吳京羽 徐曉梅 陳閣

摘 要：科學思維是物理學科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，培養(yǎng)學生的科學思維是科學教育的核心。文章以“曲線運動”為例，從科學思維的不同水平出發(fā)，明確預期學習結果，確定恰當?shù)脑u估方法，規(guī)劃相關的學習活動，通過三個步驟進行逆向教學設計。以生活情境作為載體，通過實驗探究、創(chuàng)設問題情境、物理模型設計任務發(fā)展學生的科學思維。

關鍵詞：逆向教學設計；曲線運動；科學思維

科學思維是《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課標》）提出的物理學科核心素養(yǎng)中的四個維度之一?？茖W思維包括模型構建、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新等要素。提高學生科學思維品質是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的關鍵所在［1］?！墩n標》附錄中對科學思維進行了水平劃分，水平之下對學生科學思維發(fā)展的要求是逐步提升的。依據(jù)科學思維的不同水平進行教學設計，通過設定預期的科學思維水平目標來安排學生的學習活動，就體現(xiàn)了“以終為始”的逆向教學設計的理念。所以，逆向教學設計為科學思維在物理課堂中的“落地生根”提供了一個可行的途徑［2］。文章擬探尋對“曲線運動”進行逆向教學設計，通過挖掘教學過程中蘊含的科學思維教學的價值，引領整個教學過程。

一、逆向教學設計

逆向教學強調(diào)“以終為始”進行教學。首先確定預期學習結果，逆向設計倡導學習活動應該從想要達到的預期的學習結果導出，而并非從教師所擅長的教法、教材和活動導出［2］。其次確定合適的評估方法，教師為預期的學習結果思考多種評估方法。教師需要根據(jù)不同的評估方法收集來的證據(jù)來思考和評估，而不是僅僅依據(jù)單一的測試或表現(xiàn)性任務［2］。最后是設計學習活動，也就是從終點——預期的學習結果（目標或標準）出發(fā)，進行逆向思考，并依據(jù)學習目標所要求的表現(xiàn)性行為設計教學。逆向教學設計的模板可以歸納如表1所示。

二、“曲線運動”的逆向教學設計

現(xiàn)選取人教版必修二的第一章“拋體運動”第一節(jié)“曲線運動”作為案例進行逆向教學設計，通過分析“曲線運動”的逆向教學階段，挖掘教學過程中蘊含的科學思維的教學價值，給出“曲線運動”的教學過程。

（一）“曲線運動”逆向教學設計階段

按照《課標》附錄中的物理學科核心素養(yǎng)的水平劃分，科學思維共有五個水平，這五個水平的要求是逐步提升的。通過設定預期的科學思維水平目標來安排學生的學習活動，并參考上文給出的設計模板，結合“曲線運動”，用表格的形式整合到一起，如下表2。這種形式能夠更加直觀地體現(xiàn)逆向設計的思維，有助于接下來對教學過程的安排與設計。

（二）“曲線運動”教學過程

按照上文所分析“曲線運動”的逆向教學階段，挖掘教學過程中蘊含的科學思維的教學價值，嘗試寫出“曲線運動”的教學過程。

【教學環(huán)節(jié)1】體驗情境，激發(fā)興趣

曲線運動是生活中常見的運動形式，在生產(chǎn)和生活中存在許多與曲線運動相關的素材，選擇合適的素材作為載體創(chuàng)設真實情境，從而引發(fā)學生學習行為的發(fā)生，這是教師在教學設計中需要關注的問題。在這一部分，學生能結合多種生活現(xiàn)象，類比推理提出猜想，并結合實驗做出解釋。以生活中真實情境作為發(fā)展學生科學思維的載體，通過生活場景實際案例幫助學生清晰直觀地認識曲線運動，教學過程如下表3。

在教師的引導下，學生能夠回答出曲線運動的概念和曲線運動的速度方向，表明學生經(jīng)過學習能夠達到了科學思維的水平一，繼而可以進行下一個水平的教學。

【教學環(huán)節(jié)2】在實驗中發(fā)展學生的科學思維

這一部分包括兩個實驗設計：在第一個實驗中，教師引導學生由物理現(xiàn)象出發(fā)，將生活中特殊的曲線運動——圓周運動中總結的結論，通過實驗驗證推廣到一般的曲線運動，充分體現(xiàn)出思維方法與物理知識的融合，促進學生科學思維的發(fā)展。第二個探究實驗中，學生按照教師的引導，親自經(jīng)歷科學探究的過程，得出了結論，促進學生的科學思維的發(fā)展。這一環(huán)節(jié)教學過程如下表4和表5。

