任虎虎

(江蘇省太倉高級中學(xué)，江蘇 蘇州 215411)

在平時的教學(xué)實踐中，一線教師關(guān)注較多的是課時層面的設(shè)計與實施，較少從整體出發(fā)關(guān)注單元層面的設(shè)計與實施，即只關(guān)注局部而忽視整體。單元教學(xué)具有承上啟下的作用，其上承課程標(biāo)準(zhǔn)，下啟課時教案，逆向設(shè)計將為高中物理單元整體教學(xué)提供全新的視角。

1 深度學(xué)習(xí)和單元逆向設(shè)計的內(nèi)涵

1.1 深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

深度學(xué)習(xí)是指在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心投入、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義學(xué)習(xí)過程。在這個過程中，強調(diào)理解學(xué)科的核心知識、把握學(xué)科的本質(zhì)及思想方法、發(fā)展批判性等高階思維能力，形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動機、高級的社會性情感和正確的價值觀。深度學(xué)習(xí)的基本特征包括聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、活動與體驗、本質(zhì)與變式、遷移與應(yīng)用、價值與評價。

1.2 單元逆向設(shè)計的內(nèi)涵

單元逆向設(shè)計是以單元為單位進(jìn)行“以終為始”的整體設(shè)計，即從單元最終輸出倒推輸入內(nèi)容和方式，尋求達(dá)成單元預(yù)期結(jié)果的最佳實施方案，追求意義建構(gòu)和靈活遷移。本研究將其分為四個有序階段：編寫科學(xué)的單元預(yù)期目標(biāo)、確定適切的目標(biāo)評價證據(jù)、開發(fā)有效的單元學(xué)習(xí)活動、設(shè)計精準(zhǔn)的單元檢測作業(yè)。將目標(biāo)及對目標(biāo)達(dá)成的評價先于活動而設(shè)計，有利于充分發(fā)揮評價的反饋與驅(qū)動作用。

2 指向深度學(xué)習(xí)的高中物理單元逆向設(shè)計框架

為解決目前高中物理教學(xué)中存在的覆蓋內(nèi)容設(shè)計、活動導(dǎo)向設(shè)計、課時之間割裂性、知識理解淺層性等問題，倡導(dǎo)通過單元逆向設(shè)計與實施來促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。圖1為指向深度學(xué)習(xí)的高中物理單元逆向設(shè)計框架，在明確單元主題的基礎(chǔ)上，首先整合課程標(biāo)準(zhǔn)、教材知識和學(xué)生學(xué)情的相關(guān)內(nèi)容作為單元預(yù)期目標(biāo)；其次確定具有挑戰(zhàn)性、真實性和開放性的表現(xiàn)任務(wù)作為目標(biāo)評價證據(jù)；再次開發(fā)協(xié)作探究、反思內(nèi)化和實踐遷移的思維進(jìn)階作為單元學(xué)習(xí)活動；最后設(shè)計基礎(chǔ)類、提高類和拓展類的階梯檢測作為單元鞏固作業(yè)，有效提升學(xué)生的思維品質(zhì)、高階思維能力和實際問題解決能力，培育學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

圖1

3 指向深度學(xué)習(xí)的高中物理單元逆向設(shè)計流程

3.1 明確單元預(yù)期目標(biāo)

單元預(yù)期目標(biāo)是單元學(xué)習(xí)的“指揮棒”，決定了單元教學(xué)的層次。單元預(yù)期目標(biāo)應(yīng)該以學(xué)生在單元學(xué)習(xí)后真正理解了什么和做了什么為旨?xì)w，從單元整體視角整合課程標(biāo)準(zhǔn)、教材知識和學(xué)生學(xué)情。

人教版高中物理新教材將舊教材中“靜電場”一章拆成兩章：“靜電場及其應(yīng)用”和“靜電場中的能量”?！办o電場中的能量”包括5節(jié)內(nèi)容：電勢能和電勢、電勢差、電勢差與電場強度的關(guān)系、電容器的電容、帶電粒子在電場中的運動。

基于對課程標(biāo)準(zhǔn)的解讀、教材分析和學(xué)情把握，將“靜電場中的能量”單元的學(xué)習(xí)目標(biāo)確定如下：

(1) 學(xué)生將理解電勢是電場這種物質(zhì)的基本屬性，電場力對電荷做功會引起不同形式的能量發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步形成運動與相互作用觀、能量觀。

