基于逆向設(shè)計(jì)的“STEM+物理”課例開發(fā)

摘?要：在分科教學(xué)仍占主導(dǎo)地位的普通高中，帶有學(xué)科痕跡的“STEM+學(xué)科”模式，是面向全體學(xué)生，提升所有學(xué)生的STEM素養(yǎng)與學(xué)科核心素養(yǎng)的本土化途徑.運(yùn)用逆向設(shè)計(jì)法對“橋梁+力的分解”課例進(jìn)行了基于逆向設(shè)計(jì)研究，探討將STEM教育融入學(xué)科教學(xué)的實(shí)踐路徑.

關(guān)鍵詞：逆向設(shè)計(jì);STEM+物理;課例開發(fā)

文章編號(hào)：1008-4134（2020）05-0038中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

作者簡介：周和建（1989-），男，浙江臺(tái)州人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：STEM課程開發(fā).

1?普通高中STEM教育現(xiàn)狀

STEM課例的開發(fā)必須要結(jié)合國情和學(xué)校狀況.在分科教學(xué)占主導(dǎo)地位的普通高中，學(xué)科學(xué)習(xí)是學(xué)校和學(xué)生關(guān)注的重點(diǎn).部分學(xué)校會(huì)在選修課程中開展綜合實(shí)踐活動(dòng)，但更多的以職業(yè)體驗(yàn)為主，服務(wù)于學(xué)生的職業(yè)生涯規(guī)劃.部分學(xué)校還會(huì)在暑期開展科技創(chuàng)新比賽，但這些活動(dòng)往往面向少數(shù)學(xué)生，無法提升所有學(xué)生的STEM素養(yǎng).

2?“STEM+物理”模式

在小學(xué)和初中學(xué)段開展得如火如荼的STEM教育，如何在普通高中廣泛推行，依然是個(gè)難點(diǎn).與學(xué)科教學(xué)分離的STEM教育在推行時(shí)受到了重重阻力，開發(fā)適合當(dāng)前普通高中實(shí)際狀況的STEM課例迫在眉睫.融合STEM理念，對學(xué)科課程進(jìn)行重構(gòu)，開發(fā)出帶有學(xué)科痕跡的“STEM+學(xué)科”課程.這樣的課程得到了師生們的認(rèn)可，是目前面向所有高中學(xué)生開展STEM教育較合理的途徑.

對比STEM素養(yǎng)[1]與物理學(xué)科核心素養(yǎng)[2]（見表1），發(fā)現(xiàn)它們有很高的相似性，具有學(xué)科融合開發(fā)的優(yōu)勢.

在物理學(xué)科教學(xué)中，滲透STEM核心理念，打破課時(shí)的限制，重構(gòu)學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)過程、評價(jià)體系，培養(yǎng)學(xué)生STEM素養(yǎng)與物理學(xué)科核心素養(yǎng).

3?逆向設(shè)計(jì)法

STEM課程評價(jià)聚焦于學(xué)生的素養(yǎng)，堅(jiān)持學(xué)生發(fā)展導(dǎo)向，提倡多元主體參與，既重視結(jié)果亦重視過程，具備診斷功能和激勵(lì)功能.這些與普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的評價(jià)理念完全一致.當(dāng)然，STEM課程學(xué)習(xí)方式主要是項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，側(cè)重于培養(yǎng)真實(shí)問題解決能力，學(xué)習(xí)結(jié)果往往是一項(xiàng)作品，更適合以表現(xiàn)性為主的多樣化評價(jià)方式.

美國學(xué)者格蘭特·威金斯（Grant?Wiggins）和杰伊·麥克泰格（Jay?McTighe）在《追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)》[3]一書中提出逆向設(shè)計(jì)法，如圖1所示.

逆向設(shè)計(jì)法體現(xiàn)了“翻轉(zhuǎn)”設(shè)計(jì)的思想，重視表現(xiàn)性任務(wù)及其評價(jià)證據(jù)，這與STEM課程的學(xué)習(xí)方式和評價(jià)方式完美契合.在物理學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，許多教師也會(huì)選擇逆向設(shè)計(jì)法.因此，選擇逆向設(shè)計(jì)法進(jìn)行“STEM+物理”課例的設(shè)計(jì)開發(fā)是非常合適的.本文以“橋梁+力的分解”為例，探討基于逆向設(shè)計(jì)的“STEM+物理”課例開發(fā)程序[4].

