核心素养下基于知识整合高中物理大单元教学探析

　　陈红伟 王 雁

　　随着教育改革的深化，核心素养的培养成为教育领域的核心议题。物理教育作为科学教育的重要组成部分，对培养学生的核心素养具有特殊意义。文章着重探讨在核心素养背景下，如何以知识整合为基础，优化物理大单元教学，并分析其重要性与优势。先阐述了核心素养下基于知识整合的高中物理大单元教学优势，对高中物理大单元教学中存在的问题进行分析，探讨实施策略，并对教学效果进行评价与反馈。通过案例分享，展现此种教学方法的吸引力和有效性，并展望未来的发展前景。

　　核心素养是学生在接受相应学段教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。在物理教育中，核心素养包括科学精神、探究能力、实践能力等。这些素养的培养对于学生未来的学习和工作具有重要意义。基于知识整合的物理大单元教学模式被寄予厚望，它能够有效地将零散的物理知识整合起来，形成完整的知识体系，从而更好地培养学生的物理核心素养。然而，在实际的教学过程中，这种教学模式也存在一些不容忽视的问题。为了更好地实施这种教学模式，教师需要加强教学内容整合的研究和实践，凸显学生的主体地位和兴趣，同时加大教学资源的投入和支持，确保教学质量的进一步提高。

　　1 核心素养下基于知识整合的高中物理大单元教学优势

　　1.1 强化知识整合，完善知识体系

　　传统的物理教学模式往往注重单个知识点的传授，导致学生难以形成完整的知识体系。而基于知识整合的物理大单元教学，通过整合相关的物理概念、原理、实验等内容，使学生在学习过程中能够更好地理解和应用物理知识。这种教学方法不仅关注个别知识点的掌握，更重视知识之间的内在联系和整体性。通过将不同知识点有机地融合在一起，学生能够从整体上把握物理概念、原理和方法，形成更加完整、结构更加坚固的知识体系。这种知识整合的过程，不仅有助于提高学生的物理学科素养，更能够促进他们的全面发展，为他们未来的学习和生活奠定坚实的基础。

　　1.2 培养核心素养，促进全面发展

　　以知识整合为核心的物理大单元教学注重学生科学探究能力、思辨能力、解题能力、团队协作能力的培养。让学生在学习过程中主动参与，感受物理学习的乐趣和价值，通过引导学生主动探究、合作学习。这样的教学方式对学生物理学科素养的提高有很大的帮助，对学生的综合发展也有很好的促进作用。比如通过组织学生进行物理实验和实践活动，能够培养学生动手能力和实验技能，促进学生的思辨能力和解题能力的提高，教师在引导学生分析和解决物理问题过程中，需要学生之间相互合作，组织学生进行小组合作学习和讨论，这对于学生的团队协作能力和沟通能力也有一定的推进作用。这些核心素养的培养，不仅对学生的物理学习起着举足轻重的作用，也对学生今后的学习、生活提供了坚实的基础。

　　1.3 注重探究学习，激发学习兴趣

　　基于知识整合的物理大单元教学强调学生的探究学习。在教学过程中，教师不再是单一的知识传授者，而是成为学生学习过程中的引导者和支持者。学生通过自主探究、合作学习等方式，主动参与到学习过程中来，发现问题、解决问题，从而感受到物理学习的乐趣和价值。这种探究学习的方式，不仅有助于激发学生的学习兴趣和动力，更能够培养他们的创新意识和实践能力。当学生对物理学习产生兴趣时，他们会更加主动地投入学习中去，从而提高学习效果。同时，探究学习还能够培养学生的批判性思维和问题解决能力，使他们在学习过程中不断挑战自我、超越自我。

　　1.4 贴合学生实际，提高实践能力

　　传统的物理教学方式往往侧重于理论知识的传授，而忽视了学生的实际需求和兴趣。核心素养下注重将物理知识与社会生活、科技发展等实际问题相结合。在高中物理单元教学中，通过引入生活中的热点话题和现象以及科技前沿进展等内容，可以使物理教学更加生动、有趣，激发学生的学习热情，这种教学方式还有助于培养学生的问题意识和批判性思维，使他们能够更加深入地理解物理学的应用价值和社会意义。

　　2 高中物理大单元教学中存在的问题

　　2.1 教学内容整合的问题

　　在基于知识整合的物理大单元教学中，教学内容整合是一大挑战。由于物理知识本身具有高度的系统性和连贯性，这就要求教师在整合教学内容时，必须充分考虑到知识之间的内在联系和逻辑关系。然而，在实际操作过程中，很多教师往往难以准确把握这一点，导致整合后的教学内容要么过于简单，缺乏深度和广度；要么过于复杂，超出了学生的认知能力。此外，由于不同教师之间的教学理念和教学方法存在差异，因此在整合教学内容时，也可能出现教学内容重复、交叉或者遗漏等问题。

