高中物理單元逆向教學(xué)設(shè)計(jì)探討——以“靜電場中的能量”教學(xué)為例

(江蘇省錫山高級(jí)中學(xué),江蘇 無錫 214174)

1 引言

常規(guī)教學(xué)設(shè)計(jì)一般按照“確定教學(xué)目標(biāo)→設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)→組織課堂教學(xué)→實(shí)施課后評(píng)價(jià)”的流程進(jìn)行,其評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)在學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)之后,這造成了在設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)目的性不強(qiáng),從而影響了教學(xué)效果。美國課程專家格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格在《追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)》一書中改進(jìn)原有的設(shè)計(jì)流程,提出了逆向教學(xué)設(shè)計(jì)。逆向教學(xué)設(shè)計(jì)把評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)置于學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)之前,先依據(jù)課標(biāo)確定預(yù)期結(jié)果,再尋找評(píng)價(jià)證據(jù),最后設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的最優(yōu)化。

2 逆向教學(xué)設(shè)計(jì)案例分析

本文以人教版普通高中教科書物理必修三(2019年版)的“靜電場中的能量”單元為例,搭建適合高中物理教學(xué)的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)框架,進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)。

2.1 確定預(yù)期結(jié)果

確定預(yù)期結(jié)果的操作流程為:分析課程標(biāo)準(zhǔn)、教材和學(xué)情,確定教學(xué)重難點(diǎn),提煉單元大概念和基本問題,確定大單元設(shè)計(jì),從知道、理解、應(yīng)用三個(gè)水平明確預(yù)期的結(jié)果,最后形成單元學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.1.1 分析課標(biāo)、教材和學(xué)情,確定教學(xué)重難點(diǎn)

(1) 課程標(biāo)準(zhǔn)要求

知道靜電場中的電荷具有電勢能。了解電勢能、電勢和電勢差的含義。知道勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系。能分析帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)情況,能解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象。觀察常見的電容器,了解電容器的電容,觀察電容器的充、放電現(xiàn)象。能舉例說明電容器的應(yīng)用。

(2) 教材分析與學(xué)情分析

本單元是電磁學(xué)的基礎(chǔ)，是承前(力學(xué))啟后(電學(xué))的一個(gè)單元,電磁學(xué)與力學(xué)聯(lián)系緊密,教材也是從學(xué)生熟悉的力與能量兩個(gè)角度來研究靜電場。學(xué)生已經(jīng)學(xué)過重力做功的特點(diǎn)、做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系、用比值法定義電場強(qiáng)度、等高線等知識(shí)。本單元基本概念多而且抽象,學(xué)生不容易理解,在教學(xué)中要多用類比的方法,把新舊知識(shí)聯(lián)系起來,從舊知識(shí)過渡到新知識(shí),學(xué)生更加容易理解和接受。如在研究靜電力做功的特點(diǎn)時(shí),可以回憶重力做功的特點(diǎn),把處理重力做功特點(diǎn)的方法遷移到靜電力做功的特點(diǎn)上來;用靜電力做功與電勢能的關(guān)系類比重力做功與重力勢能的關(guān)系;在建構(gòu)電勢、電勢差的概念時(shí),也類比電場強(qiáng)度概念的建立,讓學(xué)生進(jìn)一步體會(huì)用比值定義物理量的方法;用等勢面類比等高線;用電勢差類比高度差等。

(3)教學(xué)重難點(diǎn)

本單元的教學(xué)重難點(diǎn)為：與靜電場相關(guān)的物理概念的建構(gòu)以及它們之間的關(guān)系、帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)。

2.1.2 提煉單元大概念和基本問題

單元大概念屬于核心素養(yǎng)中“物理觀念”的范疇,在分析課標(biāo)、教材和學(xué)情的基礎(chǔ)上,可以依據(jù)物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念這三個(gè)觀念提煉出單元大概念?！办o電場中的能量”單元中電場力做功、電勢能、電勢、電勢差等內(nèi)容指向能量觀念,提煉出來的第一個(gè)大概念就是“靜電場中的能量”;帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)要用到動(dòng)力學(xué)方法分析運(yùn)動(dòng)情況和能量轉(zhuǎn)化情況,指向運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念,提煉出來的第二個(gè)大概念就是“帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)”。

基本問題是指向單元核心大概念、學(xué)習(xí)核心內(nèi)容所必需要解決的問題，只有解決好基本問題才能使學(xué)生更好地理解本單元的核心內(nèi)容?！办o電場中的能量”單元中的基本問題是:與電場中的能量有關(guān)的物理量有哪些?如何定義這些物理量?這些物理量之間有什么關(guān)系?帶電粒子在電場中做什么運(yùn)動(dòng)？如何定量分析其運(yùn)動(dòng)情況?

