徐麗芳

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“課標(biāo)”)設(shè)置13個(gè)學(xué)科核心概念和4個(gè)跨學(xué)科概念，聚焦核心概念教學(xué)，成了落地新課標(biāo)的必然之路。調(diào)查科學(xué)教師備課現(xiàn)狀，鮮有教師立足核心概念開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)，更多以分散的課時(shí)概念進(jìn)行教學(xué)。這樣的教學(xué)，前后課時(shí)分離，概念構(gòu)建分散，整體性缺失，甚至由于概念定位不準(zhǔn)，教學(xué)目標(biāo)落實(shí)，教學(xué)效率低效。指向?qū)W科核心概念的教學(xué)是指在構(gòu)思科學(xué)教育的目標(biāo)時(shí)，在知識(shí)方面不是一堆事實(shí)和理論，而是趨向于核心概念，這些核心概念及進(jìn)展過(guò)程可以幫助學(xué)生理解與其在校以及離開(kāi)學(xué)校以后的生活有關(guān)的一些事件與現(xiàn)象。逆向設(shè)計(jì)是確定學(xué)習(xí)目標(biāo)后，將學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)前置于學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，指向“教—學(xué)—評(píng)”一致。因此，開(kāi)展核心概念引領(lǐng)下的初中科學(xué)逆向設(shè)計(jì)教學(xué)，是實(shí)現(xiàn)淺層學(xué)習(xí)到深度學(xué)習(xí)、知識(shí)學(xué)習(xí)到素養(yǎng)發(fā)展的重要路徑。

一、 核心概念引領(lǐng)：連接知識(shí)與素養(yǎng)

《美國(guó)新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》闡述了概念各層級(jí)的關(guān)系，如圖1。第一層為學(xué)科基本和技能等事實(shí)性知識(shí)及統(tǒng)攝性較低的分解概念，屬于“小概念”范疇；第二層是基于學(xué)科內(nèi)知識(shí)整合的核心概念與方法的核心概念；第三層是基于跨學(xué)科內(nèi)容整合的概念或主題；第四層是哲學(xué)觀(guān)念。其中第二層、第三層、第四層屬于“大概念范疇”。因此，核心概念屬于“大概念”界定領(lǐng)域。

核心概念是居于學(xué)科中心構(gòu)成學(xué)科骨架、能反映學(xué)科本質(zhì)特征的概念。核心概念不同于一般的科學(xué)概念，具有較強(qiáng)的聚合能力，聚合起不同的知識(shí)，揭示其內(nèi)在聯(lián)系。立足核心概念，統(tǒng)領(lǐng)教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)與素養(yǎng)的關(guān)聯(lián)。以核心概念統(tǒng)攝，建立概念構(gòu)建進(jìn)階模型，能夠統(tǒng)一、有序、進(jìn)階地實(shí)現(xiàn)概念構(gòu)建，突出概念構(gòu)建的有序性和進(jìn)階性。此外，核心概念作為統(tǒng)攝地位，有利于聚焦教學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)評(píng)一體化的教學(xué)設(shè)計(jì)的落地。

以“變阻器”為例(如圖1)，第一層，學(xué)科基本知識(shí)、技能等事實(shí)性知識(shí)?！白冏杵鞯亩x”“變阻器的功能”。第二層，基于學(xué)科內(nèi)知識(shí)整合的核心概念與方法。如“導(dǎo)電能力是物質(zhì)的一種特性”“影響電阻的相關(guān)因素”“抽象模型”。第三層，基于跨學(xué)科內(nèi)容整合的概念或主題，即跨學(xué)科概念或共通概念。如“結(jié)構(gòu)決定功能”等共通概念。第四層是統(tǒng)攝其他所有知識(shí)的哲學(xué)觀(guān)念，在科學(xué)領(lǐng)域包括對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

圖1 變阻器

二、 逆向設(shè)計(jì)：連接目標(biāo)、任務(wù)和評(píng)價(jià)

逆向設(shè)計(jì)是指向“教學(xué)評(píng)一體化”，實(shí)現(xiàn)學(xué)科概念教學(xué)，落地核心素養(yǎng)的有效路徑。其設(shè)計(jì)理念為“確定預(yù)期目標(biāo)→確定評(píng)估證據(jù)→確定學(xué)習(xí)任務(wù)”。依據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)生情況，確定預(yù)期目標(biāo)，再將評(píng)估證據(jù)設(shè)計(jì)前置于學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)。

