蘇雪瓊　崔麗彬　劉鳳艷　楊倩倩　高紅麗　韓守振　王雯宇　楊紅衛(wèi)

摘? 要：后疫情時代，以目標和價值導向的轉型為主要內容的課程與教學改革迫在眉睫，大規(guī)模的線上教學模式并沒有改變傳統(tǒng)教學的本質，還是工具性教育技術的傳播學范式思維。為適應以學生為中心，關注學生未來，以核心素養(yǎng)和關鍵能力為評價體系的教育改革的需求，探尋新時期混合式課程范式、明晰問題并尋求解決路徑。該文提出基于大概念和逆向教學設計為基礎理論，以熵增定理為例，在混合式大學物理教學模式下，旨在以成長的發(fā)展性評價為目標，逆向設計探討性教學的深度學習教學活動范式，以自學式線上學習結合體驗式線下課堂活動為形式，建立以“理解Understanding-反思Reflection-應用Application-創(chuàng)新Innovation”高階思維培養(yǎng)的URAI聯(lián)動教學生態(tài)系統(tǒng)。

關鍵詞：逆向教學設計；混合式教學；URAI系統(tǒng)；大學物理；熵增定理

中圖分類號：G640? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）18-0124-04

Abstract： In the post epidemic era， the curriculum and teaching reform with the transformation of goals and values as the main content is imminent. The large-scale online teaching mode has not changed the essence of traditional teaching， and it is also the communication paradigm thinking of instrumental educational technology. In order to meet the needs of educational reform that focuses on students， pays attention to students' future， and takes core literacy and key abilities as the evaluation system， we explore the hybrid curriculum paradigm in the new era， clarify problems， and seek solutions. Based on the big concept and reverse instructional design as the basic theory， taking the entropy increase theorem as an example， under the hybrid college physics teaching mode， with the developmental evaluation aimed at growth as the goal， this paper proposes a deep learning teaching activity paradigm of reverse design exploratory teaching， in the form of self-study online learning combined with experiential offline classroom activities， establishes a URAI linkage teaching ecosystem cultivated by high-level thinking of "understanding reflection application innovation".

Keywords： reverse instructional design; mixing teaching; URAI system; college physics; entropy theorem

在后疫情時代，線上線下相結合的混合教育正在成為一次重大教育變革主流，與“熱現(xiàn)象”相對的是“冷思考”，正確把握線上教育與線下教育二者的辯證關系，充分認識到教育形態(tài)發(fā)生變化，而不是讓線上教學基于工具性思維的傳播學范式，沒有改變知識傳遞的本質，與線下教學并無本質區(qū)別。我國課程與教學長期以來知識導向根深蒂固，總是“系統(tǒng)學習”知識又很快被“系統(tǒng)忘記”。線上線下混合式教學應變?yōu)橐环N基于關系性思維的社會-文化范式[1]，通過開放學習空間和混合式教育的構建，推進學習者的身心發(fā)展。教育應關注學生未來要面對的真實世界，培養(yǎng)關鍵能力和核心素養(yǎng)，能將教育成果快速遷移適應真實世界，是未來目標和現(xiàn)實問題雙重需求的必經(jīng)之路。

“大概念”不是學科內知識的融會貫通的核心概念和關鍵概念，而是從事實、經(jīng)驗和概念中抽取總括出的共同本質特征，是一門學科中高層次的上位概念、中心地位的核心概念和深層次的本質概念。因此“大概念”不僅打通學科內和學科間的學習，還可打通學校教育與現(xiàn)實世界的路徑。從認識論和價值論上看，“大概念”不僅對事物的理解、知識的建構與遷移具有重要價值，而且它本身還可能蘊含著人們對于自我、自然和社會的價值觀念[2]。成為指向學生發(fā)展核心素養(yǎng)教學改革的亮點和撬動“深水區(qū)”教學改革的支點[3]。在我國課程與教學改革的價值轉型期，“大概念”成為教育研究者熱點，并逐漸成為落實課程與教學變革的錨點[4]。

一? 基于逆向教學設計的URAI聯(lián)動教學生態(tài)系統(tǒng)

