逆向教學(xué)設(shè)計：聚焦深度學(xué)習(xí)的物理教學(xué)*

顧健 陸建隆

摘? ? 要：聚焦深度學(xué)習(xí)的初中物理逆向教學(xué)設(shè)計，是指向高階思維能力的培養(yǎng)，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，開展科學(xué)探究活動，為培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力奠定基礎(chǔ)，是追求理解的物理教學(xué).

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);逆向設(shè)計;磁體;磁場

1999年，哈佛大學(xué)教育學(xué)博士格蘭特·威金斯和美國馬里蘭州評估委員會主任杰伊·麥克泰格反思傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計的弊端，提出教學(xué)設(shè)計應(yīng)該追求學(xué)生理解的理念 [1]（Understanding by Design，簡稱UbD），最好的設(shè)計應(yīng)該以最終學(xué)習(xí)結(jié)果為出發(fā)點，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，設(shè)計相應(yīng)的評估依據(jù)判斷學(xué)生是否達(dá)成目標(biāo)，最后設(shè)計相應(yīng)的學(xué)習(xí)體驗與活動，這就是逆向教學(xué)設(shè)計.逆向教學(xué)設(shè)計強調(diào)最終的學(xué)習(xí)結(jié)果，注重及時的學(xué)習(xí)評價，關(guān)注精準(zhǔn)定位的體驗活動，能夠引領(lǐng)教師進(jìn)行科學(xué)規(guī)范的教學(xué)設(shè)計，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的高階思維能力.

本文以蘇科版初中物理“磁體與磁場”為例，聚焦深度學(xué)習(xí)進(jìn)行初中物理逆向教學(xué)設(shè)計，以期能為一線教師有效進(jìn)行教學(xué)設(shè)計提供參考和借鑒.

一、基于課程標(biāo)準(zhǔn)和教材? ?確定教學(xué)目標(biāo)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》對本節(jié)內(nèi)容的要求為：“通過實驗，認(rèn)識磁場，知道地磁場.”可以理解為：“通過教師演示實驗或?qū)W生分組實驗，認(rèn)識磁場的產(chǎn)生、分布和描述;知道地磁場的分布及特點.”

在小學(xué)科學(xué)[2]中已經(jīng)學(xué)習(xí)磁鐵，其內(nèi)容結(jié)構(gòu)如圖1.小學(xué)科學(xué)以學(xué)生活動的方式，圍繞磁鐵開展教學(xué)，側(cè)重實物的展示和作品制作，學(xué)生經(jīng)歷簡單的科學(xué)探究過程;重點關(guān)注磁鐵的性質(zhì)、構(gòu)造、種類和生活應(yīng)用等，利用形象化的圖片獲取感性認(rèn)識，建立磁鐵的概念.

初中物理對小學(xué)科學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行有效銜接，如圖2所示，通過對實驗現(xiàn)象的觀察、分析和歸納，重新認(rèn)識磁體的內(nèi)容體系，包括磁體的性質(zhì)、構(gòu)造、非磁體向磁體的轉(zhuǎn)化、相互作用規(guī)律種類和生活中的應(yīng)用等.教材增加了磁化的概念，也為用鐵屑探究磁體周圍的磁場進(jìn)行鋪墊.通過用小磁針和鐵屑探究磁體周圍磁場的分布，從小磁針到鐵屑的過渡，體現(xiàn)了對實驗方案的精準(zhǔn)評估，實驗過程的優(yōu)化完善，需要教師激發(fā)學(xué)生的深度思考.通過實驗現(xiàn)象的綜合分析，利用理想化模型法認(rèn)識用磁感線描述磁場.學(xué)生首次接觸磁體內(nèi)容，借助“認(rèn)識磁體”有效銜接，激活學(xué)生的求知欲，積極參與探究活動，深化對磁場和磁感線的認(rèn)識.

通過實踐體驗和探究活動需要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)有：

（1）通過實驗觀察和歸納，認(rèn)識磁體的性質(zhì)、特點等，養(yǎng)成善于觀察的學(xué)習(xí)習(xí)慣;

（2）通過實驗探究條形磁體周圍的磁場的分布，經(jīng)歷實驗優(yōu)化的過程，培養(yǎng)精益求精的科學(xué)精神;

（3）通過體驗和總結(jié)，知道使用磁感線描述磁場，初步具備理想化模型的思想;

（4）通過閱讀理解和信息獲取，認(rèn)識地磁場的分布，培養(yǎng)遷移應(yīng)用的能力.

二、立足問題解決? ?評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果

聚焦深度學(xué)習(xí)的初中物理逆向教學(xué)設(shè)計，是指向高階思維能力的培養(yǎng)，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，開展科學(xué)探究活動，為培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力奠定基礎(chǔ)，是追求理解的物理教學(xué).學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程達(dá)成相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，而評估是否完成預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果顯得尤為重要.結(jié)合課堂教學(xué)實際，設(shè)計合適的評估項目，及時反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況.

