基于目標(biāo)分類學(xué)的物理教學(xué)設(shè)計(jì)

范心維　彭朝陽(yáng)

【摘 要】新課標(biāo)對(duì)教師的教學(xué)能力提出了更高的要求，為了適應(yīng)新課標(biāo)的要求，教師在教學(xué)過(guò)程中需要保證教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)評(píng)價(jià)相一致。本文基于目標(biāo)分類學(xué)對(duì)“牛頓第二定律”這一課進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)該課的教學(xué)目標(biāo)的分析，給出能發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的問(wèn)題示例，促進(jìn)物理教學(xué)做到教、學(xué)、評(píng)相一致，以提高學(xué)生核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】高中物理;目標(biāo)分類學(xué);教學(xué)設(shè)計(jì);牛頓第二定律

【中圖分類號(hào)】G633.7? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A? 【文章編號(hào)】1671-8437（2021）34-0245-03

在高中物理教學(xué)中，很多一線教師都會(huì)面臨這些問(wèn)題：如何使大部分學(xué)生取得優(yōu)秀的成績(jī)？也就是學(xué)生應(yīng)該如何做到高效學(xué)習(xí)，而教師又該怎樣教。教師應(yīng)該如何選擇合理的教學(xué)工具檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況？也就是學(xué)情反饋問(wèn)題，即學(xué)生成績(jī)測(cè)評(píng)問(wèn)題。如何保持教、學(xué)、評(píng)相一致？也就是教學(xué)的有效性問(wèn)題，即一致性問(wèn)題。而教育目標(biāo)分類學(xué)對(duì)上述問(wèn)題的解決具有較高的實(shí)踐價(jià)值。在教育目標(biāo)分類學(xué)指導(dǎo)下進(jìn)行物理教學(xué)設(shè)計(jì)是教師有效培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑之一。

1? ?布魯姆目標(biāo)分類學(xué)理論概述

21世紀(jì)50年代布魯姆等人出版了《教育目標(biāo)分類學(xué)——認(rèn)知領(lǐng)域》[1]，他們按照復(fù)雜程度對(duì)認(rèn)知行為進(jìn)行排序，即教育目標(biāo)主要包含認(rèn)知、情感、動(dòng)作技能這幾個(gè)要素，而認(rèn)知領(lǐng)域則包含知識(shí)、領(lǐng)會(huì)、運(yùn)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)這幾要素。2001年，為了促進(jìn)美國(guó)教育發(fā)展和課改的需要，進(jìn)一步使教育目標(biāo)分類學(xué)的體系更加完整，一些課程專家針對(duì)教育目標(biāo)分類學(xué)的不足之處進(jìn)行了優(yōu)化，修訂版的教育目標(biāo)分類理論基本框架如表1。

分析表1可知，修訂版的目標(biāo)分類學(xué)包括知識(shí)和認(rèn)知過(guò)程兩個(gè)維度：知識(shí)維度包括事實(shí)性知識(shí)（學(xué)生明白一門學(xué)科或解決相關(guān)問(wèn)題需要了解的基本要素）、概念性知識(shí)（在一個(gè)更大體系內(nèi)共同產(chǎn)生作用的基本要素之間的關(guān)系）、程序性知識(shí)（做某事的方法，探究的方法，以及使用技能、算法、技術(shù)和方法的準(zhǔn)則）和元認(rèn)知知識(shí)（關(guān)于一般認(rèn)知的知識(shí)以及關(guān)于自我認(rèn)識(shí)的意識(shí)）;認(rèn)知過(guò)程維度主要包括記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造等。教師在分類表的指導(dǎo)下進(jìn)行物理教學(xué)設(shè)計(jì)，既能夠有效改進(jìn)教學(xué)，也有利于解決一些棘手的教學(xué)問(wèn)題，且能夠在教學(xué)過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行自我診斷，從而完成教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，提高教學(xué)效率。