(2) 學(xué)生將經(jīng)歷電勢能、電勢和電容等抽象概念的建構(gòu)過程，體會批判性的內(nèi)化類比、歸納、比值定義、從定性到定量等物理思想方法。

(3) 學(xué)生將通過猜想、操作、數(shù)據(jù)處理、展示交流、總結(jié)歸納等過程，體會科學(xué)探究的意義和價值。

(4) 學(xué)生能解釋照相機閃光燈、示波管等的工作原理，并查找資料解決如何制作超級電容等實際問題，認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)，體會科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境(STSE)的關(guān)系，形成對科學(xué)技術(shù)正確的態(tài)度和責(zé)任感。

在單元總目標(biāo)的基礎(chǔ)上再編寫分課時的學(xué)習(xí)目標(biāo)，形成系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化和層次化的目標(biāo)體系。

3.2 確定適切的目標(biāo)評價證據(jù)

逆向設(shè)計倡導(dǎo)在目標(biāo)明確后，馬上設(shè)計能反映目標(biāo)達(dá)成情況的評價證據(jù)，突出表現(xiàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計，需要具有挑戰(zhàn)性、真實性和開放性等基本特征。學(xué)習(xí)任務(wù)分為核心任務(wù)和子任務(wù)，子任務(wù)圍繞核心任務(wù)分層設(shè)計。本單元的核心任務(wù)是：從能量角度認(rèn)識和分析帶電粒子在電場中的運動，下面通過三個具體例子進(jìn)行說明。

學(xué)習(xí)任務(wù)1：一個正電荷在電場中只受到靜電力F的作用，它在電場中由A點運動到B點時，靜電力做了正功WAB，由動能定理可知，該電荷的動能增加了WAB。物體動能增加了，意味著有另外一種形式的能量減少了，這是一種什么形式的能量呢?

設(shè)計意圖：這個挑戰(zhàn)性任務(wù)一方面評估學(xué)生對功能關(guān)系和動能定理的理解程度，另一方面將以前所學(xué)的知識遷移到新情景(電場)中，幫助學(xué)生建構(gòu)電勢能這一新概念。

學(xué)習(xí)任務(wù)2：要想利用直線多級加速器(新教材必修三第45頁做了相應(yīng)介紹)將電子加速到0.9倍光速，建造時加速器勢必要很長，占地面積大，如何解決這一問題？

設(shè)計意圖：一方面促進(jìn)理解運動與相互作用關(guān)系(學(xué)生會提出采用輻向電場使電子偏轉(zhuǎn))，另一方面為后面回旋加速器的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

學(xué)習(xí)任務(wù)3：通過觀察、上網(wǎng)查閱資料，了解并分析電容器在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用情況，解釋其作用，撰寫一份研究報告。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生應(yīng)用電容器的相關(guān)知識解釋一些具體實例，評估學(xué)生對知識的理解層次，并幫助學(xué)生做到在“用中學(xué)”，進(jìn)一步認(rèn)識STSE的關(guān)系。

3.3 開發(fā)有效的單元學(xué)習(xí)活動

活動是學(xué)生深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)和載體，學(xué)生只有充分參與到活動中才能深刻體驗和領(lǐng)悟物理概念、規(guī)律及思想方法的形成與發(fā)展。在活動前讓學(xué)生明確活動的內(nèi)容和注意事項；在活動中激發(fā)學(xué)生興趣，切身參與和體驗；在活動后引導(dǎo)學(xué)生反思自己的體驗過程和方式，內(nèi)化獲得意義和觀念。單元學(xué)習(xí)活動要能夠凸顯協(xié)作探究、反思內(nèi)化和實踐遷移的思維進(jìn)階過程。

下面以“電容器的電容”課時的一個學(xué)習(xí)活動設(shè)計為例進(jìn)行說明。由于不同的電容器儲存電荷的能力會有所不同，儲存電荷的多少與兩板間電勢差和電容器自身特性有關(guān)。

對此提出研究問題：要研究電容器儲存電荷量與兩板電勢差的定量關(guān)系，電荷量Q不好測定，怎么辦？提示：在前面的學(xué)習(xí)過程中也遇到過類似的問題，是如何處理的？在庫侖扭秤實驗中，用相同不帶電的金屬小球與帶電小球接觸，均分電荷。

