《教研图谱》—塔图构思单元教学设计案例

案例1　指导一次单元教学设计

年轻的小Z老师想尝试进行单元教学设计。小Z老师硕士研究生毕业后，任教于一所普通高中，现在刚好是第二年。每一个新教师必须上亮相课，这是不成文的规定。开学初，教研员给她布置任务，选择任教年级内容完成一个基于真实情境的单元教学设计，并付诸课堂实践。小Z开学初担任高一、高二年级的物理课，一个月后由于高三有学生改选考物理，她被安排担任高三教学，不再任教高二。但她还是遵从原来的设想，选择高二电路内容完成新授课的单元教学设计，并借班上公开课。单元学习内容涉及简单的串并联电路、电功和电功率这些必修内容。

（1）小Z的困惑

小Z对单元教学设计没有体验。她从教材上节日彩灯的例题得到启发，意图研究节日彩灯的问题，初步设想得到了教研员的肯定。初次面对面，她对单元教学设计没有点滴体验。因为之前没有做过这事，也没有看到过他人的样本，无法模仿。小Z的困惑是，不知道如何进行单元设计。课堂实践之前，小Z多次与教研员H交流她的想法。

（2）初次交流

教研员介绍单元设计的初步想法，并提供了一个框架塔图。塔图就是给了她一个框架，便于她思考，见图3-4。要求先在图中填上内容，完成塔图，思考一下如何完成单元教学设计。然后，根据以往课堂的经验为后期的活动设计，提供一些参考建议，同时提醒她要清楚“课堂中的每一个教学行为的意图和目标是什么”。

图3-4　单元教学设计最初的框架

教研员要求小Z学科核心素养目标始终牢记在心，并为她提供了一些主要步骤：

①创设情境，拟任务群

②分析学情，确定策略

③确定重点，明确目标

（3）再次交流

小Z是在做一件开拓性的事情。在忙于高一、高三教学任务的同时，她利用业余时间进行构思。大约两周后，她把情境、任务以及一些活动的设计和教研员进行了交流，具体见图3-5中每个子任务统领的活动。

图3-5　“电功、电功率”单元教学设计初稿

（4）单元设计过程

我们一起来看看小Z老师创设的具体真实情境，并根据情境拟定的任务群的初稿。

①创设情境，拟定任务群

小Z创设的具体真实情境

情境：晚饭过后，我们和家人漫步于城市的街道，享受着美好时光，道路两旁闪闪发光、五彩斑斓的小彩灯为我们呈上视觉的盛宴，心情也是彩色的。我们也一定希望这种美好伴随着每一个夜晚，那我们就一起来研究小彩灯吧。

小Z拟定的单元名称和单元任务

表3-1　小Z老师拟定的单元名称和单元任务

教研员H与小Z的对话

H：情境是真实情境，描述温馨，但是单元名称不够明确。“璀璨的夜空”，可能会被误以为是研究星星。单元名称可以用单元大任务的名称。小任务描述的语言还不够简洁明了，而且用了“验证”一词，没有凸显科学探究的味道。准备安排几课时？

Z：安排2课时。

表3-2是小Z在对话前后对单元名称和单元任务描述的修改情况。

表3-2　对话前后单元名称和单元任务的比较

点评：对话后大任务更直接明了，小任务则简洁明确，大任务统领小任务。同时为单元分配了课时。

对话后，塔图的修改见图3-6，并对每个任务的活动进行了设计。

图3-6　“电功、电功率”单元教学设计的任务群修改

在确定了任务群后，小Z又作了教材、学情的分析，明确教学策略。于是便又有了教研员H与小Z的再次对话。

②分析学情，确定策略

对话前的学情分析和策略分析

在本单元学习中，围绕璀璨夜空的小彩灯引出电路连接和耗电。在初中学习了电流、欧姆定律、串并联知识的基础上，进一步从微观角度阐述电流的形成本质，通过实验验证小灯泡组成的串联电路和并联电路中电流、电压和电阻的关系，并把这种关系拓展到串并联组合电路中。

