汪金花

江蘇省運(yùn)河中學(xué)(221300)

0 引言

通過課堂教學(xué)發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng),已成為當(dāng)前課程改革的主要目標(biāo)與價(jià)值追求。核心素養(yǎng)是課程育人價(jià)值的集中體現(xiàn),是學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力[1-2]。物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”以及“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)維度構(gòu)成,每個(gè)維度包含多個(gè)要素,形成內(nèi)涵豐富且高度凝練的素養(yǎng)體系。

核心素養(yǎng)的提出是課程對時(shí)代發(fā)展的呼應(yīng),核心素養(yǎng)的培養(yǎng),離不開課堂教學(xué)理念與模式的更新。2022年版義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)多次強(qiáng)調(diào)重視“教-學(xué)-評”一致性[1],而傳統(tǒng)的“重知而輕行”的講授式教學(xué)與近年來盛行的“重行卻輕思”活動體驗(yàn)式教學(xué)均存在一定局限性,不能滿足新課程背景下的學(xué)生培養(yǎng)要求,且缺少教學(xué)評估環(huán)節(jié),不利于深度學(xué)習(xí)的發(fā)生以及核心素養(yǎng)的落地。因此,注重“理解為先、評價(jià)以促學(xué)”的逆向設(shè)計(jì)受到越來越多的教育工作者的關(guān)注,逐漸成為教學(xué)研究熱點(diǎn),為有效落實(shí)課程改革提供了一種全新的理念與教學(xué)樣態(tài)。

1 追求理解的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

追求理解的逆向教學(xué)推崇“以終為始”,注重“評估任務(wù)”的設(shè)計(jì)[3],即教師在開展教學(xué)活動之前,應(yīng)首先明確學(xué)習(xí)要達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)是什么?哪些證據(jù)能夠評估學(xué)生是否理解?哪些素材與活動是達(dá)成目標(biāo)的最佳選擇?只有從始至終關(guān)注目標(biāo)實(shí)現(xiàn),重視評價(jià)證據(jù)反饋,才有可能產(chǎn)生最合適的教學(xué)行為,實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)高效的學(xué)習(xí)。如圖1所示,即為逆向設(shè)計(jì)的三階段結(jié)構(gòu)[3]。筆者依據(jù)這一理念,對義務(wù)教育蘇科版物理教材八年級下冊第九章第1節(jié)“二力平衡”[4]進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐,獲得了理想的教學(xué)效果。

圖1 逆向設(shè)計(jì)三階段

2 教學(xué)實(shí)踐

2.1 基于已有認(rèn)知,建構(gòu)平衡觀念

預(yù)期結(jié)果:通過觀察與分析,知道什么是平衡狀態(tài),形成平衡觀念,對自然平衡之美能動心、共情。

教學(xué)體驗(yàn):展示圖2～5四幅圖片(起初沒有力的示意圖),讓學(xué)生觀察與思考。

問題1:從運(yùn)動的角度分析,這些物體各自處于什么狀態(tài)?

問題2:這兩種運(yùn)動狀態(tài)下,物體的速度大小和運(yùn)動方向有什么共同特征?

圖2 黃山飛來石

圖3 勻速起吊的貨車

圖4 兩根繩牽拉的重球

圖5 勻速直線行駛的列車

問題3:速度大小和運(yùn)動方向都不改變,稱為物體的運(yùn)動狀態(tài)不變。物體的運(yùn)動狀態(tài)不改變,我們就說物體處于平衡狀態(tài)。由此可見,物體的平衡狀態(tài)存在幾種類型?分別是什么?

評估:判斷表1中的物體(教學(xué)時(shí)應(yīng)該給相關(guān)事例配靜態(tài)或動態(tài)圖)是否處于平衡狀態(tài),并指出平衡狀態(tài)的類型?；蚰嫦蛩季S,讓學(xué)生列舉非平衡狀態(tài)的事例。

表1 即練反饋

設(shè)計(jì)意圖:立足教材,但不囿于教材。書本上的四幅事例圖,從受力角度看,均是偶數(shù),存在一定的局限性。常規(guī)教學(xué)中,教師往往在匆匆展示書本圖片以后,直接陳述平衡狀態(tài)的概念。但學(xué)生其實(shí)并不清楚為什么要將“保持靜止或做勻速直線運(yùn)動”稱為物體的平衡狀態(tài)。因此,平衡的觀念并沒有真正地建構(gòu)起來,學(xué)生的思維僅僅停留在“知道”概念的低階層次。

