大概念理念下的物理单元设计
——以初中物理“力与运动”单元为例

美国于2013年5月正式颁布《新一代K-12科学教育标准》，提出科学教育要聚焦于有限的核心概念，以学科核心概念的学习进阶为主线，强调核心概念学习的重要性。［1］这对于我们围绕有效问题建构核心概念，从核心问题出发进行单元教学的整体设计，具有重要的启示作用。

本文以初中物理“力与运动”单元设计为例，谈大概念理念下的目标制订、评价及活动设计。这里所指的“大概念”侧重于“抽象概括的程度较高、处于学科知识体系的核心位置、集中承载重要的物理观念”等特征，如“宇宙中所有的物质都是由很小的微粒构成的”（物质的微粒模型）、“力是改变物体运动状态的原因”（运动与相互作用观念）等。［2］

一、以概念性理解为本的单元目标设计

在进行单元设计时，首先需要进行内容分析，在科学划定概念层级的基础上明确大概念，并以概念性理解为本制订单元学习目标。

1.单元概念层次分析与大概念的界定。

在物理教育领域，物理概念层次分析是课程设计、教材编写、教学实践等方面的基础性工作。［3］依据概念认知复杂度和概念本体复杂度，“力与运动”单元概念层次分析如图1所示。

图1 “力与运动”单元概念层次分析

单元概念的层次分析和大概念的界定，为指向概念进阶的单元目标设计与活动设计奠定了基础。上图中，大概念“力是改变物体运动状态的原因”是经历“力与运动”单元学习后所形成的物理观念，是整合运动观念和相互作用观念的纽带。核心概念是对若干重要概念抽象概括的产物，同时又是构成学科核心概念的主要成分。重要概念是构成科学理论体系的基石，但其抽象程度概括程度不及核心概念。基础概念是人类建构科学概念并以此认识客观世界的起点或者工具。

需要说明的是，概念层次分析具有开放性和相对性。相较于初中阶段，高中阶段的模型在内容上更加丰富，这种丰富体现在内容的增加和原有内容的拓展上。各层次之间并没有明确的界限，不同研究者所采用的划分标准也不尽相同，但“物理概念是有层次的，物理学习要实现概念的进阶”是基本共识。

2.制订单元学习目标。

长期以来，单元目标设计被内容和技能目标所框定，依赖诸如了解、认识、理解等行为动词来表征心智处理所处的水平。这容易导致学生在主题和概念、事实和概括上产生混淆，学习后很难清晰地陈述一个概念性观点及相关的系列证据。［4］

大概念理念为物理课程提供了一个不同层面心智处理的清晰描述：在事实性层面上能“知道”，在概念性层面上能“理解”，在技能和过程层面上能“做”。我们以“力与运动”单元学习目标为例。

学生将知道（Know）：

·力可以改变物体运动的方向和快慢。

·二力平衡的条件。

·牛顿第一定律的内容。

学生将理解（Understand）：

·受到平衡力作用时，物体的运动状态保持不变。

·不受力时，物体的运动状态也保持不变。

·受到非平衡力时，物体的运动状态将发生改变。

·一切物体都具有惯性，惯性反映了改变物体运动状态的难易程度。

学生将能做（Do）：

·在具体情境中，运用牛顿第一定律解释相关现象。

·用物体的惯性解释有关现象。

·根据物体的运动状态判断受力情况，根据初始状态和受力情况预测物体的运动情况。

·形成充分利用惯性或防止惯性危害的设计，将惯性知识迁移到新的情境中解决问题。

用KUD替代传统课程框架中的目标，能更清晰、明确地区分知识、理解和技能，给教师提供深入思考教学设计的信息，更有效地导引教学过程和学习评价。

二、注重概念迁移应用的单元学习评价

大概念体现的是学生的深层次理解，学习评估注重学生在概念层面上迁移运用综合技能的表现。

1.设计能满足关键KUD的有意义的表现性评价任务。

评价本身也是学习过程的重要环节，围绕关键KUD设计评价任务，能起到以评价促进学习的功用。开发表现性评价任务时，要做以下考虑：（1）本项任务是否需要学生具备更高水平的主动思考？（2）你能否评估学生在事实和概念理解之间发现模式和联系的能力？（3）学生能否展现出本单元所需的关键技能？（4）本项任务是否明确联系到目标概念上？