在初中学习了电功、电功率的基础上，进一步从本质上来理解电功和电功率，通过对比分析普通小彩灯和LED小彩灯一年的耗电，树立节能意识。

整个单元的学习，可以让学生感受到物理为我们美好的生活增光添彩，深刻体验到物理与生活的联系，同时学会分析现实与理想存在差别的原因，并从本质上思考如何缩小这种差距，从而让我们的生活更加绚丽多彩，最终目标是促进学生物理学科核心素养的养成和发展，增强社会责任感。

教研员H与小Z的再次对话

H：学情分析和策略分析的架构有了，但是仍然存在一些问题。单元教学内容描述得不够明确；缺少单元的地位分析；学习价值分析不够充分；重难点不明确；学情分析不够清晰；缺少教学策略分析；表述不清晰，有些词不达意。例如，什么叫“从本质上来理解电功和电功率”，“通过”什么对比分析普通小彩灯和LED小彩灯。“学会分析现实与理想存在差别的原因，并从本质上思考如何缩小这种差距”，不明确想要说什么，什么现实与理想，什么本质，什么差距。

H：单元学习内容在初中都有认识，注意初高中衔接，要思考高中学习与初中学习的区别。

Z：应该重点放在串并联组合电路、实际功率和额定功率的区别。

H：单元教学设计就是要讲一个单元的故事。请回答想做什么，怎样做，具体已经设计了哪些活动。

Z：通过点亮小彩灯引入电路的基本组成，然后学习电流的微观解释。利用APP软件“物理实验课”完成串并联特点的复习。由点亮小彩灯实验和观察小彩灯结构，引出组合电路。课本上有个小彩灯例题，可进行电路动态分析。比较普通小彩灯和LED小彩灯一年的耗电，树立节能意识。

H：可以先按教学环节来思考单元的各个活动。学生对电路的基本组成非常熟悉，小彩灯实验引入，只是为了引出电路的组成没有必要，也很难说对学生的兴趣有激发作用。物理实验注重实验探究，不要用虚拟软件，请设计真实的物理实验探究。用APP软件虚拟实验，与任务1研究节日小彩灯的连接，存在怎样的逻辑关系？任务2的学习，例题能不能围绕课堂中实验用的真实的小彩灯设计问题？

H：整个设计请围绕小彩灯展开学习。点亮小彩灯实验引入，可以重新设计，要有点悬念，引发冲突，直接引出任务。通过小灯泡分组实验探究和观察小彩灯的结构得出小彩灯的连接。围绕小灯泡分组实验的数据和铭牌，引出实际功率和额定功率，进一步学习电功率概念。根据真实小彩灯的数据，编制例题，计算电功和电功率，并与LED灯比较耗电情况，树立节能意识。

对话后修改的文本

本单元涉及教材中“A.简单串联、并联组合电路”“B.电功　电功率”两节内容的学习。这些内容是后面闭合电路学习的基础。本单元的重点是组合电路、电功率的概念和计算。难点是组合电路的分析、小灯泡的亮暗是由实际功率决定的。完成本单元学习需要2课时。（单元及教材分析，序言的背景）

学生在初中已经学过简单的串联和并联电路特点、欧姆定律、电功和电功率的概念。在前期已经学过电场，为电流的微观解释奠定了基础。高一学过功和能的关系，为电流做功和电能的转化之间的关系奠定了基础。（学情分析，序言的背景，引发冲突）

