深度學習背景下高中物理單元逆向設計探討

【摘要】通過“以終為始”的逆向教學設計，我們可以更好地推動深度學習。這種方法強調以學生為中心，通過評估來促進學習。我們基于深度學習的理念和逆向設計的原則，提出了四個方面的教學目標：確定科學的預期目標，提供適當的評估證據，開展有效的學習活動，設計分級的作業。我們以“運動的描述”單元為例進行了實踐。

【關鍵詞】深度學習、高中物理、單元逆向設計

【中圖分類號】G633.7 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2023）08-0184-03

深度學習是一種以教師為導向，讓學生以挑戰性的學習主題為核心，全身心投入，體驗成功，獲得發展的有意義的學習過程.為了實現這一目標，教學設計應該采用單元整體建構的方式，以消除課時主義的局限，使學生能夠更好地理解知識的條件、情境、結構和本質。

以整體主義教育理念為指導，單元整體教學設計旨在培養學生的學科核心素養，在教師的指導下，通過創設真實有效的情境，讓學生在主動探究、協作交流、對話實踐和進階學習的過程中，發展高階思維能力，提升思維品質。單元整體教學設計既可以繼承課程標準，又可以開啟課時學案，而逆向設計則可以為單元整體教學設計提供全新的視角和思路。

1.單元逆向教學設計

通過采用“以終為始”的單元逆向教學模式，我們可以更有效地實現課堂目標和效果，即從單元最終輸出倒推輸入內容和方式，尋找能夠幫助實現單元預期目標的最佳策略和方法，努力理解它們的含義并進行靈活運用。包括四個維度：確立明確的單元目標，構建可靠的評估指標，構建有效的單元學習環境，制定分層次的單元學習任務。通過將目標與實現結果結合起來，以更有效的方式進行評估，從而實現有效的激勵、診斷、反饋以及推動。

通過采用單元逆向教學設計，可以擺脫傳統的課時主義，建立起“登高望遠”的知識體系，以及更加系統的學習方式；這種方法需要教師拋開傳統的教學模式，根據課程標準及學生的實際情況，以及反思的過程，來制定最佳的學習策略；此外，它還強調了“如果學生沒有學會該怎么辦”的重要性，以及將作業也納入其中，以此來提高學習效率。

通過單元逆向教學設計，學生可以實現四個轉向：從“課時教學”開始，深入學習“單元重構”；從“經驗設計”開始，深入探索“結果逆推”；從“終結評定”開始，深入探索“評價驅動”；從“統一作業”開始，深入探索“立體檢測”，從而促進真實發生。

2.面向深度學習的高中物理單元逆向設計要解決的主要問題

路徑問題：物理學科如何培養核心素養，從學科知識到學生核心素養。既要將符號知識轉化為有意義的知識，又要將惰性知識轉化為可遷移的知識。這個轉化的實現需要學生從淺層學習走向深度學習， 深度學習是新課程的背景，2014年在新課程實施初期，教育部同步啟動了“深度學習”改進項目。事實證明，深度學習是發展該學科核心素養的重要途徑。

方法論問題：深度學習是一種質性的學習狀態，其實現主要是圍繞學科大概念進行單元整體設計與實施，單元整體教學是一個復雜的、系統的過程，它不僅僅是幾個課時的簡單拼湊或粗暴組合，更重要的是要深入理解課時之間的聯系，把握整體的特點，使其超越部分，從而達到更高的效果。為了提高單元整體教學的效果，我們需要采用新的思維方式，從封閉的思維模式轉變為開放的思維模式，從分析的思維模式轉變為整體的思維模式，從線性的思維模式轉變為非線性的思維模式，以促進深度學習。

戰略問題：在單元教學設計中，“階梯型課程”模式—目標·達成·評價—“登山型”課程模式—主題·探求·表現，雖然都是從理念上提出的指導，但它們的抽象性使得它們在實際操作中難以實施。因此，本文提出了一種逆向設計，它以逆向邏輯為基礎，具有明確的可操作性，能夠更好地滿足物理學科的特性，從而更有效地實施高中物理單元教學設計。