评价任务示例1：画图记录逐次减小阻力时，物体的运动状态的改变情况。

学生作品示例1：如图2所示。

图2 阻力对运动的影响

评价任务示例2：对于“运动”和“力”这两个物理学中常常听到的物理名词，你想起了哪些相关的概念？这些概念间存在什么联系？请你尽可能详细地用知识网络图表示出来。

学生作品示例2：如图3所示。

图3 力与运动的关系（学生板书）

2.形成评估结果的有效标准。

单元评价设计不仅包含任务设计和期望描述，还应形成评估结果的有效标准。以“力与运动”表现水平划分为例。

水平1：能意识到力可以改变物体运动的方向和快慢。水平2：能简单分析常见的物理现象中力与运动的关系。水平3：知道力是改变物体运动状态的原因，可预测物体运动方向或速度大小的变化。水平4：能将单元大概念迁移应用到陌生情境解决问题，能综合使用理论、事实及证据质疑和评估已有结论。

根据上述水平划分，可以看出图3示例中的学生大致处在水平3，能抓住“力影响物体运动状态”的关键因素，具有较好的关联整合能力。但该生是否达到水平4，尚且无法判断。因此，在设计评价任务时要充分考虑表现水平的区分度。

三、以概念进阶为路线的单元活动设计

单元学习活动设计的关键是问题设计和实验设计，学生在具体的学习活动中逐步迈向更高层次的概念和更深层次的理解。

1.以关键问题驱动概念的进阶过程。

问题是课堂教学中重要的思维载体，以关键问题驱动概念的进阶，可以使学生超越某项学习的事实性内容，并在概念性层面将其纳入自己的思想。

表1 “力与运动”单元关键问题设计

2.以重要实验发展概念的深刻理解。

实验是物理学习核心的资源载体，教师应以重要实验为平台，发展学生对概念的理解，使他们逐步建构对于学科的系统认识和综合理解。

表2 “力与运动”单元重要实验设计

通过单元实验群的设计，学生首先能体会到物体的运动状态各异、受力情况也可能不同，但运动与相互作用是存在某种联系的。随后意识到，长期以来错误认识主导人们观念是由于没有意识到阻力对运动的影响。并据此推断，不受力时，运动的物体将做匀速直线运动。最后学生设计图表，归纳力与运动的关系，并回溯解释单元学习过程中观察到的相关实验现象。

需要指出的是，过于强调学生的相异构想，将教学中心聚焦于用科学概念强行替代学生的错误认识是不恰当的，而应立足于对学生已有认识的关联、拓展和整合，促进学生在原有认识基础上向物理观念发展。［5］我们倡导，从日常经验出发，通过围绕运动与相互作用观念中的核心概念来统整教学实践活动，在建构运动与相互作用观念的同时促进学科能力的发展。

基于学科核心素养建构教学单元，进行单元教学的整体设计，是课堂教学转型的支点。就知识单元（与项目统整下的“活动单元”相对）而言，以大概念理念进行单元设计是十分有效的做法。以概念理解为本的单元目标设计是起点，注重概念迁移应用的单元评价设计是保障，以概念进阶为路线的单元活动设计是关键。在进行单元设计时，评价设计先于活动设计，这有利于教学活动不偏离航道，促进评价过程与学习过程的有机融合。所有设计环节，均围绕大概念开展，这对教师PCK（特别是学科内容知识和学生理解知识）的发展具有一定的促进作用。［6］