了以學生為中心的課程改革理念，符合發(fā)展學生核心素養(yǎng)的課程改革理念.教學設計的內容分析、學情分析、目標設計、活動設計與評價設計等，系統(tǒng)體現了圍繞大概念建構知識體系、在知識發(fā)展的同時關注認知發(fā)展的單元設計理念.

6 結束語

本設計梳理了磁場單元落實物理學科核心素養(yǎng)的內容載體、給出了具體策略與實施路徑，同時注意挖掘承載物理學科核心素養(yǎng)要素的思想方法、認識方式、跨學科概念等隱性知識，不僅設計了單元層面的教學目標，規(guī)劃了單元教學活動，還預留了單元教學目標具體分解到課時目標的出口，以便于通過課時教學設計具體落實，為核心素養(yǎng)發(fā)展設計拓展可操作的路徑.

參考文獻：

[1]張玉峰.以大概念、大思路、大情境和大問題統(tǒng)領物理單元教學設計[J].中學物理，2020，38（05）：2-7.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[3]王美芹，張玉峰.基于物理學科核心素養(yǎng)的單元教學內容分析與學情分析[J].中學物理，2020，38（07）：8-11.

[4]王美芹，柴麗蘋.基于核心素養(yǎng)的高中物理單元教學目標設計——以“磁場”單元為例[J].物理教師，2020（06）：15-19.

（收稿日期：2021-02-05）