基于目標分類學的物理教學設計

范心維　彭朝陽

【摘 要】新課標對教師的教學能力提出了更高的要求，為了適應新課標的要求，教師在教學過程中需要保證教學目標、教學活動和教學評價相一致。本文基于目標分類學對“牛頓第二定律”這一課進行教學設計，通過對該課的教學目標的分析，給出能發展學生科學思維的問題示例，促進物理教學做到教、學、評相一致，以提高學生核心素養。

【關鍵詞】高中物理;目標分類學;教學設計;牛頓第二定律

【中圖分類號】G633.7? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2021）34-0245-03

在高中物理教學中，很多一線教師都會面臨這些問題：如何使大部分學生取得優秀的成績？也就是學生應該如何做到高效學習，而教師又該怎樣教。教師應該如何選擇合理的教學工具檢驗學生的學習情況？也就是學情反饋問題，即學生成績測評問題。如何保持教、學、評相一致？也就是教學的有效性問題，即一致性問題。而教育目標分類學對上述問題的解決具有較高的實踐價值。在教育目標分類學指導下進行物理教學設計是教師有效培養學生物理學科核心素養的重要途徑之一。

1? ?布魯姆目標分類學理論概述

21世紀50年代布魯姆等人出版了《教育目標分類學——認知領域》[1]，他們按照復雜程度對認知行為進行排序，即教育目標主要包含認知、情感、動作技能這幾個要素，而認知領域則包含知識、領會、運用、分析、綜合、評價這幾要素。2001年，為了促進美國教育發展和課改的需要，進一步使教育目標分類學的體系更加完整，一些課程專家針對教育目標分類學的不足之處進行了優化，修訂版的教育目標分類理論基本框架如表1。

分析表1可知，修訂版的目標分類學包括知識和認知過程兩個維度：知識維度包括事實性知識（學生明白一門學科或解決相關問題需要了解的基本要素）、概念性知識（在一個更大體系內共同產生作用的基本要素之間的關系）、程序性知識（做某事的方法，探究的方法，以及使用技能、算法、技術和方法的準則）和元認知知識（關于一般認知的知識以及關于自我認識的意識）;認知過程維度主要包括記憶、理解、應用、分析、評價和創造等。教師在分類表的指導下進行物理教學設計，既能夠有效改進教學，也有利于解決一些棘手的教學問題，且能夠在教學過程中及時進行自我診斷，從而完成教學目標，優化教學設計，提高教學效率。

本文對教育目標分類理論指導下的“牛頓第二定律”這一課進行教學設計。

2? ?基于教育目標分類學的“牛頓第二定律”教學設計

教學目標的可行性對學生學習情況影響深遠，清晰明確的教學目標能夠提高教師教學的有效性。為了及時了解學生的學情動態，達到最佳教學效果，教學目標的制定必須易于導教、導學和導測評，并且每一個教學目標應設計相應的評價試題。

2.1? “牛頓第二定律”教學目標分析

《普通高中物理課程標準（2017年版）》中提出，教育應該注重培養學生“物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任”等物理學科核心素養[2]。牛頓第二定律是高中物理必修1的教學重點，其教學目標要求學生掌握物體運動的加速度a與物體合外力F、質量m之間的定量關系，理解并掌握牛頓第二定律的應用方法。因此，根據修訂版的教育目標分類學，筆者對“牛頓第二定律”一課的教學目標進行編碼，分類表述如下：

目標A——事實性知識目標：記住力的單位以及牛頓第二定律的表達式（A-0），理解牛頓第二定律的建立過程，加速度與物體受力、物體質量的關系（A-1），評價公式的簡潔性與便捷性（A-2）。

目標B——概念性知識目標：能夠通過實驗，分析得出力、質量和加速度三者數量間的關系，明確加速度的方向與力的方向之間的關系（B-0），理解牛頓第二定律的物理意義（B-1）。

