逆向設(shè)計(jì):落實(shí)高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的可行途徑

王長江 李俊永

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

近年來,核心素養(yǎng)成為社會(huì)各界研究的熱點(diǎn)問題．2017版的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出要從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng),為學(xué)生的終生發(fā)展奠定基礎(chǔ)．然而,核心素養(yǎng)“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(duì)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(zhàn).

1 問題提出

落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)離不開良好的教學(xué)設(shè)計(jì)．傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)存在“兩個(gè)誤區(qū)”．[1]其一,“活動(dòng)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)”,其不當(dāng)之處在于“只動(dòng)手,不動(dòng)腦”．教學(xué)活動(dòng)豐富多樣,卻缺乏對(duì)存在于學(xué)習(xí)者頭腦中的重要概念和恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)證據(jù)的關(guān)注,缺乏對(duì)活動(dòng)意義的深入思考．其二,“填鴨式的教學(xué)設(shè)計(jì)”,其不當(dāng)之處在于,教師和學(xué)生過多的關(guān)注碎片化的、零散性的知識(shí),缺乏總括性的目標(biāo)來引導(dǎo)．在實(shí)際的教學(xué)中,有的教師在設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)時(shí),往往只考慮到他們擅長的教學(xué)方法和有吸引力的學(xué)生活動(dòng),這陷入了“活動(dòng)導(dǎo)向”的誤區(qū);還有的教師只知道根據(jù)具體的知識(shí)點(diǎn)以及這些知識(shí)點(diǎn)在高考、中考等重要考試中可能出現(xiàn)的題型來設(shè)計(jì)教學(xué)過程,這陷入了“填鴨式的”教學(xué)設(shè)計(jì)的誤區(qū)．以上的這兩類教學(xué)設(shè)計(jì),可能會(huì)讓學(xué)生在考試中得到更多的分?jǐn)?shù),但是卻不利于學(xué)生重要觀念、關(guān)鍵能力等學(xué)科核心素養(yǎng)的形成,最終的結(jié)果是“分?jǐn)?shù)高、素養(yǎng)低”.

正是反思了傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)的不足,美國的兩位學(xué)者Grant Wiggins和Jay McTighe提出了逆向設(shè)計(jì)(backward design)．[1]逆向設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)“以終為始”,即從預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果開始,逆向思考整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)過程,這與我們傳統(tǒng)的或?qū)嶋H的教學(xué)設(shè)計(jì)思路是相反的．逆向設(shè)計(jì)的第一步就是要闡明學(xué)習(xí)的預(yù)期結(jié)果:即學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)該真正理解和深入思考的是什么?逆向設(shè)計(jì)的第二步不是急于規(guī)劃教學(xué)活動(dòng),而是確定評(píng)價(jià)是否達(dá)到第一階段既定的預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果的證據(jù),這是與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)最大的區(qū)別．第三步才是規(guī)劃教學(xué)活動(dòng).

目前,在高中物理教學(xué)中落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng),有3個(gè)重要問題亟需解決:從物理學(xué)科核心素養(yǎng)到課時(shí)目標(biāo),中間的距離如何跨越?如何知道學(xué)生是否真正達(dá)到了物理學(xué)科核心素養(yǎng)的底線要求?如何設(shè)計(jì)有吸引力、有效的單元學(xué)習(xí)活動(dòng),以促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展?筆者認(rèn)為,逆向設(shè)計(jì)指向?qū)W科核心素養(yǎng)教學(xué),恰好可以對(duì)如上3個(gè)重要問題做出針對(duì)性回應(yīng).

2 如何確定高中物理預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果?

逆向設(shè)計(jì)的第一個(gè)階段是確定預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果．逆向設(shè)計(jì)認(rèn)為,理解是教學(xué)和評(píng)估的核心任務(wù);學(xué)習(xí)目標(biāo)可以分為習(xí)得知能、意義理解和學(xué)習(xí)遷移3個(gè)層面．[1]這恰好可以在學(xué)科核心素與課時(shí)目標(biāo)之間,搭建合理的、可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)臺(tái)階,從而順利解決的學(xué)科素養(yǎng)與課時(shí)目標(biāo)之間跨度太大的問題.

2.1 高中物理學(xué)習(xí)目標(biāo)的層級(jí)劃分

在逆向設(shè)計(jì)中,確定期望的學(xué)習(xí)結(jié)果,需要借助于聚合思維,在既有目標(biāo)的規(guī)范下,明確知識(shí)聚合、抽象程度由低到高的3個(gè)學(xué)習(xí)結(jié)果:習(xí)得知能、意義理解、學(xué)習(xí)遷移．其中,既有目標(biāo)是指在國家的課程政策、學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)中,明確規(guī)定的、要求學(xué)生在知識(shí)、能力等方面的掌握程度.