逆向教學設計是格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格，基于UbD（Understanding by Design）理論和“真實性教育”評價改革基礎上，在如何關注學習本質、如何追求深度理解方面提出的具有適用價值的教學策略方法[5]。逆向教學設計是一種明確學習目標和學習評價、教學活動之間的高度匹配關系，來幫助學生達成預設的學習目標的教學設計方法。該教學設計方法以學習者為中心，關注學習本質，通過教學設計，追求學習者的深度理解，可以說是開展教學活動，培養(yǎng)學生關鍵能力和核心素養(yǎng)的法寶利器和著名教學策略。

在常態(tài)教學設計中，評估是教師最后要做的工作；逆向教學設計法異于常態(tài)教學設計之處在于，要求教師在確定了所追求的結果后，首先就要考慮評估證據(jù)和方案，才能“以始為終”，從學生視角出發(fā)，從學習體驗和評估結果開始逆向思考，追求面向未來的教育，以學為主的教育，有意義有效果地進行教學活動設計，尋找轉變教師教學行為的試點，有啟迪作用。逆向教學設計的概念和方法，避開教學設計中的兩大誤區(qū)——聚焦活動和聚焦灌輸?shù)慕虒W。前者沒有明確學習體驗如何幫助學習者達到學習目標；后者缺少明確的大概念來引導教學，缺乏為確保學習效果而進行設計的過程。

隨著線上線下混合式教學大面積推廣，結合實驗班逆向教學設計實踐應用的體會，筆者提出逆向教學設計結合混合式教學中的以“理解Understanding-反思Reflection-應用Application-創(chuàng)新Innovation”高階思維培養(yǎng)的URAI聯(lián)動教學生態(tài)系統(tǒng)模型圖，如圖1所示。

在URAI聯(lián)動教學生態(tài)系統(tǒng)中，線上教學先行，主要以學生個體自學型學習為主，學生在線上觀看視頻講解，進行自測題鞏固、線上作業(yè)互批和線上探討，較簡單基礎知識的學習在此環(huán)節(jié)完成；線下教學主要以團體探究型學習為主，學生進行研討探究式教學活動，活動形式可根據(jù)教學內容采取多種形式，展示、辯論、角色扮演和六頂帽子等，多以小組活動為主。實踐中發(fā)現(xiàn)，討論人數(shù)以實現(xiàn)活動流程的最少人數(shù)為宜，可實現(xiàn)減少單項活動時間，增加學生發(fā)言機會。

在混合式教學中，將UbD理論逆向教學設計法在傳統(tǒng)教學中有三個階段，確定預期結果和教學內容、確定合適的評價證據(jù)、設計學習體驗和教學活動?，F(xiàn)轉變?yōu)榱鶄€階段：①明確內容“大概念”（最高目標），②設定線上線下各自預期教學目標（具體目標），③明確線上線下各自預期教學內容（最低目標），④確定線上線下分層分級評價證據(jù)（可執(zhí)行目標），⑤預期和設計學習體驗（情感目標），⑥設計線下教學活動（執(zhí)行方案）。在教學內容上以問題案例銜接線上線下教學，在技術手段上以移動APP銜接線上線下教學。

二? URAI聯(lián)動教學生態(tài)系統(tǒng)在“熵增定理”案例中的實踐

為了更加清晰地說明URAI聯(lián)動教學生態(tài)系統(tǒng)在線上線下混合式教學中如何進行六步走的逆向教學設計，以理工本科一年級大學物理中的“熵增定理”為教學內容，進行課堂教學設計過程范例。在此范例過程中，結合設計思路和建構主義學習理論，推演出逆向教學設計在混合式教學中的教學過程、高階學習過程、高階思維訓練、深度理解程度、活動功能和活動顆粒。讓傳統(tǒng)教學中先從教師視角設計如何講授或翻轉課堂活動過程，再思考會取得什么結果達到什么目標，轉變?yōu)橄饶繕撕徒Y果入手，從最高目標逐層分解到最小可執(zhí)行的行動目標，以終為始，讓思路有邏輯可依，行動有痕跡可循，評估有線索可查，讓課堂真正做到以學生為中心和主體，以學生體驗和收獲為目標，教師處于引導和教練的位置。