圖2

圖3

在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生思考實現(xiàn)電容器A所帶的電荷量依次倍減的方案：(1) S1先接1，給電容器A充電，S1再接2，電容器B和A均分A原來所帶電荷量，實現(xiàn)A的帶電量減半；(2) 斷開S1，閉合S2，讓B完全放電，此時B又變成了一個不帶電的電容器；(3) 斷開S2，S1接2，電容器B和A再次均分A所帶電荷量，A的帶電量再次減半。(4) 不斷重復(fù)(2)、(3)步驟，實現(xiàn)電容器A的帶電量依次減半。

方案2：如果能得到充電或放電過程中的i-t圖像，類比利用v-t圖像下的“面積”計算位移大小的方法求得電荷量。借助DIS的電流傳感器代替圖4中的電流表，畫出i-t圖像，利用軟件中的“積分”功能求得電荷量Q。實驗中分別測兩個不同的電容器在不同充電電壓下的Q值，并利用作圖法得到Q-U圖像(圖4)。

從圖4中學(xué)生發(fā)現(xiàn)：同一個電容器Q與U的比值是一個定值，不同電容器的Q與U的比值不同。

圖4

3.4 設(shè)計精準(zhǔn)的單元檢測作業(yè)

作業(yè)主要是指教師依據(jù)一定的目的布置給學(xué)生并且要利用非教學(xué)時間完成的學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)生幾乎每天都要花費大量時間來完成作業(yè)，同樣教師也要花費大量時間來批改作業(yè)，而且作業(yè)往往會成為學(xué)生喜不喜歡一門學(xué)科、喜不喜歡一位教師的重要依據(jù)。如果作業(yè)出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致連鎖反應(yīng)，不僅會影響教學(xué)效果，而且會抑制學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，單元學(xué)習(xí)中要根據(jù)學(xué)生層次的不同，設(shè)計基礎(chǔ)類、提高類和拓展類的分層檢測作業(yè)。

在本單元學(xué)習(xí)中筆者設(shè)計了一份單元檢測作業(yè)，由于篇幅限制，下面僅呈現(xiàn)三個具體例子。

基礎(chǔ)類作業(yè)：圖5表示了某電場等勢面的分布情況。

圖5

(1) 如果把電子從b等勢面移動到e等勢面，靜電力所做的功是多少?

(2) 在電場中的A、B兩點放置電荷量相等的試探電荷，試比較它們所受靜電力的大小和電勢能的大小。

提高類作業(yè)：如圖6所示，在勻強電場中，將電荷量為-6×10-6 C的點電荷從電場中的A點移到B點，靜電力做了-2.4×10-5 J的功，再從B點移到C點，靜電力做了1.2×10-5 J的功。已知電場的方向與△ABC所在的平面平行。

圖6

(1)A、B兩點間的電勢差UAB和B、C兩點間的電勢差UBC分別為多少?

(2) 如果規(guī)定B點的電勢為0，則A點和C點的電勢分別為多少?

(3) 請在圖中畫出過B點的電場線方向，并說明理由。

拓展類作業(yè)：展示如圖7所示的水塔照片，創(chuàng)設(shè)待解決的實際問題。王師傅是某自來水廠水電工，他一天要檢查自來水水塔水位好幾次，王師傅腿腳不便，而且水塔很高，他想如果能有一個自動測定水位高度的儀器就輕松了。你能用今天所學(xué)知識幫他設(shè)計一個儀器嗎？課后用水瓶和身邊的器材模擬制作并進(jìn)行展示。

圖7

4 結(jié)語

指向深度學(xué)習(xí)的單元逆向設(shè)計有助于實現(xiàn)從“教”到“學(xué)”的根本轉(zhuǎn)向，讓教師真正成為學(xué)生學(xué)習(xí)的設(shè)計師與教練，能夠有效處理好課標(biāo)與單元、單元與課堂、目標(biāo)與評價、評價與活動、目標(biāo)與作業(yè)間的多維關(guān)系，進(jìn)而實現(xiàn)從“課時教學(xué)”轉(zhuǎn)向“單元重構(gòu)”、從“經(jīng)驗設(shè)計”轉(zhuǎn)向“結(jié)果逆推”、從“終結(jié)評定”轉(zhuǎn)向“評價驅(qū)動”、從“單一作業(yè)”轉(zhuǎn)向“立體檢測”。