本文對(duì)教育目標(biāo)分類理論指導(dǎo)下的“牛頓第二定律”這一課進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

2? ?基于教育目標(biāo)分類學(xué)的“牛頓第二定律”教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)目標(biāo)的可行性對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況影響深遠(yuǎn)，清晰明確的教學(xué)目標(biāo)能夠提高教師教學(xué)的有效性。為了及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)情動(dòng)態(tài)，達(dá)到最佳教學(xué)效果，教學(xué)目標(biāo)的制定必須易于導(dǎo)教、導(dǎo)學(xué)和導(dǎo)測(cè)評(píng)，并且每一個(gè)教學(xué)目標(biāo)應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的評(píng)價(jià)試題。

2.1? “牛頓第二定律”教學(xué)目標(biāo)分析

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中提出，教育應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生“物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等物理學(xué)科核心素養(yǎng)[2]。牛頓第二定律是高中物理必修1的教學(xué)重點(diǎn)，其教學(xué)目標(biāo)要求學(xué)生掌握物體運(yùn)動(dòng)的加速度a與物體合外力F、質(zhì)量m之間的定量關(guān)系，理解并掌握牛頓第二定律的應(yīng)用方法。因此，根據(jù)修訂版的教育目標(biāo)分類學(xué)，筆者對(duì)“牛頓第二定律”一課的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行編碼，分類表述如下：

目標(biāo)A——事實(shí)性知識(shí)目標(biāo)：記住力的單位以及牛頓第二定律的表達(dá)式（A-0），理解牛頓第二定律的建立過(guò)程，加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系（A-1），評(píng)價(jià)公式的簡(jiǎn)潔性與便捷性（A-2）。

目標(biāo)B——概念性知識(shí)目標(biāo)：能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分析得出力、質(zhì)量和加速度三者數(shù)量間的關(guān)系，明確加速度的方向與力的方向之間的關(guān)系（B-0），理解牛頓第二定律的物理意義（B-1）。

目標(biāo)C——程序性知識(shí)目標(biāo)：能夠求解牛頓第二定律的基本題型，靈活應(yīng)用F=kma，從力的單位考慮，解決k=1的疑問(wèn)，明確牛頓第二定律的適用條件，學(xué)會(huì)運(yùn)用牛頓第二定律解決實(shí)際問(wèn)題（C-0）。同時(shí)能夠自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并記錄物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，保持其質(zhì)量不變的情況下F和a的數(shù)據(jù)（C-1）。

目標(biāo)D——元認(rèn)知知識(shí)目標(biāo)：通過(guò)對(duì)牛頓第二定律表達(dá)式的探究與運(yùn)用，能夠掌握數(shù)形結(jié)合、控制變量等解題方法;并分析物體的受力和運(yùn)動(dòng)情況;能夠提高自身的科學(xué)探究能力，聯(lián)想牛頓第二定律與牛頓第一定律的關(guān)系，提高對(duì)物理學(xué)的興趣（D-0、D-1、D-2）。

上述各目標(biāo)在分類表中對(duì)應(yīng)位置如表2所示。

2.2? “牛頓第二定律”教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

為了達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，需設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)。本節(jié)課教學(xué)的重難點(diǎn)是讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)得出物體加速度的影響因素，并分析運(yùn)動(dòng)物體的加速度a與物體所受的力F、物體質(zhì)量m這三者之間的定量關(guān)系。因此，筆者設(shè)計(jì)了以下教學(xué)活動(dòng)。

【活動(dòng)1】

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

生：質(zhì)量小的物體，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就較容易改變，所以在相同情況下，質(zhì)量小的物體獲得的加速度就會(huì)越大，所以運(yùn)動(dòng)員穿最輕的衣服和鞋子在運(yùn)動(dòng)時(shí)獲得的加速度就會(huì)越大。

【活動(dòng)2】

師：那物體的加速度又與哪些因素有關(guān)呢？請(qǐng)同學(xué)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(lián)想自己在生活中常見(jiàn)的影響物體加速度的現(xiàn)象，并舉例說(shuō)明。

