王美芹 張玉峰

摘?要：介紹基于核心素養(yǎng)的高中物理單元教學(xué)設(shè)計關(guān)于“教學(xué)內(nèi)容分析”“學(xué)情分析”部分的思路與框架.教學(xué)內(nèi)容分析，即如何進行課程標(biāo)準(zhǔn)分析及圍繞大概念整合知識體系與認知體系，分析顯性知識與隱性知識，顯化學(xué)科核心素養(yǎng)載體;如何結(jié)合教學(xué)內(nèi)容進行學(xué)情分析，即分析學(xué)生認知基礎(chǔ)和進階關(guān)鍵點，為單元教學(xué)目標(biāo)的制定、教學(xué)策略的選擇及單元學(xué)習(xí)活動安排提供重要依據(jù).

關(guān)鍵詞：單元教學(xué)內(nèi)容分析;學(xué)情分析;隱性知識;學(xué)習(xí)進階

文章編號：1008-4134（2020）07-0008中圖分類號：G633.7文獻標(biāo)識碼：B

基金項目：北京市物理學(xué)會2020-2021年度科研課題“基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中物理單元教學(xué)設(shè)計”（WLXH202048）;北京市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018?年度一般課題“基于課前學(xué)習(xí)診斷的教學(xué)整合模式研究”（CDDB18155）.

作者簡介：王美芹（1970-），女，北京人，?本科，中學(xué)高級教師，研究方向：物理教學(xué)與實踐;

張玉峰（1973-），男，山東泰安人，博士，中學(xué)高級教師，北京市教育科學(xué)研究院基礎(chǔ)教育教學(xué)研究中心教研員，?研究方向：物理課程與教學(xué)論.

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)進行教學(xué)內(nèi)容分析和學(xué)情分析是進行單元教學(xué)設(shè)計的前提和基礎(chǔ).教學(xué)內(nèi)容是核心素養(yǎng)發(fā)展的載體，圍繞大概念整合單元內(nèi)容能夠明確知識在學(xué)科知識體系中的地位和作用，進一步挖掘其在發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)過程中功能與作用;精準(zhǔn)分析學(xué)情是落實以學(xué)生為中心理念的重要途徑，更是制定學(xué)習(xí)目標(biāo)、確定單元重難點、優(yōu)化教學(xué)策略、安排單元學(xué)習(xí)活動以及設(shè)計評估與反饋的重要依據(jù).

1?單元教學(xué)內(nèi)容分析的思路與框架

單元教學(xué)內(nèi)容分析旨在為新課程目標(biāo)引領(lǐng)下的單元教學(xué)設(shè)計提供內(nèi)容依據(jù)，分析的依據(jù)主要包括課程標(biāo)準(zhǔn)、教材以及學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見等其他教學(xué)指導(dǎo)文件，分析思路主要從課程標(biāo)準(zhǔn)的解讀、整合教材內(nèi)容兩個層面展開.從整體上看，可以遵循從課程文件要求到具體知識內(nèi)容整合，再到素養(yǎng)與能力載體挖掘的思路進行.

1.1?依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見和教材確定單元教學(xué)要求和具體內(nèi)容

課程標(biāo)準(zhǔn)是確定課程水平及課程結(jié)構(gòu)的綱領(lǐng)性文件.在新一輪的基礎(chǔ)教育課程改革中，新課程標(biāo)準(zhǔn)處于核心地位，它對課程目標(biāo)、課程結(jié)構(gòu)與內(nèi)容、課程評價均做出了明確要求，對各學(xué)業(yè)階段學(xué)生應(yīng)掌握的知識、技能以及物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落實與發(fā)展做出了明確規(guī)劃.學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見進一步細化了課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合教材指出每個模塊的主題內(nèi)容及要求，以模塊為單位提出教學(xué)建議和評價建議，結(jié)合教材提出實現(xiàn)課程目標(biāo)的要求與操作方法.教材則是對課程標(biāo)準(zhǔn)的具體化、提供達成課程標(biāo)準(zhǔn)要求的具體學(xué)習(xí)素材.課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見以及教材，三者具體化程度不同，但具有較高的一致性.因此確定單元教學(xué)要求和內(nèi)容通常需要結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見和教材.