(1) 習(xí)得知能．習(xí)得知能是指對(duì)教學(xué)中事實(shí)性知識(shí)、零散性技能有應(yīng)用的能力．其中的“知能”,不是泛指所有的知識(shí)、技能,而是指孤立的知識(shí)、零散的技能．在高中物理學(xué)科情景中,“知能”指的是物理事實(shí)性知識(shí)、程序性知識(shí)等,可以稱之為物理事實(shí)．了解、知道乃至熟練的掌握物理事實(shí)是達(dá)到意義理解、學(xué)習(xí)遷移的重要步驟,是形成物理學(xué)科核心素養(yǎng)的基礎(chǔ).

(2) 意義理解．“意義理解”是將事實(shí)性知識(shí)、常識(shí)性技能、一般性概念,經(jīng)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(yīng)用、分析、綜合、評(píng)價(jià),來明智地、恰當(dāng)?shù)卣硎聦?shí)和技巧的能力．[1]達(dá)到“真正理解”的學(xué)習(xí)者,能夠?qū)W(xué)科事實(shí)進(jìn)行解釋、闡明等,做出有用的推論、建立事實(shí)之間的連接,給出新的“意義”．在高中物理學(xué)科情景中,意義理解指的是通過模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等認(rèn)知過程,建立物理概念性知識(shí)之間的聯(lián)系,對(duì)已經(jīng)習(xí)得的物理概念、物理規(guī)律進(jìn)行推論,產(chǎn)生新的意義.

(3) 學(xué)習(xí)遷移．學(xué)習(xí)遷移是指將習(xí)得的原理知識(shí)、技能通則應(yīng)用到新的問題情境中的能力．在高中物理學(xué)科情景中,達(dá)到“真正理解”的學(xué)習(xí)者,能夠應(yīng)用物理觀念、復(fù)雜程序性知識(shí)解決實(shí)際問題.

2.2 高中物理學(xué)習(xí)目標(biāo)的設(shè)計(jì)案例

筆者依據(jù)“逆向設(shè)計(jì)”模板,設(shè)計(jì)了高中物理必修1“機(jī)械運(yùn)動(dòng)與物理模型”這個(gè)主題的預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果．其中,“既有目標(biāo)”以2017版《普通高中物理課程》中的內(nèi)容要求為指導(dǎo)(表1).

表1 “機(jī)械運(yùn)動(dòng)與物理模型”主題的目標(biāo)設(shè)計(jì)

續(xù)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(shí));S=skill(技能)

3 如何尋找達(dá)成高中物理預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果的評(píng)價(jià)證據(jù)?

在逆向設(shè)計(jì)的階段2中,需要選擇可靠的、恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)證據(jù)．在常見的評(píng)價(jià)證據(jù)類型中,即時(shí)核查、隨堂測(cè)驗(yàn)、正式測(cè)驗(yàn)主要針對(duì)事實(shí)性知識(shí)、零散技能的評(píng)價(jià),對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)為“習(xí)得知能”;開放式問答題可以針對(duì)學(xué)習(xí)者的分析、綜合、評(píng)價(jià)等高階思維進(jìn)行評(píng)價(jià),對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)為“意義理解”．在日常教學(xué)中,多數(shù)教師對(duì)學(xué)生物理的評(píng)價(jià)方式主要是即時(shí)核查、隨堂測(cè)驗(yàn)和正式測(cè)驗(yàn),較少采用開放式問答題．然而,即時(shí)核查、隨堂測(cè)驗(yàn)、正式測(cè)驗(yàn)這幾種評(píng)價(jià)證據(jù)無法顯示學(xué)生是否真正理解所學(xué);開放式問答題僅能對(duì)“意義理解”層級(jí)的學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià),它本身也不是顯示學(xué)生具有物理學(xué)科核心素養(yǎng)的充分證據(jù)．如果要達(dá)成預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果,應(yīng)該選擇恰當(dāng)?shù)?、多樣的評(píng)價(jià)證據(jù)類型,尤其是要注重對(duì)“學(xué)習(xí)遷移”目標(biāo)的考查.

3.1 高中物理實(shí)作任務(wù)的設(shè)計(jì)思路

是否還有其他類型的評(píng)價(jià)證據(jù)可以測(cè)評(píng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)?逆向設(shè)計(jì)認(rèn)為,實(shí)作任務(wù)是評(píng)價(jià)學(xué)生是否達(dá)到持久性理解、靈活應(yīng)用的恰當(dāng)證據(jù)．實(shí)作任務(wù)(或稱之為表現(xiàn)性任務(wù))是指仿照成人面對(duì)的議題和問題編制的復(fù)雜挑戰(zhàn);要求在真實(shí)的或擬真的情境中,解決多階段、復(fù)雜的學(xué)科內(nèi)或跨學(xué)科難題,可以充分地反映和表現(xiàn)學(xué)生對(duì)包括意義理解、學(xué)習(xí)遷移等學(xué)科核心素養(yǎng)掌握情況．[1]

然而,設(shè)計(jì)有效的實(shí)作任務(wù)常常令一線教師和教育研究者頭疼．為此,筆者構(gòu)建了“高中物理學(xué)科實(shí)作任務(wù)結(jié)構(gòu)模型”(圖1).

