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“逆向教学设计”视角下的高中物理“三化”课堂的探索

发表时间：2021/4/12 来源：《现代中小学教育》2021年3月作者：王海岳

[导读] 逆向教学设计突出了对目标导向和学生视角的重视，是实施核心素养背景下的指向学生发展，指向学科本质，指向立德树人要求的一种有效的教学设计模式。课堂教学中的情境化、问题化、结构化是有效提升教与学质量的有效途径，本文对逆向教学设计视角下的高中物理三化课堂作些探索。

浙江省宁波市镇海区龙赛中学王海岳邮编315201

摘要：逆向教学设计突出了对目标导向和学生视角的重视，是实施核心素养背景下的指向学生发展，指向学科本质，指向立德树人要求的一种有效的教学设计模式。课堂教学中的情境化、问题化、结构化是有效提升教与学质量的有效途径，本文对逆向教学设计视角下的高中物理三化课堂作些探索。
关键词：核心素养逆向教学设计情境化问题化结构化
        核心素养背景下的物理教学有三个指向要求：指向学生发展，指向学科本质，指向立德树人。学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。逆向教学设计，是一种先确定学习的预期结果，再明确预期结果达到的证据，最后设计教学活动以发现证据的教学设计模式。它强调以清晰的学习目标作为出发点和归宿点，把评价设计提到教学活动设计的前面，使教学成为发现证据的过程，逆向教学设计集中突出了对目标导向和学生视角的重视，是实施核心素养背景下三个指向要求的一种有效的教学设计模式。
        一、“逆向教学设计”的三个阶段
        逆向教学设计的基本程序是：（1）依据课程标准，确定教学目标；（2）依据教学目标，明确评价标准；（3）依据教学目标与评价标准，制定教学计划，确定教学内容。
        阶段1：依据课程标准，确定教学目标。
        根据《高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》，教学预期的确定应着眼于普通高中物理学科核心素养培养的要求。通过高中物理课程的学习，学习应达到如下目标。
        1.形成物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等，能用其解释自然现象和解决实际问题。
        2.具有建构模型的意识和能力；能运用科学思维方法，从定性和定量两个方面对相关问题进行科学推理、找出规律、形成结论；具有使用科学证据的意识和评估科学证据的能力，能运用证据对研究的问题进行描述、解释和预测；具有批判性思维的意识，能基于证据大胆质疑，从不同角度思考问题，追求科技创新。
        3.具有科学探究意识，能在观察和实验中发现问题、提出合理猜想与假设；具有设计探究方案和获取证据的能力，能正确实施探究方案，使用不同方法和手段分析、处理信息，描述并解释探究结果和变化趋势；具有交流的意愿与能力，能准确表述、评估和反思探究过程与结果。
         4.能正确认识科学的本质；具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是，不迷信权威；关心国内外科技发展现状与趋势，了解物理研究和物理成果的应用应遵循道德规范，认识科学·技术·社会·环境的关系，具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感。
        阶段2：依据教学目标，确定合适的评估证据。
        评价不仅要依据课程标准全面检查学生所学的基础知识和基本技能，更重要的是要深入检测学生是否通过基础知识和基本技能的学习形成正确的物理观念，是否掌握了科学的思维方法，是否具有相当的探究、解决实际问题的能力，是否具有科学的态度和责任感，判断学生所达到的物理学科核心素养水平。教师如何知道学生是否已经达到了预期结果？哪些证据能够证明学生的理解和掌握程度？评价任务设计一般包括以下三个步骤。
        1.根据物理学科核心素养和学业质量水平的要求，制定评价目标。要说明学生在什么样的问题情境中，运用哪些物理知识、思想和方法，其行为应达到什么样的水平。
        2.根据评价目标和课程内容要求设计评价内容。评价内容的设计应以物理基本概念和规律为依托，指向物理学科核心素养，创设有利于学生讨论、探究的真实问题情境，评价学生在真实学习环境中物理学科核心素养的表现水平，以提高评价的真实性和准确性。
        3.依据学科学业质量水平制定评价指标。评价指标的制定要针对评价内容，依据物理学科学业质量水平进行具体描述，要体现学生在具体学习活动中的行为表现。
阶段3：依据教学目标与评价标准，设计学生学习活动及相应的指导。
在此阶段教师要了解学生的知识水平，了解学生的认识、经验所达到的高度、思维的品质，还要了解学生的心理水平，了解学生引发学习的条件；深化学习的条件和条件设计的理论基础。此阶段也是教师“心中有学生、脑中有结构、手中有方法“三有能力的集中体现。课堂教学中倡导“情境化、问题化、结构化”的三化呈现。
        二、“三化”课堂教学的探索
        学习的过程本身就是认知结构的不断提升的过程，是对学习内容所反映的事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间的内在联系达到达到相对清晰化、概括化、深刻化、系统化理解的过程，并通过同化和顺应达到意义建构。
        教学设计要符合学生的认知水平和认知规律，不同的学生，同一问题逻辑设计，问题的设计，甚至问问题时的表情，表达都要不同，适应学生的课才是好课。课堂教学的一般过程主要包括如下四个环节：原有认知结构、新有问题系统、新旧相互作用和新有认知结构。在整个课堂教学过程中，笔者认为应贯穿“情境化、问题化、结构化”三化的呈现。
        1.情境化
        新的问题系统，应建立在学生原有认知结构基础上，教师要创设学生已有认知情境相似的学习内容和学习情境，引发学生对新的学习内容的期待，引导学生利用情境实现迁移。创设新的学习情境的主要途径有：实验情境，生活情境、人文情境等。
        （1）实验情境
        物理学是一门以实验为基础的学科，实验是情境化呈现的一种最常见的方式。如《电荷守恒定律》一节教学中，可设置师生互动实验：让学生思考并实践用一根玻璃棒在不接触易拉罐情况下，拉动水平放置的易拉罐（配图、配器材）。在《超重、失重》概念教学中，可设置多个师生互动实验，千言万语说不清，一看实验就分明。

