逆向設計:落實高中物理學科核心素養的可行途徑

王長江 李俊永

(1. 安徽師范大學物理與電子信息學院,安徽 蕪湖 241002; 2. 仁懷市周林高級中學,貴州 仁懷 564500)

近年來,核心素養成為社會各界研究的熱點問題．2017版的《普通高中物理課程標準》明確提出要從物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任等方面培養學生的物理學科核心素養,為學生的終生發展奠定基礎．然而,核心素養“美好愿景”的“種子”如何在高中物理課堂的“土壤”里“落地生根”,對于教育行政部門、教育管理者以及一線教師,仍然面臨著巨大的挑戰.

1 問題提出

落實學科核心素養離不開良好的教學設計．傳統的教學設計存在“兩個誤區”．[1]其一,“活動導向的教學設計”,其不當之處在于“只動手,不動腦”．教學活動豐富多樣,卻缺乏對存在于學習者頭腦中的重要概念和恰當的學習證據的關注,缺乏對活動意義的深入思考．其二,“填鴨式的教學設計”,其不當之處在于,教師和學生過多的關注碎片化的、零散性的知識,缺乏總括性的目標來引導．在實際的教學中,有的教師在設計教學活動時,往往只考慮到他們擅長的教學方法和有吸引力的學生活動,這陷入了“活動導向”的誤區;還有的教師只知道根據具體的知識點以及這些知識點在高考、中考等重要考試中可能出現的題型來設計教學過程,這陷入了“填鴨式的”教學設計的誤區．以上的這兩類教學設計,可能會讓學生在考試中得到更多的分數,但是卻不利于學生重要觀念、關鍵能力等學科核心素養的形成,最終的結果是“分數高、素養低”.

正是反思了傳統教學設計的不足,美國的兩位學者Grant Wiggins和Jay McTighe提出了逆向設計(backward design)．[1]逆向設計強調“以終為始”,即從預期的學習結果開始,逆向思考整個教學設計過程,這與我們傳統的或實際的教學設計思路是相反的．逆向設計的第一步就是要闡明學習的預期結果:即學生在教學活動中應該真正理解和深入思考的是什么?逆向設計的第二步不是急于規劃教學活動,而是確定評價是否達到第一階段既定的預期學習結果的證據,這是與傳統教學設計最大的區別．第三步才是規劃教學活動.

目前,在高中物理教學中落實學科核心素養,有3個重要問題亟需解決:從物理學科核心素養到課時目標,中間的距離如何跨越?如何知道學生是否真正達到了物理學科核心素養的底線要求?如何設計有吸引力、有效的單元學習活動,以促進學生物理學科核心素養的發展?筆者認為,逆向設計指向學科核心素養教學,恰好可以對如上3個重要問題做出針對性回應.

2 如何確定高中物理預期學習結果?

逆向設計的第一個階段是確定預期的學習結果．逆向設計認為,理解是教學和評估的核心任務;學習目標可以分為習得知能、意義理解和學習遷移3個層面．[1]這恰好可以在學科核心素與課時目標之間,搭建合理的、可實現的目標臺階,從而順利解決的學科素養與課時目標之間跨度太大的問題.

2.1 高中物理學習目標的層級劃分

在逆向設計中,確定期望的學習結果,需要借助于聚合思維,在既有目標的規范下,明確知識聚合、抽象程度由低到高的3個學習結果:習得知能、意義理解、學習遷移．其中,既有目標是指在國家的課程政策、學科課程標準中,明確規定的、要求學生在知識、能力等方面的掌握程度.

(1) 習得知能．習得知能是指對教學中事實性知識、零散性技能有應用的能力．其中的“知能”,不是泛指所有的知識、技能,而是指孤立的知識、零散的技能．在高中物理學科情景中,“知能”指的是物理事實性知識、程序性知識等,可以稱之為物理事實．了解、知道乃至熟練的掌握物理事實是達到意義理解、學習遷移的重要步驟,是形成物理學科核心素養的基礎.

(2) 意義理解．“意義理解”是將事實性知識、常識性技能、一般性概念,經由推理、概括而得到的新的“意義”,通常以陳述句表述．“理解”是通過有效應用、分析、綜合、評價,來明智地、恰當地整理事實和技巧的能力．[1]達到“真正理解”的學習者,能夠對學科事實進行解釋、闡明等,做出有用的推論、建立事實之間的連接,給出新的“意義”．在高中物理學科情景中,意義理解指的是通過模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等認知過程,建立物理概念性知識之間的聯系,對已經習得的物理概念、物理規律進行推論,產生新的意義.

(3) 學習遷移．學習遷移是指將習得的原理知識、技能通則應用到新的問題情境中的能力．在高中物理學科情景中,達到“真正理解”的學習者,能夠應用物理觀念、復雜程序性知識解決實際問題.

2.2 高中物理學習目標的設計案例

筆者依據“逆向設計”模板,設計了高中物理必修1“機械運動與物理模型”這個主題的預期學習結果．其中,“既有目標”以2017版《普通高中物理課程》中的內容要求為指導(表1).

