芶莎莎 马清霸 徐晓梅 蒋灵
［摘 要］单元教学能解决传统章节教学中某些不能解决的问题，已成为当前各学科教学的热门话题，项目学习给单元教学提供了情景任务。文章结合教学实践探讨了基于项目学习的高中物理单元教学设计的四步流程，包括单元项目主题、目标、任务、评价的设计。
［关键词］项目学习；
单元教学；
高中物理；
机械能守恒定律
［中图分类号］ G633.7 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-6058（2023）05-0049-04
一、 问题的提出
我国基础教育改革已经进入了一个新的阶段，要求物理教学要注意培养和提升学生的物理学科核心素养，帮助学生形成正确的价值观。学科核心素养不是简单地记忆公式，需要在真实情境中借助问题解决来培养。因此，要大范围地培养学生的学科核心素养就需要较大的主题、项目或任务来承载。本文结合素养目标和学生的实际情况从整体上探讨单元教学设计以及活动安排。
单元是基于一定的目标与主题所构成的教材与经验的模块［1］。崔允漷教授认为，一个单元至少要对接一个学科核心素养，依据某个核心素养的要求，结合具体的教材，按某种大任务（或观念项目、问题）的逻辑，将相关知识或内容结构化［2］。教学内容是课时教学设计的奠基石，课时教学设计把教学内容当作碎片化的知识处理，这就导致教师在教学活动中容易忽视课时教学之间的联系，因此会导致学生机械地学习物理，同时所学的物理知识也是碎片化的。因此，单元教学设计被越来越多的学者认为是撬动课堂转型的一个支点。
项目学习是一种基于建构主义理论的以学生为中心的探究性学习方式，它是学生根据教师设定的目标和任务，在真实情境中提出驱动问题，并根据问题完成自主学习、独立思考、合作讨论、成果展示等环节的学习方式［3］。罗莹教授研究发现，项目学习不仅能有效遏止常规课堂教学经常出现的知识学习与生活实践相割裂的现象，而且能有效帮助学生建构科学概念，从而培养学生的创造性思维和问题解决能力［4］。
核心素养发展是以情境为载体的，而项目学习则需要依托真实情境，围绕核心概念，给学生设置具有挑战性的任务，这个任务就是单元教学设计需要的大任务［5］。所以说，项目学习和单元教学的结合能有效促进课堂转型，使物理知识点不再散乱，同时可以促进学生参与物理课堂活动，因而项目学习是有效开展单元教学的有效途径。
基于项目学习的单元教学设计是在明确核心概念、确定单元项目主题的基础上，分析教材内容，制作知识结构图，依据课标、学情等制订单元项目教学目标，根据目标主题引入驱动问题，梳理项目主题，进行问题拆解，以此设置驱动子问题任务，学生在完成任务的基础上形成项目成果，最后进行交流、展示和评价，诊断素养水平。基于此思路，本文对基于项目学习的高中物理单元教学设计（如图1）进行探讨（以“机械能守恒定律”为例）。
二、基于项目学习的“机械能守恒定律”单元教学设计
（一）明确核心概念，确定单元项目主题
依托单元教学内容、课标及学生的学情，通过项目的推进整合物理核心概念，挖掘知识内在逻辑联系，构建知识体系。
1.单元教学内容分析
本单元的教学目标是指导学生从能量的角度研究机械运动，教材中“机械能守恒定律”单元包括功与功率、重力势能、动能和动能定理、机械能守恒定律、验证机械能守恒定律的五个部分。本单元的核心概念是机械能以及机械能守恒定律，主要包括功、动能、重力势能、机械能等重要概念以及动能定理、机械能守恒。本单元的主线是“功是能量转化的量度”。这些概念的关系如图2所示。
2.课标分析
“机械能守恒定律”单元在《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中对应“机械能及其守恒定律”这个二级主题，本模块通过实验和理论推导，让学生从机械能转化和守恒的视角分析生活中的物理问题，逐步形成能量观念。在课标中其内容要求表述如下［6］。
（1）理解功和功率。了解生产生活中常见机械的功率大小及其意义。
（2）理解动能和动能定理。能用动能定理解释生产生活中的现象。
（3）理解重力势能，知道重力势能的变化与重力做功的关系。定性了解弹性势能。
（4）通过实验，验证机械能守恒定律。理解机械能守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。能用机械能守恒定律分析生产生活中的有关问题。
3.学情分析
学生在初中已经对功、功率有了初步的了解，对动能、重力势能、弹性势能有定性的了解，对动能和势能的转化有了感性认识，并且对能量转化与守恒定律有浅层次的认识，但还未形成定量的能量守恒观念，对从能量的角度分析解决问题并不熟悉。其次，学生掌握了一些模型，如自由落体运动模型等，并且会利用极限思想和微元法研究瞬间变化和过程累积等问题，具有一定的探究能力［7］。
项目学习刚好可以为机械能守恒定律的学习、深入探究搭建一个平台，让学生在完成任务的同时习得知识。因此，把本单元内容作为大项目开展教学，將教学内容与真实情境相结合，确定本单元项目主题为“制作一个投弹机”。
（二）梳理单元项目主题，制订单元项目教学目标
本单元项目主题为“制作一个投弹机”。顾名思义，该项目的研究对象就是投弹机，要制作投弹机就需要对它的实际工作过程进行抽象建模，分析各个运动过程。而要解决这个问题就需要学生首先收集投弹机的相关资料，分析投弹机的受力情况，如地球对炮弹的吸引力等；