當演示實驗結束，學生能在教師的引導下對比分析得出結論：物體做直線運動的速度方向沿著軌跡的切線方向，并且能夠根據(jù)現(xiàn)象中面粉的軌跡表達自己的結論，即能說明學生達成了水平2，可以繼續(xù)下一個階段的教學。

學生經(jīng)歷了自主實驗探究的環(huán)節(jié)，能夠對教師提出的問題進行解答并且完成實驗，得出物體做曲線運動的條件是合外力的方向和運動方向不在同一條直線上，進一步回答出做曲線運動的物體的加速度方向和運動方向也不在同一直線上。學生能夠在教師的引導下給出問題的答案，說明學生在經(jīng)歷了實驗探究后能達到教師所預設的目標水平，可以進行下一環(huán)節(jié)的教學。

【教學環(huán)節(jié)3】創(chuàng)設開放情境，解決實際問題

當學生能夠在生活情境中分析曲線運動，也要在生活情境中應用曲線運動的知識。在這一環(huán)節(jié)，學生能將自行車后輪不同位置的泥水運動情況轉化成在水平面不同位置點泥水的運動速度的物理模型。本次課的導入是學生生活能夠見到的幾個場景，在結尾設計中，沒有選擇給學生一道經(jīng)典例題擺在課件上，而是讓學生回到生活，感受自己每天上學過程中離不開的自行車或是大街上的摩托車的“擋泥片”，在學生疲勞、興奮度不高、熱情降低時，拉高學生的討論熱情，給本次課畫上一個完美的句號。也讓學生感受到，學習過的知識并非束之高閣，而是隨處可用，這一環(huán)節(jié)教學過程設計如下表6。

當學生能將生活中自行車后輪“擋泥片”作為研究對象，并且將這一實物模型化，對不同位置的泥水結合物理模型進行分析、推理，小組合作得出結論，并給出設計的“圖紙”來證明自己的結論，就能夠表示學生經(jīng)過這一環(huán)節(jié)達到了相應設定的水平。

三、思考與感悟

文章基于逆向教學設計對“曲線運動”進行教學設計，以生活情境作為載體，通過實驗探究、創(chuàng)設問題情景、物理模型設計任務發(fā)展學生的科學思維。首先，從目標出發(fā)設計教學活動。在曲線運動逆向教學設計中，教師并非只關注教材和課標，而是從學生預期達到的目標出發(fā)，思考想要學生從這一節(jié)中學到什么，思考什么能夠讓學生理解這一節(jié)，進而設計教學活動。依據(jù)《課標》中給出的不同水平的物理學科核心素養(yǎng)劃分，幫助學生逐步提升科學思維水平。其次，重視真實情境，發(fā)展學生科學思維。課堂開始環(huán)節(jié)的粉筆，以及課堂中圖片所展示的生活中的曲線運動，都源于真實情境。兩次實驗中使用的實驗器材也是取材于真實生活，讓學生在客觀的物理世界中發(fā)現(xiàn)曲線運動的概念和特點。最后，自制教具，激發(fā)學生學習物理的興趣。教師演示實驗和學生自主實驗都是取材于生活，學生自己動手也完全能夠制作出實驗所需的器材，激發(fā)學生嘗試自己用生活中的器材進行探究的興趣。學生親身經(jīng)過實驗探究的過程，在探究過程中逐步發(fā)展學生的科學思維。

參考文獻：

［1］蔣天林.由科學思維水平劃分談培養(yǎng)科學思維的方法［J］.物理教師，2019，40（02）：15-18.

［2］格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰格.追求理解的教學設計（第2版）［M］.閆寒冰，譯.上海：華東師范大學出版社，2017.

［3］普通高中物理課程標準［M］.人民教育出版社，中華人民共和國教育部，2020.

［4］李春密.核心素養(yǎng)導向的高中物理教學設計［M］.北京：北京師范大學出版社，2019.

［5］任虎虎.指向物理觀念的逆向設計與實施策略——以新教材必修1“超重和失重”教學為例［J］.物理教師，2021，42（07）：23-26.

［6］王長江，李俊永.逆向設計：落實高中物理學科核心素養(yǎng)的可行途徑［J］.物理教師，2020，41（07）：8-10+15.

［7］周洪池.中學物理實驗中的留跡法［J］.中學物理，2008，26（04）：29-31.

作者簡介：吳京羽（1998— ），女，漢族，山東莒縣人，在讀研究生，研究方向：物理學科教學。

*通訊作者：徐曉梅（1963— ），女，漢族，云南昆明人，碩士，研究生導師，主要從事理論物理及物理課程與教學論的教學和研究工作。