（一）? 明確“大概念”

熵增定理是社會上熱門話題，被較多名人推崇的物理定律。物理學家薛定諤、亞馬遜創(chuàng)始人貝佐斯、管理大師彼得·德魯克、清華大學科學史系主任吳國盛等都對熵增定理發(fā)表過推崇之言，甚至認為其是一切問題的底層邏輯。如果從“大概念”的視角看來，熱力學第二定律的定量表述，清晰闡述了：能量自發(fā)轉化的方向性規(guī)律，代表了事物發(fā)展變化的方向性，能遷移借鑒到現(xiàn)實生活現(xiàn)象。教學最高目標：學生能夠聯(lián)系社會生活中符合熵增定理的事例，能夠遷移到類似規(guī)律的問題，具有分析和尋找到解決問題的能力，重點發(fā)展學會學習、健康生活、實踐創(chuàng)新、科學精神核心素養(yǎng)。

（二）? 設定預期教學目標

線上教學和線下教學互有利弊，可相輔相成。線上教學不受時空限制，可因人而異，學生對學習進度和內容具有選擇權，可重復可倍速可跳躍也可匿名互動，但易隨心而學，缺乏氣氛、實時引導和自律要求高。線上教學適合學生進行獨立思考和單體可完成的知識點任務學習，尤其適合有標準化答案的知識點。線下教學具體目標：熵增定理的基本物理概念和公式，熵的定義及公式表達，熱溫比微積分表達式等在線上進行學習。線下教學時空受限，但面對面是一種人的五感都參與的行為，易印象深刻并可實時進行反饋，溝通交流順暢，尤其是情緒情感交流順暢，并且課堂上有團體從眾效應，適合進行討論探索類教學活動，應選擇非標準化答案問題進行討論。線下教學具體目標：尋找具有熵增定理相同規(guī)律的現(xiàn)實社會問題，分析熵增定理適用條件和結論，是否能遷移到現(xiàn)實問題中，思考其異同點。

（三）? 明確預期教學內容

這個環(huán)節(jié)筆者覺得很像傳統(tǒng)教學的備課環(huán)節(jié)，但是因為之前已經(jīng)明確了大概念和教學目標，在準備階段不能單純地拿出物理書把教學內容和題目準備一遍，而需要翻閱查找大量的文獻資料進行組織和串聯(lián)，最花時間的內容是關于課外現(xiàn)實問題案例的準備。線上教學最低目標：孤立系統(tǒng)的概念（無質量、熱量、功量交換）、熵（dS=dQ/T）的概念、用熵概念表示熱力學第二定律（dSiso=dSg≥0）應用舉例選擇非循環(huán)過程、可逆循環(huán)熱機、不可逆循環(huán)熱機、制冷機、理想氣體絕熱自由膨脹，五個過程熵變化的判斷，耗散結構定義、例題選擇真空膨脹和熵增定理概念選擇判斷題。線下教學最低目標：進一步理解孤立系統(tǒng)=非孤立系統(tǒng)+相關外界，耗散結構=非平衡條件+非線性效應+突變+新平衡條件，對抗熵增定理的兩條路徑：逆向持續(xù)做功和開放系統(tǒng)，個人成長和企業(yè)組織發(fā)展如何以負熵為生，個人具體案例（成長型思維、心流、自我改變、二八法則、企業(yè)具體案例（華為、亞馬遜、谷歌）。

（四）? 確定評價證據(jù)

