高中物理單元逆向教學設計探討——以“靜電場中的能量”教學為例

(江蘇省錫山高級中學,江蘇 無錫 214174)

1 引言

常規教學設計一般按照“確定教學目標→設計教學活動→組織課堂教學→實施課后評價”的流程進行,其評價設計在學習活動設計之后,這造成了在設計學習活動時目的性不強,從而影響了教學效果。美國課程專家格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格在《追求理解的教學設計》一書中改進原有的設計流程,提出了逆向教學設計。逆向教學設計把評價設計置于學習活動設計之前,先依據課標確定預期結果,再尋找評價證據,最后設計學習活動,進而實現教學效果的最優化。

2 逆向教學設計案例分析

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的逆向教學設計框架,進行單元教學設計。

2.1 確定預期結果

確定預期結果的操作流程為:分析課程標準、教材和學情,確定教學重難點,提煉單元大概念和基本問題,確定大單元設計,從知道、理解、應用三個水平明確預期的結果,最后形成單元學習目標。

2.1.1 分析課標、教材和學情,確定教學重難點

(1) 課程標準要求

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。知道勻強電場中電勢差與電場強度的關系。能分析帶電粒子在電場中的運動情況,能解釋相關的物理現象。觀察常見的電容器,了解電容器的電容,觀察電容器的充、放電現象。能舉例說明電容器的應用。

(2) 教材分析與學情分析

本單元是電磁學的基礎，是承前(力學)啟后(電學)的一個單元,電磁學與力學聯系緊密,教材也是從學生熟悉的力與能量兩個角度來研究靜電場。學生已經學過重力做功的特點、做功與能量轉化的關系、用比值法定義電場強度、等高線等知識。本單元基本概念多而且抽象,學生不容易理解,在教學中要多用類比的方法,把新舊知識聯系起來,從舊知識過渡到新知識,學生更加容易理解和接受。如在研究靜電力做功的特點時,可以回憶重力做功的特點,把處理重力做功特點的方法遷移到靜電力做功的特點上來;用靜電力做功與電勢能的關系類比重力做功與重力勢能的關系;在建構電勢、電勢差的概念時,也類比電場強度概念的建立,讓學生進一步體會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)教學重難點

本單元的教學重難點為：與靜電場相關的物理概念的建構以及它們之間的關系、帶電粒子在電場中的運動。

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中“物理觀念”的范疇,在分析課標、教材和學情的基礎上,可以依據物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念這三個觀念提煉出單元大概念。“靜電場中的能量”單元中電場力做功、電勢能、電勢、電勢差等內容指向能量觀念,提煉出來的第一個大概念就是“靜電場中的能量”;帶電粒子在電場中的運動要用到動力學方法分析運動情況和能量轉化情況,指向運動與相互作用觀念,提煉出來的第二個大概念就是“帶電粒子在電場中的運動”。

基本問題是指向單元核心大概念、學習核心內容所必需要解決的問題，只有解決好基本問題才能使學生更好地理解本單元的核心內容。“靜電場中的能量”單元中的基本問題是:與電場中的能量有關的物理量有哪些?如何定義這些物理量?這些物理量之間有什么關系?帶電粒子在電場中做什么運動？如何定量分析其運動情況?

2.1.3 確定大單元設計

根據提煉出來的單元大概念和基本問題，把“靜電場中的能量”分為兩個單元。單元一安排3課時,內容分別為：“電勢能和電勢量”“電勢差”“電勢差與電場強度的關系”;單元二安排2課時,內容分別為：“電容器的電容”“帶電粒子在電場中的運動”。

2.1.4 明確預期結果,形成單元學習目標

確定好單元基本問題以后,教師應思考學生學習這個單元后,會發生什么樣的變化,即預期的結果是什么?比如，學生學習“電勢”后,將會知道電勢的定義、公式、單位等,理解沿著電場線方向電勢是逐漸降低的,能應用電場線來判斷電場中兩點電勢的高低。預期的結果可以用知道、理解、應用三個水平來描述,具體的學業質量水平描述見表1。

單元學習的主體是學生,要用具體可觀測、可評價的行為動詞描述,通常表述為“通過……,學生能……”，“靜電場中的能量”的單元學習目標表述如下：

(1) 通過問題引導,學生能說出靜電力做功會引起某種能量發生變化,能證明靜電力做功與路徑無關；通過問題引導和類比,能說出靜電力做功與電勢能的關系,并能計算電荷在電場中某一點的電勢能；通過討論與類比,學生能建構電勢、電勢差的概念,體會用比值定義物理量的方法；通過問題引導,學生能推導出勻強電場中電勢差與電場強度的關系,并能說明各物理量的含義,會用電勢差與電場強度的關系解決實際問題。

表1

(2) 通過實物展示和實驗觀察,學生能認識常見的電容器,能說出電容器在充、放電過程中的電流方向和能量轉化,會用比值定義法定義電容,能總結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；通過問題引導與討論,學生能從動力學和能量兩個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問題,能說明示波管的工作原理。

2.2 尋找評價證據

教師設定的預期目標有沒有達成？有什么證據可以證明學生達成了,達成情況怎么樣?對此教師應找到合適的評價證據。逆向教學設計的優勢就是發揮評價對學習活動設計的引導作用,學習評價應做到“一課一評”,評價證據可以分為課堂觀察、課后作業和物化成果等。課堂觀察是表現性評價,可以制定課堂觀察量表,從課堂參與、合作學習、自主探究、表達交流和創新意識等5個方面來評價學生的課堂表現(表2)。課后作業應指向單元教學目標,可以檢測學生對物理知識的掌握情況和應用情況，物化成果可以是一個小制作、一篇小論文等。

表2

2.3 設計學習活動

為了便于在日常教學中推廣、應用,設計學習活動應該“一課一設計”,應結合評價證據來設計問題,做到問題情境化,層層遞進,通過解決一個個問題,學生獲得新知識,掌握新方法。下面是以“單元一”中“電勢能和電勢”一課為例設計的學習活動及其評價證據(表3)。

表3

3 逆向教學設計的實踐反思

逆向教學設計凸顯了評價證據對學習活動設計的引領作用,教師在設計學習活動時,能清晰把握預期結果與學生的真實水平之間的差異,根據學生實際情況及時調整教學策略,從而不斷接近教師的預設目標,真正做到“教、學、評”的目標高度一致。逆向教學設計強調單元整體設計,在大概念和基本問題的統領下,梳理教材內容,重新整合知識結構和體系,有利于學生建構知識框架,找到知識之間的關聯。