整个单元设计创设生活中的真实情境，采用任务驱动、问题导向策略，把大任务分解成小任务，增强学生体验，围绕揭开小彩灯的奥秘展开学习。（策略分析，序言的回答）

在本单元学习中，围绕城市夜晚的小彩灯学习电路连接和耗电。第1课时，在初中学习了电流、欧姆定律、串并联知识的基础上，通过文本材料的自学，进一步从微观角度认识电流的形成。通过实验探究，得到三个小灯泡连接的四种方式，从而复习初中的串并联知识，同时引出组合电路的学习。然后利用刚学过的组合电路知识，研究一个小彩灯的结构。最后进一步拓展到一串彩灯的连接方式，完成组合电路的应用。第2课时，在初中学习了电功、电功率的基础上，进一步从做功和能量转化的角度来理解电功和电功率。通过铭牌的认识和实验探究，得出小灯泡的亮暗由实际功率确定，会辨别用电器的实际功率和额定功率。观察两种节日小彩灯（白炽灯和LED灯）的电功率，估算夜上海一年小彩灯的耗电情况，通过对比分析，帮助学生树立节能意识。通过对小彩灯某个灯丝断了而引起的电路变化的分析，完成本单元所有知识的综合应用。（正文，想如何做？）

通过本单元的学习，可以让学生感受到物理和生活紧密联系，物理离不开生活，同时物理为我们美好的生活增光添彩。通过实验，培养科学探究的素养，学会问题分析。通过耗电对比分析，增强社会责任感。（正文，想做得如何？）

上述任务分析，也可以通过塔图的形式呈现。在这里就不画了。

③确定重点，明确目标

我们一起来看看小Z和教研员对话后活动的修改，见表3-3示例1和表3-4示例2。(www.xing528.com)

表3-3　示例1　任务1中活动1　引入环节的比较

点评：初稿实验设计只是引入电路的组成，还不足以引发学生学习的兴趣，没有充分挖掘演示实验的作用。修改后，实验步步惊心，不仅引出课题，还充分激发了学生的学习兴趣，同时培养学生基于证据解释的意识，促进科学探究方面学科核心素养的发展。

表3-4　示例2　任务2中活动3　计算电功率的比较

点评：初稿抛出的很多问题指向性不明，难以回答。讨论属于假讨论，讨论点不符合学生的认知。实验演示的辨析度可能较差，提出的“比较哪串亮”问题，难以回答。整个问题链的逻辑关系还不够清晰。修改后，紧紧围绕小彩灯设计问题，数据真实，实例一训练学生选择公式完成电功率的计算，实例二通过计算电功进行对比分析，基于证据解释节能，同时树立节能意识。

（5）单元设计定稿塔图

最后根据前期的修改和对话，构建塔图3-7。

图3-7　“小彩灯的连接和耗电”单元教学设计

整个单元教学设计历时一个多月，在教研员和新教师的对话中，不断蜕变。从修改前后的文本来看，新教师在教学设计过程中的进步可见一斑。年轻的小Z老师选择单元中的第一课时完成亮相课，课堂教学效果不逊于一个经验教师。她做了一件开拓性的事情，尝试单元教学设计并付诸课堂教学实践。

上述案例中，在单元教学设计的着手阶段，用金字塔思维帮助新教师快速地把握单元教学设计的全局，并为后面单元教学设计文本的撰写提供了框架。

现在已经了解教学设计就是为观课者讲个故事，为了讲好故事训练解决问题的思维，我们在不断地用金字塔思维来思考。基于单元设计的要求，教学设计又落脚于平时的每堂课，我们还可以尝试撰写单元视角下的课时教学设计。

案例2　修改一个单元视角下的教学设计

根据《中学物理单元教学设计指南》一书要求，在备课组完成单元教学设计的基础上，教师站在单元的视角，针对自己班级的学情，结合单元教学设计方案，根据自己的个性特点，创造性地进行课时教学设计。

你有没有尝试过单元视角下的课时教学设计？或许你还在构想中，或许你已经有过尝试。我身边的小X老师就在尝试。

（1）小X老师的初步设计

小X老师想尝试单元视角下的教学设计。她被迫接受学校展示活动日的公开课任务，活动主题为“基于单元设计的课堂教学”。整个教研组她年纪最小，又肯花工夫。她对单元设计有了一些研究，不久之前她利用她自己创新的实验教具“基于单元教学的圆盘使用”实验说课，在市比赛中荣获一等奖。她任教高一物理，根据活动日期和教学进度，确定公开课内容是“力的合成”，属于共点力的平衡这一章，也正好可以展示新的教具。

