追求高中物理深度學(xué)習(xí)的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)

摘 要：高中物理深度學(xué)習(xí)是對(duì)新、舊物理概念的理解和整合，學(xué)生運(yùn)用批判性思維進(jìn)行知識(shí)遷移，能有效促進(jìn)溝通和協(xié)作能力的養(yǎng)成。深度學(xué)習(xí)是形成高中物理核心素養(yǎng)的基本途徑，是逆向教學(xué)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和有效教學(xué)的深刻體現(xiàn)。以學(xué)生為中心，以“動(dòng)量定理”為例提出相應(yīng)教學(xué)策略：對(duì)比實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情；拓展延伸，提升安全意識(shí)；問(wèn)題導(dǎo)向，引導(dǎo)情境創(chuàng)設(shè)；驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，明晰定理應(yīng)用；回顧歷史，感受概念演變；開(kāi)放教學(xué)，體驗(yàn)實(shí)踐探索。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；逆向教學(xué)；動(dòng)量定理

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2024）12-0031-4

傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)往往側(cè)重于教師想講授的內(nèi)容。而逆向教學(xué)設(shè)計(jì)則首先基于學(xué)情來(lái)明確預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果：以學(xué)生為教學(xué)主體，制訂適合學(xué)生且具有可行性的學(xué)習(xí)結(jié)果。隨后，根據(jù)設(shè)定的預(yù)期結(jié)果，在教學(xué)活動(dòng)前建立評(píng)估證據(jù)：設(shè)計(jì)多種形式的評(píng)估任務(wù)來(lái)收集評(píng)價(jià)證據(jù)，并以此設(shè)立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。最后，根據(jù)預(yù)期結(jié)果和評(píng)估證據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)，規(guī)劃教學(xué)計(jì)劃?？傊?，逆向教學(xué)設(shè)計(jì)分為三個(gè)階段：階段１——預(yù)期結(jié)果：堅(jiān)持成果導(dǎo)向和知識(shí)遷移，以學(xué)生的認(rèn)知為前提，預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)結(jié)果；階段２——評(píng)估證據(jù)：通過(guò)課前、課堂以及課后表現(xiàn)等證據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)評(píng)估；階段３——學(xué)習(xí)計(jì)劃：從教師的目標(biāo)和學(xué)生期望的結(jié)果出發(fā)，逆向設(shè)計(jì)并應(yīng)用到學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)中［１］。

１ 基于深度學(xué)習(xí)的逆向設(shè)計(jì)

采用ＵbＤ理論開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)，助力學(xué)生實(shí)現(xiàn)高中物理的深度學(xué)習(xí)。表１為基于ＵbＤ理論的“動(dòng)量定理”逆向設(shè)計(jì)［２－３］。

２ 基于深度學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)施策略

２．１ 對(duì)比實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情

教學(xué)片段１：在“動(dòng)量定理”的導(dǎo)入環(huán)節(jié)中，引入生雞蛋在空中掉落的場(chǎng)景，并進(jìn)行兩組實(shí)驗(yàn)。第一組實(shí)驗(yàn)將生雞蛋置于無(wú)海綿的頭盔中，用不透明的布包裹頭盔進(jìn)行視野遮擋，于空中釋放；第二組實(shí)驗(yàn)將生雞蛋置于有海綿的頭盔中，同樣用不透明的布包裹頭盔，于空中釋放。猜測(cè)這兩組實(shí)驗(yàn)中的生雞蛋最終是否破碎？

學(xué)生猜測(cè)：有的認(rèn)為生雞蛋都會(huì)破碎；有的認(rèn)為置于無(wú)海綿頭盔中的生雞蛋會(huì)破碎，置于有海綿頭盔中的生雞蛋不會(huì)破碎。

教學(xué)意圖：設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的對(duì)比意識(shí)，為學(xué)生的認(rèn)識(shí)提供更直觀(guān)的事實(shí)依據(jù)。通過(guò)創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生生活的實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。

２．２ 拓展延伸，提升安全意識(shí)