　　2.2 学生主体地位的缺失

　　核心素养下的物理教学强调学生的主体性和参与性，然而知识整合下的高中物理大单元教学中，学生主体地位的缺失是一个不容忽视的问题。在大单元教学中，教师往往更加注重知识点的整合和传授，而忽视了学生的实际需求和学习兴趣，这导致学生只能被动地接受知识，缺乏主动探究和合作学习的机会。同时，由于教学内容整合后的难度增加，学生可能会感到难以理解和应用，进一步加剧了他们的学习困难。

　　2.3 教学评价内容的匮乏

　　评价能反馈教学效果，指导教学提高，是教学过程中的重要环节。在核心素养下，高中物理教学的评价体系未能有效地建立起来。传统的评价体系以学生对知识的掌握程度为主要考核内容，而对学生的科学素养、创新思维、动手能力和社会责任感等方面的考核则有所忽视。这样的评价体系既不能全面反映学生的实际情况和发展潜力，又不能对改进和发展教学实践起到有效的指导作用。

　　3 核心素养下基于知识整合的高中物理大单元教学策略

　　单元整体教学的基本流程可以分为三个阶段：一是学习目标的设定。教师根据单元整体教学的总目标和学生的具体情况，设置不同层次的教学目标，既要突出重点，又要兼顾全面；二是单元内容的选择。教师在设计单元整体教学时，要依据教材，认真研究课标要求，明确单元学习重点，结合学生的实际情况，设计好教学方案。三是教师在设计单元整体教学时要进行整体规划，让学生通过自主学习、合作探究等方式来学习知识，构建知识框架。在学生构建完知识框架后，教师再结合本单元教学内容进行教学。

　　比如“热力学定律”是物理学中非常重要的部分，位于教科书高中物理选择性必修第三册的第三章。这一章内容不仅对整个物理学体系有着承上启下的作用，还在日常生活、工程技术、能源开发等多个领域有着广泛的应用价值。学习本章内容，有助于学生了解自然界中能量转化的基本规律，培养其科学素养和解决实际问题的能力。因此，本单元可以基本确立教学目标。

　　（1）知识目标。让学生掌握热力学的基本概念，如热量、温度、内能等，以及热量传递的三种方式(传导、辐射、对流)。

　　（2）能力目标。培养学生运用热力学定律分析实际问题的能力，如理解热机的工作原理、分析能源利用效率等。

　　（3）情感目标。激发学生对热力学定律的兴趣，培养其探索自然规律的好奇心，增强其环保意识和节能减排的社会责任感。

　　教师在确立这一大单元教学目标后，需要选择对应的知识内容，并以教学目标为基础进行筛选，确保大单元教学的精准性，防止后期知识点过多导致的教学混乱。考虑高中物理知识有一定的难度，而正处于青春期的大多数高中生性格较为急躁，哪怕教师为学生提供了明确的学习方向和学习框架，许多学生也会因抽象的物理知识而丧失学习兴趣。为此，教师在教学的过程中要尽可能贴合学生的实际情况，通过创设真实情境减弱学生对知识的畏惧，确保学生能够将抽象的物理知识带入现实生活，并通过学习模型的构建以及核心问题的引导，让学生在脑海中逐步形成完善的知识框架，推动知识内化。此外，教学评价对学生的学习也有着极为重要的促进作用，教师可以充分利用数字化技术，将课堂学习与课下自学相结合，并通过大数据分析学生的实际学习情况，确保教学评价更加贴合学生实际，让学生感受到教师对他们的重视，从而增强学生的学习积极性和学习自信心。

　　3.1 创设真实情境，促进知识迁移。

　　创设真实情境，对学生在不同的场合、不同的背景运用所学的物理知识，都有很大的帮助。当学生在实际生活中遇到类似问题时，能够回想起自己在课堂上所学的知识和方法，从而实现学生将理论知识转化为实际技能的有效迁移。另外，学生通过真实情境的创设，可以将物理抽象知识具体化，从而对相关概念的理解和掌握更加直观，这对学生加深对物理知识的理解，进而进行记忆巩固是有帮助的。

