基于逆向设计的“STEM+物理”课例开发

2020-03-23周和建

中学物理·高中 2020年3期

摘要：在分科教学仍占主导地位的普通高中，带有学科痕迹的“STEM+学科”模式，是面向全体学生，提升所有学生的STEM素养与学科核心素养的本土化途径.运用逆向设计法对“桥梁+力的分解”课例进行了基于逆向设计研究，探讨将STEM教育融入学科教学的实践路径.

关键词：逆向设计;STEM+物理;课例开发

文章编号：1008-4134（2020）05-0038中图分类号：G633.7文献标识码：B

作者简介：周和建（1989-），男，浙江台州人，本科，中学一级教师，研究方向：STEM课程开发.

1 普通高中STEM教育现状

STEM课例的开发必须要结合国情和学校状况.在分科教学占主导地位的普通高中，学科学习是学校和学生关注的重点.部分学校会在选修课程中开展综合实践活动，但更多的以职业体验为主，服务于学生的职业生涯规划.部分学校还会在暑期开展科技创新比赛，但这些活动往往面向少数学生，无法提升所有学生的STEM素养.

2 “STEM+物理”模式

在小学和初中学段开展得如火如荼的STEM教育，如何在普通高中广泛推行，依然是个难点.与学科教学分离的STEM教育在推行时受到了重重阻力，开发适合当前普通高中实际状况的STEM课例迫在眉睫.融合STEM理念，对学科课程进行重构，开发出带有学科痕迹的“STEM+学科”课程.这样的课程得到了师生们的认可，是目前面向所有高中学生开展STEM教育较合理的途径.

对比STEM素养[1]与物理学科核心素养[2]（见表1），发现它们有很高的相似性，具有学科融合开发的优势.

在物理学科教学中，渗透STEM核心理念，打破课时的限制，重构学习目标、学习过程、评价体系，培养学生STEM素养与物理学科核心素养.

3 逆向设计法

STEM课程评价聚焦于学生的素养，坚持学生发展导向，提倡多元主体参与，既重视结果亦重视过程，具备诊断功能和激励功能.这些与普通高中物理课程标准中的评价理念完全一致.当然，STEM课程学习方式主要是项目化学习，侧重于培养真实问题解决能力，学习结果往往是一项作品，更适合以表现性为主的多样化评价方式.

美国学者格兰特·威金斯（Grant Wiggins）和杰伊·麦克泰格（Jay McTighe）在《追求理解的教学设计》[3]一书中提出逆向设计法，如图1所示.

逆向设计法体现了“翻转”设计的思想，重视表现性任务及其评价证据，这与STEM課程的学习方式和评价方式完美契合.在物理学科教学设计时，许多教师也会选择逆向设计法.因此，选择逆向设计法进行“STEM+物理”课例的设计开发是非常合适的.本文以“桥梁+力的分解”为例，探讨基于逆向设计的“STEM+物理”课例开发程序[4].

3.1 确定预期结果

“STEM+物理”课程的教学目标可以结合STEM素养与物理核心素养角度描述.本课例的学习目标见表2.

3.2 确定合适的评估证据

3.2.1 表现性任务

利用学校科技创新实验室的工具，在木工师傅的帮助指导下，切割好木块零件.搭一座桥，要求跨度大、结构简单、造型美观.

利用学校创新实验室的传感器，测试桥梁模型承重能力.结合力的分解知识，定量分析桥面压力与两侧桥墩压力之间的关系.进一步讨论桥梁结构和受力特点.

将桥梁模型放在学校地震馆的震级工作台上作抗震实验，定性分析桥梁稳定的最重要因素是什么.

利用木条和胶水制作木结构桥梁，开展木结构桥梁承重比赛.

用工程制图软件，设计桥梁模型.利用学校创客实验室的3D打印机，打印桥梁模型.

3.2.2 其他证据

小测验：生活情境中的力的分解实例.例如，高大的桥为什么要造很长的引桥？为何刀刃的夹角越小，越锋利？如何把陷入泥坑的汽车拉出来？

简答题：描述不同种类桥梁的结构特点和受力特点，分析它们的优缺点.