“變阻器”是八年級(jí)上冊(cè)第四章“電路探秘”第四節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)課前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了串并聯(lián)電路、影響電阻的基本因素，對(duì)電路和電阻的基本知識(shí)有了一定了解；本節(jié)課后，將進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)歐姆定律及電路分析。而電路分析，離不開(kāi)變阻器。通過(guò)改變電路中電阻的大小，使得電流大小改變，進(jìn)而控制電路，是電路分析中基礎(chǔ)的方式。因此，認(rèn)識(shí)變阻器、理解變阻器原理、學(xué)會(huì)變阻器使用方法，對(duì)整章電路知識(shí)的學(xué)習(xí)尤為重要。教材中安排了“根據(jù)影響電阻大小因素的分析，改變電阻大小的方法有哪些？你認(rèn)為最簡(jiǎn)單的方法是什么？”的思考與討論，引導(dǎo)學(xué)生從“影響導(dǎo)體電阻大小的因素”思考改變電阻大小的方法?；瑒?dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)與原理部分，教材用“改變鎳鉻合金一端的觸電”圖片陳述相關(guān)內(nèi)容。本節(jié)課設(shè)計(jì)將此環(huán)節(jié)改為學(xué)生動(dòng)手活動(dòng)，學(xué)生自主實(shí)踐過(guò)程中分析問(wèn)題、構(gòu)建新知，重在培養(yǎng)學(xué)生分析能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。經(jīng)過(guò)滑動(dòng)變阻器原理的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)“實(shí)物圖——結(jié)構(gòu)示意圖——符號(hào)”的模型構(gòu)建過(guò)程，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力。在教材活動(dòng)中，要求根據(jù)實(shí)物圖連接電路，使用滑動(dòng)變阻器，改變電路中的電流，教學(xué)中設(shè)計(jì)該環(huán)節(jié)，使用滑動(dòng)變阻器，深刻理解其功能。最后，教材呈現(xiàn)旋鈕型變阻器，引導(dǎo)學(xué)生分析，重在培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、匹配模型、運(yùn)用遷移的能力。

(一)確定預(yù)期目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿分析，通過(guò)研讀課標(biāo)，分析學(xué)業(yè)要求和核心素養(yǎng)內(nèi)涵，從核心素養(yǎng)四個(gè)維度出發(fā)，確定預(yù)期目標(biāo)，如表1所示：

表1 “變阻器”預(yù)期目標(biāo)

(二)確定合適的評(píng)估證據(jù)

逆向設(shè)計(jì)要求教師教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，將評(píng)價(jià)作為重要的內(nèi)容嵌入課堂，且優(yōu)先于學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計(jì)。要“像評(píng)估員一樣思考”，思考衡量學(xué)生理解程度的指標(biāo)。因此，評(píng)估證據(jù)應(yīng)該依據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，顯化學(xué)生思維，展現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)程，細(xì)化量規(guī)與證據(jù)指標(biāo)。結(jié)合課標(biāo)和核心素養(yǎng)要求，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)任務(wù)和評(píng)價(jià)維度，如表2所示。

表2 學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)任務(wù)和評(píng)價(jià)維度

(三)確定教學(xué)流程，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)

依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)和評(píng)價(jià)任務(wù)，設(shè)計(jì)了三大環(huán)節(jié)、兩項(xiàng)量規(guī)評(píng)價(jià)、五項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)，為“變阻器”一課提供建議，如圖2。

圖2 三大環(huán)節(jié)、兩項(xiàng)量規(guī)評(píng)價(jià)、五項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)

三、 教學(xué)過(guò)程：自主探究與遷移運(yùn)用

(一)觀(guān)察現(xiàn)象，提出問(wèn)題

活動(dòng)引入：首先，邀請(qǐng)班級(jí)肺活量最大的男生上來(lái)吹氣，吹動(dòng)塑料盒，測(cè)試其肺活量。再邀請(qǐng)一名學(xué)生上臺(tái)吹動(dòng)塑料盒，保持在某一個(gè)位置不變。

