第四章单元学习活动设计

一、概述

（一）界定

单元学习活动是在单元教学设计理念指导下的基本教学开展形式，是指以学生学习兴趣和内在需要为基础，以学生主动探究为基本特征，以实现学生学科核心素养发展为目标的实践活动。

单元学习活动设计是为实现单元教学目标，基于单元教材教法分析，围绕教学重、难点所进行的学习活动设计。单元学习活动设计要能够有效突破单元教学的重点和难点，要求教师着眼于结构化设计，所设计的活动要能够促进学生的整体性发展，使学生在活动过程中更好地发展科学能力和科学思维。

物理学科中的单元活动设计基于课标要求和学生需求，依托真实的物理情境，指向学生的学科核心素养的发展。通过单元活动，学生能够体会到物理知识间的内在逻辑，并在提出物理问题、建构物理模型、解释物理现象等科学实践的过程中，习得科学思维、科学方法，逐步发展进行科学探究、解决实际问题的能力。物理学科单元学习活动设计以科学探究、问题解决为基本立足点，促使学生进行科学实践。通过整合物理概念和规律，全面提升学生的物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度与责任等核心素养。

（二）原则

为促进学生学科核心素养的发展，所设计的活动要与单元教学目标相适应．单元内的各个活动之间要呈现内在逻辑，应让学生能够真实地、主动地参与进来，物理学科的单元学习活动设计主要遵循以下原则。

1．目标导向

目标导向的单元学习活动设计要求教师在设计教学活动时，应依据课标和基本要求，理清整个单元的知识体系，明确本单元的核心概念、核心规律，确定学习内容所承载的三维目标。在此基础上选择活动的内容、形式，依据学生在活动中的可能表现，设计相应的评价等，体现目标、活动及评价的一致性。

2．真实情境

教师在设计单元学习活动时首先要选择创设与主题相关的尽可能真实的问题情境。创设真实情境是课堂生活化的有效途径，它使课堂教学更加贴近现实生活，更加突出体验。严格意义上讲，真实问题情境有别于一般物理情境，要尽量保证情境的真实性，它应当是自然界及社会生产生活中未经抽象和加工的典型现象。[1]在实际教学中，考虑到学生的认识水平和知识建构过程的实际情况，社会生活生产中的事物或现象仍需要经过教师适当地处理加工，但其“真实问题”的本质不应改变。基于真实问题情境的单元学习活动有助于学生形成物理建模等科学思维，有利于培养学生解决实际问题的能力。

3．整体设计

单元学习活动的整体设计，应该依据其对应的教材教法的整体设计、教学目标的整体设计、课程内容的整体设计、评价的整体设计以及教育资源的整体设计。单元学习活动中的各个活动应组成内在逻辑自洽的统一整体，各活动之间的联系存在于活动所基于的情境之间的联系、单一活动的教学目标与单元教学目标之间的联系、各活动对象之间的联系等。在整体设计原则指导下的单元学习活动设计，其统一性和整体性是区别于其他一般教学活动设计的本质因素。

4．主体实践

学习的主体是学生，单元学习活动的主体无疑也应是学生。[2]在单元学习活动开展过程中，要体现学生的主体地位，他们是学习的主体也是活动的主体，更是发展的主体。应当促进学生自发、自主、自动、自觉地去学习，便其在学习活动过程中做到自立、自律。学生的主体性同时应在单元活动的实践性上体现，单元学习活动应当使学生能够真正开展科学实践。在单元学习活动的进程中，学生应能够习得物理概念、物理规律等物理知识，形成物理观念，经历科学探究的过程，掌握科学方法，提升科学思维，体验用科学方法解决问题的过程及其中蕴含的科学态度与精神。

（三）分类

按照活动时空不同，单元活动可分为课内、课外以及课内、外均涉及的活动。课内活动可分为普通教室活动、专用教室（如物理学科教室、物理实验室等）活动；课外活动包括家庭、社区、各类场馆中开展的活动。有些活动涉及课内和课外的互动衔接，需要较长的活动时间，属于课内、外活动。

