本文为上海市教委教研室高级教师、特级教师汤清修老师在《“新教学”教师研修实践活动第一期（温州站）——基于核心素养的学科课例展示与交流活动》上的报告。她的报告结合高中物理学科课堂实例，从单元设计背景、规划单元内容、创设真实情境、设置挑战性任务、重建单元评价等方面对单元教学设计进行解读，较为完整地展示了高中物理学科“新教学”的实践经验，对落实高中物理新课标、实施新教学具有重要参考价值。
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上海市教委教研室高级教师汤清修老师
一为什么要进行单元设计？
1.课改的需求
——针对学科核心素养的落实
进入21世纪，全球政治、经济、文化、科技迅猛发展，人类的知识获取方式、生活方式、经济运作模式以及职业领域等都发生了剧烈转变。新时代对提高全体国民素质和人才培养质量提出了新要求，如何让现在的孩子适应未来的世界，是世界各国教育共同面临的巨大挑战。
为应对挑战，各国纷纷围绕个体面向21 世纪生存和发展最为关键的“核心素养”（key competencies）开展基础教育课程改革，我国亦不例外地启动了中国学生发展核心素养的研究。
，在深入总结21世纪以来我国普通高中课程改革的宝贵经验、充分借鉴国际课程改革优秀成果的基础上，以普通高中课程标准修订为标志的基础教育课程改革深化工程正式启动。这次高中课程修订特别关注对中国学生发展核心素养研究成果的转化与落实，聚焦各学科课程本质，充分挖掘对学生核心素养培养的独特价值。
1月国家教育部制定并颁布的《普通高中物理课程标准（版）》中，明确提出学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。高中物理学科核心素养主要包括“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”和“科学态度与责任”四个方面。高中物理课程要在义务教育的基础上，进一步促进学生以上四个方面的核心素养的养成和发展。
课堂教学中如何落实学科核心素养将成为今后一段时间内学科教学研究的重中之重。针对核心素养的特征：综合性、可迁移性、高阶性、情境性等，许多专家都一致认为“单元教学”是落实学科核心素养的抓手。其中有华东师范大学的钟启泉教授说“单元设计的作用——撬动课堂转型的一个支点”，崔允漷教授发表过一系列文章，强调教学设计也必须由课时转向单元。
2.教学的现状
——课时设计占主导+聚焦“三课”的教研+作业与考试功能混淆
a、课时设计占主导
在当前的教学实践中，教师仍主要按照课时进行教学设计，教学活动的基本单位也是一个课时。因此每个课时之间的联系往往不被重视，这就导致教学目标大多情况下只能停留在知识层面，而过程与方法、情感态度价值观等方面的目标则需要在长期学习活动中循序渐进地达成，在一节课中很难体现其落实，往往容易被忽视。
另一方面，物理是一门注重逻辑思维的学科，物理概念、物理规律、科学方法、科学思维等内容之间有着紧密的联系，现有的课时教学设计将这些联系不断削弱，逐渐形成一个个碎片化的知识，学生很难通过学习建构起完整的知识结构，更不能奢望其发展进行科学推理、参与科学探究、就科学问题进行论证的等能力。
b、聚焦“三课”的教研
PISA考试使上海的基础教育被国际认可，许多国外的教育同行都到上海来，他们发现我们的教研制度可能是上海PISA成绩突出的一个重要因素。目前，英国引进了上海的小学数学教材，还互派教师进行交流学习。
上海的数学老师在英国不仅用上海的教材教英国的学生，还把上海的教研也带进了英国。现在英国的一些市教育局也设定了相当于我们区教研员的角色，这个职位的老师可以去该地区的各个学校听课，甚至自己跑到学校上示范课。