師：同學(xué)們觀(guān)察到了什么現(xiàn)象？

生：金屬杠向右滑動(dòng)，小燈泡變亮了。

生：為什么金屬杠向右滑動(dòng)燈泡變亮了呢？

師：很好，這位同學(xué)提出：為什么金屬杠向右滑動(dòng)燈泡變亮了呢？

[設(shè)計(jì)意圖]：提出問(wèn)題是科學(xué)探究能力重要表現(xiàn)。教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情景，激發(fā)學(xué)生的興趣。在真實(shí)情景中引發(fā)學(xué)生深度思考，提出適合探究的科學(xué)問(wèn)題。本環(huán)節(jié)采用呈現(xiàn)自制教具“肺活量測(cè)量?jī)x”，測(cè)試學(xué)生肺活量的學(xué)習(xí)活動(dòng)引發(fā)學(xué)生對(duì)器材現(xiàn)象的思考，提出問(wèn)題：“為什么金屬杠向右滑動(dòng)燈泡變亮”。

(二)自主探究概念建構(gòu)

1. 科學(xué)探究，發(fā)現(xiàn)規(guī)律

師：我們來(lái)仔細(xì)觀(guān)察這個(gè)關(guān)鍵裝置。同學(xué)們分析金屬桿向右擺動(dòng)的過(guò)程中，引起了金屬絲什么變化？

生：擺動(dòng)前，接入電路的金屬絲長(zhǎng)度為PB，向右擺動(dòng)后，接入電路金屬絲長(zhǎng)度為P′B。向右擺動(dòng)，使得接入電路的金屬絲長(zhǎng)度變短了。

生：接入電阻的電阻絲長(zhǎng)度變小→電阻變小→電流變大→燈變亮。

師：那么這樣的一個(gè)裝置，就可以通過(guò)改變電阻的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)電阻大小的改變，我們可以給它取個(gè)名字，稱(chēng)為“滑動(dòng)變阻器”。同學(xué)們用桌子上的鉛筆芯和電路原件，組裝電路，滑動(dòng)P，改變鉛筆芯的長(zhǎng)短，看看是否能否達(dá)成上述效果？

[設(shè)計(jì)意圖]：采用自制教具“肺活量測(cè)量?jī)x”，測(cè)試學(xué)生肺活量的學(xué)習(xí)活動(dòng)引發(fā)學(xué)生對(duì)器材現(xiàn)象的思考，聚焦核心問(wèn)題：“為什么金屬杠向右滑動(dòng)燈泡變亮”。采用問(wèn)題導(dǎo)引，喚醒已有認(rèn)知，引導(dǎo)學(xué)生從“影響電阻的基本因素”的角度，分析電路中的電阻和電流變化，進(jìn)而構(gòu)建通過(guò)改變電阻長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)電阻改變的認(rèn)知。設(shè)計(jì)“鉛筆芯”活動(dòng)，讓學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)改變長(zhǎng)度可以實(shí)現(xiàn)電阻的改變。通過(guò)接入電路的金屬絲長(zhǎng)度變化的分析，得出變阻器的概念，進(jìn)而聚焦“對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)出更小巧、變阻范圍更大的元件呢？”核心問(wèn)題的教學(xué)。

教具備注：肺活量測(cè)試儀，即壓強(qiáng)計(jì)金屬桿，木頭兩端固定鎳鉻合金，將電池、開(kāi)關(guān)、燈泡、鎳鉻合金、壓強(qiáng)計(jì)桿(液體壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)所用長(zhǎng)桿)串聯(lián)。將壓強(qiáng)計(jì)桿在鎳鉻合金上滑動(dòng)時(shí)，改變鎳鉻合金接入電路的長(zhǎng)度，改變電阻的大小，從而改變電流的大小，使得燈泡亮暗發(fā)生變化。

2. 實(shí)踐制作理解原理

師：同學(xué)們能否對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)出更小巧、變阻范圍更大的元件呢？請(qǐng)用器材盒中的材料，設(shè)計(jì)和制作簡(jiǎn)易的變阻器，要求通過(guò)改變電阻的有效長(zhǎng)度來(lái)改變電阻。器材：漆包線(xiàn)、金屬絲、長(zhǎng)木頭、大頭針、導(dǎo)線(xiàn)若干、電池、燈泡、開(kāi)關(guān)。

評(píng)價(jià)量規(guī)1：(前置量表)

學(xué)生分析、討論：嘗試分析“能緊密纏繞漆包線(xiàn)，刮去一側(cè)的油漆”的原因后進(jìn)行設(shè)計(jì)、物化。

通過(guò)小組合作，生生、師生互評(píng)，歸納基本的涉及方法與步驟如下：

步驟1：密繞——節(jié)省空間、擴(kuò)大范圍。將金屬絲纏繞在木頭上，增大金屬絲的長(zhǎng)度。但是，金屬絲緊密纏繞，彼此接觸導(dǎo)通，并不能實(shí)現(xiàn)上述功能。