分析課程標(biāo)準(zhǔn)，明確學(xué)業(yè)要求與核心素養(yǎng)任務(wù).對課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)科指導(dǎo)意見進行分析，應(yīng)從學(xué)業(yè)要求與核心素養(yǎng)任務(wù)兩個層面進行.首先梳理課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于本單元教學(xué)內(nèi)容在知識層面上有哪些要求？這些知識之間有著怎樣的邏輯聯(lián)系？然后關(guān)注學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見要求學(xué)生通過何種學(xué)習(xí)方式進行學(xué)習(xí)，最后分析本單元通過哪些知識的學(xué)習(xí)，具體對應(yīng)落實哪些核心素養(yǎng)目標(biāo)要素.例如，依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[1]（以下簡稱新課標(biāo)），梳理出《磁場》單元的核心素養(yǎng)目標(biāo)：在認識磁場對電流、運動電荷的作用過程中發(fā)展運動與相互作用的物理觀念;在從定性與定量的視角描述和解釋磁場過程中發(fā)展物質(zhì)觀和科學(xué)思維;在探究磁場對電流、運動電荷的相互作用力的影響因素中提升科學(xué)探究能力;在應(yīng)用磁場知識解決實際問題過程中培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與提升社會責(zé)任.

1.2?整合具體教學(xué)內(nèi)容，梳理結(jié)構(gòu)化概念體系

從整合的視角分析單元教學(xué)內(nèi)容，是物理學(xué)知識體系本身的要求，也是落實學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)的要求.從學(xué)科知識的特點看：物理學(xué)是由事實、概念、規(guī)律與方法構(gòu)成的系統(tǒng)化理論體系，物理學(xué)習(xí)本身要求學(xué)生從整體上建構(gòu)知識體系;從物理學(xué)的教育功能看：物理學(xué)科知識體系的建構(gòu)是將概念和規(guī)律提煉和升華形成物理觀念的基礎(chǔ)，它不僅為學(xué)生提供科學(xué)探究的思維框架，更是學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維、進一步認識科學(xué)本質(zhì)的重要支撐.在建構(gòu)概念體系過程中必然涉及具體概念之間內(nèi)在的邏輯關(guān)系，建構(gòu)概念之間清晰的邏輯聯(lián)系，有助于在學(xué)生頭腦中形成良好的認知結(jié)構(gòu)，而良好的認知結(jié)構(gòu)能夠促進解決問題的大思路的形成.

整合教學(xué)內(nèi)容的具體操作如下：在分析課標(biāo)、學(xué)科指導(dǎo)意見以及教材的基礎(chǔ)上梳理單元主要知識有哪些？然后查閱資料并結(jié)合教師經(jīng)驗，圍繞大概念或?qū)W科核心概念建構(gòu)知識體系，對本單元內(nèi)容在知識體系中的地位、作用及知識之間邏輯關(guān)系進行分析.例如，梳理“磁場”單元知識結(jié)構(gòu)圖如圖1所示.

圖1展示了以學(xué)科大概念“能量”和“相互作用”為核心的涉及中學(xué)階段的電磁學(xué)體系.其中電場、磁場、電流，以及電磁感應(yīng)、電磁波是學(xué)科大概念“能量”“相互作用”統(tǒng)領(lǐng)下與電荷相關(guān)的五個單元主題概念.電流是電荷在電場力的作用下定向運動的宏觀表現(xiàn);電場、磁場、電磁波是能量不同的存在形式;電磁感應(yīng)則揭示其他形式能與電能的轉(zhuǎn)化;電場、磁場通過與電荷、磁極、電流之間的相互作用來認識和表征;在這張圖上單元主題概念“磁場”與學(xué)科大概念“相互作用”和“能量”的關(guān)系，與單元一般概念如磁感線、磁通量、磁感應(yīng)強度、安培力、洛倫茲力等之間的邏輯關(guān)系比較清晰地呈現(xiàn)出來.

1.3?挖掘隱性知識，明確物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的知識載體

物理學(xué)習(xí)的內(nèi)容不僅包括物理概念、物理規(guī)律等顯性知識的理論體系，還包括物理學(xué)的研究方法、認識方式等隱性知識體系.如果把物理學(xué)知識體系比作一棵樹，顯性知識就像我們看到的樹枝、樹葉和果實，而隱性知識則如樹根，深藏在地下.英國物理化學(xué)家和哲學(xué)家邁克爾·波蘭尼指出：隱性知識是指那些沒有以文本形式明確表述出來，深藏在顯性知識中的相關(guān)知識[2].在教學(xué)內(nèi)容分析中充分挖掘隱性知識，讓它們適時地從“幕后”轉(zhuǎn)到“臺前”，是落實學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)的有效手段.物理學(xué)科的隱性知識是物理知識學(xué)習(xí)或者應(yīng)用中所涉及的認識方式、思想方法、跨學(xué)科概念等內(nèi)容的統(tǒng)稱[3].

