基于马扎诺教育目标分类学的教学设计

吕林果 刘仕飞 王骋

摘   要：基于在国内外享有声誉的马扎诺教育目标分类学，以“牛顿第一定律”为例编制马扎诺学习目标并构建教学设计。在教学过程中充分挖掘相对完整的全过程、全景式物理学史，以促进学生深度学习建构横纵全方位的物理图式，达到高等级学习目标，提升物理核心素养。

关键词：学习目标;物理学史;核心素养;牛顿第一定律

教学要有确定的目标，学习目标可明晰课程标准、提供教学设计的重点，指导教师和学生的行为。马扎诺教育目标分类学根据心理学最新研究进展，建构知识与思维两个维度的学习框架体系，是21世纪以来较为前沿的教育目标分类法成果。基于马扎诺教育目标分类学编制的学习目标可以明确从基础目标到标准学习目标再到复杂认知目标清晰而全面的过程。马扎诺表现量规[ 1 ]如表1所示。

以“牛顿第一定律”为例构建基于马扎诺教育目标分类学的教学设计如下。

1 教学分析

1.1  教材分析

牛顿运动定律阐明了力与运动之间的关系，是动力学的基础，对培养学生的运动与相互作用观至关重要。牛顿第一定律的发展过程蕴含有丰富的物理学史，其所包含的科学探究过程、科学思维方法以及人文精神对提升学生的核心素养有重大作用。根据《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》，对牛顿运动定律的内容要求是：理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中有关现象、解决有关问题[ 2 ]。

1.2  结合课标编制基于马扎诺教育目标分类学的学习目标

针对物理核心素养的四个方面，编制学习目标如表2所示。

2  教学过程

2.1  亚里士多德的观点

温故激疑：我们第二章学习了运动学，第三章学习了力学。那么请同学们思考以下问题：若给定了某物体的运动状态，该物体为什么会出现这样的运动状态，它受到了那些力的作用呢？反过来，若物体受到了某些力的作用，这些力对它的运动状态又有怎样的影响呢？即力与运动之间存在怎样的关系呢？

对于这个关系探讨要追溯到古希腊时期的亚里士多德，他通过观察日常生活比如马拉车等情境，提出了自己的观点。同学们也可利用身边物体进行实验，探究力与运动的关系。

进行实验：推拉日常身边物体（粉笔盒、课本、书包、文具袋、学生桌椅）

凭日常生活经验，直观现象上，得出观点：要使一个物体运动，必须推或拉它。

教师讲解亚里士多德所处的时代背景：亚里士多德是希腊三哲之一，而古希腊是奴隶制国家。在奴隶主们看来，只有“仰望星空”这类事情才是最高贵的，而从事体力劳动是卑贱的[ 3 ]。所以他同当时大部分思想家们一样只是通过观察日常生活情境，简单思考得出结论，而非动手实验去探究科学。根据日常生活经验，他区分了两种运动：“自然运动”和“反自然运动”，比如石块下降、蒸汽上升等，各个物体都有其自然。而对于“反自然的运动”的原因，他认为是存在推动者对其施加了力的作用。

教師引导学生自主总结亚里士多德的研究方法：对自然界直观观察→简单思考→得出结论。并请同学们思考亚里士多德的结论是否正确，尝试设计实验，并提出自己的观点。

教师演示平面小车实验：

对比以上实验：无轨道时如图1所示，推车时车才会运动;有轨道时如图2所示，给车一个初速度之后，虽未再施加推力但小车还会维持运动一段时间。教师请学生们根据实验现象重新思考力是否是维持物体运动状态的原因，并抛出疑问：其他科学家先辈们是如何探索力与运动之间关系的呢？激发学生求知欲。

过渡环节：

教师通过历史讲解过渡到伽利略：亚里士多德之后，随着基督教的慢慢传播，其影响力扩大，从基督教神学看来，上帝创造了自然，并同时也为自然设定了特定的规律，而人们需要通过科学探寻自然规律。在当时所有职业中，人们认为只有科学研究最有可能养成宗教美德，是最能荣耀上帝的天职[ 4 ]。这就促使许多学者探寻自然规律提出自己的见解。对于亚里士多德的错误判断，发现有力线索并运用科学方法揭示本质的神探是伽利略。那么伽利略是如何一步步侦破的呢？他发现了什么线索又通过什么有力证据来破案的呢？