生1：與物體受到的外力有關(guān)，如當(dāng)一個(gè)人從背后推另一個(gè)站著不動(dòng)的人，這個(gè)原本不動(dòng)的人就會(huì)向前運(yùn)動(dòng)。

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

生3：與物體的速度有關(guān)，如速度大的物體其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)易于控制，而速度小的物體其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不好控制。

師：根據(jù)同學(xué)們的猜想以及我們前面所學(xué)的牛頓第一定律可知，不同質(zhì)量的物體，慣性的大小是不同的。換言之，不同物體其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制能力也是不一樣的，一般而言質(zhì)量大的物體其慣性也會(huì)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(zhì)量m有關(guān)。

【活動(dòng)3】

師：那我們應(yīng)該采用怎樣的物理方法來(lái)研究a與F、m的定量關(guān)系呢？同學(xué)們可以聯(lián)想初中階段我們研究電流與電壓、電阻三者關(guān)系時(shí)用的物理方法。

生：老師，控制變量法可以解決這個(gè)問(wèn)題。第一次我們可控制物體質(zhì)量不變來(lái)探討加速度和力之間的定量關(guān)系;第二次控制合外力不變探討加速度和質(zhì)量的定量關(guān)系。最后結(jié)合兩次研究結(jié)果，得出a與F、m的定量關(guān)系。

【活動(dòng)4】

師：為了得出a與F、m的定量關(guān)系，請(qǐng)同學(xué)們分組探討各自的實(shí)驗(yàn)方案，方案要包含一些基本要素：實(shí)驗(yàn)器材、操作方案、數(shù)據(jù)處理方案等。（要求學(xué)生將實(shí)驗(yàn)方案寫(xiě)在紙上并展示）

生：我們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案中實(shí)驗(yàn)器材主要包括小車、一個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、一塊長(zhǎng)木板、少量細(xì)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(guò)這些器材和小車的運(yùn)動(dòng)來(lái)探討a與F、m的定量關(guān)系。假設(shè)用天平測(cè)出小車的質(zhì)量為M，并且測(cè)出小桶的質(zhì)量以及在小桶中砝碼的質(zhì)量和為m1，此時(shí)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(shí)小車受到的拉力就是F，最后測(cè)量打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上的距離并算出?s，根據(jù)?s=aT 2計(jì)算得出小車的加速度a[4]。

【活動(dòng)5】

師：同學(xué)們對(duì)比各小組設(shè)計(jì)的方案，并從中選擇一種實(shí)驗(yàn)誤差小、便于操作的方案，再根據(jù)這個(gè)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采集數(shù)據(jù)以及繪制圖后，回答a與F、m的定量關(guān)系。

生：通過(guò)數(shù)據(jù)分析和a?m圖象可知，a與F成正比，a與m成反比。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)以上教學(xué)過(guò)程，根據(jù)布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)可知，活動(dòng)1通過(guò)向?qū)W生播放視頻資料，使學(xué)生回憶事實(shí)性知識(shí);活動(dòng)2是為了讓學(xué)生能夠分析、理解概念性知識(shí);活動(dòng)3讓學(xué)生選擇合適的物理方法研究a與F、m的定量關(guān)系，這個(gè)活動(dòng)屬于程序性知識(shí)的分析;活動(dòng)4讓學(xué)生分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這個(gè)活動(dòng)屬于程序性知識(shí)的創(chuàng)造，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程提高自身科學(xué)探究能力;活動(dòng)5讓學(xué)生根據(jù)最優(yōu)方案進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與圖象繪制，從而得出a與F、m的定量關(guān)系，這個(gè)活動(dòng)屬于元認(rèn)知知識(shí)的分析?；顒?dòng)1至活動(dòng)5使學(xué)生通過(guò)分組交流討論、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并通過(guò)視頻和圖片的引入，引導(dǎo)學(xué)生形成物理模型思想;然后對(duì)影響一運(yùn)動(dòng)物體加速度a的因素進(jìn)行科學(xué)推理;再通過(guò)數(shù)據(jù)處理對(duì)自己的猜想進(jìn)行驗(yàn)證;最后綜合兩次數(shù)據(jù)，進(jìn)行質(zhì)疑創(chuàng)新，得出a與F、m之間的定量關(guān)系。整個(gè)教學(xué)活動(dòng)過(guò)程循序漸進(jìn)，使學(xué)生的科學(xué)思維能力得到提升。

