大单元教学设计背景下的《静电场》单元设计 论文

2

大单元教学设计背景下的《静电场》单元设计摘要：大单元教学设计是发展学生核心素养的重要途径。抓住大概念、大思路、大情境

与大问题进行单元教学设计是可行的也是必要的。作者就"静电场"单元的教学设计,以教学整合和学习进阶为主线,以发展学生核心素养为目标,具体从单元地位和学习价值、

单元教学目标设计、单元学习活动设计、单元作业设计、单元评价设计、单元教学设计反思这六个维度进行了详细论述。旨在通过开展大单元教学来促进学生物理学大概念的形

成和规律的掌握及物理学学科核心素养的发展,同时也是促进课堂转型的重要“支点”。关键词：大单元，教学设计，静电场，单元设计。

引言：大单元式教学是落实学科核心素养的重要路径和撬动课堂转型的重要支点。本文结

合高中物理具体案例“静电场”,就如何通过学习单元的构建,优化、设计单元学习目标和单元学习活动来培养学生的物理学科核心素养,促进学生深度学习的同时，也促进了

教师深度思考，提升了教师的专业素养。当然为了促进学生的深度学习，培养并提升学生的物理学科核心素养，这就需要教师深度备课，深挖教材，统筹安排，做足准备工

作。大单元教学适应了新课改所倡导的“一切为了每位学生的发展”这一新课程改革

的核心理念。大单元教学体现的是“大学习”的观念，学习的目的不单单是为了考高分而是把学习做为一种终身的能力，终身的习惯去打造的。大单元教学不仅适应当下的教

育要求，而且也满足了学生自身发展的需要。本文研究的目的就是通过具体的"静电场"单元设计过程作为探讨，把学科教学，从“小单元”中解放出来，以更大的视野、

更高的层面，建构新的教学系统，把学科教学纳入一个大的教学系统，使之更趋于完美，更趋于合理，更能高效。

基于以上背景和现实教学需要，在整个教学组的帮助下，我经过一系列修订和研讨，对静电场这章内容进行了单元教学设计，具体设计内容如下：

一、单元地位和学习价值：本单元包含人教版高中《物理》必修三的第九章和第十章，基本概念多而抽象且知识综

合性比较强，其核心内容，可简单概括为“六个二”：有电荷守恒定律和库仑定律两个基本规律，电场强度和电势这两个概念，具体研究点电荷电场和匀强电场这两种电

12

场，介绍电场线和等势面两种图线，讨论静电感应和电容器两个具体问题，分析带电粒子在电场中加速和偏转两种运动。本单元是高中阶段重要的基础内容之一，是学生学

习电磁运动的开始，是电磁运动部分学习的基础，同时又为后面其他物理知识（如电路、磁场与电磁波、原子物理）的学习提供一定的理论支撑、为电现象与其他现象之间的

联系提供了沟通的渠道（后面讲到的非静电力对电荷做功与电势能的转化就是一例）。学生通过对电荷之间相互作用规律、静电场的性质等问题的研究，发展了物质观、运动

与相互作用观、能量观，体会了守恒思想，培养并提升了科学思维能力；通过库仑定律电容器充放电以及匀强电场中电势差与场强的关系的探究，提升了科学探究能力；通

过了解静电的应用、传感器的现代应用和示波管的原理等，体会物理知识与生活、技术、社会的联系，促进科学态度与社会责任的形成与发展。因此，从单元知识地位上看，本

单元内容起到了承上启下的作用；从育人价值上看，本单元是对学生已有的物理学科核心素养的继承和发展。

二、单元教学目标设计：（一）、学生情况分析：

劣势：学生需要理解并区分接触力与非接触力，学生在生活中和之前的学习中对弹力、摩擦力

等“接触力”具有直观的理解，但对“非接触力”、“引力场”没有深入认识，其初中阶段对电学的学习主要停留在以电压、电流、电阻等宏观电学参量为主的内容上。侧重基

本概念和规律的介绍及简单应用，没有进行更深入的本质研究，因此电场的抽象性和物质性造成了学生理解的难点。

优势：学生需要掌握库仑定律，会求真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的大小和方向，