2.2  伽利略的探究

伽利略（1564年-1642年）观察到：当球沿斜面向下运动时速度增大，沿斜面向上运动时速度减小。由此猜想：当球沿水平面运动时，它的速度应该不增不减。

教师演示实验：

a. 小球沿轨道向下运动时速度增加。

b. 小球沿轨道向上运动时速度减少。

c. 有初速度的小球沿水平轨道运动时会逐渐停止。

教师让同学们思考水平轨道上一定初速度的小球为什么会逐渐停止，为什么与伽利略的猜想不一致呢？同时提出伽利略的看法：这是摩擦力导致的结果。若水平面光滑，球没有受到摩擦力的作用，它将一直运动下去。伽利略在其著作《两门新科学》中用图3进行解释，假设斜面光滑，若小球从A点沿AB落下，则小球会以在B点获得的速度沿BC到达初始高度的C点;若减小BC倾角至BD，小球会同样到达初始高度D点，只是滚得越远和所用时间不同而已;假设把斜面放平，若斜面无限长，小球将会永远运动下去。

教师展现伽利略实验：由于各学校条件各异，教师可选择最优方案展现。

方案一：运用数字化实验器材。

教师可以利用诸如朗威DISLab系统，运用伽利略实验相应器材和软件进行实验。

方案二：运用传统实验器材。

方案三：运用网上视频资源。

过渡环节：

教师引导学生自主总结伽利略把实验与逻辑推演相结合的科学探究方法：观察现象提出问题→猜想假设→逻辑推演→实验检验→形成理论。使学生明白科学知识是以实证作为基础的。接下来说明伽利略在概念上存在问题，他认为直线运动只限于水平面上的运动，并且认为匀速圆周运动状态也属于物体的固有属性。伽利略的欠缺得到了笛卡儿的修正。

2.3  笛卡儿的贡献

笛卡儿（1596年-1650年）在《哲学原理》中指出，除非物体受到外因的作用，物体将永远保持其静止或运动状态。笛卡儿从简单性出发，认为不受外力保持运动状态的物体永远不会使自己趋向曲线运动，而只是保持在直线上运动。但他完全是从哲学角度思考的，他认为是上帝在创造物质之初就赋予其运动和静止状态，除非它们受到外部原因的影响[ 5 ]。

过渡环节：

虽然笛卡儿提出的定律正确，但其思想带有神学色彩，缺乏科学性。真正科学表达该定律的是牛顿。

2.4  牛顿的集大成

经过亚里士多德的萌芽时期，伽利略、笛卡儿的发展，牛顿（1643年-1727年）集大成在《自然哲学之数学原理》中正式科学地提出了牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

教师讲解牛顿第一定律所包含的两方面内容：前半句阐述惯性的内涵，后半句阐述力是改变物体运动状态的原因。讲解惯性时包含有定义、物理意義和影响因素三方面。讲解力是改变物体运动状态的原因后，可扩展到力是改变物体速度的原因，并列举实例进行说明（只改变速度大小时;只改变速度方向时;速度大小、方向均改变时），加深学生理解;根据速度与加速度的关系又可扩展到力是改变加速度的原因，为牛顿第二定律的学习作铺垫。

2.5  小结

教师总结牛顿第一定律的历史发展过程，从亚里士多德的自然哲学到牛顿的经典力学，使学生明白任何事物的发展都是前进性与曲折性相统一的过程。另外对比亚里士多德和伽利略的研究方法，强调伽利略科学探究方法的重要地位，爱因斯坦赞扬其探究方法标志着物理学的真正开端，启发学生要发扬其不惧权威、敢于质疑批判创新的品格。教师也要强调学生应学会辩证的看待历史人物，要全面具体地分析，提高学术修养，亚里士多德所处的时代生产水平低并缺乏探索经验，但他依旧善于观察自然现象，思考分析，其作用是不可磨灭的，对科学发展有重要影响。

3  总结与反思

基于马扎诺教育目标分类学构建的连续而完整的学习目标体系，可促使教师优化教学设计，监测学生所达到的标准，调控教学安排，反思改善教学实践;可促使学生结合马扎诺表现量规明晰自身所达到的水平，指引学习方向。历史是人类文明的记录，相对完整的全过程、全景式物理学史，可以使学生身处物理科学大厦建造过程中，建构横纵全方位的物理知识图式，发展高阶思维，提升核心素养。本文基于马扎诺教育目标分类学构建的“牛顿第一定律”教学设计，充分挖掘物理学史，以期对物理教师在教学中有参考与借鉴作用，共同为提高学生核心素养而奋斗。

参考文献：

[1] 卡拉·摩尔，莉比·H.加斯特，罗伯特·J 马扎诺.编制与使用学习目标和表现量规：教师如何作出最佳教学决策[M].管颐译，郑州：大象出版社，2018：19.

[2] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020：13.

[3] 郭桂周，于海波.“牛顿第一定律”物理学史辨——兼论宗教对近代科学起源的推动作用[J].物理教师，2012，33（11）：53-54.

[4] 陈运保，赵亮.牛顿第一定律的发展历史及其教育价值[J].物理教师，2016，37（7）：32-35.

[5] 郭奕玲，沈慧君.物理学史[M].北京：清华大学出版社，2005：12.