逆向設(shè)計(jì)讓學(xué)習(xí)有效發(fā)生①
——以“電功率”教學(xué)為例

蔣文遠(yuǎn)

(江蘇省無(wú)錫市東林中學(xué),江蘇 無(wú)錫 214001)

教學(xué)中如何實(shí)現(xiàn)以學(xué)為中心,讓學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生,促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升?“基于理解的逆向設(shè)計(jì)”提供了可行的方案。本文以“電功率”教學(xué)為例,探索運(yùn)用逆向設(shè)計(jì)優(yōu)化初中物理教學(xué)的路徑。

1 學(xué)習(xí)目標(biāo)的精確敘寫(xiě)

“目標(biāo)是靈魂,它既是課程邏輯的起點(diǎn),也是課程邏輯的終點(diǎn)。”[1]目標(biāo)設(shè)計(jì)的合理與否會(huì)直接影響學(xué)習(xí)的效果。在常態(tài)化的教學(xué)中,有的老教師往往憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué),而新教師則容易機(jī)械地解讀教材,目標(biāo)設(shè)置不清晰,難以開(kāi)展評(píng)價(jià)?；谧C據(jù)制定精確可測(cè)的目標(biāo),讓學(xué)與教有的放矢,這是優(yōu)化課堂教學(xué)的第一步。

1.1 基于課程標(biāo)準(zhǔn),解讀課程目標(biāo)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》提出了課程內(nèi)容要求,為教學(xué)提供了依據(jù),對(duì)電功率的要求如表1。[2]對(duì)課程內(nèi)容的解讀,是教學(xué)設(shè)計(jì)的起點(diǎn),課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電功率的要求是“理解”,而課程標(biāo)準(zhǔn)在附錄中將理解細(xì)化為“解釋、理解、計(jì)算”,對(duì)電功率的理解這個(gè)學(xué)習(xí)行為應(yīng)在“結(jié)合實(shí)例”的過(guò)程中進(jìn)行,而不是紙上談兵。課程標(biāo)準(zhǔn)要求“知道”用電器的額定功率和實(shí)際功率,“知道”屬于了解水平層次,“了解、知道、描述、說(shuō)出、列舉、舉例、說(shuō)明”是同一水平層次的表述,課程標(biāo)準(zhǔn)還給出了具體的例子:“調(diào)查常見(jiàn)用電器的銘牌,比較它們的電功率?！?/p>

表1

對(duì)于一節(jié)課的設(shè)計(jì),要兼顧單元目標(biāo),將課時(shí)目標(biāo)錨定在單元大目標(biāo)中。結(jié)合電磁能的相關(guān)內(nèi)容要求,不難發(fā)現(xiàn)對(duì)用電器銘牌的調(diào)查不能僅僅關(guān)注電功率,而是要學(xué)會(huì)認(rèn)識(shí)銘牌。不僅能運(yùn)用電功率的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行計(jì)算,還要能從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識(shí)用電器和電源,形成節(jié)能的意識(shí)。

1.2 基于教材,解析課時(shí)目標(biāo)

教材是專(zhuān)家對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)的文本化呈現(xiàn),為教師和學(xué)生提供了具體而優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源和建議。教師要在深度研讀的基礎(chǔ)上使用教材。教材提供了優(yōu)化的學(xué)習(xí)問(wèn)題和活動(dòng)載體,蘇科版初中物理教材中“電功率”一節(jié)的編排如表2。

表2

對(duì)教材的研讀要結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行,在“電功率”部分需解決電功率定義和簡(jiǎn)單計(jì)算問(wèn)題;在“用電器的額定功率”部分需了解額定功率定義和不同用電器的額定功率,重在聯(lián)系生活;學(xué)生實(shí)驗(yàn)關(guān)注實(shí)際電功率的測(cè)量,在解決問(wèn)題的過(guò)程中理解額定功率和實(shí)際功率。教材是學(xué)與教的重要資源,教師要在深度研讀的基礎(chǔ)上創(chuàng)造性地使用,避免機(jī)械解讀或根本不用的情況發(fā)生。

1.3 基于學(xué)情,敘寫(xiě)目標(biāo)