3.面向深度學習的高中物理單元逆向教學設計模式

通過對高中物理課程標準和新教材的深入剖析，圍繞物理領域的核心素養，引導高中物理教材的主要知識，建立結構化、層次化的知識體系。結合學生的認知邏輯，確定具有系統性和挑戰性的高中物理單元學習課題。在此基礎上，首先綜合課程標準、教材知識和學生學習情況作為單元預期的目標；其次，確定真實性、開放性和挑戰性的執行任務作為目標評價的證據；然后，開展經驗探究、抽象概括和遷移應用思維過程是本單元的學習活動；最后，基礎類、改進類和擴展類的階梯檢測是為本單元設計的先進任務，在這四個維度的指導下，構建相應的課堂教學模式和策略，并通過教學反思、及時反饋和完善逆向單元設計內容，不斷迭代優化，構建面向深度學習的高中物理單元逆向設計教學模式。

單元學習目標設計，單元的逆向教學設計是面向目標的設計，即根據單元的預期學習目標來設計單元的學習目標體系，一是通過對課程標準、教材內容和學生學習情況的深入分析，結合學科的基本素養學習要求，突出教育素養的主導作用，即基礎學科素養—學科概念—單元學習目標—課時學習目標。學科大概念可以實現自上而下的銜接，起到橋梁作用，既能將學科基本素養與事實現象聯系起來，又能從中獲取學科基本素養。單元目標自上而下分為三個層次：遷移應用、理解意義和掌握知識與技能。課時的重點是在單元的總體目標內進行分解和細化。

在確定單元目標后，我們需要思考如何通過證據和學生的行動來證明目標已經實現。這樣的評估方法可以幫助我們更好地了解學生的學習情況，并為他們提供更有針對性的學習材料和活動。如果我們發現目標沒有實現，就需要及時采取措施來幫助他們。因此，目標評估證據的設計對于提高學生的學習效果至關重要。表現性任務應該具有挑戰性、真實性和開放性，教師應該密切關注學生的學習情況，并及時調整學習策略，以便更好地評估學習成果。

在單元活動中，我們旨在通過評估來幫助學生達成目標，這些評估過程本質上就是一種學習過程。通過反思，我們可以讓學生擺脫僅僅依靠經驗來完成單元學習，這樣的學習過程才能真正幫助他們理解知識，并能夠將其運用到實踐中。因此，我們的單元學習活動不僅僅局限于課堂教學，它還需要考慮學生的個人需求，注重培養他們的創新能力，提高他們的綜合素質，讓他們能夠在實踐中運用知識，從而達成自己的目標。重視在活動過程中及結束時的反省與深入理解，以培養更高層次的思考能力并達成有意義的結果。

單元學習任務設計，單元逆向教學設計充分尊重學生的差異性，盡可能避免千篇一律、無差異化的任務，減輕學生負擔，真正發揮任務的教育功能。單元作業設計應突出先進性，設計基礎課、高級課和擴展課的分階段作業，增強對單元目標的深入理解，增加學科實踐作業的比重，實現“做中學”，設置促進單元核心知識整合和跨學科綜合的項目化作業，實現“用中學”。由于課堂教學的局限性，高級作業設計仍然是主體，實踐作業和項目作業是其“兩翼”，即“一個身體和兩個翅膀”的單元作業設計模式。

4.逆向單元設計案例

《逆向教學設計案例分析》以高中物理教材“靜電場中的能量”為例，構建適合高中物理教學的逆向教學設計框架。

4.1確定預期成果

確定預期成果的操作過程如下：分析課程標準、教材和學情，確定教學重點和難點，提煉本單元的大概念和基本問題，確定大單元的設計，從知識、理解和應用三個層次出發，明確預期結果，最終形成單元的學習目標。

4.1.1 分析課程標準、教材和學情，確定教學重點和難點

根據課程標準，學生需要掌握電荷在靜電場中的勢能，以及電勢和電勢差的概念，并且要理解均勻電場中電位差與電場強度之間的關系，以便更好地分析帶電粒子在電場中的運動，從而更好地解釋相關的物理現象。通過觀察常見的電容器，我們可以了解它們的容量，并觀察它們的充放電現象。

教材分析和學情分析，本單元是電磁學的基礎，是承前（力學）啟后（電）的單元，電磁學與力學密切相關，研究靜電場。學生已經了解了引力功的特點、功與能量轉換的關系、用比值法定義電場強度、等高線等。本單元的基本概念較多且抽象，學生不易理解，在教學中需要用類比的方法將新舊知識聯系起來，舊知識向新知識的過渡比較容易讓學生理解和接受。例如，在研究“靜電力做功的特性”時，可以利用引力做功的特性，將處理引力做功特性的方法轉化為做功特性的分析方法。利用靜電力功與電力勢能功的關系來比較引力功與重力勢能的關系；在建構電勢和電勢差概念時，也類推了電場強度概念的建立，使學生進一步理解用比值定義物理量的方法；使用等勢面比較等高線。本單元教學重點和難點是靜電場相關物理概念的構建及其關系，帶電粒子在電場中的運動。