　　例如，随着环保意识的日益增强，节能家电逐渐受到消费者的青睐。教师可以引入一种节能冰箱作为真实情境，探讨其背后的热力学原理。在教学开始前，教师可以先向同学们展示节能冰箱的广告或实物，简要介绍其节能特点和技术参数，并询问学生为什么这种冰箱能够节能？它与传统的冰箱在热力学上有什么不同？然后结合冰箱的节能技术，讲解热力学第一定律和第二定律在节能技术中的应用，引导学生理解其中的热力学第一定律中能量守恒的概念，比如冰箱如何通过改进隔热材料和制冷系统，减少热量损失，从而提高能效，在这一过程中热力学第一定律体现在哪里？随即组织学生讨论冰箱如何通过优化热交换过程，减少热量从低温到高温的自发传递，从而提高效率，让学生对热力学第二定律中熵增的概念有简易的理解。接着引导学生分析其他家电或交通工具中的热力学原理，并讨论其节能潜力，并将学生分成小组，每组选择一种家电或交通工具，分析其热力学原理和节能潜力，要求每个小组向全班汇报其分析结果，其他小组进行点评和提问，最后由教师总结热力学定律在日常生活中的应用，强调环保意识和社会责任。

　　3.2 构建学习模型，促进知识建构

　　核心素养下教师要重视学生的全面发展，整合学科内容，将科学、技术、社会、环境等四个元素合理组合，物理教学中的学习模型可以将抽象的物理概念和理论与实际生活中的应用情境结合起来，帮助学生更好地理解物理概念和原理，并学会如何将这些知识应用到实际生活中。此外，构建学习模型不仅需要学生掌握基本的物理知识，还需要他们具备分析问题、解决问题、批判性思维等多方面的能力，这种综合性的能力训练更符合核心素养中强调对学生综合能力的培养要求。

　　针对“热力学定律”的教学，教师为促进学生对这一复杂概念的认识和应用，可以构建一个简单直观的学习模式。在教学初期，对热力学三定律的核心内容，教师先引导学生认识。零定律(Zero-Law)讲述的是两个系统之间也会达到热平衡，当两个系统各自与第三个系统处于热平衡时。第一定律，即能量守恒定律，阐明了热量和功是能量转换的两种形式，而系统的内能变化等于传递给系统的热量加上系统对外界所做的功。第二定律，即熵增定律，指出热量不可能自发地从低温物体传向高温物体，揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。为了帮助学生更好地建构这些概念，教师构建了一个简单的能量转换模型。在这个模型中教师使用不同颜色的球体代表不同类型的能量（如热能、机械能、电能等），并使用箭头表示能量转换的方向。通过这个模型，学生可以直观地看到能量如何在不同形式之间转换，并理解热力学第一定律中的能量守恒原则。然后引入熵的概念，并构建一个表示熵增的模型，教师使用堆叠的盒子代表系统的有序程度，而盒子的混乱程度则代表了熵的大小。随着系统的演化，盒子变得越来越混乱，代表熵不断增加，以此帮助学生理解了热力学第二定律中的熵增原则，以及为什么自然过程往往是不可逆的。通过这两个模型的构建和应用，不仅让学生更加深入理解热力学定律的核心内容，还能够将这些知识应用于实际情境中。比如，他们可以使用能量转换模型分析汽车发动机的工作原理或者使用熵增模型解释为什么冰箱需要持续输入电能才能维持其低温状态，帮助学生建立起系统化的知识结构，提高他们的学习兴趣和动力。

　　3.3 聚焦核心问题，促进知识内化。

　　通过聚焦核心问题，可以引导学生深入探究物理概念和原理的本质，帮助他们建立清晰、准确的知识框架，有助于学生更好地理解物理学的核心概念，为后续学习奠定坚实的基础。此外，核心问题往往涉及实际情境和复杂的问题解决过程，通过解决这些问题，学生可以学会将理论知识应用于实际情境中，提高他们的应用能力和解决问题的能力，培养综合型人才。

　　教师要先识别“热力学定律”这一单元的核心问题：如何理解热量传递、做功与内能变化之间的关系？以及如何解释和理解自然界的热现象具有方向性？这些问题直接关联到热力学第一定律和第二定律的核心内容，是学生在学习中需要深入理解和消化的知识点。为了促进学生对这些核心问题的深入理解和知识内化，教师可以先组织学生对热力学第一定律和第二定律进行深入的文本阅读和理解，通过小组讨论的形式，引导学生探讨和辨析这些定律的内涵、适用范围以及它们之间的逻辑关系，加深他们对定律的理解，培养学生的批判性思维和逻辑分析能力。接着设计一系列与核心问题相关的问题，引导学生通过思考和解答这些问题来深化对热力学定律的理解。比如，“在一个绝热系统中，当一个物体对外界做功时，它的内能会发生怎样的变化？如何用热力学第一定律解释这一现象？”引导学生将知识应用于具体情境，从而促进知识的内化。还可以选择日常生活中的一些实例，如汽车引擎的工作原理、冰箱的工作原理等，引导学生分析这些实例中热力学定律的应用，促使他们将抽象的定律与现实生活联系起来，增强对定律的直观感知和理解。在完成以上活动后，教师可以组织学生进行总结和反思，要求学生回顾他们在讨论、探究和案例分析中所学到的知识，思考这些知识如何相互联系，以及它们如何应用于更广泛的情境，进一步巩固学生的理解，促进知识的内化和长期记忆。

