通過逆向設(shè)計提高混合式教學(xué)有效性的實(shí)踐探索*——以“萬有引力理論的成就”教學(xué)為例

張江寧

(江蘇省錫山高級中學(xué) 江蘇 無錫 214174)

盡管線上與線下相結(jié)合的混合式教學(xué)的有效性已經(jīng)被實(shí)踐所證實(shí)，但是在普通高中并沒有得到廣泛的應(yīng)用，其根本原因不僅是混合式教學(xué)環(huán)境的建設(shè)要求較高，更主要的是大多數(shù)教師對混合式教學(xué)的有效性仍然持懷疑態(tài)度．因此，要進(jìn)一步推動混合式教學(xué)改革，就要通過有效的措施與成熟的方法讓混合式教學(xué)取得更為顯著的效果，從而讓廣大教師徹底消除顧慮，切實(shí)轉(zhuǎn)變觀念，積極推動教學(xué)方式的變革．值得欣慰的是，筆者所在學(xué)校經(jīng)過多年的實(shí)踐探索，證明了混合式教學(xué)能夠有效地促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高，并在全校實(shí)現(xiàn)了常態(tài)化混合式教學(xué)．特別是物理教研組在“普通高中混合式學(xué)習(xí)常態(tài)化的實(shí)踐研究”和“指向物理核心素養(yǎng)的逆向教學(xué)設(shè)計的優(yōu)化策略研究”兩項(xiàng)省級“十三五”規(guī)劃課題的研究中，將逆向設(shè)計的理念應(yīng)用到混合式教學(xué)設(shè)計中，有效推進(jìn)了混合式教學(xué)改革，促進(jìn)了信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的深度融合.

文獻(xiàn)[1]將逆向教學(xué)設(shè)計分為3個階段：先確定預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，再根據(jù)該目標(biāo)思考如何收集達(dá)成預(yù)期目標(biāo)的“證據(jù)”，最后圍繞目標(biāo)安排學(xué)習(xí)和教學(xué)活動．逆向教學(xué)設(shè)計強(qiáng)調(diào)了評價先于教學(xué)，突出了學(xué)習(xí)證據(jù)采集、分析與應(yīng)用，使教學(xué)更有針對性，更能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成，從而提高教學(xué)的有效性．而混合式教學(xué)由于采用線上與線下相結(jié)合的方式，學(xué)習(xí)證據(jù)采集與學(xué)習(xí)的及時評價正是線上學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，如何將逆向教學(xué)設(shè)計的理念應(yīng)用到混合式教學(xué)中具有十分重要的實(shí)踐價值．下面以人教版高中物理“萬有引力理論的成就”為例，談?wù)劵旌鲜浇虒W(xué)逆向設(shè)計的3個階段，期望能夠?yàn)橐痪€教師推動混合式教學(xué)改革提供可以借鑒的經(jīng)驗(yàn).

1 明確學(xué)習(xí)目標(biāo)

逆向設(shè)計理念下的教學(xué)目標(biāo)既是教學(xué)的起點(diǎn)，也是教學(xué)的終點(diǎn)，教學(xué)目標(biāo)設(shè)計不僅要以《課程標(biāo)準(zhǔn)》與物理教材的內(nèi)容要求、活動建議和教學(xué)提示等為依據(jù)，還要符合所教班級學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，才能有效提高目標(biāo)達(dá)成度.

“萬有引力理論的成就”這節(jié)課的內(nèi)容豐富而精彩，學(xué)生通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，科學(xué)探究的意識與能力會得到進(jìn)一步提升，運(yùn)動與相互作用觀念會得到顯著加強(qiáng)．無論是“稱量地球質(zhì)量”，還是太陽質(zhì)量的計算，都非常適合讓學(xué)生通過小組合作的形式進(jìn)行理論探究，有利于培養(yǎng)學(xué)生合作探究的意識與邏輯推理能力．教材中關(guān)于海王星的發(fā)現(xiàn)并不是直接陳述，而是通過對測量數(shù)據(jù)和萬有引力定律的質(zhì)疑拋出問題、引發(fā)思考，突顯了測量數(shù)據(jù)在科學(xué)探究中的重要性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識．教材中還增加了潮汐現(xiàn)象的內(nèi)容，盡管篇幅不大，但進(jìn)一步體現(xiàn)了萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的重大意義，強(qiáng)化了相互作用觀念.