本設(shè)計(jì)力求遵循學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律,從學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知水平出發(fā),聚焦學(xué)習(xí)生長點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生通過觀察與分析,歸納出“保持靜止或做勻速直線運(yùn)動”這兩種狀態(tài)的共性特征。從而幫助學(xué)生由物體的“運(yùn)動狀態(tài)不變”自然過渡到物體處于“平衡”,建立起“因?yàn)椴蛔?所以平衡;因?yàn)槠胶?才會不變”的觀念,促使學(xué)生對“平衡狀態(tài)”知其然更知其所以然。另外,通過評估事例的設(shè)計(jì),既考查了學(xué)生對于平衡狀態(tài)的理解,滲透了非平衡狀態(tài)的觀念,同時(shí)糾正學(xué)生把“保持靜止”直接默認(rèn)為“靜止”的錯誤思維。

2.2 問題催生思維 猜想引領(lǐng)探究

2.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

預(yù)期結(jié)果:經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),審視各種方案的優(yōu)劣,體會教材設(shè)計(jì)的意圖,提升科學(xué)探究素養(yǎng)。

教學(xué)體驗(yàn):繼續(xù)觀察圖2～5,思考并用力的示意圖,表示出這幾個(gè)物體分別受到哪些力的作用。

問題1:物體在幾個(gè)力的作用下能夠保持平衡?一個(gè)力能讓物體處于平衡狀態(tài)嗎?試舉例說明。

師:如果物體在兩個(gè)力的作用下處于平衡狀態(tài),我們就說這兩個(gè)力相互平衡,簡稱二力平衡。

問題2:物體只要受到兩個(gè)力的作用,就一定能處于平衡狀態(tài)嗎?你能否想到反例?

展示單擺的動態(tài)圖,讓學(xué)生觀察。再呈現(xiàn)擺球在右側(cè)最高點(diǎn)處的靜態(tài)圖,讓學(xué)生對擺球進(jìn)行受力分析。

如圖6所示,將擺球的受力示意圖與吊燈的受力示意圖進(jìn)行橫向?qū)Ρ?讓學(xué)生在認(rèn)知沖突中,意識到作用在物體上的兩個(gè)力要想平衡,是有條件的。從而自然生成探究問題:作用在同一物體上的兩個(gè)力在滿足哪些條件時(shí),才能讓物體平衡?同時(shí),在對平衡與不平衡現(xiàn)象的觀察與比較中,對二力平衡的條件作出有依據(jù)的猜想。

圖6 擺球與吊燈的受力示意圖

給學(xué)生提供兩端帶有滑輪的長木桌、兩端帶有掛鉤的木塊和小車、細(xì)線、砝碼、彈簧測力計(jì)等。

再設(shè)計(jì)以下問題鏈,引導(dǎo)學(xué)生基于初步猜想,進(jìn)行交流合作,自主選擇器材、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

問題3:需要選擇哪些器材?

問題4:以誰作為研究對象?

問題5:怎樣(用什么)對研究對象施加兩個(gè)力的作用?怎樣改變兩個(gè)力的大小?

各小組經(jīng)過交流討論,給出如圖7(a)、7(b)所示的兩種常見探究方案。教師針對學(xué)生方案,通過問題設(shè)置以及增加體驗(yàn)環(huán)節(jié)等引發(fā)認(rèn)知沖突、啟發(fā)學(xué)生思考。

問題:為什么使用砝碼對物體施加力的作用?

體驗(yàn):讓學(xué)生用彈簧測力計(jì)拉木塊,體驗(yàn)示數(shù)不穩(wěn)定、讀數(shù)不方便。

體驗(yàn)+問題:讓學(xué)生向圖7(a)側(cè)的托盤中逐次添加多枚回形針,觀察現(xiàn)象。為什么木塊仍然能夠平衡?是不是我們的猜想出錯了?據(jù)此,請大家對圖7(b)方案進(jìn)行評價(jià)。

圖7 方案進(jìn)化

問題6:除了變滑動為滾動以外,還有哪些方法能夠減小摩擦力?

問題7:能否設(shè)法消除小車與桌面之間的摩擦力,而不僅僅只是減小它對實(shí)驗(yàn)的影響?

學(xué)生繼續(xù)深入思考,聯(lián)系已學(xué)知識,想到可以讓小車與桌面脫離,即:使小車懸空,如圖7(c)所示。但還未來得及高興,立即會發(fā)現(xiàn)新的問題,小車自身重力較大,懸空時(shí)明顯下墜,此時(shí)更不利于探究二力平衡的條件,從而再一次陷入思考。

問題8:你覺得此時(shí)哪個(gè)力顯得多余?這個(gè)力能夠消除嗎?那只能怎么辦?怎樣盡可能得減小?要小到什么程度?