该部分内容学生比较容易掌握，有利于学生对电场强度的学习。学生对矢量运算的掌握使静电力和场强的叠加原理的学习变得简单。另外，通过前面的学习学生已经具备一定

的科学思维、建构模型的能力和发现问题、并通过科学探究解决问题的能力。（二）教学目标

基于以上分析，我们制定了，本单元的教学目标、教学重难点、规划了课时并整合了知识链：

教学目标：1、物理观念层面

22

通过学习，使学生能够形成以下观念：（（（（（1）能用物质的原子核式结构模型和电荷守恒定律，分析静电现象

2）知道两个点电荷之间的相互作用规律——库仑定律3）知道电场是一种物质

4）了解电场强度的含义和矢量性5）知道静电力做功的特点

（6）知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能、电势和电势差的含义

（（（7）知道匀强电场中电势差和电场强度的关系

8）能够分析带电粒子在电场中的运动并解释与之有关的物理现象9）通过观察常见的电容器以及充放电现象，了解电容器的构造，知道电容的

含义，并能够例举电容器的应用10）了解生活中关于静电的利用和防护

要帮助学生形成上述观念，下面的“科学思维”层面的目标是具有支撑作用的。、科学思维层面

通过学习，让学生对以下各方面都能够积极参与，并能获得体会和感受：1）通过对库仑力大小的影响因素这一实际问题的探究，类比质点，能说出实际带电

体能简化为点电荷的条件，体会建立点电荷模型的重要性（2（（（2）通过研究电场的强弱这一实际问题，体会建立“试探电荷”模型的重要性

3）通过对实际带电体之间库仑力的研究以及实际带电体激发电场的空间分布的研究，体会静电力叠加和电场叠加原理中用到的微元法思想。

（（4）能利用反证法论证电场线在电场中不会相交。

5）能论证在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。

6）能论证：沿着电场线方向电势逐渐降低；电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。

7）能推导并通过实验验证：匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积。

8）能论证：处于静电平衡状态的导体，内部的电场处处为0；整个导体是个等势体，导体表面是个等势面。

（（（（（9）能简单分析说明静电屏蔽的原理。

10）能通过分析和定量计算，说明示波管的原理。32

3、科学探究层面

（（（1）通过库仑定律的探究过程，体会实验和类比在定律建立过程所发挥的重要作用。

2）通过实验探究匀强电场中电势差和场强的关系，自己总结得出正确结论。3）通过研究空腔导体内表面电荷的分布，能理解实验原理并由实验现象正确地说明

实验结论。4）通过静电计的使用，理解静电计测量电势差的实验原理并由实验现象直观体会平

行板电容器电容的影响因素，从而得出基本的结论。.科学态度与责任感层面

1）通过定量描述电场强弱和方向到形象化描述电场强弱及方向这样的符合学习规律的逻辑学习，培养学生实事求是的科学态度

2）通过库仑定律、电容器充放电的探究以及匀强电场中电势差和场强的关系，培养基于观察和实验基础之上的实事求是的科学态度

3）通过了解静电的应用、传感器的现代应用、示波管的原理，体会物理知识与生活、（4（（（技术、社会的联系，促进科学态度与社会责任的形成与发展

教学重点：库仑定律、电场强度和电势的概念以及静电的应用

教学难点：1、电场的客观存在性和物质性：由于电场比较抽象，看不见摸不着，所以学生对“静

电场作为一种客观存在的物质形式，是静电力得以发生和传递的物质基础。”理解困难、描述静电场的基本概念电场强度和电势。

2课时规划：

第一部分：力的角度描述电场第1节

电荷及其守恒定律

1

课时

第2节

库伦定律1课时

2课时第3节

电场强度

第二部分：从能量的角度描述电场第1节

电势能和电势

第2节

电势差1课时

1课时第3节

电势差与电场强度的关系