教學設計這一項最體現(xiàn)逆向教學設計的精髓，該項也是設計最難的環(huán)節(jié)，多與傳統(tǒng)教學設計不同，需根據(jù)分層分級目標，設計分層分級教學評價證據(jù)。不僅要有學習成果形式，最關鍵是要有學習的評價規(guī)則和評價標準。以分析、尋找解決問題的能力為例，可分四個層次評價。①進行方向選擇，也就是做正確的事情，可以對復雜問題進行準確定位，找到問題的根本原因。即用發(fā)散思維來盡可能多地發(fā)現(xiàn)問題，然后用收斂思維來定義當前最重要的問題是什么、最緊急的問題是什么、痛點是什么。②進行方案執(zhí)行，也就是正確的做事情，可根據(jù)問題提供創(chuàng)造性解決方案，開發(fā)出極具差異化和競爭力的好產(chǎn)品。即用發(fā)散思維來構思盡可能多的解決方案，然后用收斂思維來確定當前的最優(yōu)解決方案是什么，并在期望目標、方案模式和可行性之間取得平衡。③不但可以找到問題的根本原因，還可以高效地解決復雜問題之外，事后及時復盤，總結經(jīng)驗教訓，形成自己的獨有的工作方法和設計規(guī)則，將解決問題的方法上升到解決問題模型層面，讓以后類似的問題都可遷移解決方案。④不但高效地解決問題并形成模型，還能夠跳出問題本身的界限，上升到更高維度或格局，找出相關問題之間的本質和規(guī)律，提供全局化的最優(yōu)解，甚至進而優(yōu)化流程、優(yōu)化制度、優(yōu)化資源配置等，解決方案有深度、有廣度，還有高度。

對應于熵增定理內容的評價證據(jù)，以個人成長具體問題案例為例，學生能將自己存在的成長方面的問題確實具有熵增趨勢的，能較多地列舉出來，分析原因能歸因到1～2個原因中，即達到第一層級；能夠提出1～2個解決方案，并且歸類到熵減方法內，同時解決方案嘗試后確實有效的，既達到第二層級；能夠復盤，并歸納總結出解決方案出現(xiàn)的關鍵思路節(jié)點和突破口，能夠發(fā)現(xiàn)這類熵增問題的共性因素是在平衡-不平衡-新平衡狀態(tài)中切換，并且耗散結構出現(xiàn)在能量每一次循環(huán)過程的吸收和釋放中，能量品質在降低，解決方案通常在外界對內做功或系統(tǒng)更加開放捕捉新的能量來增加能量的有序性。

（五）? 預期和設計學習體驗

情感目標是課程思政主戰(zhàn)場，也是根據(jù)北京師范大學林崇德教授團隊給出的中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)總框架體系[6]，熵增定理這節(jié)課可重點針對學生發(fā)展學會學習、健康生活、實踐創(chuàng)新、科學精神核心素養(yǎng)進行考量，再細分下一級可重點針對學會學習中樂學善學素養(yǎng)，具體評價證據(jù)，可讓學生對比談一下剛學完熱力學案例和線下討論過自我成長及企業(yè)案例后對熵增定理的印象和感受；針對健康生活中自我管理素養(yǎng)，可詢問學生以前自我管理方面有想過這樣的思路和認知，或和以前自我管理認知進行對比；針對實踐創(chuàng)新中問題解決素養(yǎng)，就解決問題需跳出問題本身的界限話題，去理解熵增定理為什么可以受到如此多名人的追捧。思考熱學問題本身因為基礎物體模型是大量個體運動不同的氣體粒子的整體宏觀表現(xiàn)，所以解決問題其實運用了概率的思想和模型，因此物體基礎模型可遷移到組織、社會和個人成長時間管理。針對科學精神中勇于探索素養(yǎng)，將熵增定理運用在個人成長和企業(yè)發(fā)展案例，若學生想法能夠打開，運用在教師沒有想到的領域，就是一種探索。