筆者所教班級的學(xué)生進(jìn)入高中以來，主要以混合式學(xué)習(xí)方式進(jìn)行物理課程的學(xué)習(xí)，可以通過教學(xué)平臺對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行較為客觀的分析，教師在課堂上也有更多的機(jī)會對學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行仔細(xì)觀察，從而設(shè)計出更有針對性的教學(xué)目標(biāo).

基于以上思考與教學(xué)實(shí)際，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計為：

(1)會用萬有引力定律分析地球與物體間的相互作用力，理解萬有引力與重力的關(guān)系，形成“稱量地球質(zhì)量”的基本思路.

(2)應(yīng)用行星運(yùn)動模型推導(dǎo)計算“中心天體”質(zhì)量與密度的表達(dá)式，體驗(yàn)應(yīng)用物理模型解決實(shí)際問題的方法.

(3)理解觀測數(shù)據(jù)的重要性，體驗(yàn)從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的方法，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、尊重事實(shí)的科學(xué)態(tài)度.

(4)認(rèn)識萬有引力定律的科學(xué)成就，理解萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的重要意義，體會科學(xué)的迷人魅力，提升運(yùn)動與相互作用觀念.

2 確定學(xué)習(xí)證據(jù)采集方式

關(guān)于學(xué)習(xí)證據(jù)的采集與信息的反饋，必須做到及時、準(zhǔn)確、有效．及時，不僅指數(shù)據(jù)要實(shí)時采集，還要及時對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并反饋給學(xué)生和教師，及時作出學(xué)習(xí)的過程評價，數(shù)據(jù)采集的過程不能影響學(xué)生的學(xué)習(xí)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程更為流暢；準(zhǔn)確，指準(zhǔn)確采集學(xué)習(xí)證據(jù)，正確分析數(shù)據(jù)，有針對性地反饋信息，促進(jìn)后續(xù)學(xué)習(xí)的順利進(jìn)行；有效，是指反饋信息的指向性要明確，評價要富有激勵性，要在有效促進(jìn)學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，使學(xué)生保持持續(xù)學(xué)習(xí)的意愿.

由于筆者所在學(xué)校自主開發(fā)的混合式學(xué)習(xí)平臺基本覆蓋了高中階段的不同學(xué)習(xí)場景，學(xué)習(xí)證據(jù)采集的方式較多，所以，更要進(jìn)行認(rèn)真設(shè)計，以免方式不當(dāng)影響教學(xué)效果．由于本節(jié)課以自主學(xué)習(xí)與理論探究為主，筆者選用了該平臺的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并組織教學(xué).

在自適應(yīng)學(xué)習(xí)模塊的支持下，課堂上每個學(xué)生都能夠按照自己的節(jié)奏進(jìn)行學(xué)習(xí)，教師又能夠從講授中解放出來，參與學(xué)生的討論，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中的個性化問題，教學(xué)的針對性更強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)效率明顯提高．我們把這種模式稱為“雙線課堂”，同一個教師有兩重身份，即線上的虛擬身份與線下的真實(shí)身份，學(xué)生也可以選擇線上與線下的不同方式進(jìn)行學(xué)習(xí).

課堂上，學(xué)生可根據(jù)平臺反饋的信息對自己的學(xué)習(xí)作出準(zhǔn)確的評價，從而選擇適合自己的學(xué)習(xí)方式．平臺將不同形式(如文本、圖片、表格、動畫、微課、視頻、課堂檢測等)的學(xué)習(xí)內(nèi)容融合在一起，可按任意順序編排，不需要在不同的界面間進(jìn)行切換，所以，學(xué)習(xí)過程相當(dāng)流暢，學(xué)習(xí)效率明顯提高.