4.1.2細化單元概念和基本問題

單元概念屬于基礎素養中“物理概念”的范疇，根據課程標準、教材和學情分析，可基于物質概念、運動概念和相互作用概念、能量的概念，從這些概念中提取出統一的概念。在統一“靜電場中的能量”中，電場強度，電子在電場中的運動必須用動力學的方法來分析能量的運動和轉換，指出運動和相互作用的概念勢能，電勢和電勢差所做的功表示概念能量。提取的第一個概念是“靜電場中的能量”，提取的第二個概念是“帶電粒子的運動電場”。核心問題是指單元的核心概念和學習核心內容需要解決的問題，只有解決了核心問題，學生才能更好地理解單元的核心內容。“靜電場中的能量”單元的基本問題如下：與電場中的能量相關的物理量有哪些？這些物理量是如何定義的？這些物理量之間有什么關系？帶電粒子在電場中的運動是怎樣的？如何定量評估它的運動特性？

4.1.3 確定大尺度單元的設計

根據提取的大尺度概念和單元的基本問題，將“靜電場中的能量”分為兩個單元。第一單元3課時，內容分別為“電勢能與電勢量”“電勢差”“電勢差與電場強度的關系”。

4.1.4 界定預期成果

在制定了單元的學習目標之后，老師應該深入探究學生在完成這一課程之后可能出現的新的挑戰，以及他們的最終收獲將有何不同？通過“電勢”的學習，學生將能夠掌握定義、公式和單位的基本概念。通過觀察電勢，人們可以清楚地看到，電勢隨著電場線的方向而逐漸減弱，從而可以準確地判斷出電場中兩點之間的電勢差異。我們希望能夠通過了解、理解和運用三個方面來評估我們的預期成果。我們的學習對象是學生，我們將使用“通過……，學習者可以……”這個可視化的、可衡量的語言來描述我們的學習。我們的目標是“靜電中的能量”。（1）通過探究，學生可以清楚地認識到，當靜電力施加于某個位置時，它的功就會改變該位置的能量，而且這種改變不受路徑的影響；此外，他們還可以從實例中探究靜電力施加的功與勢能之間的關系，以及電荷在電場中的位置，以及它們之間的電勢差。此外，他們還可以從實例中獲得有關比率的知識，從而更好地掌握物理量的定義。通過研究電位差和電場強度之間的相互作用，物理學可以更好地理解和應用各種量的概念。（2）通過實際操作和實驗，學生不僅能夠熟悉常見的電容器，還能夠清楚地描述它們在充放電過程中的電流方向和能量轉換，并且能夠使用比值定義法來確定電容，同時還能夠深入研究影響平行板電容器電容量的尺寸因素，以及如何改變它們的大小。此外，通過引導和問題討論，學生還可以從動力學、能量等角度，分析帶電粒子在電場中的偏轉，并且能夠深入理解示波管的工作原理。

4.2 尋找評估證據

是否達到了教師設定的預期目標？有什么證據表明學生已經實現了它，它是如何實現的？教師應該為此找到合適的能力測試。逆向教學設計的優點是在學習活動設計中給予評價主導作用的空間。學習考核要達到“一課一考核”的水平。評估標準可分為課堂觀察、課后作業兩種。通過課堂觀察，我們可以制定一個量表來衡量學生的學習表現，這個量表可以從五個方面來評估：課堂參與度、合作學習能力、自主探究能力、表達能力和創新意識。

4.3 設計學習活動

“一課一個項目”可以有效地幫助我們更好地將其融入到日常教學當中。問題設計應與評估測試相結合，使問題具有情境化和遞進性。通過解決每一道題，學生可以獲得新知識，掌握新方法。

通過逆向教學設計，教師可以更好地利用評價證據，以更準確的方式把握學習活動的預期結果與學生的實際水平之間的差異，并及時調整教學策略，以達到“教、學、評”的目標，從而更有效地實現學習目標。逆向教學設計注重將教學內容從宏觀的概念和基礎問題出發，進行細致的分析，以便學生能夠更好地掌握知識，并且能夠更好地發現知識之間的聯系。

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作者簡介：

李欣（1982年9月—），女，漢族，安徽宿州市人，本科學歷，中教一級職稱，研究方向：高中物理教學。