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        （2）生活情境
        物理学是一门联系生活非常密切的学科，很多生活情境可以作为教学情境。如在电场概念引入时，可以创设情景：观看透明提线木偶的视频，思考木偶运动的原因，法拉第在牛顿基础上进一步思考，大胆作出了电场的猜想与假设。在《闭合电路欧姆定律》一节教学中，让学生体验用伏特表测一节干电池和一块叠层电池两极间的电压分别为1.5V 、8.3V ，猜想将2.5V小灯泡与2节干电池相接和一节叠层电池相接，小灯泡的发光情况。
        （3）人文历史情境
        物理教学蕴涵着独特、广阔和深刻的教育因子。如在《黑体辐射》一节教学中，可以从1870年普法战争谈起，法国战败后给了德国一大笔战争赔款，而且把两个州割让给德国，这两个州靠着德国的鲁尔工业区，鲁尔区铲煤，没有铁，而这两个州有铁，没有煤。德国人就用这笔钱来发展钢铁工业。炼钢控制炉温是关键，科学家在炉上面开一个小孔，根据热辐射在不同的波长的能量密度的分布，可以得到一个实验曲线，根据这个实验曲线的高矮形状，就可以判定炉温。对实验曲线与经典理论解释之间冲突的研究，引发了量子力学的诞生。在《自由落体运动》一节教学中，引导学生阅读新闻《最美妈妈徒手接住27m高楼坠落儿童》，讨论从9楼下落的孩子，最美妈妈接住前的速度。在《重心》概念教学中，通过对欹器的介绍与实验，让学生一起讨论人生观与价值观等等。
情境不仅在开始教学时需要创设，在教学推进中也可以反复构建。情境化不仅可以有效保持学生学习的注意力，对全面提升学科核心素养也将产生积极的作用。
        2.结构化
        结构不仅是结构化的学科知识，还包括结构化的解决问题有用的经历、方法、策略和程序、规范等。结构决定功能，不同的结构会产生不同的功能，不同的教师会有不同的结构，有助学生高效学习的结构是教师教学综合能力的集中体现。设计学生学习体验，学习活动要有一定的结构，这样才有助于学生理顺问题内在的逻辑链，当预期结论与研究结果出现冲突时，才能激发学生不断地追根溯源，寻找问题的热情。
        课标告诉我们《追寻守恒量》的重点应突出守恒量的定性追寻。创设情境基础上，可设计如下追寻的逻辑与结构：（1）感悟生活中守恒思想；（2）追寻实验情境中的守恒量——机械能；（3）展示新的情景，与原有知识产生矛盾，追寻新的守恒量；（4）展示新的情景，追寻更广阔的的守恒量；（5）课后追寻自然界中其它守恒量。
        在《生活中的圆周运动》教学中，可以引导学生对生活中各种圆周运动作分类研究，引导学生形成一条清晰的学习逻辑线索与结构，懂得物理学从直观到抽象，从简单到复杂，从特殊到一般的研究问题的方法。明确生活中的圆周运动的学习结构是从水平方向圆周运动到斜面上水平方向圆周运动，从斜面上圆周运动到竖直面上圆周运动，分析绳子和杆子在竖直面上二个特殊位置到竖直面上的一般位置分析，形成清晰的学习结构。
        3.问题化
        从根本上说，教学结构的设计主要体现在有效问题链的设计。教学中的有效问题，是指能够激起学生的探究欲望，并能促使他们运用已有知识，通过质疑、分析或推理，去主动建构新知识的问题。有效问题一般应遵循三个原则：（1）问题链的设计要建筑在学生原有的认知水平，需要思考从学生的生活经验和实验现象提出怎样的问题；（2）问题链的设计要在符合认知的最近发展区理论，要不断制造思维碰撞和思维冲突；（3）问题链的设计一定要有内在的结构和联系。让一组步步逼紧的问题系统贯穿整个教学过程，激发学生的思维和学习兴趣，让学生感受物理学科的内在魅力。