其次判断本单元知识点，分析相应物体的受力及其做功情况，如重力做功、做功的快慢等；
最后在脑海中强化能量转化的原理和投弹机的工作原理，形成初步的能量观，如动能和势能之间的相互转化、守恒量等概念。因此本单元就是围绕“力”“功”“能量”往下推进。通过这一系列的活动，学生能够深入分析并理解单元项目主题的本质，同时也使素养目标具体化、可操作化。由此，制定本单元项目教学目标，如表1所示。
（三）设计单元项目学习任务，实施科学探究
1.创设真实情境，引入驱动问题
融入历史背景——早期战场，在攻打城池时，士兵需要用很大的力气才能将炮弹装上炮筒，而炮弹在炮的推力作用下速度越来越大，动能逐渐增加。人们在实践中一致认同给炮弹施加的力所做的功一部分转化为炮弹前进的动能，一部分转化为其他形式的能，那么士兵持续输出的能量可以全部转化为炮弹攻打城池的动能吗？这时教师提出驱动问题：如何制作一个投弹机？为了解决这个问题，学生需要不断更新知识。接着在学生思考的时候，教师给出项目任务：针对驱动问题，小组合作完成投弹机模型的设计。
2.设置驱动子问题，确定项目子任务
驱动问题的提出就是为了让学生在做中学，让学生“做”就需要有问题驱动和思维参与，问题指引学生“做”的方向。由于驱动问题一般都比较抽象，学生难以找到解决问题的突破口，因此需要教师将主驱动问题分解成子驱动问题。使学生通过查阅资料和小组合作交流，解决一个又一个子问题，进而完成项目任务。子驱动问题在内容和难度上应该有连贯性和递进性，让学生在完成项目子任务的同时，习得本单元知识，提升核心素养。基于此，制订“机械能守恒定律”单元项目教学计划（如表2）。
3.合作探究，形成项目成果
项目学习的优点之一就是成果可视。本单元项目成果是以小组为单位设计实物投弹机。该项目让学生体验了制作的快乐，还深化了他们对本单元核心概念的理解。剖析投弹机的设计原理和能量转化、转移的特点，促进学生从能量角度分析机械运动，充分运用能量观念解决生活实际问题。通过分组探究，让学生亲历科学探究的过程，感受探究的乐趣，增强团队协作意识、提高动手操作能力及语言表达能力。项目成果如下图3所示。
（四）评价项目成果，诊断素养水平
为了评价教师的教学效果和学生的学习成果，促进教师对自身“教”和学生“学”进行反思和调整，本单元项目评价双向进行过程性评价和结果性评价。结合前期提出的教学目标和课标要求的学业质量标准，制订了单元项目的过程性评价表（用于评价学生的学习实践效果和素养水平）以及设计同伴作业练习题等纸笔测试卷和项目成果的结果性评价。
1.过程性评价
“机械能守恒定律”单元项目的过程性评价主要包括以下两个方面：（1）活动开展及学生参与情况的评价。可以从学生实际操作规范程度，学生的积极性等角度进行评价。（2）项目任务完成情况和素养水平的评价。表3为本单元项目用于评价学生学习实践达到的素养水平和综合能力的过程性评价表。
2.结果性评价
学生学习“机械能守恒定律”后，教師在本环节中通过组织学生进行投弹机制作比赛，促使学生在比赛过程中不断提高动手能力和知识运用能力。让学生在体验比赛快乐的同时，深化他们对能量转化观念的理解，强化从能量角度分析和解决生活中遇到的物理问题。同时对表现优秀的小组及个人给予奖励，公开展示项目成果，让学生有幸福感、荣誉感和仪式感。在项目成果展示时，可以邀请其他学科教师、家长、学生代表共同评价。在本教学设计中，教师对学生的评价权重占40%，其他学科教师的评价权重占20%，家长的评价权重占20%，学生代表的评价权重占20%。
三、小结
项目学习立足于项目任务，通过任务驱动，让学生就项目任务的完成或者问题的解决，进行知识学习。真正让学生在做中学，让学习方式多样化，使学习过程“看得见”。单元教学能够帮助师生建立完整的知识网络，对课时知识进行整合。而基于项目学习的单元教学可以实现知识的有效关联，帮助学生在完成项目任务的同时，实现知识的迁移与应用。项目学习促进单元教学的发展和完善，不仅能帮助学生系统地掌握知识，积极参与课堂实践，而且为教师更好地培养学生核心素养提供参考方案。但由于基于项目学习的单元教学还在不断完善中，教师需要结合课标、学生基本情况和教学内容，依据物理学科特点设计教学方案，开展合适的项目学习活动，真正实现深层次学习、理解性学习。
［ 参 考 文 献 ］
［1］ 黄泽璇，张军朋.国内中学物理单元教学设计研究现状及展望［J］.物理通报，2021（10）：151-155.
［2］ 崔允漷.学科核心素养呼唤大单元教学设计［J］.上海教育科研，2019（4）：1.
［3］ 杨明全.核心素养时代的项目式学习：内涵重塑与价值重建［J］.课程·教材·教法，2021（2）57-63.
［4］ 罗莹，谢晓雨.基于项目的中学物理教学特征研究［J］.中小学教材教学，2022（3）：60-63.
［5］ 李俊鹏，魏洁.基于物理学科核心素养的单元教学设计现状分析［J］.物理教师，2021（1）：29-34.
［6］ 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准：2017年版2020年修订［S］.北京：人民教育出版社，2020：14-15.
［7］ 朱静，莫艳萍.“机械能守恒定律”单元教学设计［J］.中学物理，2020（23）：29-32.
（责任编辑 易志毅）
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