1

课时

第三部分：静电场的应用第1节

静电的防止与利用

1

课时

42

第2节

电容器的电容1课时

第3节

带电粒子在电场中的运动

2

课时知识链：

实线是教学逐渐展开的线索。由于当教学完成后，两个物理量之间就建立了双向联系，我们用虚线表示逆向求解也是可行的。

图

1

静电场知识链三、单元学习活动设计：

（一）单元活动层级图：

图

2

静电场单元活动层级图这样设计的目的也是为后面磁场的和电磁感应学习做铺垫的

52

图

3

电磁场单元活动层级图(二)跨越层级的活动设计

图

4

层级活动设计图三）活动的实验保障：为使活动能够有序的科学的进行，为学生深度学习提供可靠

（的探究依据，我们或安排学生独立制作实验器材（验电器和静电计），或师生合作制

作实验器材（电势差和电场强度关系实验器材、平行板电容器的电容影响因素探究的实验器材），或是组内教师合作制作实验器材（库仑定律探究仪一套）

62

图

5

层级活动实验器材图（【四）单元学习活动介绍：

层级1】:认识电荷守恒定律以及电荷间的相互作用物理情境创设：使两个带有异种电荷的小球接触下再分开，观察两个小球之间力的大

小、方向的变化。由此情境提出三个问题:(((1)如何改变物体所带的电荷量?

2)电荷的总量满足什么规律?3)电荷间的作用力满足什么规律?

具体知识内容安排：电荷及其守恒定律、库仑定律物理学科核心素养发展规划：与质点模型类比，体会点电荷模型。通过摩擦起电与电荷

中和等现象，体会守恒思想;体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法;通过库仑定律和万有引力定律的对比体会科学规律的对称性与自然界的和谐统一性。

主要学习方式选择：阅读物理学史材料，了解电荷发现与相互作用的探索过程;通过自制教具进行科学探究，得出库仑定律。

【层级2】:知道电场的存在并会用电场强度概念描述电场

物理情境创设：试探电荷在点电荷激发的电场中不同位置受力不同，由此情境提出两72

个递进问题:((1)如何解释点电荷与试探电荷之间的作用力?

2)如何描述电场的强弱?具体知识内容安排：电场强度、电场线

物理学科核心素养发展规划：通过了解场的存在，丰富物质观;通过电场强度的定义，体会用F/q这一比值定义电场强度的可行性，体会用场强描述场，理解场强方向的科

学约定并体会科学是对客观世界的一种解释。主要学习方式选择：阅读教材，了解关于是否存在超距作用的讨论;通过探究、交流讨

论，定义电场强度概念【层级3】:知道静电力做功与路径无关并会用电势概念描述电场

物理情境创设：带电粒子仅在静电力作用下由一点移动到另点。由此情境提出三个递进问题:

(((1)静电力做功与路径是否有关?

2)粒子的动能是什么能转化来的?3)如何定义电势概念?

具体知识内容安排：电势能、电势、电势差、等势面物理学科核心素养发展规划：通过理解静电力做功与路径无关，深化极限思想以及对

场中引入“势”概念条件的认识:通过定义电势概念，深化对功能关系的认识主要学习方式选择：通过自主学习，得出静电力做功与路径无关;通过交流讨论，定义

电势概念并深化对功能关系的认识【层级4】知道电势差与电场强度的关系

物理情境创设：带电粒子在匀强电场中由A点运动到B点。由此情境提出两个递进问题:

((1)如何分别从功的定义和能量变化的角度求静电力做的功?

2)两种思路求得的静电力做功应是相等的，由此可得出什么结论?具体知识内容安排：匀强电场中电势差与电场强度的关系

物理学科核心素养发展规划：通过电势差与电场强度关系的推导，认识到从不同角度描述场的物理量是有联系的

主要学习方式选择：通过自主学习，科学探究并推导电势差与电场强度的关系82

【层级5】:能运用静电场概念分析静电感应现象、带电粒子在电场中的运动、电容器与电

容物理情境创设：分别创设三个情境并提出问题:

(((1)把金属导体放入静电场中，导体将发生哪些变化?