目標C——程序性知識目標：能夠求解牛頓第二定律的基本題型，靈活應用F=kma，從力的單位考慮，解決k=1的疑問，明確牛頓第二定律的適用條件，學會運用牛頓第二定律解決實際問題（C-0）。同時能夠自主設計實驗方案，并記錄物體在運動時，保持其質量不變的情況下F和a的數據（C-1）。

目標D——元認知知識目標：通過對牛頓第二定律表達式的探究與運用，能夠掌握數形結合、控制變量等解題方法;并分析物體的受力和運動情況;能夠提高自身的科學探究能力，聯想牛頓第二定律與牛頓第一定律的關系，提高對物理學的興趣（D-0、D-1、D-2）。

上述各目標在分類表中對應位置如表2所示。

2.2? “牛頓第二定律”教學過程設計

為了達到預期的教學目標，需設計相對應的教學活動。本節課教學的重難點是讓學生設計實驗并完成實驗，最后根據實驗結果總結得出物體加速度的影響因素，并分析運動物體的加速度a與物體所受的力F、物體質量m這三者之間的定量關系。因此，筆者設計了以下教學活動。

【活動1】

師：（播放百米賽跑決賽的視頻）請同學們觀看視頻后思考問題——決賽時，百米賽跑穿最輕的衣服和最輕的鞋有什么作用？

生：質量小的物體，其運動狀態就較容易改變，所以在相同情況下，質量小的物體獲得的加速度就會越大，所以運動員穿最輕的衣服和鞋子在運動時獲得的加速度就會越大。

【活動2】

師：那物體的加速度又與哪些因素有關呢？請同學們先觀察老師提供的圖片（出示F1方程式賽車的圖片），然后聯想自己在生活中常見的影響物體加速度的現象，并舉例說明。

生1：與物體受到的外力有關，如當一個人從背后推另一個站著不動的人，這個原本不動的人就會向前運動。

生2：與物體的質量有關，如用相同的力扔不同質量的石塊，質量小的石塊比質量大的石塊扔得更遠。

生3：與物體的速度有關，如速度大的物體其運動狀態易于控制，而速度小的物體其運動狀態不好控制。

師：根據同學們的猜想以及我們前面所學的牛頓第一定律可知，不同質量的物體，慣性的大小是不同的。換言之，不同物體其運動狀態的控制能力也是不一樣的，一般而言質量大的物體其慣性也會更大[3]。因此物體的加速度a只與它受的合外力F和物體本身的質量m有關。

【活動3】

師：那我們應該采用怎樣的物理方法來研究a與F、m的定量關系呢？同學們可以聯想初中階段我們研究電流與電壓、電阻三者關系時用的物理方法。

生：老師，控制變量法可以解決這個問題。第一次我們可控制物體質量不變來探討加速度和力之間的定量關系;第二次控制合外力不變探討加速度和質量的定量關系。最后結合兩次研究結果，得出a與F、m的定量關系。

【活動4】

師：為了得出a與F、m的定量關系，請同學們分組探討各自的實驗方案，方案要包含一些基本要素：實驗器材、操作方案、數據處理方案等。（要求學生將實驗方案寫在紙上并展示）

生：我們設計的實驗方案中實驗器材主要包括小車、一個打點計時器、一塊長木板、少量細線、少量紙板、鉤碼、天平、砝碼、小桶、刻度尺、少量墊木等。我們通過這些器材和小車的運動來探討a與F、m的定量關系。假設用天平測出小車的質量為M，并且測出小桶的質量以及在小桶中砝碼的質量和為m1，此時我們可以算出小桶和放在桶中砝碼的總重力就為m1g，而此時小車受到的拉力就是F，最后測量打點計時器打出的紙帶上的距離并算出?s，根據?s=aT 2計算得出小車的加速度a[4]。