針對教學(xué)目標(biāo)的分析，我們將本節(jié)課的評估項目具體化，主要包括：（1）使用不同方法辨別區(qū)分磁體;（2）能夠根據(jù)磁場的分布判斷常見的磁體類型;（3）通過磁感線知道磁場的方向和強弱等.具體評估項目設(shè)計如表1所示.

三、追求學(xué)生理解? ?設(shè)計學(xué)習(xí)體驗與教學(xué)

為了實現(xiàn)預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生理解磁場，需要設(shè)計合理的體驗活動.教學(xué)過程既要落實物理課程標(biāo)準(zhǔn)的理念，還要在深度剖析教材的基礎(chǔ)上對學(xué)生的已有經(jīng)驗進(jìn)行有效統(tǒng)整，創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生的物理情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，利用問題驅(qū)動學(xué)生完成任務(wù)，提升課堂教學(xué)效果.

（一）有效創(chuàng)設(shè)實驗情境，深化對磁體的認(rèn)識

利用學(xué)生的生活經(jīng)驗，采用“轉(zhuǎn)盤抽獎”創(chuàng)設(shè)情境[3]，學(xué)生看著熟悉，卻隱藏玄機.

情境1：將轉(zhuǎn)盤上放一刮掉顏色的小磁針，使得中獎區(qū)域位于南北方向，手撥指針抽獎，提問學(xué)生其中的奧秘是什么.學(xué)生回答：小磁針靜止時總是指南北方向.

情境2：請學(xué)生再次抽獎，發(fā)現(xiàn)此時始終都不能中獎（教師將一小型強磁體放在轉(zhuǎn)盤下方隱蔽處），提問學(xué)生這又是為什么.兩個情境呈現(xiàn)強烈的對比，與小學(xué)科學(xué)磁鐵的知識有效銜接，并更進(jìn)一步激起學(xué)生的思維碰撞.

“認(rèn)識磁體”的教學(xué)環(huán)節(jié)如圖3，通過五個實驗情境由表及里、由形象至抽象逐步遞進(jìn)探索磁場的產(chǎn)生.活動1～3是對小學(xué)科學(xué)知識磁鐵的回憶和豐富，架構(gòu)完整的知識體系.通過

實驗現(xiàn)象觀察，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)新問題，認(rèn)識磁化解釋現(xiàn)象.在教材中如圖4的基礎(chǔ)上，將磁體用鐵架臺固定，吸起回形針，感受到磁體周圍應(yīng)該存在磁場，但它是看不見、摸不著的.隨后進(jìn)行一組對比實驗：用塑料板穿入回形針與磁體之間，回形針不會掉下來;用鐵片穿入兩者之間，發(fā)現(xiàn)回形針掉下來，鐵片將這種特殊的物質(zhì)隔斷了，初步認(rèn)識到磁場真的是存在的.

評估項目1：現(xiàn)有兩根用白紙包裹的外形相同的金屬棒，分別為磁體和銅棒.請設(shè)計實驗加以區(qū)分.若不增加實驗器材如何區(qū)分？

設(shè)計意圖：利用轉(zhuǎn)盤抽獎激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時進(jìn)行情感態(tài)度價值觀的教育，引導(dǎo)學(xué)生不可參與非法的抽獎活動.采用常見的實驗器材，層層遞進(jìn)的活動將原本瑣碎的磁體的相關(guān)知識條理化、體系化，幫助學(xué)生梳理磁體的知識框架.評估項目以開放性的問題，提升學(xué)生的發(fā)散性思維水平.通過改變問題的條件，訓(xùn)練學(xué)生的高階思維，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力.

（二）問題驅(qū)動探究活動，深度探究磁場分布

本環(huán)節(jié)是教學(xué)過程中的難點，從探究實驗過程中掌握物理知識，學(xué)會科學(xué)方法，提高科學(xué)思維水平，初步形成物理觀念.該實驗探究需要解決以下五個問題，以此驅(qū)動學(xué)生活動的開展，實現(xiàn)深度探究磁場的分布，探尋磁場分布的特點.

問題1：小磁針可以探測磁體周圍的磁場嗎？

活動1：演示用手推小磁針，小磁針轉(zhuǎn)動;用嘴吹小磁針，小磁針轉(zhuǎn)動;用條形磁體靠近小磁針，小磁針轉(zhuǎn)動;類比生活中的形象物體說明小磁針放入磁場中會受力轉(zhuǎn)動.展示圖5，風(fēng)的吹動看不見摸不著，觀察小紅旗的飄動能夠判斷風(fēng)吹的方向.如果磁場有方向，小磁針的偏轉(zhuǎn)情況是不是也可以反映磁場的方向呢？

問題2：小磁針如何探測磁體周圍的磁場呢？

活動2：將小磁針放入磁體周圍某個位置，指針偏轉(zhuǎn)后停止，觀察指針指向后，提問學(xué)生：你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律嗎？學(xué)生表示需要多次實驗尋找普遍規(guī)律，所以在該位置放入不同規(guī)格的小磁針.學(xué)生發(fā)現(xiàn)小磁針最終靜止時的指向都是一樣的，具有特殊的意義，進(jìn)而定義磁場的方向.

