摘 要：基于單元設(shè)計的深度學(xué)習(xí)對促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變和發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)具有重要意義.本文以“機械能守恒定律”單元為例，分別從單元教學(xué)任務(wù)分析、目標(biāo)確定、結(jié)構(gòu)創(chuàng)建、評價實施等方面闡述單元教學(xué)設(shè)計策略，旨在為高中物理教學(xué)實施深度學(xué)習(xí)提供參考和借鑒.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);深度學(xué)習(xí);單元教學(xué);機械能守恒定律

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）23-0035-05

1 核心素養(yǎng)視角下的深度學(xué)習(xí)需要單元設(shè)計來實現(xiàn)

深度學(xué)習(xí)和單元教學(xué)既是深化教育教學(xué)改革過程中學(xué)者關(guān)注的內(nèi)容，也是全面提高教學(xué)質(zhì)量實踐中教師必須面對的問題[1].2014年9月教育部基礎(chǔ)課程教材發(fā)展中心“深度學(xué)習(xí)總項目組”對其界定為：在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程[2].上海市教委教研在相關(guān)的項目研究中將物理深度學(xué)習(xí)界定為：學(xué)生在素養(yǎng)導(dǎo)向的目標(biāo)引領(lǐng)下，聚焦情境化學(xué)習(xí)主題，圍繞挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)，全身心參與活動體驗;運用模型建構(gòu)、推理論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等科學(xué)思維方式，獲得物理學(xué)科核心知識，逐步形成物理觀念，發(fā)展科學(xué)思維和科學(xué)探究等關(guān)鍵能力;在持續(xù)性學(xué)習(xí)評價激勵下，完成任務(wù)或解決問題的同時體驗成功，形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動機、正確的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任，在物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面獲得全面發(fā)展.

系統(tǒng)化的單元設(shè)計需要整體規(guī)劃單元教學(xué)任務(wù)，確立素養(yǎng)為核心的單元目標(biāo)，重點設(shè)計單元教學(xué)活動、保障實施單元教學(xué)評價，落實“教、學(xué)、評”一致，促進深度學(xué)習(xí)，可見深度學(xué)習(xí)的四個核心要素和兩個支持要素（如圖1）的實現(xiàn)都需落實在單元層面.因此，深度學(xué)習(xí)是實施單元教學(xué)的目的，系統(tǒng)化的單元教學(xué)是促進深度學(xué)習(xí)的載體，兩者相互作用促進學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展.本文以“機械能守恒定律”單元為例，從單元教學(xué)任務(wù)分析、目標(biāo)確定、結(jié)構(gòu)創(chuàng)建、單元評價四個方面，闡述指向深度學(xué)習(xí)的單元教學(xué)設(shè)計策略.

2 基于深度學(xué)習(xí)的單元教學(xué)設(shè)計

2.1 單元教學(xué)任務(wù)分析

2.1.1 單元教學(xué)內(nèi)容分析

本單元的內(nèi)容由功和功率、動能和動能定理、重力勢能及機械能守恒定律等內(nèi)容組成.本單元從能量的角度來研究機械運動，功和能是兩個重要的基本概念，其中“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”是本單元的主線.機械能守恒定律是我們學(xué)習(xí)各種不同的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律的起點，也是力學(xué)的重要組成部分，有助于能量觀念和守恒思想的形成，更為運用功能關(guān)系、守恒定律分析較為復(fù)雜的運動過程奠定基礎(chǔ)，本單元具體的知識結(jié)構(gòu)如圖2所示.

2.1.2 學(xué)情分析

學(xué)生在初中學(xué)段已經(jīng)初步學(xué)習(xí)了功、功率，對動能和勢能有定性的了解，對動能和勢能的轉(zhuǎn)化有感性的認識，并且對能量轉(zhuǎn)化與守恒定律有初步的認識，但還未形成定量的能量觀念，對從能量的角度分析解決問題并不熟悉.經(jīng)過牛頓定律的學(xué)習(xí)，已經(jīng)初步建立了運動和相互作用觀，學(xué)生習(xí)慣運用運動和相互作用的觀念分析解決問題.本單元學(xué)生用能量觀念分析解決實際問題時需要將過程和狀態(tài)結(jié)合起來，需要同時進行受力分析和做功分析，對學(xué)生來說跨度較大，思維鏈條較長，有一定的困難.同時學(xué)生已初步掌握了科學(xué)探究的思路，具備了一定的探究能力，能夠用圖像法處理數(shù)據(jù)，學(xué)生比較熟悉通過實驗進行探究，但對理論探究較為陌生，另外學(xué)生需要通過實踐來體會利用功和能的關(guān)系、機械能守恒定律等能量觀念分析物理問題的優(yōu)越性.

