指向科学思维的逆向教学设计与思考

吴京羽 徐晓梅 陈阁

摘 要：科学思维是物理学科核心素养的重要内容，培养学生的科学思维是科学教育的核心。文章以“曲线运动”为例，从科学思维的不同水平出发，明确预期学习结果，确定恰当的评估方法，规划相关的学习活动，通过三个步骤进行逆向教学设计。以生活情境作为载体，通过实验探究、创设问题情境、物理模型设计任务发展学生的科学思维。

关键词：逆向教学设计；曲线运动；科学思维

科学思维是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课标》）提出的物理学科核心素养中的四个维度之一。科学思维包括模型构建、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。提高学生科学思维品质是培养学生核心素养的关键所在［1］。《课标》附录中对科学思维进行了水平划分，水平之下对学生科学思维发展的要求是逐步提升的。依据科学思维的不同水平进行教学设计，通过设定预期的科学思维水平目标来安排学生的学习活动，就体现了“以终为始”的逆向教学设计的理念。所以，逆向教学设计为科学思维在物理课堂中的“落地生根”提供了一个可行的途径［2］。文章拟探寻对“曲线运动”进行逆向教学设计，通过挖掘教学过程中蕴含的科学思维教学的价值，引领整个教学过程。

一、逆向教学设计

逆向教学强调“以终为始”进行教学。首先确定预期学习结果，逆向设计倡导学习活动应该从想要达到的预期的学习结果导出，而并非从教师所擅长的教法、教材和活动导出［2］。其次确定合适的评估方法，教师为预期的学习结果思考多种评估方法。教师需要根据不同的评估方法收集来的证据来思考和评估，而不是仅仅依据单一的测试或表现性任务［2］。最后是设计学习活动，也就是从终点——预期的学习结果（目标或标准）出发，进行逆向思考，并依据学习目标所要求的表现性行为设计教学。逆向教学设计的模板可以归纳如表1所示。

二、“曲线运动”的逆向教学设计

现选取人教版必修二的第一章“抛体运动”第一节“曲线运动”作为案例进行逆向教学设计，通过分析“曲线运动”的逆向教学阶段，挖掘教学过程中蕴含的科学思维的教学价值，给出“曲线运动”的教学过程。

（一）“曲线运动”逆向教学设计阶段

按照《课标》附录中的物理学科核心素养的水平划分，科学思维共有五个水平，这五个水平的要求是逐步提升的。通过设定预期的科学思维水平目标来安排学生的学习活动，并参考上文给出的设计模板，结合“曲线运动”，用表格的形式整合到一起，如下表2。这种形式能够更加直观地体现逆向设计的思维，有助于接下来对教学过程的安排与设计。

（二）“曲线运动”教学过程

按照上文所分析“曲线运动”的逆向教学阶段，挖掘教学过程中蕴含的科学思维的教学价值，尝试写出“曲线运动”的教学过程。

【教学环节1】体验情境，激发兴趣

曲线运动是生活中常见的运动形式，在生产和生活中存在许多与曲线运动相关的素材，选择合适的素材作为载体创设真实情境，从而引发学生学习行为的发生，这是教师在教学设计中需要关注的问题。在这一部分，学生能结合多种生活现象，类比推理提出猜想，并结合实验做出解释。以生活中真实情境作为发展学生科学思维的载体，通过生活场景实际案例帮助学生清晰直观地认识曲线运动，教学过程如下表3。

在教师的引导下，学生能够回答出曲线运动的概念和曲线运动的速度方向，表明学生经过学习能够达到了科学思维的水平一，继而可以进行下一个水平的教学。

【教学环节2】在实验中发展学生的科学思维

这一部分包括两个实验设计：在第一个实验中，教师引导学生由物理现象出发，将生活中特殊的曲线运动——圆周运动中总结的结论，通过实验验证推广到一般的曲线运动，充分体现出思维方法与物理知识的融合，促进学生科学思维的发展。第二个探究实验中，学生按照教师的引导，亲自经历科学探究的过程，得出了结论，促进学生的科学思维的发展。这一环节教学过程如下表4和表5。