借助布卢姆教育目标分类学修订版框架，我们可以根据活动指向将单元活动进行分类。布卢姆认为知识根据其特征可分为四类：事实性知识（学生通晓一门学科或解决其中的问题所必须知道的基本要素）、概念性知识（能使各成分共同作用的较大结构中的基本成分之间的关系）、程序性知识（如何做什么，研究方法和运用技能、算法、技术和方法的标准）、反省认知知识（一般认知知识和有关自己的认知的意识和知识）。人的认知过程可分为六个层次：记忆（从长时记忆系绕中提取有关信息）；理解（从口头、书面和图画传播的教学信息中建构意义）、运用（在给定的情境中执行或使用某程序）、分析（把材料分解为它的组成部分并确定各部分之间如何相互联系以形成总体结构或达到目的）、评价（依据标准或规格做出判断）、创造（将要素加以组合以形成一致的或功能性的整体，将要素重新组织成为新的模式或结构）。结合物理知识的分类及认知类型，我们将物理学习活动分为四个指向：“是什么、为什么、如何做、做得如何”。四个指向的说明如表4-1所示。

表4-1
活动指向	说明
是什么	主要解决对物理事实、术语、概念等的记忆问题。
为什么	主要解决对物理概念、规律、原理、分类、模型等的理解问题。
如何做	主要解决对科学探究和问题解决过程中的程序、方法等的运用和分析问题。
做得如何	主要解决对物理学习过程和结果的反思、评价和创造问题。

（四）要素

按照中学物理单元学习活动设计的四项基本原则的要求，单元学习活动设计应包含单元大任务、活动目标、活动情境、活动过程、活动资源和活动评估等六项基本要素（表4-2）。教师在进行单元学习活动设计的过程中首先要依据目标导向原则明确活动的目标，并在此基础上依据所确定目标的特点，设计该单元的大任务。然后在真实情境原则的要求下，围绕目标创设合理的活动情境，并在情境中设计具体过程。这些过程要体现单元学习活动设计的整体设计原则，同时应满足学生需求，符合主体实践原则。在设计过程时应思考需要哪些资源？最后，还需要通过评估来反思其设计是否符合四个原则，能否达成单元教学目标。

表4-2
要素		定义
单元大任务		单元大任务指基于单元核心内容和关键问题，具有真实情境且有一定意义和价值的表现性任务，如完成一件作品、解决一个实际问题、撰写一篇研究小论文、完成一个调查研究等。单元大任务依据单元教学目标进行设计，能统领或串联后续活动的展开。
单元重点任务	活动目标	学生通过活动达成的预期结果，包括知识与技能、过程与方法、情感态度价值观三个领域的学生表现。
	活动情境	基于目标创设的活动环境，体现真实性、建构性、互动性、有效性等。
	活动过程	基于情境对单元任务的分解，需要学生去完成的认知或实践操作过程。
	活动资源	包括完成活动所需的各类器材、道具、模型、媒体、工具（如认知、协作、对话、评价量表等），为活动提供各类脚手架。
	活动评估	确定学生已经达成目标或理解问题的证据，包括表现性任务、问答题、测试、学生的自我评价和反馈等。

二、规格及说明

（一）流程

单元学习活动设计是单元教学设计的重点环节。学习活动是将单元教学目标落实到课堂的重要载体，同时，它也需要资源和评价的支持。单元学习活动设计一般分为两个阶段、四个步骤，具体流程如图4-1所示。

说明：

1．第一个阶段完成单元学习活动框架设计。根据单元教学目标，整体设计大任务和单元重点活动，分析各活动之间的结构和顺序。单元大任务的设计引导教师关注单元整体设计，大任务设计的质量应该与它能够统领和串联该单元内容的多少相关。

2．第二阶段针对每个活动进行具体设计。每一个活动的设计必须完成活动属性表的填写。单元活动一定要围绕重、难点知识的教学进行设计。

活动目标必须对接单元教学目标，但在具体活动中，又可以进一步具体化。

活动情境应体现真实性、建构性、互动性和有效性。情境还应该利于引发学生提出问题、形成任务、激发兴趣。

活动过程需要关注学习建构的顺序，需要关注对学习活动的评估。

（二）属性表

单元活动框架如表4-3所示。

表4-3
单元名称
单元目标	前一章“单元教学目标设计”的结果
大任务
活动名称	活动1	活动2	活动3	……	活动n
活动时空
活动指向
……
活动结构

每一个学习活动的属性表如表4-4所示。

表4-4
活动名称
活动时空	□课内 □课外 □课内外
活动指向	活动解决的问题类型，一个活动可以包含多种类型。
活动指向	□是什么 □为什么 □如何做 □做得如何
学习内容
活动目标
活动情境
活动资源
活动过程
活动评估