上海聚焦“三课”（即磨课、听课、评课）的教研是很强的，也深受老师欢迎，有助于快速获得直接、具体的教学经验。长此以往围绕一节课的教学研究活动使教师习惯了“课时设计思维”，忽视对单元的结构化分析，如：知识的逻辑结构、学生的认知结构、教学的活动结构、课后的作业结构等，常常出现课时设计精益求精，却始终“只见树木、不见森林”，更重要的是对单元整体学习价值（尤其是培育核心素养）的缺失。
由此可见，从“基于标准的单元设计”作为切入点，聚焦单元结构分析，挖掘单元育人价值，在一定程度上切中要害，有利于解决存在的问题。
c、作业与考试功能混淆
在课程与教学调研时，发现许多学校喜欢搞校本练习，他们认为教材练习量不够，买来的练习册有可能不符合本校学生学情，于是针对本校的学生设计了校本练习大量出现。仔细审视这些学校的校本学案，发现许多校本学案相当于学案加练习，内容特别多，整体感觉作业练习与考试评价不分，考什么就练什么。
考试是在规定时间内完成、要有知识的覆盖面等要求，所以考试时会有一定量的选择题和填空题，以保证考试覆盖率达到规定范围。甚至于有的初中考试，为了避免学生考试时出现答题混乱、批改困难，出现了选择填空题，结果在相应的作业中大量出现这样的题，老师批改时就是对和错的评价，作业的复习和诊断功能都不能达成，更谈不上素养的提升。
现在许多学校一天一套练习，其中很多是重复训练，老师还不满意，说自己已经讲过很多遍，学生依然做错，其实学生更不满意，也不感兴趣。这样的学习有用吗？我曾就此跟一位大学老师交流，他对我讲：“现在的大学生很奇怪，就是一模一样的题，只要将有明确已知求解的物理题目改成解决一个真实情境问题，学生就变得束手无策了。”可见这种长期脱离实际的考试，使我们的作业、评价等都走上应考这条路。
3. 拟解决的问题
——落实学科育人价值、实现结构化教学、促进教评一致性、提升校本教研品质
二单元教学设计的课堂实例分析
单元教学设计，大的方面讲，需要做好四个方面的规划。
1.规划单元内容
——新授课原则上以教材的章节进行规划，适当进行分割或调整
新授课不建议打乱教材章节规划单元，不然会耗费老师们大量的时间和精力，为单元重新配置相应的资源。鼓励教师仔细研究教材的章和节的安排，理解教材这样安排的意图，为章选择合适的大任务，将单元学习能够有机的整合和结构化，体现单元设计的思想，当然个别内容也可以根据自己学校条件、学生情况做适当调整。
下面将现行上海使用的教材篇章与人教版的做一对比，大家会更清楚这种基于教材的调整。如下图：
第一章第四节周期运动，现在的上海教材就跟人教版不太一样，上海现行教材将“圆周运动”“振动”“波动”整合在一起，强调它们共同的特征——周期性，就有了“周期运动”这个标题。这样，学习内容要求也不一样，我们主要从运动的描述角度去讲，相关动力学部分内容放到拓展型课程，供部分学生继续学习。但版新的普通高中物理课程标准颁布统一了标准后，上海现行教材的安排明显存在该章内容过多的问题。
此外，我们看一下即将要使用的人教社必修一的教材前两章的安排，
发现，将现行上海教材第一章“匀变速直线运动”拆成两章，一章叫“运动的描述”，另一章叫“匀变速直线运动的研究”，放慢起步学习的节奏，让学生尽快适应高中定量研究的要求。
在“运动的描述”里面，包含质点、参考点；时间、位移；位置变化快慢的描述——速度；速度变化快慢的描述——加速度。但是我们站在学生学习的视角去审视这些内容，规划大任务时，我们也感到还可以做一些变化和调整，更利于学生的学习。我们发现运动的描述中，运动快慢学生比较容易观察和理解，但是速度变化为什么也要引进速度变化的快慢？这个内容也不宜直接观察，硬塞给学生，学生还是需要在下一章的学习中，不断加深理解。是否可以将该内容调整到第二章中呢？下图就是我们做的尝试。