2.1.3 確定大單元設(shè)計(jì)

根據(jù)提煉出來的單元大概念和基本問題，把“靜電場中的能量”分為兩個(gè)單元。單元一安排3課時(shí),內(nèi)容分別為：“電勢能和電勢量”“電勢差”“電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系”;單元二安排2課時(shí),內(nèi)容分別為：“電容器的電容”“帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)”。

2.1.4 明確預(yù)期結(jié)果,形成單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

確定好單元基本問題以后,教師應(yīng)思考學(xué)生學(xué)習(xí)這個(gè)單元后,會(huì)發(fā)生什么樣的變化,即預(yù)期的結(jié)果是什么?比如，學(xué)生學(xué)習(xí)“電勢”后,將會(huì)知道電勢的定義、公式、單位等,理解沿著電場線方向電勢是逐漸降低的,能應(yīng)用電場線來判斷電場中兩點(diǎn)電勢的高低。預(yù)期的結(jié)果可以用知道、理解、應(yīng)用三個(gè)水平來描述,具體的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平描述見表1。

單元學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生,要用具體可觀測、可評(píng)價(jià)的行為動(dòng)詞描述,通常表述為“通過……,學(xué)生能……”，“靜電場中的能量”的單元學(xué)習(xí)目標(biāo)表述如下：

(1) 通過問題引導(dǎo),學(xué)生能說出靜電力做功會(huì)引起某種能量發(fā)生變化,能證明靜電力做功與路徑無關(guān)；通過問題引導(dǎo)和類比,能說出靜電力做功與電勢能的關(guān)系,并能計(jì)算電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能；通過討論與類比,學(xué)生能建構(gòu)電勢、電勢差的概念,體會(huì)用比值定義物理量的方法；通過問題引導(dǎo),學(xué)生能推導(dǎo)出勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系,并能說明各物理量的含義,會(huì)用電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系解決實(shí)際問題。

表1

(2) 通過實(shí)物展示和實(shí)驗(yàn)觀察,學(xué)生能認(rèn)識(shí)常見的電容器,能說出電容器在充、放電過程中的電流方向和能量轉(zhuǎn)化,會(huì)用比值定義法定義電容,能總結(jié)出影響平行板電容器電容大小的因素,知道改變平行板電容器電容的方法；通過問題引導(dǎo)與討論,學(xué)生能從動(dòng)力學(xué)和能量兩個(gè)視角分析帶電粒子在電場中的直線加速問題,能分析帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題,能說明示波管的工作原理。

2.2 尋找評(píng)價(jià)證據(jù)

教師設(shè)定的預(yù)期目標(biāo)有沒有達(dá)成？有什么證據(jù)可以證明學(xué)生達(dá)成了,達(dá)成情況怎么樣?對(duì)此教師應(yīng)找到合適的評(píng)價(jià)證據(jù)。逆向教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢就是發(fā)揮評(píng)價(jià)對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的引導(dǎo)作用,學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)應(yīng)做到“一課一評(píng)”,評(píng)價(jià)證據(jù)可以分為課堂觀察、課后作業(yè)和物化成果等。課堂觀察是表現(xiàn)性評(píng)價(jià),可以制定課堂觀察量表,從課堂參與、合作學(xué)習(xí)、自主探究、表達(dá)交流和創(chuàng)新意識(shí)等5個(gè)方面來評(píng)價(jià)學(xué)生的課堂表現(xiàn)(表2)。課后作業(yè)應(yīng)指向單元教學(xué)目標(biāo),可以檢測學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的掌握情況和應(yīng)用情況，物化成果可以是一個(gè)小制作、一篇小論文等。

表2

2.3 設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)

為了便于在日常教學(xué)中推廣、應(yīng)用,設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)應(yīng)該“一課一設(shè)計(jì)”,應(yīng)結(jié)合評(píng)價(jià)證據(jù)來設(shè)計(jì)問題,做到問題情境化,層層遞進(jìn),通過解決一個(gè)個(gè)問題,學(xué)生獲得新知識(shí),掌握新方法。下面是以“單元一”中“電勢能和電勢”一課為例設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)及其評(píng)價(jià)證據(jù)(表3)。

表3

3 逆向教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)踐反思

逆向教學(xué)設(shè)計(jì)凸顯了評(píng)價(jià)證據(jù)對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的引領(lǐng)作用,教師在設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí),能清晰把握預(yù)期結(jié)果與學(xué)生的真實(shí)水平之間的差異,根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略,從而不斷接近教師的預(yù)設(shè)目標(biāo),真正做到“教、學(xué)、評(píng)”的目標(biāo)高度一致。逆向教學(xué)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)單元整體設(shè)計(jì),在大概念和基本問題的統(tǒng)領(lǐng)下,梳理教材內(nèi)容,重新整合知識(shí)結(jié)構(gòu)和體系,有利于學(xué)生建構(gòu)知識(shí)框架,找到知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)。