设计的问题要求制造矛盾与冲突情景，而且矛盾要落在学生能达到的最近发展区（难度最近发展区、情感最近发展区），问题数量、速度要符合学生实际。通过师生的双边活动，引导学生新旧知识结构相互作用（过程）从而推动学生思维的内部矛盾运动的过程。
        如《原子核的人工转变和组成》，除了知识学习，还有进行科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识等良好科学素质教育的众多题材。可以物理学史上的研究过程为主线索，设计五个怎么，即：原子核的组成问题是怎么被提出的？原子核的组成问题是怎么进行探究的？质子是怎么被发现的？中子是怎么被发现的？原子核的组成是怎么样的？将硬知识与软知识融合贯穿、有机结合，让学生通过课堂学习，对所面对的物理世界，达到既知其然，又知其所以然，既习得世界是什么的认知，又习得面对世界怎么做的能力。在《电荷守恒定律》教学中，在创设实验情境的基础上，引导学生提出本课研究的二个核心问题，磨擦为什么能带电和易拉罐究竟是怎么样被拉动的。每一问题又设置若干台阶性问题和拓展性问题，揭示起电的方式和实质，学习了知识又懂得了科学探究的方法。
        三、“逆向教学设计”的课堂教学反思
        认知教学心理学告诉我们，知识是分类的，不同的学习内容，其学习过程与支撑条件并不相同。学生学习活动设计，需要教师站在学生的角度，根据学习的条件，设计好引发学习活动能够充分展开的情景、实验、问题，将“学”的过程还给学生。
        1.教学目标的设定和达成
        教学目标是教学的出发点和归宿，逆向教学设计过程中你要不断问自己，这堂课你想给学生留下点什么？应该给学生留下点什么？我的教学目标达到了吗? 我们怎么知道学生已经达到预期结果或既定标准的要求? 怎样的学与教能促进预期结果的达成等？
        2.教学结构的设计
        金刚石和石墨同为碳元素组成，但在硬度上却有天壤之别。二者物理性质差异如此之大的原因就是由于碳原子的排列顺序不同。结构决定功能，教学的功能很大程度也依赖于教学结构的设计。
        3.教学行为的呈现方式设计
        教学行为包括两个层次：一是显性行为，如教学语言（轻重、快慢）、课堂组织（启发式教学还是探究式教学）、板演示范、实验操作，多媒体呈现、表情姿势等；二是隐性行为，如情感、意志、道德、价值观、潜在能力和个性等多种因素综合而成的一种态势。教师的教学行为的指向和教学行为的运行方式直接影响到预设教学目标的达成。学生的学习情绪与教学行为输入之间存在复杂的函数关系。捕捉动态生成的教学资源是需要不断学习和思考的。
        4.处理好预设和生成之间的关系
        每一个问题，不可能只预设一种学生的回答，而是针对不同类型的学生——多种类别的学生模型，设想多种可能的回答。只有对学生思维活动的多种可能性进行考虑，才会有课堂上的有效引导与动态生成，才会有上课前的胸有成竹，才会有课堂中的游刃有余。课堂智慧表面上看是“生成的”，其实绝大多数都是“预设的”。