摘自《普通高中新课程资源系列 物理 学与教指南 必修一》，详情见文末阅读原文
根据大单元教学设计理念，我们也将这些内容分成两个单元，第一单元叫“基于现代信息技术的运动研究”，相当于是运动的描述，侧重运动的记录s-t图像和v-t图像，没有急于引入加速度的概念。
加速度的概念被放在第二单元，我们用任务形式写标题，就叫“研究落体运动”。为什么我们会想到用“研究落体运动”来开始我们的匀变速运动的研究？大家知道，自由落体运动是生活中一个典型的匀变速直线运动，所以这个单元就从落体运动的研究，得出匀变速直线运动规律，最后将规律运用到对生活中各种运动的分析。在落体运动的研究中去发现落体的规律，然后进一步提出“匀变速直线运动”，再进一步提出加速度的概念。
目前上海的一些学校也对这两章的教学做了一些试验，鼓励学生用现代化的手段，重走伽利略的研究之路，体会物体沿不同斜面下滑的v-t图像，寻找规律，引出匀变速直线运动的概念和加速度的概念。
另外，这次上课展示内容中就是将原来传统的一章“机械能守恒定律”拆成两章，如下图所示，这样主要是基于单元大任务设计的思考。
我们发现，从初中到高中的学生，他们对能的认识往往比对功的认识更直接。功的知识初中学生也学过，但功很抽象，学生学到后面讨论问题都是能而不是功，所以我们就先讲清楚一件事——登楼过程中的机械功与能，单元教学设置也是先讲动能、重力势能、弹性势能、机械能，再讲功，重力做功与重力势能变化的关系，然后讲功率。主要是在真实情境登楼过程中，理解机械功、机械能以及功和能之间的关系。
而在后一章中我们设立了“摆系统能量的转化”的研究任务，主要通过学生自主的研究，去发现在一定条件下机械能守恒定律。今天物理专场活动讲的两节课，就是这个单元的第一节和最后一节。因为是摆系统，我们的主题就围绕“摆”开始。第一节课以“摆”开始，最后一节课以“摆”结束。
今天周世平老师没用到“摆”的实验，是因为时间不够，学生也不会用这些技术。实际上这节课最后要呈现的体育运动中朝鲜族姑娘荡秋千（它的显着特点是越荡越高）。这种秋千运动很有意思，只要她在秋千上下蹲、站起与摆的节奏合拍，就可以荡起来，靠运动员做功，将身体内的生物能转化为机械能。
小朋友玩的秋千主要靠大人在后面推的过程中做功，不断补充能量。让学生在对摆的研究过程中明白，体会建模、守恒的条件等。这样结束这个单元最后一节课，让学生认识真实的功和能的关系，而不仅仅只是了解机械能守恒的问题。这就是为什么我们会对教材章节作调整的原因。
2.创设真实情境
——贴近学生生活，增加学习体验，激发学习兴趣
今年5月16日，我在合肥一中听了物理课标组专家黄恕伯老师的报告。他就围绕“基于真实情境的高中物理教学”来讲，讲得很透彻。
上面引用黄老师这四句话，是希望大家真正理解创设真实情境在单元教学中的重要性。那么我们创设真实情境的设计思路是怎么做的？
首先，我们来看看现在的教材编写会与原来有什么不同。
上海在编教材，如左图
学习牛顿第一定律，一上来就是一张拔河的图，单元内容就围绕这个真实情境展开。
人教版教材，如右图
人教版教材也有很强的情境意识。每一节开头都有情境和问题。通过天安门城楼前的照片，展示长安街上的汽车。面对这个真实情境，讨论汽车的位置等问题，理解时间，建立位移等概念。
我们再来看一下“摆系统能量的转化”中创设的情境，如下图：
