逆向设计让学习有效发生①——以“电功率”教学为例

蒋文远

(江苏省无锡市东林中学,江苏 无锡 214001)

教学中如何实现以学为中心,让学习真实发生,促进学生核心素养的提升?“基于理解的逆向设计”提供了可行的方案。本文以“电功率”教学为例,探索运用逆向设计优化初中物理教学的路径。

1 学习目标的精确叙写

“目标是灵魂,它既是课程逻辑的起点,也是课程逻辑的终点。”[1]目标设计的合理与否会直接影响学习的效果。在常态化的教学中,有的老教师往往凭借经验进行教学,而新教师则容易机械地解读教材,目标设置不清晰,难以开展评价。基于证据制定精确可测的目标,让学与教有的放矢,这是优化课堂教学的第一步。

1.1 基于课程标准,解读课程目标

《义务教育物理课程标准(2011年版)》提出了课程内容要求,为教学提供了依据,对电功率的要求如表1。[2]对课程内容的解读,是教学设计的起点,课程标准对电功率的要求是“理解”,而课程标准在附录中将理解细化为“解释、理解、计算”,对电功率的理解这个学习行为应在“结合实例”的过程中进行,而不是纸上谈兵。课程标准要求“知道”用电器的额定功率和实际功率,“知道”属于了解水平层次,“了解、知道、描述、说出、列举、举例、说明”是同一水平层次的表述,课程标准还给出了具体的例子:“调查常见用电器的铭牌,比较它们的电功率。”

表1

对于一节课的设计,要兼顾单元目标,将课时目标锚定在单元大目标中。结合电磁能的相关内容要求,不难发现对用电器铭牌的调查不能仅仅关注电功率,而是要学会认识铭牌。不仅能运用电功率的相关知识进行计算,还要能从能量转化的角度认识用电器和电源,形成节能的意识。

1.2 基于教材,解析课时目标

教材是专家对课程标准的文本化呈现,为教师和学生提供了具体而优质的学习资源和建议。教师要在深度研读的基础上使用教材。教材提供了优化的学习问题和活动载体,苏科版初中物理教材中“电功率”一节的编排如表2。

表2

对教材的研读要结合课程标准的要求进行,在“电功率”部分需解决电功率定义和简单计算问题;在“用电器的额定功率”部分需了解额定功率定义和不同用电器的额定功率,重在联系生活;学生实验关注实际电功率的测量,在解决问题的过程中理解额定功率和实际功率。教材是学与教的重要资源,教师要在深度研读的基础上创造性地使用,避免机械解读或根本不用的情况发生。

1.3 基于学情,叙写目标

目标设计的最后一步是结合学情进行目标叙写,确定明确的、可观察、能测量、易评价的具体目标,“电功率”一节的目标叙写如下。

目标1：通过“测定用电器在一段时间内消耗的电能”活动,发现不同用电器消耗电能的快慢不同,通过与力学中已学过的功率进行类比,建构电功率的概念,会进行简单的计算。

目标2：通过对用电器铭牌的分析,认识用电器的铭牌,调查、比较不同用电器的额定功率。

目标3：通过测量小灯泡的电功率,知道实际电功率与额定电功率的联系和区别,增强安全用电的意识。

目标4：比较LED灯与白炽灯的发光效率,从能量的角度认识用电器的电功率和转化效率。

2 学习评价的精准锚定

精准的目标为学生的学习指明了方向,而学习目标是否达成、达到什么程度,则需要通过评价来体现。精准教学倡导将评价前置进行“逆向设计”,避免“没有引导性的智力目标或没有清晰的优先次序来架构学习体验。”[3]逆向设计是以目标为导向,以具体的结果作为目标,然后根据这些结果进行评价设计。评价的设计要锚定目标,要具体、可测量,表3是“电功率”一节的评价设计。

表3

对于操作性项目,可以按照操作步骤和项目要点进行评价设计,有利于教师进行判断并进行有针对性的指导。例如,针对目标3“测量小灯泡的电功率”,可设计如表4所示的评价方案。

表4

评价是对预期学习行为的判断,是对学生是否达成目标的审视,教学评价一定发生在学习活动之中。学生在活动中的具体表现是教师判断的依据,是教师进行决策的前提,是教学活动的重要反馈,也是学生自我评价的依据。通过评价,学生能认识到自己的学习目标达成情况和存在的问题,为进一步学习提供反馈。

3 学习任务的精准设计

有了精准的目标和明确的评价标准,如何让学生达成目标呢?这就需要教师进行精准的设计,关键是设计合理的学习任务,让学生的思维得到发展,让学习真实发生。

任务1：复习回顾,提出问题,在类比中建立电功率的概念。

教师播放学生用电能表测量在30 s内浴霸、微波炉消耗电能的视频。

生:在同样的30 s内,微波炉消耗的电能更多,意味着通过它的电流做功更快。

师:在力学中用功率表示做功的快慢。你能给表示电流做功快慢的物理量起个名字吗?

生:电功率。

师:你能根据电功的公式推导出电功率的公式吗?

师:谁能说说电功率的单位?