物理學(xué)認識方式，是指從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識過程中所使用的思維模式（路徑）或者信息處理對策.物理學(xué)認識方式的要素有：認識對象、表征方式、認識角度與認識思路，這些要素均隱含在物理概念的深層理解、概念之間聯(lián)系以及概念體系的建構(gòu)過程中.例如，上述“磁場”單元的認識線索為：磁現(xiàn)象→磁感線（定性描述）→磁感應(yīng)強度（定量描述）→安培力（宏觀磁相互作用）→洛倫茲力（微觀磁相互作用）→直流電動機、回旋加速器等（整合應(yīng)用）;磁場單元涉及的問題描述方式有：語言文字、圖像、圖形（磁感線）、表達式等;涉及的研究對象有磁極、磁場、電流、帶電粒子等;磁場對電流與運動電荷作用可以從宏觀與微觀、運動與相互作用、能量等不同視角進行認識;對磁場的描述可以采用定性與定量、猜想、推理與驗證等不同認識思路，這些有關(guān)認識方式的要素可以幫助學(xué)生發(fā)展程序性知識和策略性知識，在單元內(nèi)容分析時應(yīng)該充分予以挖掘.

跨學(xué)科概念使不同主題、不同學(xué)科的概念建立更普遍的聯(lián)系，將跨學(xué)科概念融入物理學(xué)習(xí)可以將各科知識相互聯(lián)系整合，幫助學(xué)生更好地完善科學(xué)知識體系，形成對自然的整體認識，加深對科學(xué)本質(zhì)的理解.同時可以使學(xué)科知識與方法能夠更有效、更廣泛遷移，用以分析和解決新問題，提高理論聯(lián)系實際的應(yīng)用能力，促進思維能力、創(chuàng)新能力發(fā)展以及社會責(zé)任的提升.例如在“直線運動”單元挖掘“變化率”這一跨學(xué)科概念有著重要意義：在“直線運動”單元用位置隨時間的變化率定義速度，進而用速度隨時間的變化率定義加速度，這樣層層深入對運動的描述更加精確.這一描述變化的認識方式可以遷移用來定義許多其他物理概念：例如曲線運動中用質(zhì)點轉(zhuǎn)過的角量隨時間的變化率定義角速度，進而可以用角速度隨時間的變化率定義“角加速度”;力可以定義為動量隨時間的變化率，也可以定義為動能隨距離的變化率;電場強度可以表示電勢隨距離的變化率;磁通量隨時間的變化率定義為感應(yīng)電動勢等.可見“變化率”這一跨學(xué)科概念的深入理解，不僅可以幫助學(xué)生認識對事物變化的描述從“變化多少”到“變化快慢”的進一步精確，更可以幫助學(xué)生優(yōu)化對事物的認識、描述與表征方式.因此單元教學(xué)內(nèi)容分析對這樣的跨學(xué)科概念應(yīng)該予以充分挖掘.

此外，單元知識中蘊含重要的物理方法、思想方法等隱性知識是建構(gòu)學(xué)生認知體系、發(fā)展思維能力的重要工具，例如“直線運動”單元在建構(gòu)“瞬時速度”時涉及的“極限的思想方法”，后續(xù)在推導(dǎo)勻變速直線運動的位移與時間關(guān)系、變力做功、變力的沖量等過程都起到至關(guān)重要的作用，在單元教學(xué)內(nèi)容分析時也必須足夠重視.

除上述顯性知識與隱性知識分析，在單元教學(xué)內(nèi)容分析時還應(yīng)結(jié)合學(xué)情，充分關(guān)注物理學(xué)史中蘊含的隱性知識以及本單元與科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境（STSE）的關(guān)系[4].例如在“直線運動”單元關(guān)注伽利略研究自由落體運動過程中蘊含的質(zhì)疑精神、科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新意識與科學(xué)方法;在“萬有引力定律”單元介紹我國宇宙航行的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)生愛國主義情懷與社會責(zé)任感等.

