指向科學(xué)思維的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)與思考

吳京羽 徐曉梅 陳閣

摘 要：科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是科學(xué)教育的核心。文章以“曲線運(yùn)動(dòng)”為例，從科學(xué)思維的不同水平出發(fā)，明確預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果，確定恰當(dāng)?shù)脑u(píng)估方法，規(guī)劃相關(guān)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，通過三個(gè)步驟進(jìn)行逆向教學(xué)設(shè)計(jì)。以生活情境作為載體，通過實(shí)驗(yàn)探究、創(chuàng)設(shè)問題情境、物理模型設(shè)計(jì)任務(wù)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞：逆向教學(xué)設(shè)計(jì)；曲線運(yùn)動(dòng)；科學(xué)思維

科學(xué)思維是《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課標(biāo)》）提出的物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的四個(gè)維度之一?？茖W(xué)思維包括模型構(gòu)建、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。提高學(xué)生科學(xué)思維品質(zhì)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵所在［1］?！墩n標(biāo)》附錄中對(duì)科學(xué)思維進(jìn)行了水平劃分，水平之下對(duì)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的要求是逐步提升的。依據(jù)科學(xué)思維的不同水平進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，通過設(shè)定預(yù)期的科學(xué)思維水平目標(biāo)來安排學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，就體現(xiàn)了“以終為始”的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)的理念。所以，逆向教學(xué)設(shè)計(jì)為科學(xué)思維在物理課堂中的“落地生根”提供了一個(gè)可行的途徑［2］。文章擬探尋對(duì)“曲線運(yùn)動(dòng)”進(jìn)行逆向教學(xué)設(shè)計(jì)，通過挖掘教學(xué)過程中蘊(yùn)含的科學(xué)思維教學(xué)的價(jià)值，引領(lǐng)整個(gè)教學(xué)過程。

一、逆向教學(xué)設(shè)計(jì)

逆向教學(xué)強(qiáng)調(diào)“以終為始”進(jìn)行教學(xué)。首先確定預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果，逆向設(shè)計(jì)倡導(dǎo)學(xué)習(xí)活動(dòng)應(yīng)該從想要達(dá)到的預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果導(dǎo)出，而并非從教師所擅長的教法、教材和活動(dòng)導(dǎo)出［2］。其次確定合適的評(píng)估方法，教師為預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果思考多種評(píng)估方法。教師需要根據(jù)不同的評(píng)估方法收集來的證據(jù)來思考和評(píng)估，而不是僅僅依據(jù)單一的測(cè)試或表現(xiàn)性任務(wù)［2］。最后是設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)，也就是從終點(diǎn)——預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果（目標(biāo)或標(biāo)準(zhǔn)）出發(fā)，進(jìn)行逆向思考，并依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)所要求的表現(xiàn)性行為設(shè)計(jì)教學(xué)。逆向教學(xué)設(shè)計(jì)的模板可以歸納如表1所示。

二、“曲線運(yùn)動(dòng)”的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)

現(xiàn)選取人教版必修二的第一章“拋體運(yùn)動(dòng)”第一節(jié)“曲線運(yùn)動(dòng)”作為案例進(jìn)行逆向教學(xué)設(shè)計(jì)，通過分析“曲線運(yùn)動(dòng)”的逆向教學(xué)階段，挖掘教學(xué)過程中蘊(yùn)含的科學(xué)思維的教學(xué)價(jià)值，給出“曲線運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)過程。

（一）“曲線運(yùn)動(dòng)”逆向教學(xué)設(shè)計(jì)階段

按照《課標(biāo)》附錄中的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的水平劃分，科學(xué)思維共有五個(gè)水平，這五個(gè)水平的要求是逐步提升的。通過設(shè)定預(yù)期的科學(xué)思維水平目標(biāo)來安排學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，并參考上文給出的設(shè)計(jì)模板，結(jié)合“曲線運(yùn)動(dòng)”，用表格的形式整合到一起，如下表2。這種形式能夠更加直觀地體現(xiàn)逆向設(shè)計(jì)的思維，有助于接下來對(duì)教學(xué)過程的安排與設(shè)計(jì)。

（二）“曲線運(yùn)動(dòng)”教學(xué)過程

按照上文所分析“曲線運(yùn)動(dòng)”的逆向教學(xué)階段，挖掘教學(xué)過程中蘊(yùn)含的科學(xué)思維的教學(xué)價(jià)值，嘗試寫出“曲線運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)過程。

【教學(xué)環(huán)節(jié)1】體驗(yàn)情境，激發(fā)興趣

曲線運(yùn)動(dòng)是生活中常見的運(yùn)動(dòng)形式，在生產(chǎn)和生活中存在許多與曲線運(yùn)動(dòng)相關(guān)的素材，選擇合適的素材作為載體創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，從而引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)行為的發(fā)生，這是教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中需要關(guān)注的問題。在這一部分，學(xué)生能結(jié)合多種生活現(xiàn)象，類比推理提出猜想，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)做出解釋。以生活中真實(shí)情境作為發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的載體，通過生活場(chǎng)景實(shí)際案例幫助學(xué)生清晰直觀地認(rèn)識(shí)曲線運(yùn)動(dòng)，教學(xué)過程如下表3。

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生能夠回答出曲線運(yùn)動(dòng)的概念和曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向，表明學(xué)生經(jīng)過學(xué)習(xí)能夠達(dá)到了科學(xué)思維的水平一，繼而可以進(jìn)行下一個(gè)水平的教學(xué)。

【教學(xué)環(huán)節(jié)2】在實(shí)驗(yàn)中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