2.1.3 單元內(nèi)容與核心素養(yǎng)的關(guān)聯(lián)分析

2.1.4 單元核心任務(wù)分析

本單元的核心任務(wù)是研究分析模擬蹦極運動中的能量轉(zhuǎn)化情況.蹦極運動是學(xué)生熟悉的情境，將研究對象抽象為質(zhì)點后，利用所學(xué)知識定性分析蹦極運動中每個階段的受力情況、做功情況和對應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化情況，然后設(shè)計實驗?zāi)M蹦極運動，利用Tracker軟件[3]定量得出蹦極運動各過程中動能、重力勢能和彈性勢能隨時間變化的圖像，分析實驗圖像闡述能量轉(zhuǎn)化情況，最后各組在課堂上進行交流和分享.整個單元以生活中比較常見的蹦極運動為載體，分解其各個運動過程，通過定性分析和定量計算將做功和能量轉(zhuǎn)化的情況有效地展現(xiàn)出來，使學(xué)生在熟悉的真實情境中學(xué)習(xí)機械能的相關(guān)知識，并用其解決實際問題.

2.2 單元教學(xué)目標(biāo)確定

單元教學(xué)目標(biāo)設(shè)計是把學(xué)科核心素養(yǎng)具體化為單元學(xué)習(xí)目標(biāo)的過程，是單元教學(xué)設(shè)計的靈魂，它在“物理核心素養(yǎng)—單元教學(xué)目標(biāo)—課時教學(xué)目標(biāo)”目標(biāo)鏈中處于承上啟下的關(guān)鍵地位.單元教學(xué)目標(biāo)的確定應(yīng)以單元教學(xué)內(nèi)容和學(xué)情的分析結(jié)果為基礎(chǔ)[4]，注重物理核心素養(yǎng)對教學(xué)的引領(lǐng)和導(dǎo)向作用，關(guān)注教學(xué)目標(biāo)的可操作性、可檢測性.結(jié)合具體的知識和素養(yǎng)發(fā)展要求，本單元具體的教學(xué)目標(biāo)如下：

（1）通過功和功率的學(xué)習(xí)研究，能夠解釋和解決生產(chǎn)生活中相關(guān)的現(xiàn)象和問題;通過對機械能及其守恒定律的學(xué)習(xí)研究，學(xué)會從機械能轉(zhuǎn)化和守恒的視角分析物理問題，形成初步的能量觀念.

（2）通過理論探究合力做功與動能變化的關(guān)系，推導(dǎo)重力做功與重力勢能變化的關(guān)系、機械能守恒定律，經(jīng)歷模型建構(gòu)、推理論證、質(zhì)疑等思維活動過程，實現(xiàn)微元、極限、類比等思想方法的遷移應(yīng)用，從而有助于科學(xué)思維的發(fā)展.通過經(jīng)歷應(yīng)用機械能守恒定律解決實際情景中問題的過程，體會守恒的思想，領(lǐng)悟從守恒的角度分析問題的方法，增強分析和解決問題的能力.

（3）通過驗證機械能守恒定律實驗及實驗圖像分析，歸納機械能總量守恒的特點;通過把實驗結(jié)論擴展到其它具體的機械能守恒的實例中，得出單個物體機械能守恒的條件.通過對實際情境的分析判斷，增強敢于思考與質(zhì)疑、積極發(fā)表觀點的能力，基于證據(jù)作出解釋、對結(jié)果進行交流，從而培養(yǎng)問題意識和證據(jù)意識.

（4）在經(jīng)歷實驗探究與理論推導(dǎo)的過程中，體會嚴(yán)謹認真、尊重事實的科學(xué)態(tài)度;從功和功率、動能和動能定理、重力做功和重力勢能到機械能守恒定律都與生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象緊密結(jié)合，整個章節(jié)的概念和規(guī)律的得出都可以結(jié)合實際情景，從而認識到運用能量和守恒的思想研究機械運動是物理學(xué)研究自然現(xiàn)象的重要方法之一;通過對實際現(xiàn)象的分析研究，養(yǎng)成實事求是的態(tài)度，并了解科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境的關(guān)系.