3 設(shè)計學(xué)習(xí)活動

本節(jié)課根據(jù)預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計了5項(xiàng)活動．學(xué)生在紙質(zhì)導(dǎo)學(xué)案和平臺反饋信息的引導(dǎo)下，通過自主學(xué)習(xí)與合作探究的方式完成各項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)．我們要求能夠在線下完成的任務(wù)盡量在線下完成，線下完成不了或線上效果明顯更好的才在線上完成．比如，通過文本、圖片等靜態(tài)資源學(xué)習(xí)的過程必須在線下完成，通過微課、視頻等動態(tài)資源的學(xué)習(xí)過程只能在線上完成，學(xué)生可選擇倍速播放微課以提高學(xué)習(xí)效率，也可回放以促進(jìn)理解．再如，學(xué)生應(yīng)先在紙質(zhì)導(dǎo)學(xué)案上完成課堂檢測，再將結(jié)果上傳到平臺(輸入客觀題答案或?qū)⒅饔^題解答過程拍照上傳)．小組討論則要求線下進(jìn)行，畢竟面對面的交流更加靈活方便．這樣，一方面可以避免學(xué)生長時間盯著平板電腦的屏幕，以保護(hù)學(xué)生的視力；另一方面也使學(xué)習(xí)方式多樣化，以提高學(xué)習(xí)效果.

【活動一】“稱量”地球的質(zhì)量

討論1：如果不考慮地球的自轉(zhuǎn)，你認(rèn)為地面上的物體受到地球?qū)λ娜f有引力與重力是什么關(guān)系？牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律后，他算出了地球的質(zhì)量嗎？為什么？

討論2：卡文迪什測出了引力常量G=6．67×10-11N·m2/kg2后，稱自己的實(shí)驗(yàn)是“稱量”地球的質(zhì)量，怎么稱量？需要測量哪些物理量？

在閱讀教材中“稱量”地球質(zhì)量部分的內(nèi)容與小組討論的基礎(chǔ)上完成檢測1.

【檢測1】在某行星表面高h(yuǎn)處讓一小球自由下落，經(jīng)過t落地，已知行星半徑為R，引力常量為G，則( )

學(xué)生在完成檢測1并提交后，立即獲得反饋信息，并可根據(jù)自己的情況選看提示、解析或微課．筆者在微課中引導(dǎo)學(xué)生對問題情境進(jìn)行了拓展，將自由落體改為豎直上拋和平拋運(yùn)動，讓學(xué)生認(rèn)識到，測量行星質(zhì)量的關(guān)鍵是要測出行星表面的重力加速度，讓運(yùn)動與相互作用觀念在學(xué)生的頭腦中進(jìn)一步深化.

【活動二】計算中心天體的質(zhì)量和密度

討論3：能否通過測出太陽的表面重力加速度，從而算出太陽的質(zhì)量？如果能，請?jiān)O(shè)計方案；如果不能，那如何測量？(要求先小組討論，再參看微課1)

微課1：首先啟發(fā)學(xué)生，太陽表面溫度大約是5 500 ℃，太陽的質(zhì)量為地球的33萬倍，你認(rèn)為能直接到太陽表面去測太陽的表面重力加速度嗎？再引導(dǎo)學(xué)生思考，要根據(jù)萬有引力定律計算太陽的質(zhì)量，需要測量哪些量？

學(xué)生在微課的啟發(fā)下，不難推導(dǎo)出計算太陽質(zhì)量的表達(dá)式．接著，要求學(xué)生完成檢測2.

A．20倍 B．16倍 C．14倍 D．1倍

學(xué)生完成檢測2后，可以選看提示、解析或微課，筆者在微課中引導(dǎo)學(xué)生得到行星軌道半徑的3次方與公轉(zhuǎn)周期的2次方比值只與中心天體的質(zhì)量成正比關(guān)系．從而讓學(xué)生認(rèn)識到通過萬有引力提供做向心力的方法只能計算中心天體的質(zhì)量，不可計算環(huán)繞天體的質(zhì)量.

思考1：中心天體的質(zhì)量測出后，如何進(jìn)一步計算出中心天體的密度？請將推導(dǎo)中心天體密度公式的過程在檢測3中提交.

這一問題難度不大，但結(jié)果容易錯．原因是計算天體密度時涉及到兩個半徑，一是環(huán)繞天體(或探測器)的軌道半徑r，二是中心天體本身的半徑R.

思考2：如果軌道半徑r等于中心天體的半徑R，要計算中心天體的密度，則需要測量哪些物理量？請將推導(dǎo)過程在檢測3中提交.

【檢測3】提交中心天體密度公式的推導(dǎo)過程(包括軌道半徑r與中心天體本身半徑R相等的情況).

(如果上述計算中心天體密度的表達(dá)式正確，可跳過微課2，直接完成檢測4．)

微課2：通過微課強(qiáng)調(diào)r=R+h，但在h=0時，r與R可以約去，只要測出貼近中心天體表面運(yùn)行的天體(或探測器)的環(huán)繞周期T就可計算出中心天體的密度.