圖1 高中物理實(shí)作任務(wù)結(jié)構(gòu)模型

筆者認(rèn)為,實(shí)作任務(wù)的設(shè)計(jì)要包括3個(gè)要素:知識(shí)維度、認(rèn)知維度、情境維度.

知識(shí)維度,包括物理事實(shí)、物理概念、物理規(guī)律、物理觀念．其中,物理觀念是指物理運(yùn)動(dòng)觀念、能量觀念等聚合程度比物理概念、物理規(guī)律更高的聚合概念或核心概念．[2]

認(rèn)知維度,包括“理解六層面”:解釋、闡明、應(yīng)用、洞察、神入、自知．“理解”是一種從專家經(jīng)驗(yàn)中得出的重要推理,是有別于“知道”的認(rèn)知過程．“知道”是可以被灌輸?shù)?“理解”只能主動(dòng)“揭示”隱藏在事實(shí)背后的信息,并探究它們的意義.

情境維度,是指具有與真實(shí)世界相聯(lián)系的、有一定挑戰(zhàn)性的情境,由復(fù)雜程度可以分為:簡單情境、中等情境、復(fù)雜情境．關(guān)于理解的理論認(rèn)為,在具體情境中的應(yīng)用是激發(fā)和評(píng)估持久性理解的恰當(dāng)手段.

3.2 高中物理教學(xué)評(píng)價(jià)的案例

表2是筆者設(shè)計(jì)的高中物理“機(jī)械運(yùn)動(dòng)與物理模型”主題的實(shí)作任務(wù).

表2 高中物理“機(jī)械運(yùn)動(dòng)與物理模型”主題的實(shí)作任務(wù)樣例

4 如何設(shè)計(jì)高中物理學(xué)習(xí)活動(dòng)?

逆向設(shè)計(jì)的第3個(gè)階段需要考慮的問題是:如果學(xué)生要有效地開展學(xué)習(xí)并獲得預(yù)期結(jié)果,他們需要哪些知識(shí)(事實(shí)、概念、原理)和技能(過程、步驟、策略)?哪些活動(dòng)可以使學(xué)生獲得所需知識(shí)和技能?根據(jù)表現(xiàn)性目標(biāo),教師需要教哪些內(nèi)容,指導(dǎo)學(xué)生做什么,以及如何用最恰當(dāng)?shù)姆绞介_展教學(xué)?要完成這些目標(biāo),哪些材料和資源是最合適的?[1]

4.1 學(xué)習(xí)活動(dòng)的有效性:教師角色、教學(xué)策略與學(xué)習(xí)結(jié)果保持一致

學(xué)習(xí)活動(dòng)的有效性體現(xiàn)為學(xué)習(xí)目標(biāo)與教學(xué)方法是契合的．在逆向設(shè)計(jì)中,如果學(xué)習(xí)目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生的意義理解和學(xué)習(xí)遷移,必須應(yīng)用與這些學(xué)習(xí)目標(biāo)相連接的教學(xué)方法．針對(duì)習(xí)得知能、意義理解和學(xué)習(xí)遷移等3類學(xué)習(xí)結(jié)果,教學(xué)設(shè)計(jì)者應(yīng)扮演恰當(dāng)?shù)慕處熃巧?選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略,以保證教師角色、教學(xué)策略與預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果的一致性.

以“意義理解”為例:當(dāng)“意義理解”成為高中物理學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí),就意味著學(xué)生必須扮演“小科學(xué)家”的角色,以探究學(xué)習(xí)為主要學(xué)習(xí)方式,通過假設(shè)、猜想、科學(xué)推理,得到物理概念、物理規(guī)律,并進(jìn)一步概括、提煉形成物理觀念(大概念),建構(gòu)物理現(xiàn)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(dǎo)師”:營造物理情境,提供“探究學(xué)習(xí)指導(dǎo)書”,使用類比、發(fā)散式提問、蘇格拉底研討法等教學(xué)策略促使學(xué)生通過猜想、假設(shè)、科學(xué)推理等認(rèn)知過程形成物理大概念,建構(gòu)事物的意義.

4.2 學(xué)習(xí)活動(dòng)的吸引力:核心問題、理解事項(xiàng)、實(shí)作任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)

學(xué)習(xí)活動(dòng)的吸引力是指學(xué)習(xí)活動(dòng)內(nèi)在的發(fā)人深省、引人入勝、充滿活力的．逆向教學(xué)設(shè)計(jì)中的學(xué)習(xí)活動(dòng)安排主張以單元教學(xué)設(shè)計(jì)為抓手,聚焦大概念,并以核心問題、實(shí)作任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)進(jìn)程,凸顯學(xué)習(xí)活動(dòng)的吸引力.

筆者以高中物理“運(yùn)動(dòng)的描述”單元為例,說明逆向設(shè)計(jì)中“學(xué)習(xí)活動(dòng)的計(jì)劃”過程(表3)．學(xué)習(xí)活動(dòng)的進(jìn)行以基本問題為驅(qū)動(dòng)力,以主要知能為經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ),圍繞著實(shí)作任務(wù)的解決來展開.

表3 “運(yùn)動(dòng)的描述”單元學(xué)習(xí)計(jì)劃