基于目标分类学的物理教学设计

范心维　彭朝阳

【摘 要】新课标对教师的教学能力提出了更高的要求，为了适应新课标的要求，教师在教学过程中需要保证教学目标、教学活动和教学评价相一致。本文基于目标分类学对“牛顿第二定律”这一课进行教学设计，通过对该课的教学目标的分析，给出能发展学生科学思维的问题示例，促进物理教学做到教、学、评相一致，以提高学生核心素养。

【关键词】高中物理;目标分类学;教学设计;牛顿第二定律

【中图分类号】G633.7  【文献标识码】A  【文章编号】1671-8437（2021）34-0245-03

在高中物理教学中，很多一线教师都会面临这些问题：如何使大部分学生取得优秀的成绩？也就是学生应该如何做到高效学习，而教师又该怎样教。教师应该如何选择合理的教学工具检验学生的学习情况？也就是学情反馈问题，即学生成绩测评问题。如何保持教、学、评相一致？也就是教学的有效性问题，即一致性问题。而教育目标分类学对上述问题的解决具有较高的实践价值。在教育目标分类学指导下进行物理教学设计是教师有效培养学生物理学科核心素养的重要途径之一。

1   布鲁姆目标分类学理论概述

21世纪50年代布鲁姆等人出版了《教育目标分类学——认知领域》[1]，他们按照复杂程度对认知行为进行排序，即教育目标主要包含认知、情感、动作技能这几个要素，而认知领域则包含知识、领会、运用、分析、综合、评价这几要素。2001年，为了促进美国教育发展和课改的需要，进一步使教育目标分类学的体系更加完整，一些课程专家针对教育目标分类学的不足之处进行了优化，修订版的教育目标分类理论基本框架如表1。

分析表1可知，修订版的目标分类学包括知识和认知过程两个维度：知识维度包括事实性知识（学生明白一门学科或解决相关问题需要了解的基本要素）、概念性知识（在一个更大体系内共同产生作用的基本要素之间的关系）、程序性知识（做某事的方法，探究的方法，以及使用技能、算法、技术和方法的准则）和元认知知识（关于一般认知的知识以及关于自我认识的意识）;认知过程维度主要包括记忆、理解、应用、分析、评价和创造等。教师在分类表的指导下进行物理教学设计，既能够有效改进教学，也有利于解决一些棘手的教学问题，且能够在教学过程中及时进行自我诊断，从而完成教学目标，优化教学设计，提高教学效率。

本文对教育目标分类理论指导下的“牛顿第二定律”这一课进行教学设计。

2   基于教育目标分类学的“牛顿第二定律”教学设计

教学目标的可行性对学生学习情况影响深远，清晰明确的教学目标能够提高教师教学的有效性。为了及时了解学生的学情动态，达到最佳教学效果，教学目标的制定必须易于导教、导学和導测评，并且每一个教学目标应设计相应的评价试题。

2.1  “牛顿第二定律”教学目标分析

《普通高中物理课程标准（2017年版）》中提出，教育应该注重培养学生“物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任”等物理学科核心素养[2]。牛顿第二定律是高中物理必修1的教学重点，其教学目标要求学生掌握物体运动的加速度a与物体合外力F、质量m之间的定量关系，理解并掌握牛顿第二定律的应用方法。因此，根据修订版的教育目标分类学，笔者对“牛顿第二定律”一课的教学目标进行编码，分类表述如下：

目标A——事实性知识目标：记住力的单位以及牛顿第二定律的表达式（A-0），理解牛顿第二定律的建立过程，加速度与物体受力、物体质量的关系（A-1），评价公式的简洁性与便捷性（A-2）。

目标B——概念性知识目标：能够通过实验，分析得出力、质量和加速度三者数量间的关系，明确加速度的方向与力的方向之间的关系（B-0），理解牛顿第二定律的物理意义（B-1）。

目标C——程序性知识目标：能够求解牛顿第二定律的基本题型，灵活应用F=kma，从力的单位考虑，解决k=1的疑问，明确牛顿第二定律的适用条件，学会运用牛顿第二定律解决实际问题（C-0）。同时能够自主设计实验方案，并记录物体在运动时，保持其质量不变的情况下F和a的数据（C-1）。

目标D——元认知知识目标：通过对牛顿第二定律表达式的探究与运用，能够掌握数形结合、控制变量等解题方法;并分析物体的受力和运动情况;能够提高自身的科学探究能力，联想牛顿第二定律与牛顿第一定律的关系，提高对物理学的兴趣（D-0、D-1、D-2）。

上述各目标在分类表中对应位置如表2所示。

2.2  “牛顿第二定律”教学过程设计

为了达到预期的教学目标，需设计相对应的教学活动。本节课教学的重难点是让学生设计实验并完成实验，最后根据实验结果总结得出物体加速度的影响因素，并分析运动物体的加速度a与物体所受的力F、物体质量m这三者之间的定量关系。因此，笔者设计了以下教学活动。

【活动1】

师：（播放百米赛跑决赛的视频）请同学们观看视频后思考问题——决赛时，百米赛跑穿最轻的衣服和最轻的鞋有什么作用？

生：质量小的物体，其运动状态就较容易改变，所以在相同情况下，质量小的物体获得的加速度就会越大，所以运动员穿最轻的衣服和鞋子在运动时获得的加速度就会越大。

【活动2】

师：那物体的加速度又与哪些因素有关呢？请同学们先观察老师提供的图片（出示F1方程式赛车的图片），然后联想自己在生活中常见的影响物体加速度的现象，并举例说明。

生1：与物体受到的外力有关，如当一个人从背后推另一个站着不动的人，这个原本不动的人就会向前运动。

生2：与物体的质量有关，如用相同的力扔不同质量的石块，质量小的石块比质量大的石块扔得更远。

生3：与物体的速度有关，如速度大的物体其运动状态易于控制，而速度小的物体其运动状态不好控制。

师：根据同学们的猜想以及我们前面所学的牛顿第一定律可知，不同质量的物体，惯性的大小是不同的。换言之，不同物体其运动状态的控制能力也是不一样的，一般而言质量大的物体其惯性也会更大[3]。因此物体的加速度a只与它受的合外力F和物体本身的质量m有关。