問題3：小磁針取走后磁體周圍的磁場還存在嗎？

活動3：由于磁場是看不見、摸不著的特殊物質(zhì)，往往使學(xué)生認(rèn)為小磁針取走后，該位置的磁場就消失了.類比學(xué)生的生活經(jīng)驗，在家客廳手機使用WiFi上網(wǎng)，此時客廳上網(wǎng)的位置有無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋.提問學(xué)生：如果不在客廳上網(wǎng)，客廳這個位置還有網(wǎng)絡(luò)覆蓋嗎？

問題4：小磁針探究磁體周圍的磁場分布存在不足嗎？

活動4：學(xué)生用小磁針分組探究條形磁體周圍磁場的分布情況，在白紙上標(biāo)記不同位置的磁場方向.隨著小磁針擺放位置的增多，磁場的分布越來越清晰，提問學(xué)生有何特點.學(xué)生表示能夠確定部分位置的磁場方向，但由于小磁針相對較大，無法探測更多位置的磁場的分布，難以找到普遍規(guī)律.教師追問有沒有更小磁針來完成該實驗?zāi)?

問題5：如何用鐵屑探究磁體周圍磁場的分布？

活動5：該實驗的操作技能要求較高，提煉、總結(jié)主要操作步驟：放、鋪、撒、敲、擺.將條形磁體放在墊高的玻璃板下方的指定框內(nèi);在玻璃板鋪一張透明玻璃紙，玻璃紙上均勻撒鐵粉;輕輕敲擊玻璃板，觀察鐵粉的分布;將小磁針擺入磁體周圍，判斷該點的方向.

評估項目2：小明在一個圓形不透明紙盒中放了一條形磁體，盒外放了一些小磁針，小磁針靜止時的指向如圖6所示.請畫出圓形紙盒內(nèi)磁體的大致位置并標(biāo)出N極和S極.

設(shè)計意圖：由判斷物體是否能夠探測物體周圍的磁場，再到確定某個位置磁場的方向，最后探究磁體周圍磁場的分布特點，明確教學(xué)活動的主線.該實驗要求注意細(xì)節(jié)的處理，如在撒鐵粉時，不宜用調(diào)味品的瓶子，鐵粉非常細(xì)小，會同時灑出很多.可使用一次性紙杯，用針在底部扎一些小孔，撒的時候輕敲杯身，鐵粉均勻下落.借助投屏技術(shù)，實時記錄學(xué)生小組合作實驗情況，收集實驗時出現(xiàn)的問題，分享實驗成果.

（三）顯化模型建構(gòu)過程，描述磁場分布特點

通過學(xué)生分組實驗，提問學(xué)生如何表示出磁場的分布，引導(dǎo)學(xué)生在玻璃紙上描繪出磁場的分布情況.由于學(xué)生實驗所用的條形磁體是同一規(guī)格的，將不同小組的玻璃紙重疊后，得到條形磁體周圍的磁場分布情況幾乎是一致的，大部分線條重合.

先后展示學(xué)生的實驗成果圖7和圖8，類比光線模型的建立，呈現(xiàn)圖9，建構(gòu)磁感線模型，歸納總結(jié)磁感線的特征.利用演示實驗觀察磁感線的立體化分布，如圖10.介紹蹄形磁體磁場的分布.

評估項目3：如圖11的小球是一個磁體，根據(jù)該磁體周圍的磁場分布，你能獲取哪些信息？

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)以學(xué)生探究條形磁體周圍磁場分布的實驗為基礎(chǔ)，磁感線是一個抽象的概念，類比光線模型，顯化模型建構(gòu)的過程，使得磁感線概念可視化，有助于學(xué)生理解.評估項目3是對評估項目2的深化，以開放式問題情境驅(qū)動學(xué)生獲取信息.順?biāo)浦劢榻B地球的磁場及其特征，地磁場的研究造就指南針的發(fā)明，物理學(xué)史的滲透促進(jìn)學(xué)生正確價值觀的養(yǎng)成.

初中物理逆向教學(xué)設(shè)計強調(diào)以明確的預(yù)期結(jié)果為起點，評估證據(jù)推動學(xué)生體驗活動的設(shè)計，清晰的目標(biāo)導(dǎo)向?qū)W習(xí)任務(wù)的高效達(dá)成，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí).以課程標(biāo)準(zhǔn)和教材內(nèi)容為依據(jù)，反思評估證據(jù)，創(chuàng)建教學(xué)活動，使得教學(xué)活動的設(shè)計有理可依，具有針對性強、便于操作等特點.基于大概念指導(dǎo)下的逆向教學(xué)設(shè)計，能夠有效發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

[1]格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰格.追求理解的教學(xué)設(shè)計[M].閆寒冰，等譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2017：13–35.

[2]郁波.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書科學(xué)三年級下冊[M].北京：教育科學(xué)出版社，2007：65–84.

[3]張月蘭.“活動、技術(shù)、實驗”融合的初中物理教學(xué)策略探析[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2017（5）：15–18.