逆向教学设计：聚焦深度学习的物理教学*——以“磁体与磁场”为例

□顾健 陆建隆

（1.西安交通大学苏州附属初级中学，江苏苏州215021；2.南京师范大学教师教育学院，江苏南京210097）

1999年，哈佛大学教育学博士格兰特·威金斯和美国马里兰州评估委员会主任杰伊·麦克泰格反思传统教学设计的弊端，提出教学设计应该追求学生理解的理念[1]（Understanding by Design，简称UbD），最好的设计应该以最终学习结果为出发点，明确学习目标，设计相应的评估依据判断学生是否达成目标，最后设计相应的学习体验与活动，这就是逆向教学设计.逆向教学设计强调最终的学习结果，注重及时的学习评价，关注精准定位的体验活动，能够引领教师进行科学规范的教学设计，促进学生深度学习，提高学生的高阶思维能力.

本文以苏科版初中物理“磁体与磁场”为例，聚焦深度学习进行初中物理逆向教学设计，以期能为一线教师有效进行教学设计提供参考和借鉴.

一、基于课程标准和教材 确定教学目标

《义务教育物理课程标准（2011年版）》对本节内容的要求为：“通过实验，认识磁场，知道地磁场.”可以理解为：“通过教师演示实验或学生分组实验，认识磁场的产生、分布和描述；知道地磁场的分布及特点.”

在小学科学[2]中已经学习磁铁，其内容结构如图1.小学科学以学生活动的方式，围绕磁铁开展教学，侧重实物的展示和作品制作，学生经历简单的科学探究过程；重点关注磁铁的性质、构造、种类和生活应用等，利用形象化的图片获取感性认识，建立磁铁的概念.

图1 小学科学磁铁内容结构

初中物理对小学科学的内容进行有效衔接，如图2所示，通过对实验现象的观察、分析和归纳，重新认识磁体的内容体系，包括磁体的性质、构造、非磁体向磁体的转化、相互作用规律种类和生活中的应用等.教材增加了磁化的概念，也为用铁屑探究磁体周围的磁场进行铺垫.通过用小磁针和铁屑探究磁体周围磁场的分布，从小磁针到铁屑的过渡，体现了对实验方案的精准评估，实验过程的优化完善，需要教师激发学生的深度思考.通过实验现象的综合分析，利用理想化模型法认识用磁感线描述磁场.学生首次接触磁体内容，借助“认识磁体”有效衔接，激活学生的求知欲，积极参与探究活动，深化对磁场和磁感线的认识.

图2 初中物理磁体与磁场内容结构

通过实践体验和探究活动需要达到的教学目标有：

（1）通过实验观察和归纳，认识磁体的性质、特点等，养成善于观察的学习习惯；

（2）通过实验探究条形磁体周围的磁场的分布，经历实验优化的过程，培养精益求精的科学精神；

（3）通过体验和总结，知道使用磁感线描述磁场，初步具备理想化模型的思想；

（4）通过阅读理解和信息获取，认识地磁场的分布，培养迁移应用的能力.

二、立足问题解决 评估学生的学习效果

聚焦深度学习的初中物理逆向教学设计，是指向高阶思维能力的培养，通过创设问题情境，开展科学探究活动，为培养学生终身学习的能力奠定基础，是追求理解的物理教学.学生经历科学探究过程达成相应的学习目标，而评估是否完成预期的学习结果显得尤为重要.结合课堂教学实际，设计合适的评估项目，及时反馈学生的学习情况.

针对教学目标的分析，我们将本节课的评估项目具体化，主要包括：（1）使用不同方法辨别区分磁体；（2）能够根据磁场的分布判断常见的磁体类型；（3）通过磁感线知道磁场的方向和强弱等.具体评估项目设计如表1所示.

表1 评估项目设计

三、追求学生理解 设计学习体验与教学

为了实现预期的学习目标，促进学生理解磁场，需要设计合理的体验活动.教学过程既要落实物理课程标准的理念，还要在深度剖析教材的基础上对学生的已有经验进行有效统整，创设贴近学生的物理情境，激发学生的学习热情，利用问题驱动学生完成任务，提升课堂教学效果.

（一）有效创设实验情境，深化对磁体的认识

利用学生的生活经验，采用“转盘抽奖”创设情境[3]，学生看着熟悉，却隐藏玄机.

情境1：将转盘上放一刮掉颜色的小磁针，使得中奖区域位于南北方向，手拨指针抽奖，提问学生其中的奥秘是什么.学生回答：小磁针静止时总是指南北方向.

情境2：请学生再次抽奖，发现此时始终都不能中奖（教师将一小型强磁体放在转盘下方隐蔽处），提问学生这又是为什么.两个情境呈现强烈的对比，与小学科学磁铁的知识有效衔接，并更进一步激起学生的思维碰撞.

“认识磁体”的教学环节如图3，通过五个实验情境由表及里、由形象至抽象逐步递进探索磁场的产生.活动1～3是对小学科学知识磁铁的回忆和丰富，架构完整的知识体系.通过实验现象观察，引导学生发现新问题，认识磁化解释现象.在教材中如图4的基础上，将磁体用铁架台固定，吸起回形针，感受到磁体周围应该存在磁场，但它是看不见、摸不着的.随后进行一组对比实验：用塑料板穿入回形针与磁体之间，回形针不会掉下来；用铁片穿入两者之间，发现回形针掉下来，铁片将这种特殊的物质隔断了，初步认识到磁场真的是存在的.