2)带电粒子射入电场后如何运动?3)如何设计个容纳电荷的“容器”?

具体知识内容安排：静电感应现象、带电粒子在电场中的运动、电容器与电容物理学科核心素养发展规划：通过了解静电感应现象，加深对导体的物质结构和动态

平衡思想的认识;通过对带电粒子在电场中运动的认识，加深对运动与相互作用、能量观念的认识，并发展科学思维能力;通过对电容器、电容的认识，加深对能量及其流动

的认识主要学习方式选择：通过探究，了解静电感应现象;通过自主学习与交流讨论，从多角

度理解带电粒子在电场中的运动;通过探究，定义电容概念。四、单元作业设计：

我们紧紧围绕课程标准和学生活动目标，编写了本单元的校本作业。校本作业中既有长时作业又有短时作业，既有书面作业也有学生作品和研究报告等，非常注重将封闭式

问题转化成开放式问题，注重学生体验。以下为部分作业：1、半径为r的两个金属球，其球心相距d，现使两球带上等量的同种电荷Q，两球之间

2的静电力Fk

Qd吗？说明道理。（该题设计意图，通过具体问题，考察学生对建构点

2电荷模型解决实际问题的能力。质量水平2）

、通过观察、查阅资料等方式，了解并分析电容器应用的实例，撰写研究报告。该题设计意图：通过对物理与生活科技等实际问题之间关系的调查，小组展示报告

内容，促进小组合作学习。质量水平2）、请利用魔法棒（微型范德拉夫起电机）、电容笔、铁粉、有机玻璃板等设计一套实验

2（3方案体会静电复印并对实验效果（主要分析复印效果）进行评估和展示。（该题设计意

图：利用已经学习的静电知识，设计实验方案并评估，考察学生实验探究能力，促进小组合作。质量水平3）

92

4、请独自完成一份本章的思维导图。（该题设计意图：章节学习结束后，通过思维导图

加深对本章知识结构的理解。质量水平2）总之，我们的单元作业编排非常注重系统性、科学性、层次性、多样性和开放性，意在提

高学生学习兴趣、使学生通过学业水平考试的同时提高物理学科核心素养，让学生在掌握知识迁移的方法中，提高问题解决的能力。

五、单元评价设计：为了促进学生学习和改进教学，我们制定了评价方案，分为：过程性评价和形成性评

价。（1）过程性评价：过程性评价包括课堂提问、书面评语、自我评价和同伴评价

【课堂提问】课堂提问贯穿于我们教学的始终。主要通过设问、实际情景创设、思考与讨

论等，或是设置有针对性的问题；或是设置与学习目标有密切关联的问题；或是设置有恰当思维难度，让学生跳一跳就能摸得着的问题，在课堂上实现与学生互动。通过课

堂问答，及时了解学生学习的情况，找出存在的问题，及时加以纠正。如：在点电荷的教学过程中，我们会设问：在探究两个带电体之间的相互作用力的大小跟

哪些因素有关时，如何处理带电体的大小、形状以及电荷分布情况呢？请类比质点模型的建立，谈谈你的看法。

【书面评语】

正面激励为主，重点表达对学生学习的看法，具体地说明学生的进步、明确地指出学生学习中存在的问题以及今后努力的方向，帮助学生认识和解决问题。具体展示如下：

102

图

6

学生知识网络图图

7

学生练习反

馈图11

2

【自我评价和同伴评价】以上每一项评价，都伴随着同伴评价和自我评价。例如，我们安

排学生展示静电植绒和静电复印作品时，让他们进行自我评价和同伴评价；在学生解答书面作业时，安排他们进行自我订正或者相互订正。

（2）形成性评价：依据课标制定双向细目表，组卷测试。

六、单元教学设计反思：由于本单元的教学尚未完成，所以，我谈谈本单元设计我的所思所得：

1、优点：促进学生深度学习的同时，促进了教师深度思考；培养并提升学生物理学科

核心素养的同