教學(xué)片段２：生活中，電動(dòng)自行車(chē)已成為大眾短途出行的首選，但不佩戴安全頭盔或者不正確佩戴安全頭盔的情況普遍存在。在新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，將雞蛋置于有海綿的安全頭盔中，雞蛋未破碎。以此為例提醒學(xué)生在騎電動(dòng)車(chē)上路時(shí)要正確佩戴安全頭盔。

教學(xué)意圖：在教學(xué)過(guò)程中，滲透相關(guān)安全知識(shí)，以幫助學(xué)生更有效地形成安全意識(shí)，從而達(dá)到安全教育的目的。

２．３ 問(wèn)題導(dǎo)向，引導(dǎo)情境創(chuàng)設(shè)

教學(xué)片段３：物體發(fā)生碰撞后，動(dòng)量發(fā)生變化。那么，誰(shuí)是引起動(dòng)量變化的原因？教師引導(dǎo)學(xué)生簡(jiǎn)化問(wèn)題，創(chuàng)設(shè)情境（圖1）。

情境：假設(shè)一質(zhì)量為m的物體在光滑的水平面上受到恒力F的作用，做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。在初始時(shí)刻，物體的速度為v，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間Δt后，物體速度變?yōu)関'。

基于此情境提出問(wèn)題“誰(shuí)是引起動(dòng)量變化的原因”，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)能夠很好地理解教師的問(wèn)題，深思熟慮后，就能快速得出正確結(jié)論。

教學(xué)意圖：在高中物理教學(xué)過(guò)程中，教師要以解決問(wèn)題為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生將復(fù)雜問(wèn)題合理簡(jiǎn)化的思維方法，并引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)設(shè)簡(jiǎn)化的情境。

２．４ 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，明晰定理應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)１：將力傳感器的感應(yīng)端口豎直向下固定于鐵架臺(tái)上，細(xì)繩一端緊綁住熟雞蛋，另一端懸掛于感應(yīng)端口（圖2），將數(shù)據(jù)采集器和傳感器相連并接入計(jì)算機(jī)。打開(kāi)ＤＩＳLａｂ實(shí)驗(yàn)軟件中的“通用軟件”，設(shè)置數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔為０．０１ ｓ，將雞蛋豎直提升一定高度后靜止釋放，記錄傳感器從有力（雞蛋自由落體結(jié)束）開(kāi)始到受力首次最大（雞蛋速度為０）時(shí)的信息［4］，再通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出該時(shí)間段拉力的沖量IT。

規(guī)定豎直向下為正方向，當(dāng)傳感器有受力時(shí)，速度為v=；當(dāng)傳感器受力首次最大時(shí)，v=0。根據(jù)動(dòng)量定理

mgt-IT = 0-mv

通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（表2、表3）。

反思：實(shí)驗(yàn)存在一定的誤差，分析造成誤差的幾個(gè)原因：

（１）繩子繃緊時(shí)，力傳感器發(fā)生晃動(dòng)；

（２）雞蛋被提升的高度與２０ ｃｍ有偏差；

（３）作用時(shí)間的框選，通過(guò)軟件積分得出拉力沖量的過(guò)程，都可能存在誤差。

結(jié)論：在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，變力情況下的動(dòng)量定理同樣成立。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)理論探究理解合力沖量的求解方法，而實(shí)驗(yàn)探究則更直觀(guān)地驗(yàn)證了變力下的動(dòng)量定理。通過(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)踐探究相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生揭示動(dòng)量定理的適用條件。

實(shí)驗(yàn)２：用橡皮繩替換細(xì)繩，再做相同的實(shí)驗(yàn)操作。讓質(zhì)量相同的雞蛋重做相同高度下落的自由落體運(yùn)動(dòng)，控制動(dòng)量的變化量相同［5］。采集傳感器受力大小隨時(shí)間變化的信息，并從中提取拉力峰值和作用時(shí)間（表４）。