通過不間斷地制造問題、發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題,實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí),并最終過渡到教材方案,如圖8所示。唯有如此,學(xué)生才能真正理解教材方案的設(shè)計(jì)意圖,以及信息快遞所要表達(dá)的含義,產(chǎn)生強(qiáng)烈的心理認(rèn)同感。同時(shí),在解決問題的過程中,促使科學(xué)思維實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。正如2022年版課標(biāo)所倡導(dǎo)的“注重問題導(dǎo)向,合理設(shè)計(jì)探究活動;鼓勵學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置及操作方法,給學(xué)生提供自主探究的時(shí)間和空間”[1]。

圖8 教材方案及信息快遞

2.2.2 實(shí)驗(yàn)思想與實(shí)驗(yàn)探究

預(yù)期結(jié)果:①通過實(shí)驗(yàn)探究,自行總結(jié)二力平衡的條件,體悟科學(xué)探究的過程與方法;②了解二力平衡條件在日常生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用[5],能夠運(yùn)用二力平衡的知識解釋相關(guān)現(xiàn)象。

教學(xué)體驗(yàn):學(xué)生組裝、觀察圖8所示的實(shí)驗(yàn)裝置,并思考。

問題1:此時(shí)卡片處于什么狀態(tài)?目前有哪些猜想條件已經(jīng)滿足?那么是否能就此得出結(jié)論?接下來該怎樣逐一探究各個(gè)猜想條件對于二力平衡的影響?聯(lián)系表1事例思考,出現(xiàn)什么現(xiàn)象能夠說明平衡已經(jīng)被打破?這表明猜想條件需不需要被滿足?

顯化實(shí)驗(yàn)思想:因此“逐一破壞各個(gè)猜想條件,同時(shí)確保其他條件不改變,對比觀察卡片前后的狀態(tài)變化”即為本實(shí)驗(yàn)探究的核心思想。

問題2:怎樣破壞兩個(gè)力大小相等這個(gè)條件?

問題3:怎樣破壞兩個(gè)力方向相反這個(gè)條件,但同時(shí)確保兩個(gè)力仍然作用在一條直線上?

問題4:怎樣破壞兩個(gè)力作用在一條直線上這個(gè)條件,但同時(shí)確保兩個(gè)力仍然方向相反?

問題5:再次揣摩實(shí)驗(yàn)探究的目的“作用在同一物體上的兩個(gè)力,在怎樣的條件下才能平衡”,這其中還蘊(yùn)含了什么前提條件?由此可見,二力平衡的條件有哪些?

圖9 卡片傾斜平衡

評估1:判斷圖9所示的卡片是否處于平衡狀態(tài)并解釋。

評估2:解釋為什么測量鉤碼所受的重力大小時(shí),彈簧測力計(jì)要豎直向上拉且靜止后讀數(shù)?若使彈簧測力計(jì)和鉤碼一起豎直向上勻速運(yùn)動,測力計(jì)的示數(shù)將怎樣變化?

評估3:重達(dá)4 t的卡車,在2×103N牽引力的作用下,沿平直公路勻速行駛,計(jì)算地面對汽車的支持力和汽車受到的阻力大小。

評估4:小華沿水平方向用力推靜止在水平地面上的桌子,但是沒有推動,則小華對桌子的推力F1與桌子受到的摩擦力f1的大小關(guān)系為?小華繼續(xù)以更大的水平推力F2推桌子,仍然沒有推動,此過程中桌子受到的摩擦力為f2,則f1與f2的大小關(guān)系為?

評估5:爬桿比賽,小明第一個(gè)爬到直桿頂部。小明緊緊握住桿子保持靜止,此時(shí)他受到的摩擦力為f1;片刻后,小明適度減小握桿子的力度使自己勻速下滑,此時(shí)他受到摩擦力為f2,則兩次摩擦力f1與f2的方向分別是?兩者的大小關(guān)系是?

