指向物理核心素養(yǎng)的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)*
——以“自由落體運(yùn)動(dòng)”單元教學(xué)設(shè)計(jì)為例

曹東

(江蘇省懷仁中學(xué) 江蘇 無(wú)錫 214196)

物理核心素養(yǎng)是指學(xué)生在接受物理教育過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)需要的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要構(gòu)成．主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個(gè)方面構(gòu)成[1]．

核心素養(yǎng)能夠真正的在教學(xué)中落地生根，最好的途徑是通過(guò)單元教學(xué)設(shè)計(jì)．單元教學(xué)設(shè)計(jì)如果要取得好的效果，應(yīng)該采用逆向教學(xué)設(shè)計(jì)．何為逆向教學(xué)設(shè)計(jì)？逆向教學(xué)設(shè)計(jì)即“以終為始”的設(shè)計(jì)．傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)是目標(biāo)—過(guò)程—評(píng)價(jià)．逆向教學(xué)設(shè)計(jì)是目標(biāo)—評(píng)價(jià)—過(guò)程．逆向教學(xué)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是學(xué)習(xí)目標(biāo)制定后思考以下問(wèn)題：用什么來(lái)證明學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成？達(dá)到目標(biāo)的證據(jù)是什么？教與學(xué)所指向的、構(gòu)成評(píng)估的表現(xiàn)性行為是什么樣的[2]？

逆向教學(xué)設(shè)計(jì)分為3個(gè)階段．

階段1：確定預(yù)期結(jié)果，依據(jù)核心素養(yǎng)和課程標(biāo)準(zhǔn)，抓住大概念和基本問(wèn)題確定學(xué)習(xí)目標(biāo)；

階段2：確定合適的評(píng)估證據(jù)，以表現(xiàn)性評(píng)價(jià)和對(duì)理解的非正式檢查為主要方式設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)策略；

階段3：設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)，以問(wèn)題鏈為載體的“思維載體設(shè)計(jì)”和以實(shí)驗(yàn)為載體的“資源載體設(shè)計(jì)”設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過(guò)程．

下面結(jié)合“自由落體運(yùn)動(dòng)”這個(gè)學(xué)習(xí)單元的教學(xué)設(shè)計(jì)，一起探討一下如何進(jìn)行逆向教學(xué)設(shè)計(jì)．

1 確定預(yù)期結(jié)果——學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)

學(xué)生應(yīng)該知道什么，理解什么，能夠做什么？什么內(nèi)容值得理解？什么是值得期望持久的理解？在確定預(yù)期結(jié)果的過(guò)程中，教師應(yīng)在物理核心素養(yǎng)的指導(dǎo)下，查看課程標(biāo)準(zhǔn)，確定學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)．通常要傳授的內(nèi)容比我們?cè)谟邢迺r(shí)間里能夠講授的內(nèi)容多得多，教師應(yīng)依據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容的優(yōu)先次序選擇合適的目標(biāo)．

學(xué)習(xí)目標(biāo)即學(xué)習(xí)的核心任務(wù)．確定過(guò)程應(yīng)該抓住大概念和基本問(wèn)題．在教學(xué)實(shí)踐中，大概念是學(xué)習(xí)的錨點(diǎn)，它能夠使離散的事實(shí)和技能相互聯(lián)系并有一定意義．大概念通常表現(xiàn)為一個(gè)有用的概念、主題、基本假設(shè)、理解或原則等．基本問(wèn)題是指能夠促進(jìn)某一特定主題單元的內(nèi)容理解，能激發(fā)知識(shí)間的聯(lián)系與遷移的問(wèn)題．

案例1：“自由落體運(yùn)動(dòng)”的單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究質(zhì)量相同、大小和形狀不同的物體在空氣中下落的情況，了解空氣阻力對(duì)落體運(yùn)動(dòng)的影響．(素養(yǎng)1，素養(yǎng)2，素養(yǎng)3)

(2)通過(guò)牛頓管實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生理解物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的條件．(素養(yǎng)1，素養(yǎng)2，素養(yǎng)3)

