吳京羽 徐曉梅 陳閣

摘 要：科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是科學(xué)教育的核心。文章以“曲線運動”為例，從科學(xué)思維的不同水平出發(fā)，明確預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果，確定恰當(dāng)?shù)脑u估方法，規(guī)劃相關(guān)的學(xué)習(xí)活動，通過三個步驟進(jìn)行逆向教學(xué)設(shè)計。以生活情境作為載體，通過實驗探究、創(chuàng)設(shè)問題情境、物理模型設(shè)計任務(wù)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞：逆向教學(xué)設(shè)計；曲線運動；科學(xué)思維

科學(xué)思維是《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課標(biāo)》）提出的物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的四個維度之一。科學(xué)思維包括模型構(gòu)建、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。提高學(xué)生科學(xué)思維品質(zhì)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵所在［1］。《課標(biāo)》附錄中對科學(xué)思維進(jìn)行了水平劃分，水平之下對學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的要求是逐步提升的。依據(jù)科學(xué)思維的不同水平進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，通過設(shè)定預(yù)期的科學(xué)思維水平目標(biāo)來安排學(xué)生的學(xué)習(xí)活動，就體現(xiàn)了“以終為始”的逆向教學(xué)設(shè)計的理念。所以，逆向教學(xué)設(shè)計為科學(xué)思維在物理課堂中的“落地生根”提供了一個可行的途徑［2］。文章擬探尋對“曲線運動”進(jìn)行逆向教學(xué)設(shè)計，通過挖掘教學(xué)過程中蘊(yùn)含的科學(xué)思維教學(xué)的價值，引領(lǐng)整個教學(xué)過程。

一、逆向教學(xué)設(shè)計

逆向教學(xué)強(qiáng)調(diào)“以終為始”進(jìn)行教學(xué)。首先確定預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果，逆向設(shè)計倡導(dǎo)學(xué)習(xí)活動應(yīng)該從想要達(dá)到的預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果導(dǎo)出，而并非從教師所擅長的教法、教材和活動導(dǎo)出［2］。其次確定合適的評估方法，教師為預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果思考多種評估方法。教師需要根據(jù)不同的評估方法收集來的證據(jù)來思考和評估，而不是僅僅依據(jù)單一的測試或表現(xiàn)性任務(wù)［2］。最后是設(shè)計學(xué)習(xí)活動，也就是從終點——預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果（目標(biāo)或標(biāo)準(zhǔn)）出發(fā)，進(jìn)行逆向思考，并依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)所要求的表現(xiàn)性行為設(shè)計教學(xué)。逆向教學(xué)設(shè)計的模板可以歸納如表1所示。

二、“曲線運動”的逆向教學(xué)設(shè)計

現(xiàn)選取人教版必修二的第一章“拋體運動”第一節(jié)“曲線運動”作為案例進(jìn)行逆向教學(xué)設(shè)計，通過分析“曲線運動”的逆向教學(xué)階段，挖掘教學(xué)過程中蘊(yùn)含的科學(xué)思維的教學(xué)價值，給出“曲線運動”的教學(xué)過程。

（一）“曲線運動”逆向教學(xué)設(shè)計階段

按照《課標(biāo)》附錄中的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的水平劃分，科學(xué)思維共有五個水平，這五個水平的要求是逐步提升的。通過設(shè)定預(yù)期的科學(xué)思維水平目標(biāo)來安排學(xué)生的學(xué)習(xí)活動，并參考上文給出的設(shè)計模板，結(jié)合“曲線運動”，用表格的形式整合到一起，如下表2。這種形式能夠更加直觀地體現(xiàn)逆向設(shè)計的思維，有助于接下來對教學(xué)過程的安排與設(shè)計。

（二）“曲線運動”教學(xué)過程

按照上文所分析“曲線運動”的逆向教學(xué)階段，挖掘教學(xué)過程中蘊(yùn)含的科學(xué)思維的教學(xué)價值，嘗試寫出“曲線運動”的教學(xué)過程。

【教學(xué)環(huán)節(jié)1】體驗情境，激發(fā)興趣

曲線運動是生活中常見的運動形式，在生產(chǎn)和生活中存在許多與曲線運動相關(guān)的素材，選擇合適的素材作為載體創(chuàng)設(shè)真實情境，從而引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)行為的發(fā)生，這是教師在教學(xué)設(shè)計中需要關(guān)注的問題。在這一部分，學(xué)生能結(jié)合多種生活現(xiàn)象，類比推理提出猜想，并結(jié)合實驗做出解釋。以生活中真實情境作為發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的載體，通過生活場景實際案例幫助學(xué)生清晰直觀地認(rèn)識曲線運動，教學(xué)過程如下表3。

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生能夠回答出曲線運動的概念和曲線運動的速度方向，表明學(xué)生經(jīng)過學(xué)習(xí)能夠達(dá)到了科學(xué)思維的水平一，繼而可以進(jìn)行下一個水平的教學(xué)。

