任虎虎

（江蘇省太倉高級(jí)中學(xué)，江蘇 太倉 215411）

1 學(xué)科大概念的內(nèi)涵

學(xué)科大概念是在事實(shí)基礎(chǔ)上抽象出來的深層次、網(wǎng)絡(luò)狀、有意義和可遷移的聚合概念，是一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中最精華、最有價(jià)值的內(nèi)容，居于學(xué)科結(jié)構(gòu)的中心，能反映學(xué)科的本質(zhì)，具有廣泛的概括性、適用性和解釋力.發(fā)揮著小概念“文件夾”和“透鏡”的作用，學(xué)科大概念通常表現(xiàn)為一個(gè)有用的原理、思想或問題等.

1.1 學(xué)科大概念是知識(shí)組織的核心

從知識(shí)層面看，學(xué)科大概念能將零散的事實(shí)、概念、經(jīng)驗(yàn)和問題等有機(jī)整合在一起，并整合建立聯(lián)系，是知識(shí)組織的核心，而有機(jī)組織的知識(shí)是知識(shí)結(jié)構(gòu)化和認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成的基礎(chǔ).學(xué)科大概念的進(jìn)階過程先是基于事實(shí)抽象出一些零散小概念，然后對(duì)這些小概念進(jìn)行概括總結(jié)上升為學(xué)科大概念，如圖1所示，對(duì)學(xué)科大概念的理解過程就是對(duì)一類知識(shí)的內(nèi)化過程.學(xué)科大概念是學(xué)科結(jié)構(gòu)的中心，對(duì)其的揭示也就是對(duì)學(xué)科本質(zhì)的理解，對(duì)學(xué)科大概念的內(nèi)化獲得就是深度學(xué)習(xí)的過程.

圖1 學(xué)科大概念的結(jié)構(gòu)層次

1.2 學(xué)科大概念是思維發(fā)展的載體

從思維層面看，概念是思維發(fā)展的載體，一方面概念本身的獲得過程就要經(jīng)歷分析、歸納和綜合等思維過程，另一方面概念是學(xué)生進(jìn)行思維的基本單位，思維發(fā)展就是不同概念之間建立聯(lián)系和相互影響的過程.由于學(xué)科大概念是在眾多小概念相互關(guān)聯(lián)整合基礎(chǔ)上形成的，必然要應(yīng)用到抽象、評(píng)價(jià)和批判性反思等高階思維，這也是專家思維的具體體現(xiàn).所以學(xué)科大概念是高階思維發(fā)展和思維品質(zhì)提升的載體與保障.

1.3 學(xué)科大概念是靈活遷移的基礎(chǔ)

從實(shí)踐遷移層面看，促進(jìn)學(xué)科大概念理解的教學(xué)首先從包容性的學(xué)科事實(shí)等情境出發(fā)；其次通過體驗(yàn)、持續(xù)的探究與整合形成內(nèi)化的抽象原理（學(xué)科大概念）；最后遷移其到陌生情境解決新問題，所以學(xué)科大概念是實(shí)現(xiàn)高通路靈活遷移（遠(yuǎn)遷移）的基礎(chǔ).

2 基于學(xué)科大概念的單元教學(xué)設(shè)計(jì)

由于大概念的抽象性、網(wǎng)絡(luò)狀等特征，單元整體教學(xué)是促進(jìn)學(xué)科大概念理解的基本教學(xué)樣態(tài)，克服課時(shí)主義的弊端，進(jìn)行單元整體建構(gòu)，解決思維發(fā)展低階性、課時(shí)之間零散性和單元之間割裂性等現(xiàn)實(shí)問題.在平時(shí)教學(xué)實(shí)踐中，一線教師較多關(guān)注課時(shí)層面的設(shè)計(jì)與實(shí)施，較少從整體出發(fā)關(guān)注單元層面的設(shè)計(jì)與實(shí)施，即關(guān)注局部忽視整體，這樣很難深度理解學(xué)科大概念和培育學(xué)科核心素養(yǎng).