（六）? 設計線下教學活動（執(zhí)行方案）

線下教學活動，主要是活動的群體組織方式，角色和職責規(guī)劃，交互形式，師生操作步驟。活動形式是多樣的，只要達到討論探究學習的目的即可，總體設計原則是小組內討論，小組外有競爭，這樣有競爭壓力才能執(zhí)行下來，同時內部有合作和討論，以下給出幾種活動形式拋磚引玉：①對戰(zhàn)模式，在班級男女生人數(shù)近似的情況，以性別分為兩組，前半場對戰(zhàn)以提出的可用于熵增定理的例子加分，提出的例子越多，得分越高（先討論，再列表）；后半場在自己和對方陣營的例庫里各挑選一個例子，加上老師挑選的一個例子，一共5個例子，和對方陣營打攻防PK戰(zhàn)，攻方認為熵增定理不能指導現(xiàn)實生活，守方認為熵增定理可以指導現(xiàn)實生活（讓實力較強隊伍當攻方）。②六頂思考帽[7]，教同學們每人折一個紙帽子，六人一個小組，六頂帽子分別代表客觀（白）、想象（綠）、樂觀（黃）、質疑（黑）、情緒（紅）和控制（藍）六個視角表達觀點，每組討論出一個認為最符合熵增定理的社會實例，最后所有組進行展示后，每組有1/2組數(shù)的票，可以投給其他認為最好的組，最后按照得票數(shù)高低評出優(yōu)勝組，頒發(fā)獎品或獎勵。討論時，藍色帽子開始并最后結束。

三? 結束語

后疫情時代，線上線下混合式教學模式已成為高等教育課程改革主流和趨勢，在大學物理課程混合式教學改革過程中，利用逆向教學設計提出URAI聯(lián)動教學生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)以學生為主導、教師為引導、評價為向導的課程設計方案。注重以大概念為錨點，以教學目標分層拆解為方法、以分級教學評價依據(jù)為抓手、以案例為銜接，適應混合式高校教學中高階思維學習的逆向教學設計為核心。充分結合線上自主學習和移動學習，以及線下課堂教學活動合理互動，在實踐推廣中，積極參與課程活動的班級及學生數(shù)量大幅提升，學習效果明顯改善，學習興趣大幅提升，學習獲得感暴漲。

參考文獻：

[1] 本刊編輯部.2020中國教育研究前沿與熱點問題年度報告[J].教育研究，2021，42（3）：26-40.

[2] 劉徽.“大概念”視角下的單元整體教學構型——兼論素養(yǎng)導向的課堂變革[J].教育研究，2020，41（6）：64-77.

[3] 李松林.以大概念為核心的整合性教學[J].課程·教材·教法，2020，40（10）：56-61.

[4] 李學書.指向核心素養(yǎng)培育的大概念：課程意蘊及其價值[J].教育研究與實驗，2020（4）：68-75.

[5] [美]格蘭特·威金斯，[美]杰伊·麥克泰格.追求理解的數(shù)學設計：第二版[M].月寒冰，宋雪蓮，賴平，譯.上海：華東師范大學出版社，2016：24-29.

[6] 林崇德.21世紀學生發(fā)展核心素養(yǎng)研究[M].北京：北京師范大學出版社，2021：238-246.

[7] 愛德華·德博諾.六頂思考帽[M].馬睿，譯.北京：中信出版社，2016：32-33.

基金項目：中國高等教育學會“基于一流課程建設的教學改革與實踐研究”專項課題“大學物理線上線下混合式教學CFR模式改革的研究與實踐”（2020JXYB03）；2021年北京高等教育“本科教學改革創(chuàng)新項目”“基于CFR教學模式的大學物理1334混合式教學體系構建與實踐探索”（202110005003）；北京工業(yè)大學教育教學研究重點課題“新工科專業(yè)深度融合的‘三引三動案例探究式大學物理教學模式研究”（ER2022KCA02）；北京工業(yè)大學教育教學研究課題“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”教育教學改革專項課題“大學物理混合教學中打造URAI聯(lián)動創(chuàng)新教學生態(tài)系統(tǒng)”（ER2022GGZX013）；北京工業(yè)大學“課程思政”示范課程培育項目“大學物理課程思政深度教學的實現(xiàn)路徑”（KC2021SZ024）；教育部教學指導委員會高等學校教學研究項目“大學物理混合式教學的BFR翻轉課堂模式探索與實踐”（DJZW202011hb）

第一作者簡介：蘇雪瓊（1980-），女，漢族，山西孝義人，博士，副教授。研究方向為微納光電材料與器件。

*通信作者：楊紅衛(wèi)（1967-），女，漢族，湖北襄陽人，博士，教授。研究方向為計算物理。