【檢測4】已知某行星的半徑為R，該行星的一顆衛(wèi)星圍繞行星做勻速圓周運(yùn)動，環(huán)繞周期為T，衛(wèi)星到行星表面的距離也等于R，引力常量為G，不考慮行星的自轉(zhuǎn)，則下列說法正確的是( )

【活動三】發(fā)現(xiàn)未知天體

微課3：該微課采用了一段發(fā)現(xiàn)海王星的視頻，把計算海王星的軌道與實(shí)際觀測到的軌道作了一下對比，發(fā)現(xiàn)有一些區(qū)別，引起學(xué)生對軌道存在偏差的原因的思考.

討論4:根據(jù)萬有引力定律計算的海王星軌道與實(shí)際觀測到的軌道存在偏差的可能原因有哪些？請?jiān)谛〗M討論的基礎(chǔ)上完成檢測5.

【檢測5】天王星的運(yùn)動軌道與根據(jù)萬有引力定律計算出來的軌道存在一些偏差，你認(rèn)為是下列哪個原因？( )

A．天文觀測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確

B．萬有引力定律的準(zhǔn)確性有問題

C．離天王星較近的土星對天王星引力的影響

D．天王星軌道外面還有一顆未發(fā)現(xiàn)的行星對天王星引力的影響

微課4：介紹兩位年輕的學(xué)者(英國劍橋大學(xué)的學(xué)生亞當(dāng)斯和法國天文學(xué)家勒維耶)各自獨(dú)立地利用萬有引力定律計算出這顆“新”行星軌道的史實(shí)，以激勵學(xué)生發(fā)奮學(xué)習(xí)，爭取早日成才.

【活動四】用萬有引力定律解釋神奇的自然現(xiàn)象

閱讀教材中預(yù)言哈雷彗星回歸部分的內(nèi)容，思考下列問題.

思考3：有沒有哪位天文學(xué)家觀察到哈雷彗星繞太陽運(yùn)動一周的時間？

思考4：哈雷是用什么方法預(yù)測哈雷彗星回歸的日期的？

微課5：播放一段《哈雷彗星，2061年它將再次來臨》的視頻.

思考5：牛頓用月球和太陽的萬有引力解釋了潮汐現(xiàn)象，你認(rèn)為潮汐現(xiàn)象主要是由太陽和月球中的哪個星球引起的？(太陽的質(zhì)量約為月球質(zhì)量的2.7×107倍，地球離太陽的距離約為地球離月球距離的3.9×102倍)

【活動五】匯報交流

通過教學(xué)平臺隨機(jī)抽取1個小組，請?jiān)摻M推薦一位學(xué)生進(jìn)行匯報，總結(jié)應(yīng)用萬有引力定律測量中心天體質(zhì)量、密度的方法，并對萬有引力的理論成就發(fā)表自己的見解，再請其他小組進(jìn)行補(bǔ)充．(學(xué)生匯報時，將自己平板的屏幕投影到大屏上)

實(shí)踐表明，通過逆向教學(xué)設(shè)計，能夠更好地發(fā)揮智慧教學(xué)平臺的優(yōu)勢——及時作出個性化學(xué)習(xí)評價．如果不對評價內(nèi)容、評價方式進(jìn)行事先規(guī)劃，就不能有效地設(shè)計教學(xué)活動，甚至無法設(shè)計教學(xué)活動，而評價的內(nèi)容與方式又必須服從于教學(xué)目標(biāo)．可見，混合式教學(xué)對教學(xué)的逆向設(shè)計具有一定強(qiáng)制性，這樣，就不難解釋為什么混合式教學(xué)具有顯著的教學(xué)效果了．學(xué)生的學(xué)習(xí)是能動的，是他們對教學(xué)改革提出了合理的建議，是他們對混合式教學(xué)平臺提出了改進(jìn)的意見．學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，是信息時代的原住民，對信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)融合的理解有著與生俱來的優(yōu)勢．混合式學(xué)習(xí)平臺支持下的“雙線課堂”讓教師由課堂教學(xué)的主宰者和知識的灌輸者，轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂教學(xué)的組織者、指導(dǎo)者，學(xué)生建構(gòu)意義的幫助者、促進(jìn)者，學(xué)生良好情操的培育者[2].