生:由功率和电功的知识可以知道,电功率的单位是瓦特,当加在用电器两端的电压为1 V、通过用电器的电流为1 A时,该用电器的电功率为1 W。

教师带领学生解答教材中的例题1。

设计目的：根据已有的知识和经验,在真实的任务中发现新问题,运用类比、推理方法建构电功率的概念,解决简单问题。

任务2：收集用电器铭牌,联系生活,在对比中了解用电器的额定功率。

电功率对于初学者来说是抽象的,但却与生活联系密切。教师要充分利用这一点,让学生走进生活,去调查、收集身边用电器的铭牌信息,从生活走向物理。学生在这个环节中非常投入,能深刻感受到电功率与自己生活的联系。

问题1：通过对比收集的铭牌信息,你们有什么发现?

问题2：为什么铭牌上标出的功率称为额定功率?

问题3：用电器实际工作时的功率一定等于额定功率吗?为什么?

问题4：人们常说空调“吃电量大”是指什么?你能用物理术语表述吗?

设计目的：教师通过问题链的设置,促进学生的学习不断深入。学生在对比自己收集的信息中,对用电器的电功率有了新的认识,这样的学习与自己的生活高度相关。

任务3：进行测量,激发思考,在实验中加深对电功率的理解。

电功率是“理解”层次的知识,理解有“能解释、能阐明、能应用、能洞察、能神入、能自知”六个侧面。[3]通过测量小灯泡的功率,学生不仅能应用知识,还能用知识解释灯亮暗的原因,促进学生从能量转化的角度认识电功率。

3.1 布置任务,明确实验目的

测量额定电压为2.5 V小灯泡的功率,即测量小灯泡的额定功率和实际功率。

3.2 分解任务,设计实验方案

师:实验原理是什么?需要测量哪些物理量?选用哪些实验器材?如何改变小灯泡两端的电压?你能画出测量小灯泡电功率的电路图吗?

学生根据问题,逐一进行设计,在小组讨论后确定测量方案。

3.3 实施方案,经历实验过程

学生根据设计的电路图连接电路,调节滑动变阻器,使其接入电路中的阻值最大。闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,分别使电压表的示数小于、等于和略大于小灯泡的额定电压,观察小灯泡的亮度,读出电压表、电流表的示数并填入表中。

3.4 分析数据,解释实验现象

问题1：通过实验,测得小灯泡的额定功率是多少?

问题2：小灯泡在什么时候实际功率小于额定功率?

问题3：如何解释同一型号小灯泡的实际功率越大就越亮?

设计目的：测量小灯泡的电功率是一个真实的任务,学生需要用到之前习得的电学技能,在合作中进行设计与实验。分析数据是重要的能力,要用好学生自己得到的第一手数据,提升学生分析数据、解读数据的能力。实验为学生深入理解电功率提供了新体验,促进学生实现精准学习。

任务4：质疑求证,结合实例,在论证中培育科学思维。

将生活现象转化为可重复的物理实验现象,是建构物理模型的过程,模型建构是科学思维的要素之一,[4]教师要善于创设这样的转化过程。

(1) 情境呈现:有同学发现LED灯外包装上不仅标有节能高达87%的字样,而且还标有5 W的LED灯与9 W的节能灯、40 W的白炽灯亮度相当(图1)。

图1

(2) 提出质疑:这样的标识可信吗?

(3) 问题表征:5 W的LED灯亮度是否与40 W的白炽灯相当?LED灯是否比白炽灯节能87%?

(4) 分析问题:要解决上述问题就要测量电功率并比较灯的亮度。

(5) 器材选择:选用功率测试仪(图2)测量灯的实际电功率。因为仅凭肉眼很难分辨亮度,决定用光照计(图3)测量灯的亮度。

图2

图3

(6) 探究过程:准备6 W LED灯、8 W节能灯、40 W白炽灯和60 W白炽灯各一只。用一个纸盒做成灯罩,用光照计在灯罩的上方测量亮度(图4)。取下灯罩在距离灯0.2 cm和1.2 m处分别测量灯的亮度,得到的数据如表5。

图4

表5 不同位置处各灯的亮度(单位:Lux)

(7) 数据分析:通过实验探究发现,在正常发光时,6 W LED灯与60 W白炽灯亮度相当,6 W LED灯比8 W节能灯和40 W白炽灯要亮。同时还发现,在刚接通电源时节能灯的亮度逐渐增加,最终达到稳定的状态(表5中的“25”是达到稳定状态时的测量值),而且由于其结构特点,在灯罩处不同方向亮度差异较大,从而判断LED灯外包装上关于亮度的描述基本可信。那么节能情况可信吗?

测量表明,在正常工作时6 W LED灯与60 W白炽灯的亮度相当,即相同时间两种灯输出的光能是相等的。因此,在亮度相当的情况下,1 s内6 W LED灯比60 W白炽灯节省54 J的能量,节省的能量是白炽灯消耗能量的90%,可以认为LED灯节能高达87%可信。

设计目的：学生在真实问题的驱动下去质疑、探究并作出判断,深刻理解用电器电功率,上述任务是教材中例题2的拓展。

4 结语

通过逆向设计,教师进行精准的目标设计、锚定目标的评价设计和基于活动的任务设计,让教学目标更明确,让学习有路径、可评价。可以提升教学的精准度,让学习有效发生。