（三）问题链

1．设计单元学习活动框架

4-1-1大任务是否达成统领单元学习或串联单元活动的作用？活动形式是否丰富？

4-1-2各活动之间逻辑结构是否符合学生的学习顺序？

2．明确活动目标

4-2-1单元目标在承载活动后，是否需要作进一步调整？

3．创设活动情境

4-3-1情境是否真实？情境与学习内容之间的契合程度如何？

4-3-2情境能否激发学生的学习热情？

4．设计活动过程

4-4-1资源呈现的手段是否有效？

4-4-2过程的顺序是否符合逻辑？

4-4-3过程是否关注学生的主体参与？

4-4-4评价是否与过程建立联系？是否关注学习品质、学习习惯、学习态度等问题？

三、案例

案例1 初中“光”单元学习活动设计

单元来源：上海市九年义务教育课本（上海教育出版社）

物理（八年级第一学期）第二章光

案例提供：上海音乐学院实验学校贾晓岚陶晓明

上海市鞍山初级中学陈敏媛

单元名称	光
单元目标	本单元的主要学习活动是科学探究活动，通过经历四次重要的探究活动，逐步体会“观察、比较、猜想、验证、归纳、推理”等科学方法。通过小组合作，大组交流共享实验数据的过程，感悟与人合作的重要性。理解光的反射定律：通过经历猜想和验证猜想的过程，探究反射光线和入射光线的位置关系，知道引入法线的作用，得到光反射时遵循的规律；会用图示的方法表示光的反射规律；能用光的反射定律解释生活中相关的光现象，并在此过程中体会学习的价值。理解平面镜成像特点：通过探究平面镜成像特点的过程，经历形成猜想与假设、收集证据、验证猜想的过程，根据实验现象及数据，分析归纳得出平面镜成像的特点，并能利用平面镜成像的特点，解释生活中相关的光现象，逐步养成善于观察、敢于提问、乐于探究、学以致用的学习习惯。知道光的折射规律：通过经历探究折射角与入射角关系的过程，感受归纳的方法，知道光折射时遵循的初步规律。经历对比不同介质对光折射本领昀不同，感受观察、对比的科学方法，领略大自然中折射现象的美妙，获得对大自然热爱、亲近的体验。理解凸透镜成像的规律：通过探究凸透镜成像规律的过程，经历依据生活经验、实验观察提出探究的问题，对收集的实验信息作出归纳、比较的科学方法，得到凸透镜成像的初步规律。通过将生活中的照相机、幻灯机、放大镜的成像原理与凸透镜成像规律建立联系，感悟生活中的物理，激发学生学习物理的兴趣。
大任务	网上有一种如右图所示的“神奇的储蓄罐”在售卖，研究一下它到底神奇在哪里？拆开装置后，可以发现里面主要由两块平面镜和一个凸透镜组成。通过对平面镜和凸透镜的学习，了解它的原理，并能小组合作设计。制作一个运用光学原理的玩具。
活动名称	探究光的反射定律	探究平面镜成像特点	探究光的折射规律	探究凸透镜成像的规律
活动时空	课内	课内	课内	课内
活动指向	是什么、为什么	为什么、如何做	是什么、为什么	为什么、如何做
活动结构

【活动1】

活动名称	探究光的反射定律
活动时空	☑课内 □课外 □课内外
活动指向	☑是什么 ☑为什么 □如何做 □做得如何
学习内容	光的反射定律
活动目标	理解光的反射定律。通过“激光打靶”活动，知道光的反射现象，激发学习欲望。通过探究反射光线和入射光线的位置关系，认识法线存在的意义，理解光的反射定律，感受建模的思想，感受“猜想、验证和归纳”的科学方法。
活动情境	活动“激光打靶” 要求（设问1）：怎样利用一块平面镜使一束激光经平面镜后准确击中“目标”？学生体验尝试调整光束方向、平面镜位置等达成要求。由此引入光的反射现象、入射光线、反射光线、反射面、入射点等概念，并作出右图所示的光路图。
活动资源	【实验器材】小型光具盘、小平面镜、橡皮泥、竹签、激光手电、喷水壶、三角板、量角器等。【媒体资源】法线引入的动画；演示文稿。
活动过程	猜想环节设问2：能否由入射光线、反射面确定反射光线的位置？即反射光线和入射光线有怎样的位置关系？学生观察光路图，进行猜想：入射光线与反射面的夹角等于反射光线与反射面的夹角，有入射光线、有反射光线，法线把反射光线和入射光线分开…… 建立模型小组讨论反射光线和入射光线的位置关系，利用竹签、橡皮泥等器材建立光的反射模型（反射光线与镜面的夹角等于入射光线与镜面的夹角）…… 设问3：同学们模型中两个角度相等，两条光线似乎也在同一平面上，是否确实如此呢？实验验证利用带小门的光具盘验证反射光线与入射光线在同一平面上。设问4：反射光线与入射光线在同一平面上，在此平面上的什么位置呢？需要引入一条辅助线——法线。播放法线引入的课件，形象直观地说明引入法线的必要性，如右图所示。介绍入射角、反射角。设问5：在确定了反射光线与入射光线在同一平面后，还可看出反射光线与入射光线分居在法线两侧。怎样唯一地确定反射光线的位置呢？学生实验利用小型光具盘等器材，探究反射角和入射角的关系，记录在学习活动卡上。在这基础上，学生自主归纳得出光的反射定律。
活动评估	1．在引入法线的过程中，观察学生的行为。就学生是否感受到引入法线的必要性进行评价。 2．就学生归纳得出光的反射定律内容的顺序进行评价。按照在空间中确定一条“线”的位置的思维顺序：从三维空间中→一个平面上→平面的一部分→确定的位置，归纳光的反射定律时也应按此顺序，即：从三维空间中→一个平面上（反射光线、入射光线和法线在同一平面内）→平面的一部分（反射光线与入射光线分居法线两侧）→确定的位置（反射角等于入射角）。