步驟2：涂漆——匝與匝之間彼此絕緣。解決上述問(wèn)題，改用漆包線(xiàn)。漆包線(xiàn)，在金屬絲表面涂有絕緣漆，使得每圈金屬絲彼此不導(dǎo)通。但是，鱷魚(yú)夾在表面滑動(dòng)時(shí)，也就不會(huì)導(dǎo)通，無(wú)法實(shí)現(xiàn)接通電路。

步驟3：刮漆——電阻絲與鱷魚(yú)夾導(dǎo)通。刮去鱷魚(yú)夾接觸的這層絕緣漆，且能夠使得彼此每匝之間不導(dǎo)通，解決上述問(wèn)題。

師：同學(xué)們都非常優(yōu)秀。在這么簡(jiǎn)短的時(shí)間里，完成了簡(jiǎn)易變阻器的制作。那么，今天我們就來(lái)認(rèn)識(shí)下電路中常用的原件——變阻器，呈現(xiàn)實(shí)物。

師：滑動(dòng)變阻器——改變接入電路的有效長(zhǎng)度來(lái)改變電阻大小，從而起到調(diào)節(jié)電路電流大小的作用。

同學(xué)們?cè)倩仡檮偛盼覀兘?jīng)歷的過(guò)程，我們從真實(shí)問(wèn)題→項(xiàng)目設(shè)計(jì)→物化產(chǎn)品，很多產(chǎn)品都將經(jīng)歷產(chǎn)品“迭代”的環(huán)節(jié)，才能最終成為產(chǎn)品，應(yīng)用于生活中。

[設(shè)計(jì)意圖]：通過(guò)設(shè)計(jì)制作簡(jiǎn)易滑動(dòng)變阻器的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題、改進(jìn)不足、設(shè)計(jì)物化，在真實(shí)的問(wèn)題解決過(guò)程中，理解和驗(yàn)證滑動(dòng)變阻器的原理。滑動(dòng)變阻器是通過(guò)改變接入電路中有效長(zhǎng)度的方式，改變電阻的大小。設(shè)計(jì)制作環(huán)節(jié)，嵌入評(píng)價(jià)量規(guī)1，運(yùn)用評(píng)價(jià)量規(guī)，規(guī)范學(xué)生設(shè)計(jì)制作的要求，促進(jìn)學(xué)生對(duì)變阻器模型的構(gòu)建。

3. 模型建構(gòu)理解概念

任務(wù)一：認(rèn)識(shí)滑動(dòng)變阻器

1. 仔細(xì)觀(guān)察滑動(dòng)變阻器各個(gè)結(jié)構(gòu)，填寫(xiě)結(jié)構(gòu)名稱(chēng)。

2. 說(shuō)說(shuō)各結(jié)構(gòu)相當(dāng)于簡(jiǎn)易滑動(dòng)變阻器中的哪部分結(jié)構(gòu)。

總結(jié)：通過(guò)任務(wù)一和簡(jiǎn)易滑動(dòng)變阻器制作的過(guò)程，我們發(fā)現(xiàn)，可以將滑動(dòng)變阻器進(jìn)行簡(jiǎn)化為結(jié)構(gòu)圖，再抽象為電路符號(hào)，構(gòu)建滑動(dòng)變阻器的模型。

[設(shè)計(jì)意圖]：比較變阻器實(shí)物和簡(jiǎn)易變阻器，認(rèn)識(shí)變阻器的結(jié)果與功能。比較實(shí)物、結(jié)構(gòu)示意圖、符號(hào)，抽象出滑動(dòng)變阻器的模型，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。模型構(gòu)建，是一種由具體到一般，由具象到形象的過(guò)程。通過(guò)實(shí)物制作，示意圖，再到符號(hào)，突破變阻器教學(xué)關(guān)鍵難點(diǎn)——接入電路的有效長(zhǎng)度。