(3)通過(guò)測(cè)量重錘下落的加速度和閱讀課本，讓學(xué)生分析得出自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，認(rèn)識(shí)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律．(素養(yǎng)1，素養(yǎng)2，素養(yǎng)3)

(4)理解自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度，知道它的大小和方向．(素養(yǎng)1)

(5)能夠運(yùn)用自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和特點(diǎn)解決有關(guān)問(wèn)題．(素養(yǎng)2)

(6)通過(guò)史實(shí)，了解伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)和推理方法．結(jié)合物理學(xué)史的內(nèi)容，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)對(duì)物理學(xué)發(fā)展的推動(dòng)作用．(素養(yǎng)2，素養(yǎng)4)

(7)通過(guò)查找資料等方式，了解并討論伽利略對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的研究在科學(xué)發(fā)展和人類進(jìn)步上的重大意義．(素養(yǎng)4)

本案例指向了物理核心素養(yǎng)的不同側(cè)面，將學(xué)習(xí)重點(diǎn)、學(xué)習(xí)目標(biāo)與核心素養(yǎng)有機(jī)的統(tǒng)一．同時(shí)明確了學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是大概念：自由落體運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律．學(xué)習(xí)的基本問(wèn)題：什么樣的運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)？自由落體運(yùn)動(dòng)是什么樣的運(yùn)動(dòng)？

2 確定合適的評(píng)估證據(jù)——學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

我們?nèi)绾沃缹W(xué)生是否已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果？哪些證據(jù)能夠證明學(xué)生的理解和掌握程度？逆向教學(xué)設(shè)計(jì)要求根據(jù)收集的評(píng)估證據(jù)來(lái)思考單元或課程，而不是簡(jiǎn)單地根據(jù)要講的內(nèi)容或是一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)來(lái)思考單元和課程．這種方法鼓勵(lì)教師在設(shè)計(jì)特定的單元和課程前，先要像“評(píng)估員一樣思考”，思考如何確定學(xué)生是否已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期的理解[2]．

逆向設(shè)計(jì)的邏輯提醒我們思考結(jié)果所暗含的評(píng)估證據(jù)，而不是首先將評(píng)估看作是評(píng)定成績(jī)的一種手段．我們一般獲得證據(jù)的途徑：表現(xiàn)性任務(wù)、問(wèn)答題、隨堂測(cè)驗(yàn)和考試、對(duì)理解的非正式檢查(提問(wèn)、觀察、檢查作業(yè)和發(fā)生思維)．這些途徑中以表現(xiàn)性任務(wù)為最佳途徑．

表現(xiàn)性評(píng)價(jià)是逆向設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方式的重要評(píng)價(jià)方式之一．表現(xiàn)性評(píng)價(jià)既是一種評(píng)價(jià)理念，也是一種評(píng)價(jià)方式．維金斯強(qiáng)調(diào)，表現(xiàn)性評(píng)價(jià)要求學(xué)生完成一個(gè)活動(dòng)，或制作一個(gè)作品以證明其知識(shí)與技能等，即讓學(xué)生在真實(shí)情景中去表現(xiàn)其所知與所能[3]．

案例2：“自由落體運(yùn)動(dòng)”的單元學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

(1)目標(biāo)1達(dá)成要求：通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，說(shuō)出空氣阻力影響落體運(yùn)動(dòng)的主要因素——觀察，口頭交流．

(2)目標(biāo)2達(dá)成要求：通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，說(shuō)出自由落體運(yùn)動(dòng)的概念和條件——觀察，口頭交流．

(3)目標(biāo)3達(dá)成要求：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)，算出重錘的加速度，同時(shí)觀察紙帶的測(cè)量數(shù)據(jù)，得出重錘的運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)邏輯推理和類比得出自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)和規(guī)律——觀察實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析，口頭交流．

(4)目標(biāo)4達(dá)成要求：理解自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度，知道它的大小和方向——閱讀，口頭交流．