【活动3】

师：那我们应该采用怎样的物理方法来研究a与F、m的定量关系呢？同学们可以联想初中阶段我们研究电流与电压、电阻三者关系时用的物理方法。

生：老师，控制变量法可以解决这个问题。第一次我们可控制物体质量不变来探讨加速度和力之间的定量关系;第二次控制合外力不变探讨加速度和质量的定量关系。最后结合两次研究结果，得出a与F、m的定量关系。

【活动4】

师：为了得出a与F、m的定量关系，请同学们分组探讨各自的实验方案，方案要包含一些基本要素：实验器材、操作方案、数据处理方案等。（要求学生将实验方案写在纸上并展示）

生：我们设计的实验方案中实验器材主要包括小车、一个打点计时器、一块长木板、少量细线、少量纸板、钩码、天平、砝码、小桶、刻度尺、少量垫木等。我们通过这些器材和小车的运动来探讨a与F、m的定量关系。假设用天平测出小车的质量为M，并且测出小桶的质量以及在小桶中砝码的质量和为m1，此时我们可以算出小桶和放在桶中砝码的总重力就为m1g，而此时小车受到的拉力就是F，最后测量打点计时器打出的纸带上的距离并算出?s，根据?s=aT 2计算得出小车的加速度a[4]。

【活动5】

师：同学们对比各小组设计的方案，并从中选择一种实验误差小、便于操作的方案，再根据这个方案进行实验，采集数据以及绘制图后，回答a与F、m的定量关系。

生：通过数据分析和a?m图象可知，a与F成正比，a与m成反比。

设计意图：通过以上教学过程，根据布鲁姆教育目标分类学可知，活动1通过向学生播放视频资料，使学生回忆事实性知识;活动2是为了让学生能够分析、理解概念性知识;活动3让学生选择合适的物理方法研究a与F、m的定量关系，这个活动属于程序性知识的分析;活动4让学生分组设计实验方案，并处理实验数据，得出实验结果，这个活动属于程序性知识的创造，学生通过实验探究过程提高自身科学探究能力;活动5让学生根据最优方案进行数据采集与图象绘制，从而得出a与F、m的定量关系，这个活动属于元认知知识的分析。活动1至活动5使学生通过分组交流讨论、自主设计实验方案，并通过视频和图片的引入，引导学生形成物理模型思想;然后对影响一运动物体加速度a的因素进行科学推理;再通过数据处理对自己的猜想进行验证;最后综合两次数据，进行质疑创新，得出a与F、m之间的定量关系。整个教学活动过程循序渐进，使学生的科学思维能力得到提升。

【評价1】根据牛顿第二定律可知，不管使用多么小的力都能够让物体产生一定的加速度。但是，当提一个很重的箱子时，使用很小的力就提不动[5]。这违背牛顿第二定律吗？如何解释这个现象？

分析：这一评价考查学生对概念性知识的理解，主要是为了让学生深入理解牛顿第二定律的物理概念。

【评价2】一个物体受到的合力是4 N时，加速度为2 m/s²。若该物体的加速度为6 m/s²，它受到的合力是多大？

分析：这一评价是针对程序性知识提出的，教师可以通过这一评价考查学生对牛顿第二定律的具体运用。

通过分析教学目标、活动和评价后，根据布鲁姆二维分类表可分析这三者在教学中是否具有一致性，三者在分类表的位置如表3[6]。

分析表3可知，目标B-1与所对应的方格B2达到了高度的一致，这说明笔者设计的这个教学目标与教学活动、教学评价具有一致性，达到了有效教学的目标。而其他教学目标也有相对应的教学活动，说明教学目标也具备一定的可行性，只有少部分教学目标难以实现，无法达到教、学、评的完全一致。但总体而言，这次教学设计还是比较成功。

3   总结

通过对以上教学目标、教学活动和教学评价的分析可知，修订版的教育目标分类理论不仅对当下教学具有重要的借鉴意义，而且在实际的教学过程中也具有很强的实用性[7]。它提供了一个具体的教育目标分类框架，教师可以根据这个分类框架适时改进教学设计，使教、学和评在教学过程中能够保持一致，从而实现有效教学。

该框架以学生为主体制定清晰的教学目标，目标大致趋向高层次水平，不但具有可行性，也能够培养学生学习兴趣，不断地培养学生的高阶思维及其物理核心素养。所以教师充分利用教育目标分类学，对当下高中物理教学的改进具有较强的实践意义。

【参考文献】

[1]顾明远主编.教育大辞典简编本[M].上海：上海教育出版社，1999.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]彭前程，黄恕伯.普通高中教科书物理必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019.

[4]彭前程，黄恕伯.普通高中教科书物理必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019.

[5]彭前程，黄恕伯.普通高中教科书物理必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019.

[6]张萍，白雪峰.布鲁姆教育目标分类理论与初中数学教学设计[J].课程与教学，2020（1）.

[7]乔金芳.布卢姆目标分类学在高中物理教学案例设计中的应用研究[D].南昌：江西师范大学，2011.

【作者简介】

范心维（1996～），江西赣州人，云南师范大学物理与电子信息学院课程与教学论（物理）2020级硕士研究生。研究方向：物理课程教学。

【通讯作者】

彭朝阳（1971～），江西安福人，博士，教授。研究方向：物理课程教学和天体。