(三)遷移運(yùn)用問(wèn)題解決

任務(wù)二：使用滑動(dòng)變阻器

1. 將電源、開(kāi)關(guān)、燈泡、滑動(dòng)變阻器用導(dǎo)線(xiàn)串聯(lián)成一個(gè)完整電路。

2. 嘗試移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使燈變亮。

3. 小組討論：滑動(dòng)變阻器使用方法和注意事項(xiàng)。

4. 分析肺活量測(cè)量?jī)x的工作原理，解釋相關(guān)現(xiàn)象。

評(píng)價(jià)量規(guī)2：

評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(每條標(biāo)準(zhǔn)滿(mǎn)分3分,請(qǐng)根據(jù)真實(shí)表現(xiàn)程度按照0、1、2、3四個(gè)分值打分)我做到我改進(jìn)實(shí)驗(yàn)操作1. 能熟練連接電路2. 能通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器,實(shí)現(xiàn)燈泡亮暗變化3. 能整理器材分析解釋1. 能解釋滑動(dòng)變阻器中電流的流動(dòng)2. 能解釋移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片燈變亮的原因3. 能解釋肺活量測(cè)量?jī)x的工作原理

任務(wù)三：變形的變阻器

順時(shí)針旋轉(zhuǎn)變阻器的旋鈕，臺(tái)燈亮度變大，說(shuō)明連入電路的是A，B，C中的哪兩個(gè)接線(xiàn)柱？

[設(shè)計(jì)意圖]：本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)在于使用滑動(dòng)變阻器。任務(wù)一，旨在將連接滑動(dòng)變阻器和電路圖，深刻理解滑動(dòng)變阻器的功能，第(4)小題呼應(yīng)開(kāi)頭，解決“肺活量檢測(cè)儀”的原理。任務(wù)二，旋鈕型變阻器的連線(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生分析，重在培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、匹配模型、運(yùn)用遷移的能力。

四、 總結(jié)與反思

(一)經(jīng)歷真實(shí)探究，提升科學(xué)探究能力

學(xué)生像科學(xué)家一樣經(jīng)歷了真實(shí)的科學(xué)探究和科學(xué)實(shí)踐過(guò)程，形成了科學(xué)方法和技能，加深了科學(xué)概念的理解。學(xué)生在不斷的探究中，形成了自身對(duì)科學(xué)世界的理解，對(duì)科學(xué)解決問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，建立了科學(xué)本質(zhì)觀(guān)。

(二)解決真實(shí)問(wèn)題，落實(shí)科學(xué)核心素養(yǎng)

基于真實(shí)學(xué)習(xí)理論，學(xué)生只有在真實(shí)情景中才會(huì)發(fā)生真實(shí)學(xué)習(xí)，落地核心素養(yǎng)。本例中，學(xué)生充分認(rèn)識(shí)了變阻器原理、制作、使用后，提出真實(shí)情境和問(wèn)題。通過(guò)引導(dǎo)，引發(fā)學(xué)生使用，遷移新知，運(yùn)用新知解決問(wèn)題。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生對(duì)“變阻器”這一個(gè)概念更為清晰，對(duì)“結(jié)構(gòu)決定功能”的跨學(xué)科概念理解更為深入。因此，在解決真實(shí)問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生不斷加深對(duì)知識(shí)的理解，運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題，形成固化科學(xué)素養(yǎng)。

(三)巧用評(píng)價(jià)量規(guī)，促進(jìn)學(xué)習(xí)有效發(fā)生

可觀(guān)察、可測(cè)量的評(píng)價(jià)量規(guī)，是有效學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生的重要工具。評(píng)價(jià)量規(guī)指標(biāo)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生思維的可視化評(píng)價(jià)，克服了紙筆測(cè)試難以評(píng)價(jià)學(xué)生思維過(guò)程的不足。采用評(píng)價(jià)量規(guī)規(guī)范學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，引導(dǎo)學(xué)生自測(cè)和自評(píng)，不僅僅是教師評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)是否達(dá)成的工具，更是學(xué)生學(xué)習(xí)的有效支架，幫助學(xué)生自主構(gòu)建認(rèn)知。

綜上所述，傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)程序是根據(jù)邏輯推理順序逐步展開(kāi)，其“目標(biāo)”“活動(dòng)”以及“評(píng)估”等關(guān)聯(lián)度差、結(jié)構(gòu)松散，教學(xué)閉環(huán)無(wú)法形成，整體性與持續(xù)性上體現(xiàn)不明顯。逆向教學(xué)設(shè)計(jì)順序則與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)相反，是從學(xué)習(xí)結(jié)果出發(fā)使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解更加深入、持久，更有利于學(xué)習(xí)者主體地位的發(fā)揮。