(5)目標(biāo)5達(dá)成要求：能夠制作出測(cè)量反應(yīng)時(shí)間的尺，利用所學(xué)知識(shí)分析其原理——作品制作，寫說(shuō)明書(shū)，課堂檢測(cè)和課后作業(yè)．

(6)目標(biāo)6達(dá)成要求：課后閱讀，寫感想．

(7)目標(biāo)7達(dá)成要求：課后網(wǎng)上查找資料等方式，寫感悟，分組交流．

此案例針對(duì)目標(biāo)的達(dá)成做了詳細(xì)的描述，同時(shí)對(duì)達(dá)成的過(guò)程和結(jié)果采取了適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方式，收集了不同的評(píng)估證據(jù)來(lái)證明學(xué)生的理解程度．比如以表現(xiàn)性評(píng)價(jià)為例，評(píng)估證據(jù)來(lái)源于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作、交流討論、制作測(cè)量反應(yīng)時(shí)間的尺、寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告和閱讀心得等．

3 設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)——學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)過(guò)程的設(shè)計(jì)我們要思考以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1)如果學(xué)生要有效地開(kāi)展學(xué)習(xí)并獲得預(yù)期結(jié)果，他們需要哪些知識(shí)和技能？

(2)哪些活動(dòng)可以使學(xué)生獲得所需要的知識(shí)和技能？

(3)根據(jù)表現(xiàn)性目標(biāo)，教師需要教哪些內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生做什么，以及如何用最恰當(dāng)?shù)姆绞秸归_(kāi)教學(xué)？

(4)要完成這些目標(biāo)，哪些材料和資源是最合適的[2]？

學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是學(xué)生活動(dòng)的設(shè)計(jì)和材料、資源的整合．教師基于課時(shí)目標(biāo)結(jié)合教材具體內(nèi)容設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)．為保障學(xué)生活動(dòng)的順利實(shí)施，教師應(yīng)該以問(wèn)題鏈為載體的“思維載體設(shè)計(jì)”和以實(shí)驗(yàn)為載體的“資源載體設(shè)計(jì)”作為學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)的抓手．

案例3：“自由落體運(yùn)動(dòng)”的單元學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)

明確研究的問(wèn)題：測(cè)量自己的反應(yīng)時(shí)間

請(qǐng)一位學(xué)生用兩個(gè)手指捏住直尺的頂端，你用一只手在直尺下方做捏住直尺的準(zhǔn)備，但手不能碰到直尺，記下這時(shí)手指在直尺上的位置．你能測(cè)出你的反應(yīng)時(shí)間嗎？如果要知道反應(yīng)時(shí)間的準(zhǔn)確值我們還應(yīng)該研究什么？

學(xué)生活動(dòng)1：(1)一手拿小紙片，另一手拿硬幣，雙手舉至相同高度，然后同時(shí)松手，觀察紙片和硬幣誰(shuí)先落地.將紙片捏成紙團(tuán)，結(jié)果又如何？

(2)在有空氣的玻璃管中，金屬片和羽毛誰(shuí)下落得快？在抽掉空氣的玻璃管中，金屬片和羽毛誰(shuí)下落得快？

思考：只受重力作用時(shí)，物體下落快慢有什么規(guī)律？空氣中的落體運(yùn)動(dòng)在什么條件下可看作自由落體運(yùn)動(dòng)？

學(xué)生活動(dòng)2：利用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定重力加速度．用手捏住紙帶上端把紙帶拉成豎直狀態(tài)，并使重物停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處．先接通電源，再松開(kāi)紙帶讓重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)．

(1)如何根據(jù)紙帶上的點(diǎn)跡求出重物的重力加速度？

(2)請(qǐng)根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)和課本第44頁(yè)表格中的數(shù)據(jù)分析：自由落體加速度在各個(gè)地方相同嗎？它的方向如何？

(3)自由落體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)如何？滿足什么規(guī)律？

圖1 測(cè)重力加速度實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

學(xué)生活動(dòng)3：思考并回答下列問(wèn)題.