3.1?確定預(yù)期結(jié)果

“STEM+物理”課程的教學(xué)目標(biāo)可以結(jié)合STEM素養(yǎng)與物理核心素養(yǎng)角度描述.本課例的學(xué)習(xí)目標(biāo)見表2.

3.2?確定合適的評估證據(jù)

3.2.1?表現(xiàn)性任務(wù)

利用學(xué)校科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的工具，在木工師傅的幫助指導(dǎo)下，切割好木塊零件.搭一座橋，要求跨度大、結(jié)構(gòu)簡單、造型美觀.

利用學(xué)校創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的傳感器，測試橋梁模型承重能力.結(jié)合力的分解知識(shí)，定量分析橋面壓力與兩側(cè)橋墩壓力之間的關(guān)系.進(jìn)一步討論橋梁結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn).

將橋梁模型放在學(xué)校地震館的震級(jí)工作臺(tái)上作抗震實(shí)驗(yàn)，定性分析橋梁穩(wěn)定的最重要因素是什么.

利用木條和膠水制作木結(jié)構(gòu)橋梁，開展木結(jié)構(gòu)橋梁承重比賽.

用工程制圖軟件，設(shè)計(jì)橋梁模型.利用學(xué)校創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室的3D打印機(jī)，打印橋梁模型.

3.2.2?其他證據(jù)

小測驗(yàn)：生活情境中的力的分解實(shí)例.例如，高大的橋?yàn)槭裁匆旌荛L的引橋？為何刀刃的夾角越小，越鋒利？如何把陷入泥坑的汽車?yán)鰜恚?/p>

簡答題：描述不同種類橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力特點(diǎn)，分析它們的優(yōu)缺點(diǎn).

3.2.3?評價(jià)指標(biāo)

“力的分解”學(xué)習(xí)任務(wù)評價(jià)量表見表3.

學(xué)生們搭建的一些橋梁模型如圖2所示.

從以下方面（見表4），自評和互評小組搭建的橋梁模型.

3.3?設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)

3.3.1?力的分解

任務(wù)1：在水平面斜上拉木塊，拉力有什么作用效果？

材料：木塊、電子秤、白紙、鉛筆、橡皮、三角板1對.

執(zhí)行任務(wù)：在電子秤上斜拉木塊，觀察電子秤讀數(shù)變化，確定拉力的作用效果，如圖3所示，分解拉力.

任務(wù)2：木塊放在斜面上，它的重力有什么作用效果？

材料：木塊、泡沫板、白紙、鉛筆、橡皮、三角板1對.

執(zhí)行任務(wù)：將木塊放在泡沫板構(gòu)成的斜面上，觀察泡沫板形變情況，確定重力的作用效果，如圖4所示，分解重力.

任務(wù)3：石拱橋最上方的石塊的重力有什么作用效果？

材料：拱橋模型、白紙、鉛筆、橡皮、三角板1對.

執(zhí)行任務(wù)：根據(jù)實(shí)際情況，確定作用效果，分解重力.

3.3.2?橋梁

任務(wù)1：利用科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的工具，在木工師傅的幫助指導(dǎo)下，切割好木塊零件.用木塊搭一座橋，要求跨度大、結(jié)構(gòu)簡單、造型美觀.

任務(wù)2：利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的力傳感器，測試橋梁模型承重能力，如圖5所示.結(jié)合力的分解知識(shí)，定量分析橋面壓力與兩側(cè)橋墩壓力之間的關(guān)系.進(jìn)一步討論橋梁結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn).

任務(wù)3：將橋梁模型放在地震館的震級(jí)工作臺(tái)上做抗震實(shí)驗(yàn)，定性分析橋梁穩(wěn)定的最重要因素是什么.

任務(wù)4：利用木條和膠水制作木結(jié)構(gòu)橋梁，開展木結(jié)構(gòu)橋梁承重比賽，如圖6所示.

任務(wù)5：用工程制圖軟件，設(shè)計(jì)橋梁模型，如圖7所示.利用創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室的3D打印機(jī)，打印橋梁模型.

參考文獻(xiàn)：

[1]江蘇STEM教育協(xié)同創(chuàng)新研究中心.江蘇省基礎(chǔ)教育STEM課程指導(dǎo)綱要（試行）[N].新浪網(wǎng)，2018.09.27.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[3]格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰格.追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2017.

[4]周和建，吳章法.STEAM理念下的高中物理課堂初探——以“力的分解”為例[J].湖南中學(xué)物理，2018，33（09）：45-46.

（收稿日期：2019-11-04）