一上来就提出一个目标，在摆系统中寻找能量转化中的不变量。后面从“你曾观察过项链的捶饰、秋千和落地式摆钟等物体的运动吗？……”开始就是任务。老师让学生从碰鼻实验开始研究，这样创设情境更接地气。再看一个例子，在运动描述的学习中，用学生非常熟悉的情境作为学习的起点，如：运动APP，现在一些朋友喜欢在朋友圈晒图——今天跑了多少步，运动轨迹如何，下面还有许多参数。运动APP记录了些什么东西，我们就从这里开始研究，然后从这里规划出两个关键点：1.位置——从A位置到B位置，位置的变化量；2.路程——沿哪条路走的，具体路经。这样学生很容易理解时间、时刻、位移、路程等概念。单元是情境，可以串联起单元的学习内容，作为课堂也可以用一个生活中的熟悉情境引入，如今天许老师一开始做碰鼻实验，就是为了引出今天的学习任务，解密碰鼻实验为什么是安全的。之后课堂中让学生研究的摆，也是选择生活中真实的摆，有泡沫、乒乓球、铁球、塑料球以及枝条等做的摆，供学生们自主选择，这样做还预留了伏笔，希望通过学生对不同摆的研究，理解机械能守恒条件以及体会模型建立的重要性。
图为许文怡老师观摩课上
学生正进行摆的能量转化问题探究
这个单元的最后一节课由上海市奉贤中学周世平老师呈上，因为这节课带有很强的综合性，它按我们的设计就是要体现核心素养，学生要学会用前面学过的知识对真实问题进行分析，而且最后课堂结束时也应该是回归生活中摆的问题（秋千）探讨。因为时间关系，这堂课最后没能呈现，但书中我们提供了相关材料。
图为周世平老师观摩课上
学生用TRACKER软件分析视频中落体的运动
周老师用“神奇的薯片罐”引入课题、将乒乓球自由下落、高空抛物、竞技体育“撑杆跳高”等这一系列都是真实问题的研究，串联起这节问题解决的课堂。
3.设置挑战性任务
——任务目的性明确、挑战能够激发兴趣
这里的任务跟活动不一样。任务的目标性更明确，而活动有时会出现学生被动地跟着老师做，活动完成了，学生并不清楚活动的目的和意义。当然，也不能简单地将过去常说的“活动”换成了“任务”就能解决问题，而是关键要明确任务应该如何布置，如何促成学生主动参与任务的完成。
任务首先要目标明确。看一下目前我们已经编写的一些单元任务，比如“研究落体运动”，过去单元名称一般是“匀变速直线运动“，只是告诉你要学习的内容，而现在用“研究落体运动”，明确这个单元的任务是老师和学生一起研究生活中最常见的一种运动（物体下落），找出这类运动的特征、规律，然后进行推广和迁移，运用于其其它相关运动的分析与研究，这样的任务贯穿整个单元的学习。
任务还要有挑战性。简单的任务学生没有兴趣，学生只是模仿着做一遍，也不会有很深入的学习。所以要设置有挑战性的任务，这也是深度学习理论中提倡的一种策略。比如现在有一个中学生的国际比赛，叫IYPT。今年已经是第32届了，上海在五年前引入该项赛事。每年国际上会提前一年公布用于比赛的17道题目，全部是真实问题的研究，对中学生有一定的难度。
曾经有一题翻译过来叫“跳舞的硬币”，题目描述的是把一个空的玻璃瓶，放到冰箱里冷藏，然后拿出来，用硬币盖在这个瓶口，过一会儿会听到瓶口硬币跳动的声音，这就是“跳舞的硬币”。学生首先要做出实验，然后才能进行相关的研究。但是学生照着描述去做实验时，许多时候都是不成功的，做的次数多了，无意中发现，瓶口上有水时，硬币密封了瓶口，实验现象就能看到，学生发现这个奥秘很是兴奋。可见，这个液膜是实验的关键，也是后续可以研究的一个关键点，作为题目并没有直接给出，就给学生的研究增加的难度和挑战性。
学生自己研究，通过努力达成后，非常兴奋，激发了后续研究的兴趣和动力。可见，任务具有一定的挑战性能够激发学生学习的热情，更主动地参与学习。
因此，我们在设计单元中的各项任务时，非常关注这两个方面。如：
任务1 解读电子地图中的运动信息（1课时）。其中解读确实是一项任务。
任务2 实验室获取运动信息，绘制运动图像（2课时）。这就不太像，后面我们改成学会获取运动信息，绘制运动图像的技能，把这个技能学会才是任务的完成。