【評(píng)價(jià)1】根據(jù)牛頓第二定律可知，不管使用多么小的力都能夠讓物體產(chǎn)生一定的加速度。但是，當(dāng)提一個(gè)很重的箱子時(shí)，使用很小的力就提不動(dòng)[5]。這違背牛頓第二定律嗎？如何解釋這個(gè)現(xiàn)象？

分析：這一評(píng)價(jià)考查學(xué)生對(duì)概念性知識(shí)的理解，主要是為了讓學(xué)生深入理解牛頓第二定律的物理概念。

【評(píng)價(jià)2】一個(gè)物體受到的合力是4 N時(shí)，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(píng)價(jià)是針對(duì)程序性知識(shí)提出的，教師可以通過(guò)這一評(píng)價(jià)考查學(xué)生對(duì)牛頓第二定律的具體運(yùn)用。

通過(guò)分析教學(xué)目標(biāo)、活動(dòng)和評(píng)價(jià)后，根據(jù)布魯姆二維分類表可分析這三者在教學(xué)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(biāo)B-1與所對(duì)應(yīng)的方格B2達(dá)到了高度的一致，這說(shuō)明筆者設(shè)計(jì)的這個(gè)教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)活動(dòng)、教學(xué)評(píng)價(jià)具有一致性，達(dá)到了有效教學(xué)的目標(biāo)。而其他教學(xué)目標(biāo)也有相對(duì)應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)，說(shuō)明教學(xué)目標(biāo)也具備一定的可行性，只有少部分教學(xué)目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)，無(wú)法達(dá)到教、學(xué)、評(píng)的完全一致。但總體而言，這次教學(xué)設(shè)計(jì)還是比較成功。

3? ?總結(jié)

通過(guò)對(duì)以上教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)評(píng)價(jià)的分析可知，修訂版的教育目標(biāo)分類理論不僅對(duì)當(dāng)下教學(xué)具有重要的借鑒意義，而且在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中也具有很強(qiáng)的實(shí)用性[7]。它提供了一個(gè)具體的教育目標(biāo)分類框架，教師可以根據(jù)這個(gè)分類框架適時(shí)改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)，使教、學(xué)和評(píng)在教學(xué)過(guò)程中能夠保持一致，從而實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)。

該框架以學(xué)生為主體制定清晰的教學(xué)目標(biāo)，目標(biāo)大致趨向高層次水平，不但具有可行性，也能夠培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，不斷地培養(yǎng)學(xué)生的高階思維及其物理核心素養(yǎng)。所以教師充分利用教育目標(biāo)分類學(xué)，對(duì)當(dāng)下高中物理教學(xué)的改進(jìn)具有較強(qiáng)的實(shí)踐意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]顧明遠(yuǎn)主編.教育大辭典簡(jiǎn)編本[M].上海：上海教育出版社，1999.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（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(shū)物理必修第一冊(cè)[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(shū)物理必修第一冊(cè)[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(shū)物理必修第一冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2019.

[6]張萍，白雪峰.布魯姆教育目標(biāo)分類理論與初中數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].課程與教學(xué)，2020（1）.

[7]喬金芳.布盧姆目標(biāo)分類學(xué)在高中物理教學(xué)案例設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D].南昌：江西師范大學(xué)，2011.

【作者簡(jiǎn)介】

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

【通訊作者】

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