目標(biāo)設(shè)計(jì)的最后一步是結(jié)合學(xué)情進(jìn)行目標(biāo)敘寫(xiě),確定明確的、可觀察、能測(cè)量、易評(píng)價(jià)的具體目標(biāo),“電功率”一節(jié)的目標(biāo)敘寫(xiě)如下。

目標(biāo)1：通過(guò)“測(cè)定用電器在一段時(shí)間內(nèi)消耗的電能”活動(dòng),發(fā)現(xiàn)不同用電器消耗電能的快慢不同,通過(guò)與力學(xué)中已學(xué)過(guò)的功率進(jìn)行類(lèi)比,建構(gòu)電功率的概念,會(huì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。

目標(biāo)2：通過(guò)對(duì)用電器銘牌的分析,認(rèn)識(shí)用電器的銘牌,調(diào)查、比較不同用電器的額定功率。

目標(biāo)3：通過(guò)測(cè)量小燈泡的電功率,知道實(shí)際電功率與額定電功率的聯(lián)系和區(qū)別,增強(qiáng)安全用電的意識(shí)。

目標(biāo)4：比較LED燈與白熾燈的發(fā)光效率,從能量的角度認(rèn)識(shí)用電器的電功率和轉(zhuǎn)化效率。

2 學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的精準(zhǔn)錨定

精準(zhǔn)的目標(biāo)為學(xué)生的學(xué)習(xí)指明了方向,而學(xué)習(xí)目標(biāo)是否達(dá)成、達(dá)到什么程度,則需要通過(guò)評(píng)價(jià)來(lái)體現(xiàn)。精準(zhǔn)教學(xué)倡導(dǎo)將評(píng)價(jià)前置進(jìn)行“逆向設(shè)計(jì)”,避免“沒(méi)有引導(dǎo)性的智力目標(biāo)或沒(méi)有清晰的優(yōu)先次序來(lái)架構(gòu)學(xué)習(xí)體驗(yàn)?！盵3]逆向設(shè)計(jì)是以目標(biāo)為導(dǎo)向,以具體的結(jié)果作為目標(biāo),然后根據(jù)這些結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)要錨定目標(biāo),要具體、可測(cè)量,表3是“電功率”一節(jié)的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。

表3

對(duì)于操作性項(xiàng)目,可以按照操作步驟和項(xiàng)目要點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)設(shè)計(jì),有利于教師進(jìn)行判斷并進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)。例如,針對(duì)目標(biāo)3“測(cè)量小燈泡的電功率”,可設(shè)計(jì)如表4所示的評(píng)價(jià)方案。

表4

評(píng)價(jià)是對(duì)預(yù)期學(xué)習(xí)行為的判斷,是對(duì)學(xué)生是否達(dá)成目標(biāo)的審視,教學(xué)評(píng)價(jià)一定發(fā)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)之中。學(xué)生在活動(dòng)中的具體表現(xiàn)是教師判斷的依據(jù),是教師進(jìn)行決策的前提,是教學(xué)活動(dòng)的重要反饋,也是學(xué)生自我評(píng)價(jià)的依據(jù)。通過(guò)評(píng)價(jià),學(xué)生能認(rèn)識(shí)到自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成情況和存在的問(wèn)題,為進(jìn)一步學(xué)習(xí)提供反饋。

3 學(xué)習(xí)任務(wù)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)

有了精準(zhǔn)的目標(biāo)和明確的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),如何讓學(xué)生達(dá)成目標(biāo)呢?這就需要教師進(jìn)行精準(zhǔn)的設(shè)計(jì),關(guān)鍵是設(shè)計(jì)合理的學(xué)習(xí)任務(wù),讓學(xué)生的思維得到發(fā)展,讓學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生。

任務(wù)1：復(fù)習(xí)回顧,提出問(wèn)題,在類(lèi)比中建立電功率的概念。

教師播放學(xué)生用電能表測(cè)量在30 s內(nèi)浴霸、微波爐消耗電能的視頻。

生:在同樣的30 s內(nèi),微波爐消耗的電能更多,意味著通過(guò)它的電流做功更快。

師:在力學(xué)中用功率表示做功的快慢。你能給表示電流做功快慢的物理量起個(gè)名字嗎?

