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

曹東

(江蘇省懷仁中學(xué) 江蘇 無錫 214196)

物理核心素養(yǎng)是指學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會需要的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(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，最好的途徑是通過單元教學(xué)設(shè)計．單元教學(xué)設(shè)計如果要取得好的效果，應(yīng)該采用逆向教學(xué)設(shè)計．何為逆向教學(xué)設(shè)計？逆向教學(xué)設(shè)計即“以終為始”的設(shè)計．傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計是目標(biāo)—過程—評價．逆向教學(xué)設(shè)計是目標(biāo)—評價—過程．逆向教學(xué)設(shè)計的重點是學(xué)習(xí)目標(biāo)制定后思考以下問題：用什么來證明學(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)成評估的表現(xiàn)性行為是什么樣的[2]？

逆向教學(xué)設(shè)計分為3個階段．

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題確定學(xué)習(xí)目標(biāo)；

階段2：確定合適的評估證據(jù)，以表現(xiàn)性評價和對理解的非正式檢查為主要方式設(shè)計學(xué)習(xí)評價策略；

階段3：設(shè)計學(xué)習(xí)體驗和教學(xué)，以問題鏈為載體的“思維載體設(shè)計”和以實驗為載體的“資源載體設(shè)計”設(shè)計學(xué)習(xí)過程．

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

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

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)容比我們在有限時間里能夠講授的內(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)．確定過程應(yīng)該抓住大概念和基本問題．在教學(xué)實踐中，大概念是學(xué)習(xí)的錨點，它能夠使離散的事實和技能相互聯(lián)系并有一定意義．大概念通常表現(xiàn)為一個有用的概念、主題、基本假設(shè)、理解或原則等．基本問題是指能夠促進(jìn)某一特定主題單元的內(nèi)容理解，能激發(fā)知識間的聯(lián)系與遷移的問題．

案例1：“自由落體運動”的單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

(1)通過實驗，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，了解空氣阻力對落體運動的影響．(素養(yǎng)1，素養(yǎng)2，素養(yǎng)3)

(2)通過牛頓管實驗，讓學(xué)生理解物體做自由落體運動的條件．(素養(yǎng)1，素養(yǎng)2，素養(yǎng)3)

(3)通過測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動是初速度為零的勻加速直線運動的性質(zhì)，認(rèn)識自由落體運動規(guī)律．(素養(yǎng)1，素養(yǎng)2，素養(yǎng)3)

(4)理解自由落體運動的加速度，知道它的大小和方向．(素養(yǎng)1)

(5)能夠運用自由落體運動的規(guī)律和特點解決有關(guān)問題．(素養(yǎng)2)

(6)通過史實，了解伽利略研究自由落體運動的實驗和推理方法．結(jié)合物理學(xué)史的內(nèi)容，認(rèn)識實驗對物理學(xué)發(fā)展的推動作用．(素養(yǎng)2，素養(yǎng)4)

(7)通過查找資料等方式，了解并討論伽利略對物體運動的研究在科學(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、學(xué)習(xí)目標(biāo)與核心素養(yǎng)有機的統(tǒng)一．同時明確了學(xué)習(xí)的重點是大概念：自由落體運動、自由落體運動的規(guī)律．學(xué)習(xí)的基本問題：什么樣的運動是自由落體運動？自由落體運動是什么樣的運動？

2 確定合適的評估證據(jù)——學(xué)習(xí)評價設(shè)計

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)計要求根據(jù)收集的評估證據(jù)來思考單元或課程，而不是簡單地根據(jù)要講的內(nèi)容或是一系列學(xué)習(xí)活動來思考單元和課程．這種方法鼓勵教師在設(shè)計特定的單元和課程前，先要像“評估員一樣思考”，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)計的邏輯提醒我們思考結(jié)果所暗含的評估證據(jù)，而不是首先將評估看作是評定成績的一種手段．我們一般獲得證據(jù)的途徑：表現(xiàn)性任務(wù)、問答題、隨堂測驗和考試、對理解的非正式檢查(提問、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)性評價是逆向設(shè)計評價方式的重要評價方式之一．表現(xiàn)性評價既是一種評價理念，也是一種評價方式．維金斯強調(diào)，表現(xiàn)性評價要求學(xué)生完成一個活動，或制作一個作品以證明其知識與技能等，即讓學(xué)生在真實情景中去表現(xiàn)其所知與所能[3]．