表1 “機械運動與物理模型”主題的目標設計

續表

備注:本表中字母的含義如下:T=transform(遷移);U=understanding(理解)； Q=question(問題);K=knowledge(知識);S=skill(技能)

3 如何尋找達成高中物理預期學習結果的評價證據?

在逆向設計的階段2中,需要選擇可靠的、恰當的評價證據．在常見的評價證據類型中,即時核查、隨堂測驗、正式測驗主要針對事實性知識、零散技能的評價,對應的學習目標為“習得知能”;開放式問答題可以針對學習者的分析、綜合、評價等高階思維進行評價,對應的學習目標為“意義理解”．在日常教學中,多數教師對學生物理的評價方式主要是即時核查、隨堂測驗和正式測驗,較少采用開放式問答題．然而,即時核查、隨堂測驗、正式測驗這幾種評價證據無法顯示學生是否真正理解所學;開放式問答題僅能對“意義理解”層級的學科核心素養進行評價,它本身也不是顯示學生具有物理學科核心素養的充分證據．如果要達成預期的學習結果,應該選擇恰當的、多樣的評價證據類型,尤其是要注重對“學習遷移”目標的考查.

3.1 高中物理實作任務的設計思路

是否還有其他類型的評價證據可以測評學生的學科核心素養?逆向設計認為,實作任務是評價學生是否達到持久性理解、靈活應用的恰當證據．實作任務(或稱之為表現性任務)是指仿照成人面對的議題和問題編制的復雜挑戰;要求在真實的或擬真的情境中,解決多階段、復雜的學科內或跨學科難題,可以充分地反映和表現學生對包括意義理解、學習遷移等學科核心素養掌握情況．[1]

然而,設計有效的實作任務常常令一線教師和教育研究者頭疼．為此,筆者構建了“高中物理學科實作任務結構模型”(圖1).

圖1 高中物理實作任務結構模型

筆者認為,實作任務的設計要包括3個要素:知識維度、認知維度、情境維度.

知識維度,包括物理事實、物理概念、物理規律、物理觀念．其中,物理觀念是指物理運動觀念、能量觀念等聚合程度比物理概念、物理規律更高的聚合概念或核心概念．[2]

認知維度,包括“理解六層面”:解釋、闡明、應用、洞察、神入、自知．“理解”是一種從專家經驗中得出的重要推理,是有別于“知道”的認知過程．“知道”是可以被灌輸的;“理解”只能主動“揭示”隱藏在事實背后的信息,并探究它們的意義.

情境維度,是指具有與真實世界相聯系的、有一定挑戰性的情境,由復雜程度可以分為:簡單情境、中等情境、復雜情境．關于理解的理論認為,在具體情境中的應用是激發和評估持久性理解的恰當手段.

3.2 高中物理教學評價的案例

表2是筆者設計的高中物理“機械運動與物理模型”主題的實作任務.

表2 高中物理“機械運動與物理模型”主題的實作任務樣例

4 如何設計高中物理學習活動?

逆向設計的第3個階段需要考慮的問題是:如果學生要有效地開展學習并獲得預期結果,他們需要哪些知識(事實、概念、原理)和技能(過程、步驟、策略)?哪些活動可以使學生獲得所需知識和技能?根據表現性目標,教師需要教哪些內容,指導學生做什么,以及如何用最恰當的方式開展教學?要完成這些目標,哪些材料和資源是最合適的?[1]

4.1 學習活動的有效性:教師角色、教學策略與學習結果保持一致

學習活動的有效性體現為學習目標與教學方法是契合的．在逆向設計中,如果學習目標是促進學生的意義理解和學習遷移,必須應用與這些學習目標相連接的教學方法．針對習得知能、意義理解和學習遷移等3類學習結果,教學設計者應扮演恰當的教師角色,選擇恰當的教學策略,以保證教師角色、教學策略與預期學習結果的一致性.

以“意義理解”為例:當“意義理解”成為高中物理學習目標時,就意味著學生必須扮演“小科學家”的角色,以探究學習為主要學習方式,通過假設、猜想、科學推理,得到物理概念、物理規律,并進一步概括、提煉形成物理觀念(大概念),建構物理現象、物理過程的意義．教師的角色不能是“直接講授者”,而是“探究導師”:營造物理情境,提供“探究學習指導書”,使用類比、發散式提問、蘇格拉底研討法等教學策略促使學生通過猜想、假設、科學推理等認知過程形成物理大概念,建構事物的意義.

4.2 學習活動的吸引力:核心問題、理解事項、實作任務驅動教學

學習活動的吸引力是指學習活動內在的發人深省、引人入勝、充滿活力的．逆向教學設計中的學習活動安排主張以單元教學設計為抓手,聚焦大概念,并以核心問題、實作任務驅動教學進程,凸顯學習活動的吸引力.

筆者以高中物理“運動的描述”單元為例,說明逆向設計中“學習活動的計劃”過程(表3)．學習活動的進行以基本問題為驅動力,以主要知能為經驗基礎,圍繞著實作任務的解決來展開.

表3 “運動的描述”單元學習計劃