生:電功率。

師:你能根據(jù)電功的公式推導(dǎo)出電功率的公式嗎?

師:誰(shuí)能說(shuō)說(shuō)電功率的單位?

生:由功率和電功的知識(shí)可以知道,電功率的單位是瓦特,當(dāng)加在用電器兩端的電壓為1 V、通過(guò)用電器的電流為1 A時(shí),該用電器的電功率為1 W。

教師帶領(lǐng)學(xué)生解答教材中的例題1。

設(shè)計(jì)目的：根據(jù)已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),在真實(shí)的任務(wù)中發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題,運(yùn)用類(lèi)比、推理方法建構(gòu)電功率的概念,解決簡(jiǎn)單問(wèn)題。

任務(wù)2：收集用電器銘牌,聯(lián)系生活,在對(duì)比中了解用電器的額定功率。

電功率對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)是抽象的,但卻與生活聯(lián)系密切。教師要充分利用這一點(diǎn),讓學(xué)生走進(jìn)生活,去調(diào)查、收集身邊用電器的銘牌信息,從生活走向物理。學(xué)生在這個(gè)環(huán)節(jié)中非常投入,能深刻感受到電功率與自己生活的聯(lián)系。

問(wèn)題1：通過(guò)對(duì)比收集的銘牌信息,你們有什么發(fā)現(xiàn)?

問(wèn)題2：為什么銘牌上標(biāo)出的功率稱(chēng)為額定功率?

問(wèn)題3：用電器實(shí)際工作時(shí)的功率一定等于額定功率嗎?為什么?

問(wèn)題4：人們常說(shuō)空調(diào)“吃電量大”是指什么?你能用物理術(shù)語(yǔ)表述嗎?

設(shè)計(jì)目的：教師通過(guò)問(wèn)題鏈的設(shè)置,促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)不斷深入。學(xué)生在對(duì)比自己收集的信息中,對(duì)用電器的電功率有了新的認(rèn)識(shí),這樣的學(xué)習(xí)與自己的生活高度相關(guān)。

任務(wù)3：進(jìn)行測(cè)量,激發(fā)思考,在實(shí)驗(yàn)中加深對(duì)電功率的理解。

電功率是“理解”層次的知識(shí),理解有“能解釋、能闡明、能應(yīng)用、能洞察、能神入、能自知”六個(gè)側(cè)面。[3]通過(guò)測(cè)量小燈泡的功率,學(xué)生不僅能應(yīng)用知識(shí),還能用知識(shí)解釋燈亮暗的原因,促進(jìn)學(xué)生從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識(shí)電功率。

3.1 布置任務(wù),明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

測(cè)量額定電壓為2.5 V小燈泡的功率,即測(cè)量小燈泡的額定功率和實(shí)際功率。

3.2 分解任務(wù),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

師:實(shí)驗(yàn)原理是什么?需要測(cè)量哪些物理量?選用哪些實(shí)驗(yàn)器材?如何改變小燈泡兩端的電壓?你能畫(huà)出測(cè)量小燈泡電功率的電路圖嗎?

學(xué)生根據(jù)問(wèn)題,逐一進(jìn)行設(shè)計(jì),在小組討論后確定測(cè)量方案。

3.3 實(shí)施方案,經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過(guò)程

學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖連接電路,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使其接入電路中的阻值最大。閉合開(kāi)關(guān),移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片,分別使電壓表的示數(shù)小于、等于和略大于小燈泡的額定電壓,觀察小燈泡的亮度,讀出電壓表、電流表的示數(shù)并填入表中。

3.4 分析數(shù)據(jù),解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

問(wèn)題1：通過(guò)實(shí)驗(yàn),測(cè)得小燈泡的額定功率是多少?

問(wèn)題2：小燈泡在什么時(shí)候?qū)嶋H功率小于額定功率?

問(wèn)題3：如何解釋同一型號(hào)小燈泡的實(shí)際功率越大就越亮?