2.3 單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計

單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計是單元教學(xué)的樞紐，它既是對單元教學(xué)目標(biāo)達成的學(xué)習(xí)過程規(guī)劃，又是課時教學(xué)設(shè)計的實施藍圖，對課時教學(xué)設(shè)計具有統(tǒng)領(lǐng)作用.單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計要能夠有效突破單元教學(xué)的重點和難點，要求教師著眼于結(jié)構(gòu)化設(shè)計.該環(huán)節(jié)的設(shè)計可通過以下步驟完成：首先，設(shè)計單元學(xué)習(xí)活動框架，根據(jù)單元教學(xué)目標(biāo)，尋找合適情境，設(shè)計單元核心任務(wù)，分析核心任務(wù)之間的結(jié)構(gòu)和順序;然后，制定每個學(xué)習(xí)任務(wù)的具體實施策略;最后，構(gòu)建課時學(xué)習(xí)任務(wù).按照單元規(guī)劃制定的課時、素養(yǎng)要求將單元核心任務(wù)盡量平均地分布在各課時中，組成課時學(xué)習(xí)活動[5].需要注意的是，這里的學(xué)習(xí)活動不僅包括課時活動，也包括課外活動.

（1）按照上述設(shè)計步驟，本單元的單元學(xué)習(xí)活動框架和課時學(xué)習(xí)活動設(shè)計要點分別見表2和表3.

（2）下面以第五課時“機械能守恒定律”為例，詳述課時教學(xué)活動的開展思路.

①情境引入：搖擺中的海盜船、拉弓射箭和蹦極運動.

學(xué)生已有一定的知識基礎(chǔ)，觀察物體在做功過程中，有哪些能量發(fā)生相互轉(zhuǎn)化？此環(huán)節(jié)學(xué)生自行分析每個情境中的能量轉(zhuǎn)化情況，知道動能、重力勢能和彈性勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化，建立機械能的概念.

②挑戰(zhàn)實驗“實心球來襲”.

教室天花板上懸掛一個2kg的實心球，在傳統(tǒng)碰鼻實驗的基礎(chǔ)上增加挑戰(zhàn)難度，即參加挑戰(zhàn)的學(xué)生靠墻站立，實心球從該學(xué)生的對面等高處釋放，看挑戰(zhàn)者的反應(yīng).因靠墻站立，實心球擺過來，挑戰(zhàn)者無處躲避，但結(jié)果是安全的，引發(fā)了學(xué)生的興趣.

③定性分析擺球擺動過程中動能和重力勢能的變化情況.

先定性分析，后引導(dǎo)學(xué)生猜想動能與重力勢能在相互轉(zhuǎn)化的過程中，機械能如何變化？

④學(xué)生實驗：用DIS實驗驗證機械能守恒.

采用最新的實驗裝置（如圖3），光電門傳感器固定在擺錘上，6個擋光片固定在有刻度板的不同位置.釋放擺錘，可分別測出擺錘經(jīng)過6個擋光片時的速度大小，最終得到動能、重力勢能和機械能隨高度變化的圖像，學(xué)生自行分析圖像結(jié)果，體會利用圖像找規(guī)律是實驗探究的重要方法.課后探索實踐，還能設(shè)計哪些實驗來驗證機械能守恒.

⑤理論推導(dǎo)：擺球擺動過程中任意兩個位置的機械能大小.

引導(dǎo)學(xué)生利用動能定理、重力做功與重力勢能的關(guān)系等，推導(dǎo)任意兩位置的機械能相等.

⑥再次展示實驗情境：實心球換成塑料球.

擺球換成塑料球，機械能為什么不守恒了？或在驗證機械能守恒的實驗中，給擺錘上增加與運動方向相反的繩子拉力，再次進行實驗得到圖像，發(fā)現(xiàn)機械能也不守恒了，討論機械能守恒的條件到底是什么？造成機械能變化的原因是什么？此活動旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理和論證能力.

⑦實例分析：滑雪、勻速轉(zhuǎn)動的摩天輪、蹦極等運動的圖片或視頻.