對(duì)于單元教學(xué)設(shè)計(jì)本文引薦逆向設(shè)計(jì)，單元逆向設(shè)計(jì)是“以終為始”的教學(xué)設(shè)計(jì)，即從單元最終輸出倒推輸入內(nèi)容和方式，尋求達(dá)成單元目標(biāo)的最佳學(xué)習(xí)路徑與實(shí)施方案.共分為3個(gè)階段：首先確定科學(xué)的單元學(xué)習(xí)目標(biāo)，其次設(shè)計(jì)合適的單元評(píng)估證據(jù)，最后開發(fā)有效的單元學(xué)習(xí)活動(dòng)，將目標(biāo)及對(duì)目標(biāo)的評(píng)估同時(shí)先于活動(dòng)而設(shè)計(jì)，真正發(fā)揮評(píng)估對(duì)學(xué)習(xí)的反饋和促進(jìn)作用.下面對(duì)人教版高中物理新教材必修第2冊(cè)第8章“機(jī)械能守恒定律”進(jìn)行單元逆向教學(xué)設(shè)計(jì)，如表1所示.

表1 “機(jī)械能守恒定律”單元逆向設(shè)計(jì)

續(xù)表

3 基于學(xué)科大概念的單元教學(xué)實(shí)施

基于學(xué)科大概念的單元教學(xué)實(shí)施包括大情境鏈接、大問題指引、大任務(wù)驅(qū)動(dòng)、概念性理解和反思性遷移5個(gè)基本環(huán)節(jié)，在每個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)相應(yīng)的教師活動(dòng)和學(xué)生活動(dòng)，促進(jìn)對(duì)學(xué)科大概念的理解，如圖2所示.

圖2 基于學(xué)科大概念的單元教學(xué)實(shí)施

3.1 大情境鏈接

大情境是在簡化、剪輯與凝練學(xué)生生活體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)置適合學(xué)生文化背景、具有較大程度綜合性、較強(qiáng)程度包容性的情境，通過大情境，將學(xué)生已有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、學(xué)科現(xiàn)象等與單元學(xué)習(xí)內(nèi)容有機(jī)鏈接，需要學(xué)生回顧與聯(lián)想，教師創(chuàng)設(shè)的大情境從不同角度思考會(huì)獲得不同的問題和知識(shí).大情境在單元教學(xué)過程中可以反復(fù)出現(xiàn)，整合單元知識(shí)，促進(jìn)對(duì)學(xué)科大概念的深度理解.

在機(jī)械能守恒定律教學(xué)中，鐵球碰鼻尖實(shí)驗(yàn)：用一個(gè)結(jié)實(shí)的細(xì)繩一端連接一大質(zhì)量的鐵球，另一端固定在天花板上.一同學(xué)緊靠墻角站立，將鐵球拉到靠近鼻尖處放手，觀察鐵球接下來運(yùn)動(dòng)過程中是否能碰到鼻尖.這個(gè)情境中發(fā)現(xiàn)鐵球前幾個(gè)來回剛好能運(yùn)動(dòng)到鼻尖處，說明這個(gè)過程中有某個(gè)物理量是守恒的；這個(gè)情境涉及重力做功與重力勢(shì)能變化；若已知最大擺角和繩長，基于動(dòng)能定理可以求最大速度；還可以和圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)鏈接，求繩子的最大張力，這就是一個(gè)大情境.

3.2 大問題指引

大問題是指向?qū)W科大概念并對(duì)大任務(wù)的進(jìn)一步聚焦.大問題是超越知識(shí)本身、闡明知識(shí)本質(zhì)、能夠指引對(duì)某一特定主題內(nèi)容的理解、激發(fā)知識(shí)間聯(lián)系和遷移的綜合性問題.大問題可以分解為若干小問題，通過對(duì)一個(gè)個(gè)小問題的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)大問題的理解，在這個(gè)過程中需要教師的互動(dòng)引導(dǎo)和學(xué)生的協(xié)作討論.

在本單元教學(xué)中，可以設(shè)置大問題：為什么說功是能量轉(zhuǎn)化的量度？對(duì)這個(gè)問題的理解建立在3個(gè)具體問題的研究基礎(chǔ)之上：（1）重力做功是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化的量度，重力做了多少功重力勢(shì)能就改變多少（包含符號(hào)，下同）；（2）合外力做功是動(dòng)能轉(zhuǎn)化的量度，合外力做了多少功動(dòng)能就改變多少；（3）除重力或彈簧彈力以外的其他力做功是機(jī)械能轉(zhuǎn)化的量度，其他力做了多少功機(jī)械能就改變多少，如果除重力或彈簧彈力以外的其他力不做功，則機(jī)械能守恒，即為機(jī)械能守恒的條件.