她花了大量的时间准备。展示活动日前一个月，她开始准备，晚上几乎都在学校里度过，甚至到凌晨。她先准备教学资源，在物理学科教室准备好本单元所有实验；然后进行单元教学设计，完成指南中的单元设计所有属性表的填写；再撰写单元视角下基于标准的“力的合成”教学设计的初稿；最后在物理学科教室进行课堂试讲，为观课者提供了一份文本初稿。

①小X老师的教学设计初稿

小X老师提供的教学设计文本初稿篇幅很长，共有9页，约6800个字，是我见过的最长的一篇教学设计，可以说是一篇教学论文。由于篇幅太长，就不在这里全部呈现了。

学校为参与活动日公开课的老师提供了教学设计模板，小X老师在模板的基础上，构建了她的教学设计框架。

从教学设计框架来看，这节课的确是在单元视角下的教学设计。它阐述了单元的核心内容、主要目标和课时计划（即单元任务分析），同时又阐述了本节课在单元中的地位（即教材分析）、教学目标和重难点、教学流程和教学活动，可以说涵盖了教学设计和单元教学设计的所有栏目。设计意图中阐述了单元设计的背景，尤其凸显了学科核心素养，也突出了教学评价设计的考虑。同时，活动设计分为课前、课中和课后，也是为了凸显对单元设计的思考，表明了课之间的连贯。

小X老师尝试单元教学设计，为此她花了大量的时间，付出了大量的精力。

在她教学设计文本的初稿中可以发现她准备的踪迹。她列出了此单元的课标内容，并对课标的内容进行了细化，对课时进行了规划，对本课时的教学内容在单元中的作用和地位进行了详细阐述。“力的合成”一课，属于“物体的平衡”一章的内容，本章是在学习常见的力，会进行受力分析，并学会力的合成和分解方法，其最终目标为解决物体的平衡问题。上科版的教材中把“研究两个共点力的合成”作为学生实验，重点在探究矢量的运算法则——平行四边形定则。

同时，她前期还对实验教学进行了研究，做了问卷调查，得出了实验教学的现状。

“实验重结果轻思考过程。具体表现为：仅关注是否按实验的步骤操作、实验的数据是否得出、实验的结论是否正确，然后再用各种习题进行实验的巩固，而忽视学生对实验原理的思考、对数据可靠性的辨别、对数据处理方式的选择、对实验结论如何科学规范地归纳以及对实验的误差分析等。”

“以往的实验教学学生自主思考并探究的比例为零。说明学生在平时的实验学习中，几乎不会去思考实验，实验要探究什么，怎么设计，如何操作，该注意些什么，他们都不太关心。他们习惯了等待和接受老师的建议，更别提让他们自主探究、再对实验的现象和数据进行评估和反思了。”

“在传统实验教学中，不论是学生对实验的思考过程还是操作中细节的把握和规范，教师通常容易忽视。主要是缺乏有效的手段和依据进行评价，从而缺失了过程性评价对学生实验积极性的驱动，往往会导致学生对实验没有兴趣、实验质量要求不高等问题，学科核心素养难以落实。”

这些都写入了她的教学设计文本，表明了在本单元本课时中需要加强实验教学的理由，也是凸显过程性评价的理由。

粗阅小X的教学设计文本初稿，可以窥见她进行教学设计过程的踪迹，而且她是在努力讲一个故事，一个有关单元视角下的教学设计的故事。在平时的教学设计上，回答着“为什么做”“做什么”“怎样做”等一系列问题的基础上，增加了单元分析的元素。

②小X的试讲课

试讲课在物理学科教室完成，容量很大。课堂中“研究共点力合成”实验教学过程如下：在认识共点力的基础上抛出求合力的问题，先引导学生猜想、假设，然后利用给定的器材和已经讨论过的方案对两个互成角度的力进行合成，并完成交流，得出结论。实际上，此实验探究很难，验证容易，在完成实验操作得到图形以后，由于误差的原因，很难观察出这些力构成一个平行四边形，除非已经知道平行四边形定则。正是鉴于此原因，在完成传统实验的基础上，小X老师要求学生进一步改进实验，利用她自己创新设计的实验教具，很精准地完成了实验。最后得出平行四边形定则。