【活動5】

師：同學們對比各小組設計的方案，并從中選擇一種實驗誤差小、便于操作的方案，再根據這個方案進行實驗，采集數據以及繪制圖后，回答a與F、m的定量關系。

生：通過數據分析和a?m圖象可知，a與F成正比，a與m成反比。

設計意圖：通過以上教學過程，根據布魯姆教育目標分類學可知，活動1通過向學生播放視頻資料，使學生回憶事實性知識;活動2是為了讓學生能夠分析、理解概念性知識;活動3讓學生選擇合適的物理方法研究a與F、m的定量關系，這個活動屬于程序性知識的分析;活動4讓學生分組設計實驗方案，并處理實驗數據，得出實驗結果，這個活動屬于程序性知識的創造，學生通過實驗探究過程提高自身科學探究能力;活動5讓學生根據最優方案進行數據采集與圖象繪制，從而得出a與F、m的定量關系，這個活動屬于元認知知識的分析。活動1至活動5使學生通過分組交流討論、自主設計實驗方案，并通過視頻和圖片的引入，引導學生形成物理模型思想;然后對影響一運動物體加速度a的因素進行科學推理;再通過數據處理對自己的猜想進行驗證;最后綜合兩次數據，進行質疑創新，得出a與F、m之間的定量關系。整個教學活動過程循序漸進，使學生的科學思維能力得到提升。

【評價1】根據牛頓第二定律可知，不管使用多么小的力都能夠讓物體產生一定的加速度。但是，當提一個很重的箱子時，使用很小的力就提不動[5]。這違背牛頓第二定律嗎？如何解釋這個現象？

分析：這一評價考查學生對概念性知識的理解，主要是為了讓學生深入理解牛頓第二定律的物理概念。

【評價2】一個物體受到的合力是4 N時，加速度為2 m/s²。若該物體的加速度為6 m/s²，它受到的合力是多大？

分析：這一評價是針對程序性知識提出的，教師可以通過這一評價考查學生對牛頓第二定律的具體運用。

通過分析教學目標、活動和評價后，根據布魯姆二維分類表可分析這三者在教學中是否具有一致性，三者在分類表的位置如表3[6]。

分析表3可知，目標B-1與所對應的方格B2達到了高度的一致，這說明筆者設計的這個教學目標與教學活動、教學評價具有一致性，達到了有效教學的目標。而其他教學目標也有相對應的教學活動，說明教學目標也具備一定的可行性，只有少部分教學目標難以實現，無法達到教、學、評的完全一致。但總體而言，這次教學設計還是比較成功。

3? ?總結

通過對以上教學目標、教學活動和教學評價的分析可知，修訂版的教育目標分類理論不僅對當下教學具有重要的借鑒意義，而且在實際的教學過程中也具有很強的實用性[7]。它提供了一個具體的教育目標分類框架，教師可以根據這個分類框架適時改進教學設計，使教、學和評在教學過程中能夠保持一致，從而實現有效教學。

該框架以學生為主體制定清晰的教學目標，目標大致趨向高層次水平，不但具有可行性，也能夠培養學生學習興趣，不斷地培養學生的高階思維及其物理核心素養。所以教師充分利用教育目標分類學，對當下高中物理教學的改進具有較強的實踐意義。

【參考文獻】

[1]顧明遠主編.教育大辭典簡編本[M].上海：上海教育出版社，1999.

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

[3]彭前程，黃恕伯.普通高中教科書物理必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[4]彭前程，黃恕伯.普通高中教科書物理必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[5]彭前程，黃恕伯.普通高中教科書物理必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[6]張萍，白雪峰.布魯姆教育目標分類理論與初中數學教學設計[J].課程與教學，2020（1）.

[7]喬金芳.布盧姆目標分類學在高中物理教學案例設計中的應用研究[D].南昌：江西師范大學，2011.

【作者簡介】

范心維（1996～），江西贛州人，云南師范大學物理與電子信息學院課程與教學論（物理）2020級碩士研究生。研究方向：物理課程教學。

【通訊作者】

彭朝陽（1971～），江西安福人，博士，教授。研究方向：物理課程教學和天體。