基于理解的初中物理逆向教學設計 ①
——以“機械效率”為例

王紅芳

(江蘇省丹陽市云陽學校，江蘇 鎮江 212300)

每位物理老師都希望自己的教學能取得好的效果，然而部分教師在平時教學中關注更多的是自己的教,而較少關注學生的學，學生學習效果常依據測驗的分數來判定。一些教師采用灌輸式教學，缺少明確的大概念引導教學，缺乏為確保學習效果而進行設計的過程，教學效果不盡如人意；一些教師作了一些改變，在平時的教學中增加學生分組實驗、小制作活動，讓學生積極參與教學，學生的學習積極性和主動性有了較大提高。但由于沒有學習體驗的明確設計，對于花了很多功夫得出的結論，學生的理解不深刻，不會在真實的情景下自如應用。格蘭特·威金斯和杰伊麥克泰提出了“逆向設計”教學理論，能較好地避開這兩個教學的誤區。

逆向設計的過程主要分為由三個階段：確定預期學習結果、確定合適的評價證據、設計體驗和教學，這種設計使得目標、評價、教學過程三者相互作用成為互為聯系的整體。筆者以“機械效率”為例，探討逆向教學設計問題。

1 確定預期學習結果

1.1 教學目標

(1) 理解有用功、額外功、總功以及三者之間的關系；理解機械效率的物理意義；利用各種機械做功時能從中辨認出有用功和額外功。

(2) 能設計實驗，測定動滑輪的機械效率；通過討論、分析，了解影響機械效率的因素。

(3) 知道提高機械效率的實際意義和方法，有合理改進機械、提高效率的意識，增強將科學服務于人類的責任感。

1.2 需要思考的問題

(1) 有用功、額外功和總功是什么？三者之間的數量關系是什么？

(2) 不同情況下機械效率的計算公式是什么？

(3) 如何測定簡單機械的機械效率？

(4) 影響機械效率的因素有哪些？

1.3 預期的學習結果

(1) 預期的遷移是什么?

學生能將測定動滑輪提升重物機械效率的方法遷移到其他機械的機械效率測定中。

(2) 預期的理解是什么?

學生將會理解:機械效率總小于1。

學生將會知道:有用功、額外功、總功以及三者之間的數量關系。

學生將能夠:測定動滑輪的機械效率。

2 確定合適的評價證據

哪些證據能夠說明學生的理解和掌握程度?

證據1：學生對有用功、額外功、總功、機械效率、功率的理解，可通過學生對下列問題的回答進行判斷。

下面說法是否正確？

(1) 做功越多的機械，機械效率越高。

(2) 做的總功越多，機械效率越低。

(3) 做相同的有用功，額外功越少，機械效率越高。

(4) 做相同的總功時，有用功越多，機械效率越高。

(5) 因為有用功總小于總功，所以機械效率總小于1。

(6) 做的額外功一定時，總功越少，機械效率越高。

(7) 有用功在總功中占的比例越大，機械效率越高。

(8) 機械效率高的機械省功。

(9) 機械效率高的機械有用功占總功比值大。

(10) 機械效率高的機械功率一定大。

(11) 功率大的機械的機械效率一定高。

(12) 機械效率高的機械做功一定快。

(13) 機械效率高的機械做功一定多。

證據2：學生對有用功、額外功的理解。

(1) 當人們用水桶從井中提水時,所做的有用功是對水做的功(即克服水的重力做功),額外功是對桶做的功(即克服桶的重力做功),總功是拉力做的功。

(2) 假如桶掉到了井里,從井里撈出桶時,撈上來的桶里總會帶有一些水,此時所做的有用功是對桶做的功(即克服桶的重力做功),額外功是對水做的功(即克服水的重力做功),總功是拉力做的功。

通過上述問題的解答，你發現了什么？

證據3：學生對不同情況下機械效率公式的應用情況，通過學生對下列問題的回答進行判斷。

(1) 用如圖1所示的滑輪組，將重為10 N的物體勻速提升0.1 m。拉力F=6 N。在這過程中，分別求出有用功、總功、額外功和滑輪組的機械效率。

圖1

圖2

(2) 利用如圖2所示的滑輪組將桌面上重為2 000 N的物體勻速移動20 cm，物體受到的摩擦力為400 N，拉力為250 N，分別求出有用功、額外功、總功和滑輪組的機械效率。

(3) 如何提高滑輪組的機械效率？

3 設計學習體驗和教學

確定預期學習結果和評價證據后,我們就應該考慮逆向設計的第三個階段：設計體驗和教學，認真做好教學方法、教學順序、教學素材的設計與選擇。以下為機械效率第一課時學習體驗和教學的設計思路，使用的評價證據是證據1、2。

(1) 學習了功、功率之后，通過兩個實驗進行對比(圖3)。

圖3

第1個實驗為拉力對物體做功，也就是克服物體的重力做功。對于第2個實驗，讓學生說一說：有哪些力做功了？學生回答：使用動滑輪對物體做功，拉力也做了功。教師追問：這兩個功相等嗎？今天我們就來測一測這兩個功，并探究這兩個功之間的關系。

(2) 將學生分為8組，其中1、2組使用質量較大的滑輪，掛2只鉤碼；3、4組使用質量較大的滑輪，掛4只鉤碼；5、6組使用質量較小的滑輪，掛2只鉤碼；7、8組使用質量較小的滑輪，掛4只鉤碼。各組分別測出手的拉力F、手移動的距離s、所掛鉤碼所受的重力G、鉤碼升高的高度h，計算使用動滑輪提升鉤碼做的功W1=Gh，人拉繩做的功W2=Fs，設計表格，填入數據，并進行小組交流。

實驗組別手的拉力F/N手移動的距離s/m人拉繩所做功W2/J物體的重力G/N鉤碼升高的高度h/m使用動滑輪提升鉤碼所做功W1/J1、2組3、4組5、6組7、8組

學生發現：W1不等于W2，為什么呢？學生通過交流討論，使用質量較大滑輪的小組會發現：人對動滑輪也做了功。有的小組還測出了動滑輪所受的重力，計算出克服動滑輪的重力所做的功，并發現拉力做的功，近似等于克服鉤碼重力和動滑輪重力所做的功之和。總結得出：有用功是人們為了達到工作目的必須要做的功；額外功是利用機械時，并非我們所需要的但又不得不做的功；手拉繩所做的功叫作總功，為有用功和額外功的總和。

(3) 為了真正認識有用功、額外功和總功，教師以水桶提水和通過斜面拉物體為例。讓學生說一說：總功、有用功、額外功都是誰對誰做的功?我們希望什么功多一些?學生回答：有用功。

(4) 教師再提出問題：各組實驗結果不同的原因是什么？組織學生進行小組匯報和展示，總結出影響機械效率的因素是：物體所受的重力、滑輪所受的重力、繩子的重力和摩擦力。

(5) 分組討論：① 要提高滑輪組的機械效率，我們要如何做？② 要提高斜面的機械效率，我們要如何做？③ 要提高使用水桶提水時的機械效率，我們要如何做？

4 結語

逆向設計能有效地引領學生進行整個單元或專題的學習，達成學生深入理解和遷移的目標，提高他們的物理學科核心素養。