(1)在現(xiàn)實(shí)生活中，雨滴大約在1.5 km左右的高空形成并開(kāi)始下落，計(jì)算一下，若該雨滴做自由落體運(yùn)動(dòng)，到達(dá)地面時(shí)的速度多大？遇到過(guò)這樣快的雨滴嗎？據(jù)資料顯示，落到地面的雨滴速度一般不超過(guò)8 m/s，為什么它們的差別會(huì)這么大？

(2)請(qǐng)你根據(jù)漫畫(huà)“洞有多深”提供的情境(圖2)，回答下列問(wèn)題:

圖2 漫畫(huà)“洞有多深”

1)他們依據(jù)什么規(guī)律估算洞的深度?

2)寫出他們估算洞的深度的方法(寫出主要方程式、計(jì)算過(guò)程)．請(qǐng)你對(duì)該方法進(jìn)行評(píng)估,寫出該方法的優(yōu)點(diǎn)和不足之處．

學(xué)生活動(dòng)4：若測(cè)出某同學(xué)捏住直尺時(shí)，直尺下落高度為9.8 cm(g取9.8 m/s2).

(1)請(qǐng)你計(jì)算一下這位同學(xué)的反應(yīng)時(shí)間是多少？

(2)制作一把可以測(cè)量反應(yīng)時(shí)間的尺，測(cè)出自己和同桌的反應(yīng)時(shí)間，簡(jiǎn)述自己的制作過(guò)程．

課后作業(yè)與研究：

(1)某學(xué)生在自己家內(nèi)通過(guò)2 m高的窗戶觀察到一個(gè)花盆貼近窗戶下落，花瓶經(jīng)過(guò)窗戶的時(shí)間約0.2 s，請(qǐng)你根據(jù)這些估算出花盆是從比他家窗戶上沿高多少米的陽(yáng)臺(tái)上掉下來(lái)的？(僅為事例，危險(xiǎn)！)

(2)閱讀課本第46～49頁(yè)，通過(guò)上網(wǎng)查找資料，寫一篇關(guān)于伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)小論文．

“自由落體運(yùn)動(dòng)”單元學(xué)習(xí)過(guò)程的設(shè)計(jì)，以核心問(wèn)題和核心任務(wù)：測(cè)量自己的反應(yīng)時(shí)間和做一把可以測(cè)量自己反應(yīng)時(shí)間的尺為引領(lǐng)，設(shè)計(jì)了一系列的學(xué)生活動(dòng)．學(xué)生活動(dòng)的設(shè)計(jì)首先以問(wèn)題鏈為載體的“思維載體設(shè)計(jì)”，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)學(xué)生的活動(dòng)，從而引發(fā)具有積極思維的師生互動(dòng)和生生互動(dòng)．其次教師選擇了恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了以實(shí)驗(yàn)為載體的“資源載體設(shè)計(jì)”．本設(shè)計(jì)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)悟?qū)嶒?yàn)，做實(shí)驗(yàn)，評(píng)實(shí)驗(yàn)，自己動(dòng)手做作品，用實(shí)驗(yàn)很好地實(shí)現(xiàn)了教師為理解而教，學(xué)生為理解而學(xué)的目標(biāo)，讓學(xué)生真正擁有核心素養(yǎng)．

總之，指向物理核心素養(yǎng)的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)是有目的的任務(wù)分析，其目的是教師為學(xué)生的理解而教．逆向教學(xué)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)目標(biāo)為起點(diǎn)，再明確達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)的證據(jù)和表現(xiàn)(學(xué)習(xí)評(píng)價(jià))，最后設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)協(xié)助學(xué)生學(xué)習(xí)，從而達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)．教師是培養(yǎng)學(xué)生用表現(xiàn)展示自己理解的指導(dǎo)者，而不是將自己的理解告知學(xué)生的講述者．逆向教學(xué)設(shè)計(jì)讓教師對(duì)自己的設(shè)計(jì)更好的反思，更有利于教師從學(xué)生學(xué)的角度去思考自己的教學(xué)設(shè)計(jì)，達(dá)到為理解而教，為理解而學(xué)的目標(biāo)．