【活动2】

活动名称

探究平面镜成像的特点（学生实验）

活动时空

☑课内 □课外 □课内外

活动指向

□是什么 ☑为什么 ☑如何做 □做得如何

学习内容

平面镜成像的特点

活动目标

理解平面镜成像的特点。

通过“照镜子”等活动，知道平面镜可以成像，激发学习欲望。通过探究平面镜所成的像与物的大小、位置的关系，知道成像原理，认识虚像，理解平面镜成像的特点，感受“猜想、假设、验证和归纳”的科学方法。

活动情境

活动“照镜子”

要求（设问1）：

通过体验，猜想平面镜成像有哪些特点？

学生体验

图4-6 如右图所示，尝试调整人到平面镜的距离、改变人的位置等达成要求。

由此引入物到平面镜的距离、像到平面镜的距离等概念。

活动资源

【实验器材】玻璃薄板、白纸、蜡烛（大小一样的2支）、刻度尺等。

【媒体资源】小猫照镜子视频；演示文稿。

活动过程

猜想环节

设问2：物体在平面镜中所成像的大小与物体大小的关系是怎样的？

学生观察平面镜所成的像，进行猜想：平面镜所成像的大小与物的大小相等，平面镜所成像的大小随物到平面镜的距离的增大而减小……

设问3：像到平面镜的距离和物到平面镜的距离有怎样的关系？

学生观察平面镜所成的像，进行猜想：像到平面镜的距离和物到平面镜的距离可能相等……

学生实验

利用玻璃薄板、两支相同的蜡烛、白纸、刻度尺等实验器材进行小组探究。实验时将玻璃薄板后同样大小的未点燃的蜡烛移到点燃蜡烛所成像的位置，要求从玻璃薄板前不同位置看去，玻璃薄板后未点燃的蜡烛都好像点燃似的。

接着，多次改变点燃蜡烛的位置，记录每一次实验时玻璃薄板和两支蜡烛的位置，分别用直线将像和物的位置连接起来，利用刻度尺测量出像和物到玻璃薄板的距离。在这基础上，学生自主归纳得出结论：平面镜所成像的大小与物的大小相等，像到平面镜的距离和物到平面镜的距离相等，像与物的连线与镜面垂直。