图3 认识磁体的教学环节

图4 磁体吸引回形针

评估项目1：现有两根用白纸包裹的外形相同的金属棒，分别为磁体和铜棒.请设计实验加以区分.若不增加实验器材如何区分？

设计意图：利用转盘抽奖激发学生学习兴趣，同时进行情感态度价值观的教育，引导学生不可参与非法的抽奖活动.采用常见的实验器材，层层递进的活动将原本琐碎的磁体的相关知识条理化、体系化，帮助学生梳理磁体的知识框架.评估项目以开放性的问题，提升学生的发散性思维水平.通过改变问题的条件，训练学生的高阶思维，提升学生的创新能力.

（二）问题驱动探究活动，深度探究磁场分布

本环节是教学过程中的难点，从探究实验过程中掌握物理知识，学会科学方法，提高科学思维水平，初步形成物理观念.该实验探究需要解决以下五个问题，以此驱动学生活动的开展，实现深度探究磁场的分布，探寻磁场分布的特点.

问题1：小磁针可以探测磁体周围的磁场吗？

活动1：演示用手推小磁针，小磁针转动；用嘴吹小磁针，小磁针转动；用条形磁体靠近小磁针，小磁针转动；类比生活中的形象物体说明小磁针放入磁场中会受力转动.展示图5，风的吹动看不见摸不着，观察小红旗的飘动能够判断风吹的方向.如果磁场有方向，小磁针的偏转情况是不是也可以反映磁场的方向呢？

图5 飘动的红旗

问题2：小磁针如何探测磁体周围的磁场呢？

活动2：将小磁针放入磁体周围某个位置，指针偏转后停止，观察指针指向后，提问学生：你发现了什么规律吗？学生表示需要多次实验寻找普遍规律，所以在该位置放入不同规格的小磁针.学生发现小磁针最终静止时的指向都是一样的，具有特殊的意义，进而定义磁场的方向.

问题3：小磁针取走后磁体周围的磁场还存在吗？

活动3：由于磁场是看不见、摸不着的特殊物质，往往使学生认为小磁针取走后，该位置的磁场就消失了.类比学生的生活经验，在家客厅手机使用WiFi上网，此时客厅上网的位置有无线网络覆盖.提问学生：如果不在客厅上网，客厅这个位置还有网络覆盖吗？

问题4：小磁针探究磁体周围的磁场分布存在不足吗？

活动4：学生用小磁针分组探究条形磁体周围磁场的分布情况，在白纸上标记不同位置的磁场方向.随着小磁针摆放位置的增多，磁场的分布越来越清晰，提问学生有何特点.学生表示能够确定部分位置的磁场方向，但由于小磁针相对较大，无法探测更多位置的磁场的分布，难以找到普遍规律.教师追问有没有更小磁针来完成该实验呢.

问题5：如何用铁屑探究磁体周围磁场的分布？

活动5：该实验的操作技能要求较高，提炼、总结主要操作步骤：放、铺、撒、敲、摆.将条形磁体放在垫高的玻璃板下方的指定框内；在玻璃板铺一张透明玻璃纸，玻璃纸上均匀撒铁粉；轻轻敲击玻璃板，观察铁粉的分布；将小磁针摆入磁体周围，判断该点的方向.

评估项目2：小明在一个圆形不透明纸盒中放了一条形磁体，盒外放了一些小磁针，小磁针静止时的指向如图6所示.请画出圆形纸盒内磁体的大致位置并标出N极和S极.

图6 纸盒周围小磁针的分布

设计意图：由判断物体是否能够探测物体周围的磁场，再到确定某个位置磁场的方向，最后探究磁体周围磁场的分布特点，明确教学活动的主线.该实验要求注意细节的处理，如在撒铁粉时，不宜用调味品的瓶子，铁粉非常细小，会同时洒出很多.可使用一次性纸杯，用针在底部扎一些小孔，撒的时候轻敲杯身，铁粉均匀下落.借助投屏技术，实时记录学生小组合作实验情况，收集实验时出现的问题，分享实验成果.

（三）显化模型建构过程，描述磁场分布特点

通过学生分组实验，提问学生如何表示出磁场的分布，引导学生在玻璃纸上描绘出磁场的分布情况.由于学生实验所用的条形磁体是同一规格的，将不同小组的玻璃纸重叠后，得到条形磁体周围的磁场分布情况几乎是一致的，大部分线条重合.

先后展示学生的实验成果图7和图8，类比光线模型的建立，呈现图9，建构磁感线模型，归纳总结磁感线的特征.利用演示实验观察磁感线的立体化分布，如图10.介绍蹄形磁体磁场的分布.

图7 条形磁体周围铁屑的分布

图8 条形磁体周围小磁针

图9 条形磁体的磁 感线分布

图10 条形磁体周围磁场的立体分布

图11 小球周围 磁场的分布

评估项目3：如图11的小球是一个磁体，根据该磁体周围的磁场分布，你能获取哪些信息？

设计意图：本环节以学生探究条形磁体周围磁场分布的实验为基础，磁感线是一个抽象的概念，类比光线模型，显化模型建构的过程，使得磁感线概念可视化，有助于学生理解.评估项目3是对评估项目2的深化，以开放式问题情境驱动学生获取信息.顺水推舟介绍地球的磁场及其特征，地磁场的研究造就指南针的发明，物理学史的渗透促进学生正确价值观的养成.

初中物理逆向教学设计强调以明确的预期结果为起点，评估证据推动学生体验活动的设计，清晰的目标导向学习任务的高效达成，促进学生的深度学习.以课程标准和教材内容为依据，反思评估证据，创建教学活动，使得教学活动的设计有理可依，具有针对性强、便于操作等特点.基于大概念指导下的逆向教学设计，能够有效发展学生的核心素养.□◢