3.3 大任務(wù)驅(qū)動(dòng)

大任務(wù)是單元教學(xué)的核心任務(wù)，其指向單元核心知識(shí).對(duì)大任務(wù)的探究將幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)科大概念的理解，在單元教學(xué)中起著定位與導(dǎo)航的作用.在這個(gè)環(huán)節(jié)中教師提供有限的指導(dǎo)和學(xué)習(xí)支架，學(xué)生則在深度思考的基礎(chǔ)上體驗(yàn)探究，團(tuán)隊(duì)合作探尋完成任務(wù)的方案，大任務(wù)可以分解為幾個(gè)小任務(wù).

在本單元教學(xué)中，設(shè)置大任務(wù)：尋找鐵球碰鼻尖實(shí)驗(yàn)中的守恒量.這個(gè)大任務(wù)可以分解為4個(gè)子任務(wù)，并貫穿在單元學(xué)習(xí)整個(gè)過程中.子任務(wù)1：建立物理模型進(jìn)行分析；子任務(wù)2：這個(gè)過程中重力勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，厘清重力勢(shì)能和動(dòng)能的概念建立過程；子任務(wù)3：用動(dòng)能定理進(jìn)行理論探究，得到機(jī)械能守恒定律；子任務(wù)4：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究.

3.4 概念性理解

概念性理解是超越概念層面的理解，是對(duì)概念進(jìn)行縱橫聯(lián)系、深度理解形成持久性的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的過程.概念性理解是學(xué)習(xí)能夠轉(zhuǎn)移到新情境的前提條件，是通往深度學(xué)習(xí)的必由之路.在單元知識(shí)本質(zhì)理解的基礎(chǔ)上，通過對(duì)小概念進(jìn)行抽象概括形成基本原理、建立物理觀念和發(fā)展高階思維.它是單元教學(xué)的核心，發(fā)揮著承上啟下的作用，大情境鏈接、大問題指引和大任務(wù)驅(qū)動(dòng)就是為了促進(jìn)概念性理解，而概念性理解是實(shí)現(xiàn)高通路遷移（遠(yuǎn)遷移）的基礎(chǔ)和保障，在這個(gè)環(huán)節(jié)中需要教師的點(diǎn)撥升華和學(xué)生的收斂內(nèi)化.

在本單元教學(xué)中，首先通過對(duì)動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律和功能關(guān)系的理解，幫助學(xué)生建立能量的轉(zhuǎn)化與守恒觀；其次通過對(duì)從能量角度與動(dòng)力學(xué)角度解決問題的思路、過程和結(jié)果進(jìn)行比較與評(píng)價(jià)，領(lǐng)悟從能量的角度分析和解決機(jī)械運(yùn)動(dòng)問題的方法.

3.5 反思性遷移

在單元教學(xué)的過程中或結(jié)束后，引導(dǎo)對(duì)學(xué)生對(duì)自己學(xué)習(xí)的內(nèi)容、方式和結(jié)果等進(jìn)行反思與評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生理清知識(shí)內(nèi)在的邏輯結(jié)構(gòu)，理解知識(shí)背后蘊(yùn)藏的意義和價(jià)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)科大概念的進(jìn)一步理解，然后遷移其到新情境解決實(shí)際問題，在這個(gè)環(huán)節(jié)教師要做好反饋評(píng)價(jià).

本單元教學(xué)中，對(duì)于機(jī)械能守恒定律的“系統(tǒng)內(nèi)”該如何理解？是一個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思論證.根據(jù)萬有引力定律知識(shí)：g=GM地／R2，重力勢(shì)能是物體和地球這個(gè)系統(tǒng)共有的；當(dāng)彈簧發(fā)生明顯形變時(shí)，與之接觸的滑塊有一個(gè)微小形變，但由于滑塊形變量太小，彈性勢(shì)能可忽略不計(jì)，這兩個(gè)彈性形變同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)消失，所以彈性勢(shì)能也具有系統(tǒng)性.另外對(duì)于彈簧的動(dòng)能：由于是理想化的“輕彈簧”，質(zhì)量忽略不計(jì)，所以動(dòng)能為0.在這個(gè)反思的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)踐遷移解決實(shí)際問題：生活中很多學(xué)生會(huì)利用后端帶彈簧的圓珠筆玩一個(gè)小游戲：將其后端放在桌子上豎直向下按壓，突然放手后會(huì)彈起一定高度.若已知圓珠筆的質(zhì)量，請(qǐng)只利用手頭的刻度尺得出圓珠筆離開桌面時(shí)的速度大小以及彈簧的最大彈性勢(shì)能.