任务3 百米“飞人”博尔特跑得有多快（2课时），现在改为“分析百米‘飞人’博尔特跑得有多快”，学会用一个视频分析技术分析百米运动员的赛跑。这也是一个分析技术，相当于今天给大家说的Tracker软件图像，但它是专业教练对竞技比赛的分析技术与方法。
今天展示的每一节课中，老师也设定一些挑战性的任务来激发学生主动参与学习，其中周世平老师的课堂，学生表现得更为积极和主动。
图为周世平老师观摩课上
学生用TRACKER软件分析视频中落体的运动
周老师设计的这些任务，一开始“神奇的薯片罐”这一任务就能明显激起学生兴趣，现象很神奇，教师提出课堂结束时，大家都能根据学习，理解为什么会这样，并且还能自己动手做一个，学生学习情绪高涨。接着，研究乒乓球自由下落可以看成自由落体运动吗？目的主要是学习一种视频分析技能，为后面的任务完成做铺垫。针对高空抛物现象，请同学们做一回侦探，用分析软件分析高空抛物视频，推断是几楼抛出的物体……，学生的学习热情高涨，积极主动地完成了一个又一个的任务。
4.重建单元评价
——过程性评价助力学习，积极探索素养的评价
学习评价一直是课改过程中的一道难题。不管是注重学习的过程性评价，还是探索素养的评价，都是比较难的事。今天，许老师做了一些尝试，增加学习过程中的评价，促进学生的学习，不过大家可能没怎么感觉出来，为什么？
因为评价量表在学生那里，今天原本想借助现代课程交互平台进行及时统计、及时反馈，但由于网速不给力，结果课堂卡在那里，教师只能让大家看小图，就没什么效果了。现代社会没有网络、没有电，可能是非常可怕的一件事，连我们现在公开课的教学效果也直接依赖于网络和电。
现在过程性评价量表设计得还是过于复杂，没法统计上来，但评价量表设计得好，可以很好地帮助学生学习。我们做过一些研究，有高中的、初中的案例，来看一个高中的。这是周世平老师做的关于自由落体运动的微课题研究。
一开始，他觉得在学习匀变速直线运动后，布置学生去研究这样自由落体运动，通过学生的研究，然后进行课堂交流，完成对自由落体运动规律的学习，将学习的主动权交个学生。他就将学生分成几个小组，让学生做长作业，一段时间以后收上来一看，效果并不好，学生做的研究资料不全，很难在课堂上还原，只是提供了研究的结果。
周世平老师反思了自己布置的任务，发现有些是要求不明确，有些是需要提供过程指导等。有一次，第二个学程班级在这个阶段时，他设计了一份详尽的作业要求，并配合下发评价量表如下图所示。
结果再次收上来的作业明显比前一个班级强。可见布置这样的长作业需要教师前期做详尽的规划，教师如何评价学生长作业的质量，那就设计成量表提供给学生，学生就可以对照量表，开展自主研究，规范学生的研究过程，助力学生收获研究成果。
另外，人教社学期结束后也有这么一个活动，也是课题研究，活动方案做得很详细，提供的指标就是告诉学生该怎么做这件事情，也有类似的做法。因此，有些过程性评价，可以直接提供给学生，让学生边学习边对照评价量表反思自己的学习过程，促进更有效的学习发生。
我们的研究成果编成了两本书，一本教师用书，一本学习用书，可以作为大家落实新课标、开展核心素养为本的大单元、大情境、大任务的课堂教学实践的重要参考资料。
（全文完）
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▲“普通高中新课程资源系列物理学科”编委会
顾问：张民生 朱慕菊
主任：崔允漷 陆志平
副主任：杨向东 张铁道 刘红云 杨晓哲
主编：徐淀芳
副主编：汤清修
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