【教學(xué)環(huán)節(jié)2】在實驗中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

這一部分包括兩個實驗設(shè)計：在第一個實驗中，教師引導(dǎo)學(xué)生由物理現(xiàn)象出發(fā)，將生活中特殊的曲線運動——圓周運動中總結(jié)的結(jié)論，通過實驗驗證推廣到一般的曲線運動，充分體現(xiàn)出思維方法與物理知識的融合，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。第二個探究實驗中，學(xué)生按照教師的引導(dǎo)，親自經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，得出了結(jié)論，促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維的發(fā)展。這一環(huán)節(jié)教學(xué)過程如下表4和表5。

當(dāng)演示實驗結(jié)束，學(xué)生能在教師的引導(dǎo)下對比分析得出結(jié)論：物體做直線運動的速度方向沿著軌跡的切線方向，并且能夠根據(jù)現(xiàn)象中面粉的軌跡表達(dá)自己的結(jié)論，即能說明學(xué)生達(dá)成了水平2，可以繼續(xù)下一個階段的教學(xué)。

學(xué)生經(jīng)歷了自主實驗探究的環(huán)節(jié)，能夠?qū)處熖岢龅膯栴}進(jìn)行解答并且完成實驗，得出物體做曲線運動的條件是合外力的方向和運動方向不在同一條直線上，進(jìn)一步回答出做曲線運動的物體的加速度方向和運動方向也不在同一直線上。學(xué)生能夠在教師的引導(dǎo)下給出問題的答案，說明學(xué)生在經(jīng)歷了實驗探究后能達(dá)到教師所預(yù)設(shè)的目標(biāo)水平，可以進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的教學(xué)。

【教學(xué)環(huán)節(jié)3】創(chuàng)設(shè)開放情境，解決實際問題

當(dāng)學(xué)生能夠在生活情境中分析曲線運動，也要在生活情境中應(yīng)用曲線運動的知識。在這一環(huán)節(jié)，學(xué)生能將自行車后輪不同位置的泥水運動情況轉(zhuǎn)化成在水平面不同位置點泥水的運動速度的物理模型。本次課的導(dǎo)入是學(xué)生生活能夠見到的幾個場景，在結(jié)尾設(shè)計中，沒有選擇給學(xué)生一道經(jīng)典例題擺在課件上，而是讓學(xué)生回到生活，感受自己每天上學(xué)過程中離不開的自行車或是大街上的摩托車的“擋泥片”，在學(xué)生疲勞、興奮度不高、熱情降低時，拉高學(xué)生的討論熱情，給本次課畫上一個完美的句號。也讓學(xué)生感受到，學(xué)習(xí)過的知識并非束之高閣，而是隨處可用，這一環(huán)節(jié)教學(xué)過程設(shè)計如下表6。

當(dāng)學(xué)生能將生活中自行車后輪“擋泥片”作為研究對象，并且將這一實物模型化，對不同位置的泥水結(jié)合物理模型進(jìn)行分析、推理，小組合作得出結(jié)論，并給出設(shè)計的“圖紙”來證明自己的結(jié)論，就能夠表示學(xué)生經(jīng)過這一環(huán)節(jié)達(dá)到了相應(yīng)設(shè)定的水平。

三、思考與感悟

文章基于逆向教學(xué)設(shè)計對“曲線運動”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，以生活情境作為載體，通過實驗探究、創(chuàng)設(shè)問題情景、物理模型設(shè)計任務(wù)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。首先，從目標(biāo)出發(fā)設(shè)計教學(xué)活動。在曲線運動逆向教學(xué)設(shè)計中，教師并非只關(guān)注教材和課標(biāo)，而是從學(xué)生預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)出發(fā)，思考想要學(xué)生從這一節(jié)中學(xué)到什么，思考什么能夠讓學(xué)生理解這一節(jié)，進(jìn)而設(shè)計教學(xué)活動。依據(jù)《課標(biāo)》中給出的不同水平的物理學(xué)科核心素養(yǎng)劃分，幫助學(xué)生逐步提升科學(xué)思維水平。其次，重視真實情境，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維。課堂開始環(huán)節(jié)的粉筆，以及課堂中圖片所展示的生活中的曲線運動，都源于真實情境。兩次實驗中使用的實驗器材也是取材于真實生活，讓學(xué)生在客觀的物理世界中發(fā)現(xiàn)曲線運動的概念和特點。最后，自制教具，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。教師演示實驗和學(xué)生自主實驗都是取材于生活，學(xué)生自己動手也完全能夠制作出實驗所需的器材，激發(fā)學(xué)生嘗試自己用生活中的器材進(jìn)行探究的興趣。學(xué)生親身經(jīng)過實驗探究的過程，在探究過程中逐步發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

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作者簡介：吳京羽（1998— ），女，漢族，山東莒縣人，在讀研究生，研究方向：物理學(xué)科教學(xué)。

*通訊作者：徐曉梅（1963— ），女，漢族，云南昆明人，碩士，研究生導(dǎo)師，主要從事理論物理及物理課程與教學(xué)論的教學(xué)和研究工作。