評估6:課后利用身邊的廢舊物品,自制一個(gè)穩(wěn)定性好、易于調(diào)節(jié)且富有美感的手機(jī)支架,可供教師線上教學(xué)使用。

設(shè)計(jì)意圖:遵循2022年版義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)“科學(xué)探究”素養(yǎng)的培養(yǎng)要求[1],從學(xué)生的最近發(fā)展區(qū),選取適宜的生長點(diǎn),通過設(shè)置對比事例,構(gòu)成認(rèn)知沖突,激發(fā)認(rèn)知需求,讓學(xué)生在看得見的現(xiàn)象中,結(jié)合力的示意圖,進(jìn)行科學(xué)思維,讓思維具有顯化的路徑和圖景,猜想才能有方向、有依據(jù),知識記憶才會有牢靠的錨點(diǎn)。

同時(shí),注重問題導(dǎo)向,借助環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)的問題鏈,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化,體悟科學(xué)探究的思想與方法,養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣。在不斷質(zhì)疑的過程中,認(rèn)識不同方案的優(yōu)劣,發(fā)展批判性和創(chuàng)新性思維,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。在多要素融合的科學(xué)探究過程中,落實(shí)“知行思合一”,實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí),發(fā)展核心素養(yǎng)。

在此基礎(chǔ)上,基于科學(xué)思維的前三級水平要點(diǎn):“能說出一些簡單的物理模型;能在熟悉的問題情境中應(yīng)用常見的物理模型;能在熟悉的問題情境中根據(jù)需要選用恰當(dāng)?shù)哪Ｐ徒鉀Q簡單的物理問題”[2],針對本節(jié)教學(xué)的核心內(nèi)容,設(shè)計(jì)了由易到難、形式多樣的評估任務(wù),尋找學(xué)生理解的證據(jù)以及理解的層次。同時(shí),在逐級進(jìn)階的過程中,啟發(fā)思維、形成思維[6]、運(yùn)用思維、活化并提升思維,深化學(xué)生對于規(guī)律的認(rèn)識與應(yīng)用。

2.3 對比模型異同 促進(jìn)知識融通

預(yù)期目標(biāo):知道一對平衡力與一對相互作用力的異同,并能夠?qū)ο嚓P(guān)事例進(jìn)行區(qū)分和解釋。

教學(xué)體驗(yàn):回顧課本圖片——靜止的花瓶,并思考。

問題1:桌面受到的壓力與花瓶受到的支持力是一對平衡力嗎?為什么?這兩個(gè)力是什么關(guān)系?

問題2:一對平衡力與一對相互作用力有哪些異同點(diǎn)?嘗試列表對比說明(見表2)。

問題3:你能否通過畫模型示意圖的方式,分別表示出一對平衡力與一對相互作用力的特點(diǎn)?

表2 異同點(diǎn)比較

評估1:一個(gè)物體同時(shí)受到兩個(gè)力的作用,若這兩個(gè)力的三要素完全相同,則兩個(gè)力能否平衡?

評估2:沿水平方向用力,把一塊長方體黑板擦壓在豎直黑板上靜止,請結(jié)合力的示意圖說明,其中包含的平衡力與相互作用力有哪些?

評估3:結(jié)合力的示意圖,解釋為什么將物體置于水平桌面上,用彈簧測力計(jì)沿水平方向拉動,使其做勻速直線運(yùn)動,此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)會等于物體所受滑動摩擦力的大小?

設(shè)計(jì)意圖:結(jié)合具體事例,引導(dǎo)學(xué)生通過列表分析、畫圖對比,深入建構(gòu)平衡力與相互作用力的模型,透視兩者的異同,形成初步的運(yùn)動與相互作用觀念。進(jìn)而經(jīng)歷對概念和規(guī)律的反思與應(yīng)用,使其學(xué)會選擇合適的模型、能夠綜合運(yùn)用所學(xué)模型,解釋常見的物理現(xiàn)象、解決實(shí)際問題。在此過程中,促使“力的三要素、力的示意圖、平衡狀態(tài)、平衡力、相互作用力以及測量滑動摩擦力的實(shí)驗(yàn)操作方法”等核心概念,在學(xué)生的心智中貫通、融合、內(nèi)化。

3 結(jié)束語

義務(wù)教育蘇科版物理教材由多種課型組成。課型及內(nèi)容的差異與學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)涵的豐富性,共同決定了教師在日常教學(xué)過程中,應(yīng)有所側(cè)重地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的不同維度。教師需要真正落實(shí)“以終為始”,積極踐行追求理解的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)理念,加強(qiáng)對課程方案、課程標(biāo)準(zhǔn)、教材教參等的解讀,明確教學(xué)目標(biāo),把握教學(xué)內(nèi)容中的素養(yǎng)落腳點(diǎn),以理解為先,依據(jù)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求及學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),確定教學(xué)策略、選取教學(xué)資源、規(guī)劃教學(xué)次序、組織教學(xué)活動、設(shè)計(jì)評估任務(wù)等,促使教學(xué)評有機(jī)銜接,注重知行思合一,以實(shí)現(xiàn)深度教學(xué),逐步發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。