判斷各個情境中的機械能是否守恒.分析說明蹦極運動中哪些過程中運動員的機械能守恒，哪些過程中運動員的機械能發(fā)生變化？變化的原因是什么？系統(tǒng)的機械能如何變化？

2.4 單元教學(xué)評價實施

單元教學(xué)評價是依據(jù)某些標(biāo)準(zhǔn)來判斷單元教學(xué)設(shè)計在多大程度上實現(xiàn)了單元教學(xué)目標(biāo)的過程，通常包括過程性評價和形成性評價兩部分[5]，單元評價的整體結(jié)構(gòu)如圖4所示.考慮評價的可操作性，單元過程性評價通常與單元活動、單元作業(yè)的實施交融在一起.在單元活動中，教師可以通過學(xué)生的活動記錄、活動表現(xiàn)對學(xué)生進行過程性評價，讓不同主體共同參與評價，使評價更好地促進學(xué)生的學(xué)習(xí)過程.在單元作業(yè)中，教師應(yīng)對學(xué)生作業(yè)的完成度、投入度和準(zhǔn)確度等進行過程性評價，特別是對學(xué)生作業(yè)的準(zhǔn)確度、實踐類作業(yè)的獨創(chuàng)性等方面進行激勵和肯定.

“機械能守恒定律”單元的過程性評價主要包括兩個方面：（1）活動開展情況的評價.以本單元最后一節(jié)課為例，各小組分別從實驗設(shè)計方案、tracker軟件的分析結(jié)果等方面進行交流和分享，可以從學(xué)生的實驗操作規(guī)范、tracker軟件的熟練程度、實驗圖像的分析和對問題的闡釋等角度進行評價;（2）課時作業(yè)的評價.對作業(yè)的評價可從學(xué)生作業(yè)的正確率、課堂反饋等角度展開.本單元的形成性評價，應(yīng)以抽象思維、科學(xué)推理、能量觀等素養(yǎng)為中心，以真實情景為載體，形成單元測試卷，考查學(xué)生對功能關(guān)系的理解和運用機械能守恒定律解決實際問題的能力.根據(jù)評價結(jié)果，對本單元的教學(xué)設(shè)計進行反思與修改，這樣一來，目標(biāo)、評價與教學(xué)之間的一致性就得以體現(xiàn)，為目標(biāo)的達成提供了根本的保障.

3 結(jié)束語

深度學(xué)習(xí)是一種教學(xué)理念，它的目標(biāo)是人的全面發(fā)展，它的內(nèi)容是有挑戰(zhàn)性的單元，它的學(xué)習(xí)過程是學(xué)生作為主體的主動學(xué)習(xí)過程.本文以機械能守恒定律單元教學(xué)為例，通過尋找合適的情境、設(shè)計核心任務(wù)、分解核心任務(wù)和設(shè)置任務(wù)評價等方面系統(tǒng)地設(shè)計單元教學(xué)內(nèi)容.通過核心任務(wù)串聯(lián)起整個單元的教學(xué)內(nèi)容，把核心任務(wù)分解到具體的課時教學(xué)中，從第1課時發(fā)布任務(wù)到第6課時完成方案，為教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)提供了可操作的路徑和符合實際的單元教學(xué)設(shè)計模板.在本單元的學(xué)習(xí)中，學(xué)生一直保持著濃厚的學(xué)習(xí)興趣和熱情，從蹦極運動的視頻情境入手，引發(fā)功和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系，讓學(xué)生設(shè)計實驗方案和用視頻軟件分析能量轉(zhuǎn)化，學(xué)生有了思考的起點和落點.在整個單元系統(tǒng)學(xué)習(xí)和探究過程中，讓體驗在活動中獲得，思維的廣度和深度都有了很大的提升，促使學(xué)習(xí)真正發(fā)生，學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展也水到渠成.

參考文獻：

[1]郭華.如何理解“深度學(xué)習(xí)”[J].四川師范大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2020，47（01）：89—95.

[2]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.

[3]周琴，方德鑫.Tracker軟件在學(xué)生探究實驗中的應(yīng)用——以“拋體運動的探究”為例[J].中學(xué)物理，2019，37（15）：47—49.

[4]王美芹，柴麗蘋.基于核心素養(yǎng)的高中物理單元教學(xué)目標(biāo)設(shè)計——以“磁場”單元為例[J].物理教師，2020，41（06）：15—19.

[5]上海市教育委員會教學(xué)研究室.中學(xué)物理單元教學(xué)設(shè)計指南[M].北京：人民教育出版社，2018.

（收稿日期：2021-08-02）

作者簡介：鄭小青（1983-），女，山西人，博士，中學(xué)一級教師，研究方向：中學(xué)物理學(xué)科教學(xué).