2?學(xué)情分析的內(nèi)容與思路

學(xué)情分析是在教學(xué)設(shè)計之前對學(xué)生進行全面診斷過程，旨在更清楚地了解學(xué)生在觀念、能力、方法、素養(yǎng)等方面的已有基礎(chǔ)，對學(xué)生未來學(xué)習(xí)中可能遇到的問題、困難，可能達到的發(fā)展水平等做出評估和判斷，為確定單元教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)重難點等提供重要參考依據(jù).學(xué)情分析主要涉及學(xué)生學(xué)習(xí)單元內(nèi)容之前頭腦中已有什么？本單元學(xué)習(xí)可能經(jīng)歷怎樣的認識過程？以及影響學(xué)生認知發(fā)展的因素有哪些等.要回答這些問題，概括起來可以確定學(xué)情分析的基本框架如圖2所示.

2.1?分析原有認知基礎(chǔ)，明確單元學(xué)習(xí)起點

現(xiàn)代意義的學(xué)習(xí)過程就是學(xué)生用已有知識去建構(gòu)新知識的過程.因此在單元教學(xué)設(shè)計時，分析學(xué)生頭腦中已經(jīng)掌握的學(xué)科知識、跨學(xué)科知識、解決問題的經(jīng)驗、方法、能力等，明確單元學(xué)習(xí)的起點，是落實以學(xué)生為中心的教學(xué)理念的必備之舉.

學(xué)情分析必須要弄清學(xué)生已有的知識體系和方法體系對新知建構(gòu)正反兩方面的作用：即要分析學(xué)生已經(jīng)擁有的哪些知識和概念（包括跨學(xué)科概念）及概念之間的關(guān)聯(lián)是對單元新知學(xué)習(xí)有利的;同時也必須分析干擾新知學(xué)習(xí)的生活概念、錯誤聯(lián)系特別是學(xué)生頭腦中頑固的錯誤前概念等.例如，生活中我們用同樣的力推質(zhì)量小的物體容易推動，而質(zhì)量大的物體不容易推動，這些經(jīng)驗對我們理解質(zhì)量與慣性關(guān)系有著積極的作用;生活中“超重”的概念、望文生義對“失重”理解，都會對超重和失重概念的理解造成困難.

分析學(xué)生的認知基礎(chǔ)除關(guān)注概念、經(jīng)驗等顯性知識外，還需關(guān)注學(xué)生認知方式、解決問題策略、能力等隱性知識基礎(chǔ).例如可以通過觀察或訪談了解到，學(xué)生經(jīng)常會從生活經(jīng)驗的視角思考力與物體關(guān)系：認為形變厲害一定受力大;在分析力對物體的作用時忽略摩擦力;認為力大小和運動快慢存在因果關(guān)系;向上運動一定受到向上的力等等.分析這些知識、經(jīng)驗、能力、思維方式等認知基礎(chǔ)可以幫助我們確定單元學(xué)習(xí)的起點，對制定學(xué)習(xí)目標(biāo)、規(guī)劃學(xué)習(xí)過程、選擇教學(xué)策略有十分積極的作用.

2.2?分析進階關(guān)鍵點，突破思維障礙

所謂進階關(guān)鍵點就是學(xué)生在學(xué)習(xí)路徑上認識和理解出現(xiàn)困難的點，即出現(xiàn)“階”的“位置”.從學(xué)生的角度分析進階的關(guān)鍵點，才能抓住影響學(xué)生單元學(xué)習(xí)的關(guān)鍵因素，針對其采取有效的教學(xué)措施，從而突破思維障礙，促進學(xué)生認知發(fā)展[5].

進階關(guān)鍵點可以從認知發(fā)展和思維障礙角度來進行分析.從認知發(fā)展的角度看進階的關(guān)鍵點經(jīng)常存在于較深的錯誤概念干擾點.例如在“力和運動”單元：“有力才會有運動”這樣的錯誤前認知會對“力和運動關(guān)系”的進階造成很大的影響，從而成為進階的關(guān)鍵點.從思維障礙角度看，進階關(guān)鍵點經(jīng)常出現(xiàn)在對學(xué)生思維能力水平要求較高的“位置”，例如從平均速度向瞬時速度概念進階時，對時間和空間的無限分割，時間和位移“極短”可以看做一個時刻或者一個位置，因為十分抽象使學(xué)生難以理解，從而成為進階的關(guān)鍵點.此外進階關(guān)鍵點還可能出現(xiàn)在新模型建立的“位置”，例如勻速圓周運動模型的建立會成為從直線到曲線進階的關(guān)鍵點.當(dāng)然，除上述幾種情況之外，學(xué)習(xí)進階的關(guān)鍵點還有可能存在于其他“位置”，還需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生情況具體分析，不能一概而論.