比較兩組實(shí)驗(yàn)的作用時(shí)間發(fā)現(xiàn)，橡皮繩作用時(shí)間更長(zhǎng)，而拉力峰值相對(duì)細(xì)繩要小，因此，可以通過(guò)延長(zhǎng)時(shí)間來(lái)起到緩沖作用。再讓學(xué)生談?wù)勆钪械木彌_現(xiàn)象，并拋出問(wèn)題讓他們思考如何解決該問(wèn)題。例如，相同條件下，如何用鐵錘更有效地將釘子敲進(jìn)木頭里？

設(shè)計(jì)意圖：借助相同實(shí)驗(yàn)器材，引導(dǎo)學(xué)生形成資源利用最大化的觀(guān)念。同時(shí)，通過(guò)理解緩沖現(xiàn)象的原因，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用緩沖知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。

２．５ 回顧歷史，感受概念演變

回顧動(dòng)量概念的建立過(guò)程：它是在量度物體運(yùn)動(dòng)的研究中引入并逐步發(fā)展的。學(xué)生通過(guò)了解科學(xué)家對(duì)量度運(yùn)動(dòng)的探索歷程（圖3），學(xué)習(xí)科學(xué)家的探究方法和探索精神，感受一個(gè)物理概念的演變過(guò)程。

２．６ 開(kāi)放教學(xué)，體驗(yàn)實(shí)踐探索

課程最后，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)課題“如何設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓從高處?kù)o止釋放的雞蛋在落地后不碎”。學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)方案：

學(xué)生１：給雞蛋綁上降落傘，降低雞蛋落地前的動(dòng)量，減少動(dòng)量變化量。

學(xué)生２：在地面附近拉開(kāi)一塊布片，讓雞蛋落在布片上，增加緩沖時(shí)間；

學(xué)生３： ……

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和科研能力，將理論運(yùn)用于實(shí)踐。學(xué)生在含有諸多變數(shù)的實(shí)驗(yàn)中感受不完美，經(jīng)過(guò)深刻反思后調(diào)整實(shí)操，最終達(dá)成目標(biāo)，為形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S和較強(qiáng)的動(dòng)手能力打下基礎(chǔ)。

３ 結(jié) 論

逆向教學(xué)設(shè)計(jì)為教師提供了一種以“學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，也就是教學(xué)從教師主體向?qū)W生主體轉(zhuǎn)變，從首要思考教什么和怎么教向考慮學(xué)生要實(shí)現(xiàn)什么樣的學(xué)習(xí)結(jié)果轉(zhuǎn)變。瞄準(zhǔn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的培養(yǎng)方向，先制訂預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果，接著設(shè)計(jì)評(píng)估證據(jù)去全面評(píng)估學(xué)生是否取得了相應(yīng)的學(xué)習(xí)成果，最后進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。這樣才能形成更適合學(xué)生需求的教學(xué)行為，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生更為有效的教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

［１］格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰格．追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)（第二版）［Ｍ］．閆寒冰，宋雪蓮，賴(lài)平，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，２０17．

［２］任虎虎．指向物理深度學(xué)習(xí)的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施——以“變壓器”教學(xué)為例［Ｊ］．教學(xué)月刊·中學(xué)版（教學(xué)參考），２０２０（６）：12-16．

［３］任虎虎．指向物理觀(guān)念的逆向設(shè)計(jì)與實(shí)施策略——以新教材必修１“超重和失重”教學(xué)為例［Ｊ］．物理教師，２０２１，４２（７）：23-26．

［4］金偉．變力作用下動(dòng)量定理的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證［Ｊ］．中學(xué)物理教學(xué)參考，２０２１，５０（２）：６２－６３．

［5］李炳楠．動(dòng)量定理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)［Ｊ］．中學(xué)物理教學(xué)參考，２０２０，４９（７）：４４－４６．

（欄目編輯 鄧 磊）

收稿日期：2024-08-10

基金項(xiàng)目：浙江省玉環(huán)市教科規(guī)劃課題“ＳＥＣＩ理念下高中物理教學(xué)實(shí)踐研究”（２０２４ＹＧ０１６）。

作者簡(jiǎn)介：李曉峰（１９９４－），男，中學(xué)二級(jí)教師，主要從事高中物理教學(xué)工作。