這一部分包括兩個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，教師引導(dǎo)學(xué)生由物理現(xiàn)象出發(fā)，將生活中特殊的曲線運(yùn)動(dòng)——圓周運(yùn)動(dòng)中總結(jié)的結(jié)論，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證推廣到一般的曲線運(yùn)動(dòng)，充分體現(xiàn)出思維方法與物理知識(shí)的融合，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。第二個(gè)探究實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生按照教師的引導(dǎo)，親自經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，得出了結(jié)論，促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維的發(fā)展。這一環(huán)節(jié)教學(xué)過程如下表4和表5。

當(dāng)演示實(shí)驗(yàn)結(jié)束，學(xué)生能在教師的引導(dǎo)下對(duì)比分析得出結(jié)論：物體做直線運(yùn)動(dòng)的速度方向沿著軌跡的切線方向，并且能夠根據(jù)現(xiàn)象中面粉的軌跡表達(dá)自己的結(jié)論，即能說明學(xué)生達(dá)成了水平2，可以繼續(xù)下一個(gè)階段的教學(xué)。

學(xué)生經(jīng)歷了自主實(shí)驗(yàn)探究的環(huán)節(jié)，能夠?qū)處熖岢龅膯栴}進(jìn)行解答并且完成實(shí)驗(yàn)，得出物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件是合外力的方向和運(yùn)動(dòng)方向不在同一條直線上，進(jìn)一步回答出做曲線運(yùn)動(dòng)的物體的加速度方向和運(yùn)動(dòng)方向也不在同一直線上。學(xué)生能夠在教師的引導(dǎo)下給出問題的答案，說明學(xué)生在經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)探究后能達(dá)到教師所預(yù)設(shè)的目標(biāo)水平，可以進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的教學(xué)。

【教學(xué)環(huán)節(jié)3】創(chuàng)設(shè)開放情境，解決實(shí)際問題

當(dāng)學(xué)生能夠在生活情境中分析曲線運(yùn)動(dòng)，也要在生活情境中應(yīng)用曲線運(yùn)動(dòng)的知識(shí)。在這一環(huán)節(jié)，學(xué)生能將自行車后輪不同位置的泥水運(yùn)動(dòng)情況轉(zhuǎn)化成在水平面不同位置點(diǎn)泥水的運(yùn)動(dòng)速度的物理模型。本次課的導(dǎo)入是學(xué)生生活能夠見到的幾個(gè)場(chǎng)景，在結(jié)尾設(shè)計(jì)中，沒有選擇給學(xué)生一道經(jīng)典例題擺在課件上，而是讓學(xué)生回到生活，感受自己每天上學(xué)過程中離不開的自行車或是大街上的摩托車的“擋泥片”，在學(xué)生疲勞、興奮度不高、熱情降低時(shí)，拉高學(xué)生的討論熱情，給本次課畫上一個(gè)完美的句號(hào)。也讓學(xué)生感受到，學(xué)習(xí)過的知識(shí)并非束之高閣，而是隨處可用，這一環(huán)節(jié)教學(xué)過程設(shè)計(jì)如下表6。

當(dāng)學(xué)生能將生活中自行車后輪“擋泥片”作為研究對(duì)象，并且將這一實(shí)物模型化，對(duì)不同位置的泥水結(jié)合物理模型進(jìn)行分析、推理，小組合作得出結(jié)論，并給出設(shè)計(jì)的“圖紙”來證明自己的結(jié)論，就能夠表示學(xué)生經(jīng)過這一環(huán)節(jié)達(dá)到了相應(yīng)設(shè)定的水平。

三、思考與感悟

文章基于逆向教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)“曲線運(yùn)動(dòng)”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以生活情境作為載體，通過實(shí)驗(yàn)探究、創(chuàng)設(shè)問題情景、物理模型設(shè)計(jì)任務(wù)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。首先，從目標(biāo)出發(fā)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)。在曲線運(yùn)動(dòng)逆向教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師并非只關(guān)注教材和課標(biāo)，而是從學(xué)生預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)出發(fā)，思考想要學(xué)生從這一節(jié)中學(xué)到什么，思考什么能夠讓學(xué)生理解這一節(jié)，進(jìn)而設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)。依據(jù)《課標(biāo)》中給出的不同水平的物理學(xué)科核心素養(yǎng)劃分，幫助學(xué)生逐步提升科學(xué)思維水平。其次，重視真實(shí)情境，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維。課堂開始環(huán)節(jié)的粉筆，以及課堂中圖片所展示的生活中的曲線運(yùn)動(dòng)，都源于真實(shí)情境。兩次實(shí)驗(yàn)中使用的實(shí)驗(yàn)器材也是取材于真實(shí)生活，讓學(xué)生在客觀的物理世界中發(fā)現(xiàn)曲線運(yùn)動(dòng)的概念和特點(diǎn)。最后，自制教具，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。教師演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)都是取材于生活，學(xué)生自己動(dòng)手也完全能夠制作出實(shí)驗(yàn)所需的器材，激發(fā)學(xué)生嘗試自己用生活中的器材進(jìn)行探究的興趣。學(xué)生親身經(jīng)過實(shí)驗(yàn)探究的過程，在探究過程中逐步發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

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作者簡(jiǎn)介：吳京羽（1998— ），女，漢族，山東莒縣人，在讀研究生，研究方向：物理學(xué)科教學(xué)。

*通訊作者：徐曉梅（1963— ），女，漢族，云南昆明人，碩士，研究生導(dǎo)師，主要從事理論物理及物理課程與教學(xué)論的教學(xué)和研究工作。