　　3.4 完善评价体系，巩固学习成果

　　传统的教学评价过于注重学生最终的学习成果，并没有过多地考虑到学生在学习过程中所表现出来的进步，这也就导致学生容易怀疑自我，打击他们的学习自信心。一个公正合理的评价体系应当是反映学生学习情况的基础上也能看到学生的进步，并可以通过针对性的评价，让学生发现自身学习中存在的问题，从而有针对性地引导学生改进，使学习效果得到进一步提高。考虑到高中物理大单元教学涉及的知识点比较多，相互之间联系比较紧密，因此，授课结束后，教师应着重引导学生巩固学习成果，结合教学评价中存在的问题，有针对性地加强课后练习，帮助学生更好地理解和掌握这些知识，形成完整的知识体系，以培养学生增强核心素养的思维能力和解题能力。

　　为此，在“热力学定律”大单元教学中，教师除了要观察学生在课堂上的参与程度，更要注重课上提问质量，借助有效提问，引导学生讨论，促进他们的深度思考，在传统教学评价的基础上增加课堂表现评价，通过观察学生在讨论问题过程中的表现，评价他们积极学习态度和科学思维能力。例如，教师在讲授热力学第一定律时，为了考核学生对知识的掌握程度，观察其思维的深度和广度，可以引导学生思考实际生活中能量守恒的应用，鼓励学生提出自己的见解。此外，物理是一门实验与理论相结合的学科，因此教师也要加强对实验操作考核的重视，不仅要观察学生的实验操作技能，更要考查学生对资料的处理能力以及对实验设计思路与所展现出来的创新精神。在课堂教学结束后，教师可以设计一些与热力学有关的实践性课题和项目，比如测量材料的导热系数或研究冰箱的工作原理等，以培养学生的动手实践能力和创新思维，并针对这些课题进行项目式学习的评价方式的引入，对项目最终的完成情况创新点以及学生在项目中的表现进行综合评价，使学生在解决实际问题中运用所学知识，提高学生的解题能力和团队协作精神，使评价能够全面反映学生的核心素养发展状况，从而为学生的进一步发展及教师后续的教学安排提供科学依据。此外，教师在后续“热力学定律”的复习课与习题讲解时，除了对已有知识的回顾和巩固之外，还要帮助学生进一步加深对热力学定律的基本概念与重要公式的认识和记忆。教师可以针对学生课堂上的表现，将学生划分为不同学习情况，依据学生的实际情况，结合典型例题和习题，有针对性地加以讲解。为了激发学生的自主学习和阅读兴趣，教师也可以借助多媒体教学资源，潜移默化引导学生自主学习，增强他们探究能力，使学生在课内与课外都能做到学有所成、学有提高。例如，教师可以利用网上课堂资源，事先在在线平台上发布一些经典习题供学生自主学习时参考，并把有关热力学原理的一些知识点发布出来，使学生在阅读和思考后对热力学原理有更深入的了解和认识，增强自身的综合素养。教师则可以根据学生在线上平台的浏览量以及对问题的回答，更好地掌握学生的学习兴趣点以及存在的不足，并根据这些数据进一步完善教学设计，对每个同学做好记录，完善教学评价，确保评价能够贴合不同学生的实际需求点。

　　4 结语

　　综上所述，单元整体教学是一种以核心素养为导向的教学模式，教师要结合学科内容，以单元为单位，将一节课的教学内容分成若干相对独立的教学单元，再将各单元进行整合，达到知识的相互融合、相互渗透，在每个教学单元教学开始前，对于教学的核心知识、核心能力、核心价值、具体目标等都需要搞清楚。通过单元式的“热力学定律”教学实践发现，教师要在分析研究实验数据和现象的过程中，让学生体验物理学科的价值，形成科学探究精神，形成科学态度和责任，创造真实情境，构建学习模型，聚焦核心问题进行知识学习，并在此基础上形成科学探究精神。

　　（作者单位：甘肃省平凉一中）