高中物理单元逆向教学设计探讨——以“静电场中的能量”教学为例

(江苏省锡山高级中学,江苏 无锡 214174)

1 引言

常规教学设计一般按照“确定教学目标→设计教学活动→组织课堂教学→实施课后评价”的流程进行,其评价设计在学习活动设计之后,这造成了在设计学习活动时目的性不强,从而影响了教学效果。美国课程专家格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰格在《追求理解的教学设计》一书中改进原有的设计流程,提出了逆向教学设计。逆向教学设计把评价设计置于学习活动设计之前,先依据课标确定预期结果,再寻找评价证据,最后设计学习活动,进而实现教学效果的最优化。

2 逆向教学设计案例分析

本文以人教版普通高中教科书物理必修三(2019年版)的“静电场中的能量”单元为例,搭建适合高中物理教学的逆向教学设计框架,进行单元教学设计。

2.1 确定预期结果

确定预期结果的操作流程为:分析课程标准、教材和学情,确定教学重难点,提炼单元大概念和基本问题,确定大单元设计,从知道、理解、应用三个水平明确预期的结果,最后形成单元学习目标。

2.1.1 分析课标、教材和学情,确定教学重难点

(1) 课程标准要求

知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能、电势和电势差的含义。知道匀强电场中电势差与电场强度的关系。能分析带电粒子在电场中的运动情况,能解释相关的物理现象。观察常见的电容器,了解电容器的电容,观察电容器的充、放电现象。能举例说明电容器的应用。

(2) 教材分析与学情分析

本单元是电磁学的基础，是承前(力学)启后(电学)的一个单元,电磁学与力学联系紧密,教材也是从学生熟悉的力与能量两个角度来研究静电场。学生已经学过重力做功的特点、做功与能量转化的关系、用比值法定义电场强度、等高线等知识。本单元基本概念多而且抽象,学生不容易理解,在教学中要多用类比的方法,把新旧知识联系起来,从旧知识过渡到新知识,学生更加容易理解和接受。如在研究静电力做功的特点时,可以回忆重力做功的特点,把处理重力做功特点的方法迁移到静电力做功的特点上来;用静电力做功与电势能的关系类比重力做功与重力势能的关系;在建构电势、电势差的概念时,也类比电场强度概念的建立,让学生进一步体会用比值定义物理量的方法;用等势面类比等高线;用电势差类比高度差等。

(3)教学重难点

本单元的教学重难点为：与静电场相关的物理概念的建构以及它们之间的关系、带电粒子在电场中的运动。

2.1.2 提炼单元大概念和基本问题

单元大概念属于核心素养中“物理观念”的范畴,在分析课标、教材和学情的基础上,可以依据物质观念、运动与相互作用观念、能量观念这三个观念提炼出单元大概念。“静电场中的能量”单元中电场力做功、电势能、电势、电势差等内容指向能量观念,提炼出来的第一个大概念就是“静电场中的能量”;带电粒子在电场中的运动要用到动力学方法分析运动情况和能量转化情况,指向运动与相互作用观念,提炼出来的第二个大概念就是“带电粒子在电场中的运动”。

基本问题是指向单元核心大概念、学习核心内容所必需要解决的问题，只有解决好基本问题才能使学生更好地理解本单元的核心内容。“静电场中的能量”单元中的基本问题是:与电场中的能量有关的物理量有哪些?如何定义这些物理量?这些物理量之间有什么关系?带电粒子在电场中做什么运动？如何定量分析其运动情况?

2.1.3 确定大单元设计

根据提炼出来的单元大概念和基本问题，把“静电场中的能量”分为两个单元。单元一安排3课时,内容分别为：“电势能和电势量”“电势差”“电势差与电场强度的关系”;单元二安排2课时,内容分别为：“电容器的电容”“带电粒子在电场中的运动”。

2.1.4 明确预期结果,形成单元学习目标

确定好单元基本问题以后,教师应思考学生学习这个单元后,会发生什么样的变化,即预期的结果是什么?比如，学生学习“电势”后,将会知道电势的定义、公式、单位等,理解沿着电场线方向电势是逐渐降低的,能应用电场线来判断电场中两点电势的高低。预期的结果可以用知道、理解、应用三个水平来描述,具体的学业质量水平描述见表1。

单元学习的主体是学生,要用具体可观测、可评价的行为动词描述,通常表述为“通过……,学生能……”，“静电场中的能量”的单元学习目标表述如下：

(1) 通过问题引导,学生能说出静电力做功会引起某种能量发生变化,能证明静电力做功与路径无关；通过问题引导和类比,能说出静电力做功与电势能的关系,并能计算电荷在电场中某一点的电势能；通过讨论与类比,学生能建构电势、电势差的概念,体会用比值定义物理量的方法；通过问题引导,学生能推导出匀强电场中电势差与电场强度的关系,并能说明各物理量的含义,会用电势差与电场强度的关系解决实际问题。

表1

(2) 通过实物展示和实验观察,学生能认识常见的电容器,能说出电容器在充、放电过程中的电流方向和能量转化,会用比值定义法定义电容,能总结出影响平行板电容器电容大小的因素,知道改变平行板电容器电容的方法；通过问题引导与讨论,学生能从动力学和能量两个视角分析带电粒子在电场中的直线加速问题,能分析带电粒子在电场中的偏转问题,能说明示波管的工作原理。

2.2 寻找评价证据

教师设定的预期目标有没有达成？有什么证据可以证明学生达成了,达成情况怎么样?对此教师应找到合适的评价证据。逆向教学设计的优势就是发挥评价对学习活动设计的引导作用,学习评价应做到“一课一评”,评价证据可以分为课堂观察、课后作业和物化成果等。课堂观察是表现性评价,可以制定课堂观察量表,从课堂参与、合作学习、自主探究、表达交流和创新意识等5个方面来评价学生的课堂表现(表2)。课后作业应指向单元教学目标,可以检测学生对物理知识的掌握情况和应用情况，物化成果可以是一个小制作、一篇小论文等。

表2

2.3 设计学习活动

为了便于在日常教学中推广、应用,设计学习活动应该“一课一设计”,应结合评价证据来设计问题,做到问题情境化,层层递进,通过解决一个个问题,学生获得新知识,掌握新方法。下面是以“单元一”中“电势能和电势”一课为例设计的学习活动及其评价证据(表3)。

表3

3 逆向教学设计的实践反思

逆向教学设计凸显了评价证据对学习活动设计的引领作用,教师在设计学习活动时,能清晰把握预期结果与学生的真实水平之间的差异,根据学生实际情况及时调整教学策略,从而不断接近教师的预设目标,真正做到“教、学、评”的目标高度一致。逆向教学设计强调单元整体设计,在大概念和基本问题的统领下,梳理教材内容,重新整合知识结构和体系,有利于学生建构知识框架,找到知识之间的关联。