結(jié)合教學(xué)內(nèi)容從認知發(fā)展和思維障礙角度分析進階的關(guān)鍵點，并據(jù)此確定教學(xué)目標(biāo)和重難點，實現(xiàn)單元目標(biāo)對教學(xué)策略選擇和教學(xué)活動設(shè)計的統(tǒng)領(lǐng)，是真正落實以學(xué)生為中心的單元教學(xué)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，是促進學(xué)生的認知發(fā)展、實現(xiàn)學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)的重要支撐.

3?教學(xué)內(nèi)容與學(xué)情相融合，為單元教學(xué)設(shè)計提供依據(jù)

教學(xué)內(nèi)容分析和學(xué)情分析并不是獨立的，而是密切聯(lián)系的，共同為進一步制定單元教學(xué)目標(biāo)、確定重難點、選擇教學(xué)策略、安排學(xué)習(xí)活動以及評價和反饋提供依據(jù).

教學(xué)內(nèi)容分析的根本目的是幫助學(xué)生完善和發(fā)展現(xiàn)有的知識體系和認知體系，實現(xiàn)以學(xué)生為中心的認知發(fā)展[6].因此，圍繞大概念建構(gòu)知識體系和認知體系以及解決問題的大思路的形成都依賴學(xué)生原有的認知基礎(chǔ)和認知方式.單元教學(xué)內(nèi)容的下限和上限需要依據(jù)學(xué)生情況確定;建構(gòu)知識體系、分析認知思路更需要依據(jù)學(xué)情進行.例如“磁場”單元的知識體系建構(gòu)時必須考慮學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的電場、電路知識和已經(jīng)建構(gòu)的電磁學(xué)體系;分析“磁場”單元認知思路時必須了解學(xué)生此前對電場的認識思路.讓新單元內(nèi)容的學(xué)習(xí)在原有知識體系和認知體上進一步建構(gòu)，是單元教學(xué)設(shè)計的初衷，也是實現(xiàn)從物理學(xué)視角建構(gòu)關(guān)于自然的物理圖景的新課程目標(biāo)、發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑.此外，挖掘隱性知識和跨學(xué)科概念、分析單元內(nèi)容教育價值等更是要針對學(xué)生的認知基礎(chǔ)以及對科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境（STSE）的理解來進行.例如在“曲線運動”單元挖掘極限思想方法和跨學(xué)科概念“變化率”時，必須要了解學(xué)生在直線運動中對“變化率”這一概念的理解和掌握程度.

基于學(xué)習(xí)進階的學(xué)情分析原本就是為實現(xiàn)單元內(nèi)容的學(xué)習(xí)進階而進行的，因此學(xué)生的認知基礎(chǔ)分析一定是分析與本單元內(nèi)容相關(guān)的知識、方法、能力等.進階關(guān)鍵點分析更是要針對本單元教學(xué)的具體內(nèi)容，分析學(xué)生存在哪些較深的錯誤概念干擾點和思維障礙點.例如“電場”單元學(xué)情分析中“電勢”概念成為進階關(guān)鍵點，其原因是學(xué)生的原有認知中對“力和運動”關(guān)系已經(jīng)比較熟悉，因而習(xí)慣用力和運動的視角思考物體之間的相互作用，所以對電場的認識從“力”視角向“能量”視角進階時，電勢成為進階的關(guān)鍵點.可以說學(xué)情分析的每個環(huán)節(jié)都與內(nèi)容分析相互關(guān)聯(lián)、相互滲透，就像力和運動一樣密不可分，二者共同成為單元教學(xué)設(shè)計的重要依據(jù).

綜上所述，單元教學(xué)內(nèi)容分析和學(xué)情分析共同作為合理制定單元教學(xué)目標(biāo)，并進一步圍繞單元目標(biāo)制定切實有效的活動方案、教學(xué)策略以及反饋的基礎(chǔ).這樣的單元教學(xué)指向物理學(xué)本質(zhì)，有助于實現(xiàn)真正意義上的深度學(xué)習(xí)，不僅能讓學(xué)生頭腦中“物理之樹”根基扎實、枝繁葉茂，更能發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，真正落實物理教學(xué)的育人目標(biāo);促進教師教學(xué)觀念和角色轉(zhuǎn)變，推動其專業(yè)素養(yǎng)發(fā)展.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民教育出版社，2018.

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（收稿日期：2019-02-10）