案例2：“自由落體運動”的單元學(xué)習(xí)評價設(shè)計

(1)目標(biāo)1達(dá)成要求：通過觀察實驗現(xiàn)象，說出空氣阻力影響落體運動的主要因素——觀察，口頭交流．

(2)目標(biāo)2達(dá)成要求：通過觀察實驗現(xiàn)象，說出自由落體運動的概念和條件——觀察，口頭交流．

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

(4)目標(biāo)4達(dá)成要求：理解自由落體運動的加速度，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：能夠制作出測量反應(yīng)時間的尺，利用所學(xué)知識分析其原理——作品制作，寫說明書，課堂檢測和課后作業(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．

此案例針對目標(biāo)的達(dá)成做了詳細(xì)的描述，同時對達(dá)成的過程和結(jié)果采取了適當(dāng)?shù)脑u價方式，收集了不同的評估證據(jù)來證明學(xué)生的理解程度．比如以表現(xiàn)性評價為例，評估證據(jù)來源于學(xué)生的實驗設(shè)計、操作、交流討論、制作測量反應(yīng)時間的尺、寫一份實驗報告和閱讀心得等．

3 設(shè)計學(xué)習(xí)體驗和教學(xué)——學(xué)習(xí)過程設(shè)計

學(xué)習(xí)過程的設(shè)計我們要思考以下幾個問題：

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

(2)哪些活動可以使學(xué)生獲得所需要的知識和技能？

(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_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)過程設(shè)計的關(guān)鍵是學(xué)生活動的設(shè)計和材料、資源的整合．教師基于課時目標(biāo)結(jié)合教材具體內(nèi)容設(shè)計學(xué)生活動．為保障學(xué)生活動的順利實施，教師應(yīng)該以問題鏈為載體的“思維載體設(shè)計”和以實驗為載體的“資源載體設(shè)計”作為學(xué)習(xí)過程設(shè)計的抓手．

案例3：“自由落體運動”的單元學(xué)習(xí)過程設(shè)計

明確研究的問題：測量自己的反應(yīng)時間

請一位學(xué)生用兩個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，記下這時手指在直尺上的位置．你能測出你的反應(yīng)時間嗎？如果要知道反應(yīng)時間的準(zhǔn)確值我們還應(yīng)該研究什么？

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

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

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

學(xué)生活動2：利用如圖1所示的實驗裝置測定重力加速度．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計時器處．先接通電源，再松開紙帶讓重物自由下落，打點計時器在紙帶上打下一系列的點．

(1)如何根據(jù)紙帶上的點跡求出重物的重力加速度？

(2)請根據(jù)計算的數(shù)據(jù)和課本第44頁表格中的數(shù)據(jù)分析：自由落體加速度在各個地方相同嗎？它的方向如何？

(3)自由落體運動的運動性質(zhì)如何？滿足什么規(guī)律？

圖1 測重力加速度實驗裝置示意圖

學(xué)生活動3：思考并回答下列問題.

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

(2)請你根據(jù)漫畫“洞有多深”提供的情境(圖2)，回答下列問題:

圖2 漫畫“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、計算過程)．請你對該方法進(jìn)行評估,寫出該方法的優(yōu)點和不足之處．

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

(1)請你計算一下這位同學(xué)的反應(yīng)時間是多少？

(2)制作一把可以測量反應(yīng)時間的尺，測出自己和同桌的反應(yīng)時間，簡述自己的制作過程．

課后作業(yè)與研究：

(1)某學(xué)生在自己家內(nèi)通過2 m高的窗戶觀察到一個花盆貼近窗戶下落，花瓶經(jīng)過窗戶的時間約0.2 s，請你根據(jù)這些估算出花盆是從比他家窗戶上沿高多少米的陽臺上掉下來的？(僅為事例，危險！)

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

“自由落體運動”單元學(xué)習(xí)過程的設(shè)計，以核心問題和核心任務(wù)：測量自己的反應(yīng)時間和做一把可以測量自己反應(yīng)時間的尺為引領(lǐng)，設(shè)計了一系列的學(xué)生活動．學(xué)生活動的設(shè)計首先以問題鏈為載體的“思維載體設(shè)計”，問題驅(qū)動學(xué)生的活動，從而引發(fā)具有積極思維的師生互動和生生互動．其次教師選擇了恰當(dāng)?shù)膶嶒瀸崿F(xiàn)了以實驗為載體的“資源載體設(shè)計”．本設(shè)計以實驗為基礎(chǔ)，通過悟?qū)嶒?，做實驗，評實驗，自己動手做作品，用實驗很好地實現(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)計強調(diào)以學(xué)習(xí)目標(biāo)為起點，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)評價)，最后設(shè)計學(xué)生活動協(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)計讓教師對自己的設(shè)計更好的反思，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，達(dá)到為理解而教，為理解而學(xué)的目標(biāo)．