教学设计案例：基于物理概念的单元教学设计方案

下面以其中的“质量”概念教学为例，对单元教学设计进行具体阐释。《质量》是义务教育教科书（人教版）初中物理八年级上册第六章第一节的内容。“质量”概念教学一节内容在学生物质观建立和发展过程中处于关键位置：是学生从小学阶段具体的实物认识过渡到抽象的物质认识的第一步，为后面建立质点概念打下基础；也是学生从关注宏观物体过渡到关注组成物体的物质，将来进一步过渡到物质结构和微观组成的重要环节。质量作为物质的重要属性，概念的建立和实验测量为后续学习密度、能量等概念做了铺垫。

在整个密度单元教学设计中，我们对学生物质观建立的前概念进行了前测问卷调研，测试中发现在对“质量”概念的前认知中，学生存在物体和物质概念混淆、质量单位和体积单位混淆、不理解质量为何是物体的属性等误区和困难点。基于上述对教材、课程标准和学情的分析，我们在“质量”新授课中设计了以质量概念的建立为明线，以学生物质观的发展为暗线的双主线教学目标，基于目标设计教学主要环节和问题链，整合并选择合适的教材内容和素材，通过创设情境渗透跨学科核心概念、对比实验、联系物理学史和前沿等教学策略，突破从学生前测中发现的认识误区，实现学生对物质认知从具体到抽象、从宏观到微观的顺利过渡，切实促进学生“物质观”的发展。

（一）教学过程

教学环节一：创设情境，引入物体和物质的概念

素材：播放宇宙和自然界不同尺度的场景图像：宇宙中的星云，自然界中的万物：树木、房屋、水、尘埃……

问题设计：同学们观察这些图片，分别代表了什么物体？

物理概念：物体、物质。

物质观发展：自然界中的万物，从宏观到微观都是由物质组成的。

跨学科大概念：尺度、比例、数量、系统。

教学环节二：分类比较，认识身边的物体和物质

素材：①从身边的实物开始认识物质，能讲出不同种类的物质分类。对比图片1：竹筷、竹勺、竹砧板；图片2：铁丝、铁片、铁钉。②区分物体和物质，如：铁丝、铁钉是物体，铁是物质。

问题设计：①对比图片中的物体分别由什么做成？②做成竹筷和竹砧板所用的竹子一样多吗？

物理概念：物体、物质、质量。

物质观发展：区分物体和物质的概念，明确宏观物体是由物质组成的。

跨学科大概念：结构和功能、尺度、比例、数量。

教学环节三：阅读材料，认识质量的单位

素材：①学生前测中对质量单位的认识和误区统计。②生活中的质量单位、质量国际单位的历史和前沿阅读材料。

问题设计：①你知道生活中有哪些质量单位吗？②你知道质量的国际单位kg是如何定义的吗？

物理概念：质量。

物质观发展：物质是客观存在、可观测的，可以用数据定量表达物质的多少。物质有质量；质量单位的定义和发展。

跨学科大概念：尺度、比例、数量级。

教学环节四：实验操作，质量的测量(www.xing528.com)

素材：①前测中质量测量的生活经验。②生活中、实验室中测质量的工具图片。③学生阅读实验操作说明，演示实验：托盘天平的操作。④实验器材：托盘天平、橡皮泥。

问题设计：①同学们在生活中有没有测量过质量？②托盘天平的使用要点是什么？

物理概念：质量。

物质观发展：物质是客观存在、可观测的。学习生活和实验室中测量质量的方法和技能。

跨学科大概念：系统和系统模型。

教学环节五：对比实验，加深对质量是物质属性的理解

素材：①实验：测橡皮泥形状改变前后的质量。②实验：碘加热前后物态变化，质量不变；水凝固前后物态变化，质量不变。③实验：聂海胜上太空前后测质量的实验。④实验：糖溶解于水，质量不变；碳酸钠和稀盐酸反应前后测质量。

问题设计：①物体形状改变，质量变吗？②物体状态改变，质量变吗？③物体位置改变，质量变吗？④化学反应后，质量变吗？

物理概念：质量。

物质观发展：质量是物体的固有属性，不随物态、形状、位置的变化而变化。通过实验验证质量守恒定律：化学反应前后质量守恒；通过系列对比实验进一步理解封闭系统中的质量守恒。

跨学科大概念：系统和系统模型、稳定与变化、守恒。

（二）反思与启示

1.利用前测数据和阅读素材

鼓励学生自主发展物质观，在《质量》一课中，物体、物质和质量的概念建立与实际生活联系较多，通过课前对学生的前测调研可以唤醒学生的生活经验、发现认识的误区。根据“质量”课前测，我们对其中思维难度低的下位概念及事实性知识，如质量的单位、生活中质量的测量工具、托盘天平的操作说明等，采取了学生分享学习和自主学习替代教师直接讲授的策略。

2.通过大概念引领，突破由宏观到微观的思维障碍

《质量》一课中，学生物质观建立的难点在于他们此时还没有建立起微观的视角，很难解释为何质量不随物态的变化而变化、化学反应前后质量不变等实验现象。我们认为在学生物质观发展的过程中，不仅需要学科的概念和事实性知识支撑，更要联系背后的跨学科大概念来理解。例如，教师通过课程引入时展示从宇宙到身边的自然界、实物物体的图片，以及点评质量不同单位时按数量级排列等策略，引导学生从跨学科大概念尺度、比例、数量级等角度，初步意识到从宏观到微观的物质世界。再比如，教师在解释质量是否变化时，打破学科界限，对比物理和化学实验，并引入系统的概念解释：碳酸钠和稀盐酸化学反应实验在敞口烧杯中进行时，反应前后质量为何变了？在密封的塑料瓶中完成化学反应，前后质量为何不变？从而引导学生从系统的视角来理解物质的守恒，体会在封闭系统中物质没有减少质量就不会改变，从而理解碘升华物态变化中质量不变。

3.联系物理学史和前沿，体会物质观的发展性

在学生物质观的整体发展过程中，由于初中生认知的局限性，对物质大概念的理解具有阶段性，这种理解到高中以后还会发生变化。如对质量概念的界定，初中仅仅从牛顿《自然哲学的数学原理》一书中引用了“质量是物体所含物质的多少”作为描述，显然是不严谨的。因此对此时物质观的理解不能绝对化、固定化，而是要让学生从科学史及前沿联系的角度，体会物理观念的发展性。例如，在本节课授课前，恰逢第26届国际计量大会召开，通过了“修订国际单位制”决议，修订后的新国际单位体系以量子力学中的普朗克常数为基准，替代“国际千克原器”重新定义了质量的国际单位“千克”。将这部分阅读材料和教材上的《质量单位——千克的由来》阅读相结合，能帮助学生更好地理解质量概念的发展性、客观性、可检验性，从而培养科学态度与责任。

4.通过实验获取证据，审辨物质观建立的科学性

不同于历史上哲学层面对物质的解释，物理学科视角下的物质观发展不仅仅是模糊的经验和感受，更要经得起实验检验。促进学生物质观的发展不是简单记忆知识结论，而需要在物理实验中通过证据支持，分析论证、去伪存真，不断加深学生对物质的认知和理解。因此在《质量》一课中，对于学生认识有误区、理解困难的部分，我们精心设计了多项实验予以突破。如在质量不随物态变化而变化的理解过程中，设计了碘升华、水结冰等不同物态变化过程前后质量测量的对比实验，并创新引入了物理变化和化学反应实验的对比，帮助学生更进一步体会物质的守恒。