設(shè)計(jì)目的：測(cè)量小燈泡的電功率是一個(gè)真實(shí)的任務(wù),學(xué)生需要用到之前習(xí)得的電學(xué)技能,在合作中進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)。分析數(shù)據(jù)是重要的能力,要用好學(xué)生自己得到的第一手?jǐn)?shù)據(jù),提升學(xué)生分析數(shù)據(jù)、解讀數(shù)據(jù)的能力。實(shí)驗(yàn)為學(xué)生深入理解電功率提供了新體驗(yàn),促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)學(xué)習(xí)。

任務(wù)4：質(zhì)疑求證,結(jié)合實(shí)例,在論證中培育科學(xué)思維。

將生活現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為可重復(fù)的物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,是建構(gòu)物理模型的過(guò)程,模型建構(gòu)是科學(xué)思維的要素之一,[4]教師要善于創(chuàng)設(shè)這樣的轉(zhuǎn)化過(guò)程。

(1) 情境呈現(xiàn):有同學(xué)發(fā)現(xiàn)LED燈外包裝上不僅標(biāo)有節(jié)能高達(dá)87%的字樣,而且還標(biāo)有5 W的LED燈與9 W的節(jié)能燈、40 W的白熾燈亮度相當(dāng)(圖1)。

圖1

(2) 提出質(zhì)疑:這樣的標(biāo)識(shí)可信嗎?

(3) 問(wèn)題表征:5 W的LED燈亮度是否與40 W的白熾燈相當(dāng)?LED燈是否比白熾燈節(jié)能87%?

(4) 分析問(wèn)題:要解決上述問(wèn)題就要測(cè)量電功率并比較燈的亮度。

(5) 器材選擇:選用功率測(cè)試儀(圖2)測(cè)量燈的實(shí)際電功率。因?yàn)閮H憑肉眼很難分辨亮度,決定用光照計(jì)(圖3)測(cè)量燈的亮度。

圖2

圖3

(6) 探究過(guò)程:準(zhǔn)備6 W LED燈、8 W節(jié)能燈、40 W白熾燈和60 W白熾燈各一只。用一個(gè)紙盒做成燈罩,用光照計(jì)在燈罩的上方測(cè)量亮度(圖4)。取下燈罩在距離燈0.2 cm和1.2 m處分別測(cè)量燈的亮度,得到的數(shù)據(jù)如表5。

圖4

表5 不同位置處各燈的亮度(單位:Lux)

(7) 數(shù)據(jù)分析:通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn),在正常發(fā)光時(shí),6 W LED燈與60 W白熾燈亮度相當(dāng),6 W LED燈比8 W節(jié)能燈和40 W白熾燈要亮。同時(shí)還發(fā)現(xiàn),在剛接通電源時(shí)節(jié)能燈的亮度逐漸增加,最終達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)(表5中的“25”是達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的測(cè)量值),而且由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在燈罩處不同方向亮度差異較大,從而判斷LED燈外包裝上關(guān)于亮度的描述基本可信。那么節(jié)能情況可信嗎?

測(cè)量表明,在正常工作時(shí)6 W LED燈與60 W白熾燈的亮度相當(dāng),即相同時(shí)間兩種燈輸出的光能是相等的。因此,在亮度相當(dāng)?shù)那闆r下,1 s內(nèi)6 W LED燈比60 W白熾燈節(jié)省54 J的能量,節(jié)省的能量是白熾燈消耗能量的90%,可以認(rèn)為L(zhǎng)ED燈節(jié)能高達(dá)87%可信。

設(shè)計(jì)目的：學(xué)生在真實(shí)問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下去質(zhì)疑、探究并作出判斷,深刻理解用電器電功率,上述任務(wù)是教材中例題2的拓展。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)逆向設(shè)計(jì),教師進(jìn)行精準(zhǔn)的目標(biāo)設(shè)計(jì)、錨定目標(biāo)的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)和基于活動(dòng)的任務(wù)設(shè)計(jì),讓教學(xué)目標(biāo)更明確,讓學(xué)習(xí)有路徑、可評(píng)價(jià)?？梢蕴嵘虒W(xué)的精準(zhǔn)度,讓學(xué)習(xí)有效發(fā)生。