当演示实验结束，学生能在教师的引导下对比分析得出结论：物体做直线运动的速度方向沿着轨迹的切线方向，并且能够根据现象中面粉的轨迹表达自己的结论，即能说明学生达成了水平2，可以继续下一个阶段的教学。

学生经历了自主实验探究的环节，能够对教师提出的问题进行解答并且完成实验，得出物体做曲线运动的条件是合外力的方向和运动方向不在同一条直线上，进一步回答出做曲线运动的物体的加速度方向和运动方向也不在同一直线上。学生能够在教师的引导下给出问题的答案，说明学生在经历了实验探究后能达到教师所预设的目标水平，可以进行下一环节的教学。

【教学环节3】创设开放情境，解决实际问题

当学生能够在生活情境中分析曲线运动，也要在生活情境中应用曲线运动的知识。在这一环节，学生能将自行车后轮不同位置的泥水运动情况转化成在水平面不同位置点泥水的运动速度的物理模型。本次课的导入是学生生活能够见到的几个场景，在结尾设计中，没有选择给学生一道经典例题摆在课件上，而是让学生回到生活，感受自己每天上学过程中离不开的自行车或是大街上的摩托车的“挡泥片”，在学生疲劳、兴奋度不高、热情降低时，拉高学生的讨论热情，给本次课画上一个完美的句号。也让学生感受到，学习过的知识并非束之高阁，而是随处可用，这一环节教学过程设计如下表6。

当学生能将生活中自行车后轮“挡泥片”作为研究对象，并且将这一实物模型化，对不同位置的泥水结合物理模型进行分析、推理，小组合作得出结论，并给出设计的“图纸”来证明自己的结论，就能够表示学生经过这一环节达到了相应设定的水平。

三、思考与感悟

文章基于逆向教学设计对“曲线运动”进行教学设计，以生活情境作为载体，通过实验探究、创设问题情景、物理模型设计任务发展学生的科学思维。首先，从目标出发设计教学活动。在曲线运动逆向教学设计中，教师并非只关注教材和课标，而是从学生预期达到的目标出发，思考想要学生从这一节中学到什么，思考什么能够让学生理解这一节，进而设计教学活动。依据《课标》中给出的不同水平的物理学科核心素养划分，帮助学生逐步提升科学思维水平。其次，重视真实情境，发展学生科学思维。课堂开始环节的粉笔，以及课堂中图片所展示的生活中的曲线运动，都源于真实情境。两次实验中使用的实验器材也是取材于真实生活，让学生在客观的物理世界中发现曲线运动的概念和特点。最后，自制教具，激发学生学习物理的兴趣。教师演示实验和学生自主实验都是取材于生活，学生自己动手也完全能够制作出实验所需的器材，激发学生尝试自己用生活中的器材进行探究的兴趣。学生亲身经过实验探究的过程，在探究过程中逐步发展学生的科学思维。

参考文献：

［1］蒋天林.由科学思维水平划分谈培养科学思维的方法［J］.物理教师，2019，40（02）：15-18.

［2］格兰特·威金斯，杰伊·麦克泰格.追求理解的教学设计（第2版）［M］.闫寒冰，译.上海：华东师范大学出版社，2017.

［3］普通高中物理课程标准［M］.人民教育出版社，中华人民共和国教育部，2020.

［4］李春密.核心素养导向的高中物理教学设计［M］.北京：北京师范大学出版社，2019.

［5］任虎虎.指向物理观念的逆向设计与实施策略——以新教材必修1“超重和失重”教学为例［J］.物理教师，2021，42（07）：23-26.

［6］王长江，李俊永.逆向设计：落实高中物理学科核心素养的可行途径［J］.物理教师，2020，41（07）：8-10+15.

［7］周洪池.中学物理实验中的留跡法［J］.中学物理，2008，26（04）：29-31.

作者简介：吴京羽（1998— ），女，汉族，山东莒县人，在读研究生，研究方向：物理学科教学。

*通讯作者：徐晓梅（1963— ），女，汉族，云南昆明人，硕士，研究生导师，主要从事理论物理及物理课程与教学论的教学和研究工作。