③小X老师的烦恼和纠结

虽然她完成了教学设计文本的撰写，整个试讲课的确也是按照她预设的流程完成的，但她还是很烦恼、很纠结。

烦恼的是教学设计的文本总觉得还不是很有逻辑性，词藻有堆砌问题，显得有点凌乱，且篇幅很长，太啰唆。她确确实实地在认真完成《中学物理单元教学设计指南》书中所有属性表的填写基础上，撰写了这篇教学设计的文本。观课者通常在听课前的课间才拿到文本，如果篇幅太长，观课者很难在课间极短的时间内阅读完，也就很难和执教者站在“同一位置”来观课。因此，观课者肯定只是粗略地读一下，很难理解小X老师长篇幅撰写的意图。

纠结的是在一节40分钟的课堂中，在原有传统实验已经占满整堂课的情况下，还要继续完成改进实验并得出结论，时间完全不够。传统实验作为学生实验不能不做，改进实验因为可以更好地得出实验结论，又很想做。

如何解决小X老师的烦恼和纠结，需要快速地作出决断。文本的条理需要更加清晰，尽力凸显小X老师的设计意图，站在单元的视角，又要凸显实验教学中的过程性评价。在有限的40分钟展示课堂内，传统实验和改进实验如何取舍或安排，必须要满足小X老师的想法，要有改进实验的教学过程，作为本节课的创新点。

我们看到，小X老师正努力构建一个单元视角下的课时设计，她是花了大量的时间和精力来完成目标的解读、实验的准备等工作的，但是文本的效果和课堂的试讲都还不尽人意。该如何快速地解决小X老师遇到的问题，让文本和课堂都有一个较满意的构思呢？调整课堂和修改文本是同一件事情，首先需要尽快确定上课内容。

（2）构画塔图修改设计

①小X老师课堂教学内容的确定

首先要做的是帮小X老师确定上课内容。本课时中传统的学生实验不能不做，而小X老师又想展示新教具完成学生实验的改进，并精准地得出结论。因此，需要把试讲课中的传统实验和改进实验分成两课时，第一课时是一节实验课，让学生利用弹簧测力计和画图板充分完成共点力合成的传统实验。只要求学生在同一张白纸上用作图法作出两次实验的力的图示，不交流反馈，不得出实验结论，在课堂中拍摄一些学生完成实验的视频。回家作业是让学生猜想它们之间的关系。第二课时，通过学生交流上节课实验作图以及传统实验操作视频，提出实验误差问题。然后在此基础上讨论改进实验方案，并用新教具再次进行实验，反馈交流后得出结论。

②小X教学设计文本的修改

为修改小X老师这节课的教学设计文本，需要尽快厘清思路，用金字塔思维构建一个塔图，舍去与本堂课关系不大的内容，或浓缩本堂课的主要思想，见图3-8。

图3-8　小X老师“单元视角下力的合成”（第2课时）教学设计

文本修改后篇幅大大减少，字数约为3600，减少了一半。舍去了实验现状的具体内容，建议另外写成实验论文。对文本进行了框架调整，对其中的一些文本内容找到新的归属地，对一些内容进行了建构，修改后的文本不在这里具体呈现了。下面我们选取部分内容比较一下修改前后的情况，从而对课时和单元之间的关系有进一步的认识和理解。

③部分文本修改前后的比较

修改前后框架的比较，见表3-5。

表3-5　单元视角下教学设计框架的前后比较

单元任务修改前后比较，见表3-6。

表3-6　修改前后单元任务的比较

修改前只是课时及相应教学内容的呈现，教学内容没有结构，处于碎片化状态。修改后有单元设计的思想，大任务统领子任务，大任务体现了单元的核心内容。子任务按顺序完成，属于时间逻辑序。修改后的单元任务框架，为单元内容之间的结构提供一个全局视角，本课时在单元中的地位也一目了然。