设问4：平面镜所成的像是虚像还是实像？如何验证？

学生实验移走玻璃薄板后面未点燃的蜡烛，用白纸做为光屏，放在像的位置上，观察白纸上是否有像存在。最后归纳出平面镜成像的特点。

活动评估

1．在“确定像的位置”的过程中，就学生是否认真观察，准确找到像的位置进行评价。就学生是否理解“虚像”进行评价。

2．在活动中就学生参与实验探究的过程进行评价。

3．在实验过程中，学生能否多次改变蜡烛的位置，从多组实验现象和数据中归纳得到平面镜成像的特点，即从特殊现象到普遍的规律等方面进行评价。

1．实验认真观察度	☆☆☆☆☆
2．实验过程参与度
3．实验结论达成度

【活动3】

活动名称	探究光的折射规律
活动时空	☑课内 □课外 □课内外
活动指向	☑是什么 ☑为什么 □如何做 □做得如何
学习内容	光的折射规律
活动目标	知道光的折射规律：通过“杯底生花”活动，知道光的折射现象，领略大自然中折射现象的美妙，激发学习欲望。类比光的反射定律，猜想折射光线的位置。通过经历探究折射角与入射角关系的过程，感受归纳的方法，知道光折射时遵循的初步规律。
活动情境	活动“杯底生花” 观察杯底图案“出现”的过程。设问1：不改变观察位置，为什么加水后我们可以看到杯底美丽的图案？类比光的反射定律的探究过程，引入光的折射现象、入射光线、折射光线、法线、入射角、折射角、界面、入射点等概念。作出如右图所示的光路图。
活动资源	【实验器材】激光笔、烧杯、带水槽的光具盘、带半圆形玻璃砖的光具盘等。【媒体资源】演示文稿。
活动过程	类比猜想学生用激光笔、带水槽的光具盘，充分体验各种情况下光的折射现象。设问2：折射光线和入射光线有怎样的位置关系？学生类比光的反射定律进行猜想：折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分别位于法线的两侧。折射角有时小于入射角，有时折射角大于入射角…… 设计方案根据学生猜想，研究的重点为折射角与入射角的大小关系。小组讨论确定探究折射角与入射角大小关系的实验方案。学生实验学生分组实验，一部分学生利用带水槽的光具盘等器材，探究光在空气和水这两种介质之间的折射规律；另一部分学生利用带半圆形玻璃砖的光具盘等器材，探究光在空气和玻璃这两种介质之间的折射规律。归纳结论分组讨论，归纳实验结论。重点关注学生表达实验条件与实验结论的对应关系。两部分学生实验数据的共享，比较不同透明介质对光的折射本领的不同。
活动评估	就学生归纳得出光的折射规律内容的顺序进行评价。学生是否能够将光的反射定律学习的表述顺序，自觉地运用到光的折射规律的表达。

【活动4】

活动名称

探究凸透镜成像的规律（学生实验）

活动时空

☑课内 □课外 □课内外

活动指向

□是什么 ☑为什么 ☑如何做 □做得如何

学习内容

凸透镜成像的规律

活动目标

理解凸透镜成像的特点：

通过“字母F（发光模型）成像”活动，知道发光体通过凸透镜可以在光屏上成倒立缩小像和倒立放大像，激发学习欲望。通过探究凸透镜成实像的规律，认识到统计和数形转化对归纳结论的意义，理解凸透镜成像的规律，感受“观察、比较、归纳、推理等”等科学方法。

活动情境

活动“字母F（发光模型）成像”

设问1：通过怎样的调整，可以在光屏上得到倒立缩小和倒立放大的像？

学生体验

尝试调整“字母F（发光模型）”到凸透镜的距离，以及光屏到凸透镜的距离等达成要求。

由此引入物距、像距等概念。

活动资源

【实验器材】光具座、凸透镜、字母F（发光模型）、光屏等。

【媒体资源】演示文稿。

活动过程

猜想环节

设问2：什么情况下发光体经过凸透镜可以在光屏上成一个缩小的像？

学生观察凸透镜所成的像，进行猜想：可能物距大于像距……

设问3：什么情况下发光体经过凸透镜可以在光屏上成一个放大的像？

学生观察凸透镜所成的像，进行猜想：可能物距小于像距……

设问4：什么情况下发光体经过凸透镜可以在光屏上成一个等大的像？

学生观察凸透镜所成的像，进行猜想：可能物距等于像距……

学生实验

利用光具座、字母F（发光模型）、凸透镜、光屏等实验器材进行分组探究，每次在光屏上找到最清晰的像时，将物距、像距成像情况记录在表格中。然后将表格中已经采集的有关物、像的数据转化为形象直观的图形。

设问5：当物距小于一倍焦距时，成像情况会怎样？

学生实验

将字母F（发光模型）放在凸透镜的一倍焦距以内，发现无论如何移动光屏都无法找到像。撤去光屏，从光屏一侧透过凸透镜观察像。改变字母F（发光模型）的位置，重复上述实验，最终得出凸透镜成虚像的规律。

活动评估

1．在“寻找实像”的过程中，就学生是否准确得找到像的位置、能否正确记录物距和像距进行评价。

凸透镜焦距f=_____cm

实验序号	物距u/cm	像的性质			像距v/cm
实验序号	物距u/cm	倒立或正立	虚或实	放大或缩小	像距v/cm
1
2
3
4
5

2．在探究凸透镜成像规律的实验过程中，就学生对物距分别为f、2f的位置（两个参照点）的认识过程进行评价，学生能否从多次实验现象中，推理并验证放大的像和缩小的像的分界点（即物距为2f的点），以及虚像和实像的分界点（即物距为f的点）。