追求高中物理深度学习的逆向教学设计

摘 要：高中物理深度学习是对新、旧物理概念的理解和整合，学生运用批判性思维进行知识迁移，能有效促进沟通和协作能力的养成。深度学习是形成高中物理核心素养的基本途径，是逆向教学设计的目标和有效教学的深刻体现。以学生为中心，以“动量定理”为例提出相应教学策略：对比实验，激发学习热情；拓展延伸，提升安全意识；问题导向，引导情境创设；验证实验，明晰定理应用；回顾历史，感受概念演变；开放教学，体验实践探索。

关键词：深度学习；逆向教学；动量定理

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2024）12-0031-4

传统教学设计往往侧重于教师想讲授的内容。而逆向教学设计则首先基于学情来明确预期的学习结果：以学生为教学主体，制订适合学生且具有可行性的学习结果。随后，根据设定的预期结果，在教学活动前建立评估证据：设计多种形式的评估任务来收集评价证据，并以此设立评价标准。最后，根据预期结果和评估证据来设计学习任务，规划教学计划。总之，逆向教学设计分为三个阶段：阶段１——预期结果：坚持成果导向和知识迁移，以学生的认知为前提，预设学习结果；阶段２——评估证据：通过课前、课堂以及课后表现等证据进行学习评估；阶段３——学习计划：从教师的目标和学生期望的结果出发，逆向设计并应用到学生的课堂学习中［１］。

１ 基于深度学习的逆向设计

采用ＵbＤ理论开展教学设计，助力学生实现高中物理的深度学习。表１为基于ＵbＤ理论的“动量定理”逆向设计［２－３］。

２ 基于深度学习的教学实施策略

２．１ 对比实验，激发学习热情

教学片段１：在“动量定理”的导入环节中，引入生鸡蛋在空中掉落的场景，并进行两组实验。第一组实验将生鸡蛋置于无海绵的头盔中，用不透明的布包裹头盔进行视野遮挡，于空中释放；第二组实验将生鸡蛋置于有海绵的头盔中，同样用不透明的布包裹头盔，于空中释放。猜测这两组实验中的生鸡蛋最终是否破碎？

学生猜测：有的认为生鸡蛋都会破碎；有的认为置于无海绵头盔中的生鸡蛋会破碎，置于有海绵头盔中的生鸡蛋不会破碎。

教学意图：设计对比实验，培养学生的对比意识，为学生的认识提供更直观的事实依据。通过创设贴近学生生活的实验，激发学生学习的热情。

２．２ 拓展延伸，提升安全意识

教学片段２：生活中，电动自行车已成为大众短途出行的首选，但不佩戴安全头盔或者不正确佩戴安全头盔的情况普遍存在。在新课导入环节，将鸡蛋置于有海绵的安全头盔中，鸡蛋未破碎。以此为例提醒学生在骑电动车上路时要正确佩戴安全头盔。

教学意图：在教学过程中，渗透相关安全知识，以帮助学生更有效地形成安全意识，从而达到安全教育的目的。

２．３ 问题导向，引导情境创设

教学片段３：物体发生碰撞后，动量发生变化。那么，谁是引起动量变化的原因？教师引导学生简化问题，创设情境（图1）。

情境：假设一质量为m的物体在光滑的水平面上受到恒力F的作用，做匀变速直线运动。在初始时刻，物体的速度为v，经过一段时间Δt后，物体速度变为v'。

基于此情境提出问题“谁是引起动量变化的原因”，此时学生已经能够很好地理解教师的问题，深思熟虑后，就能快速得出正确结论。

教学意图：在高中物理教学过程中，教师要以解决问题为导向，培养学生将复杂问题合理简化的思维方法，并引导学生创设简化的情境。

２．４ 验证实验，明晰定理应用

实验１：将力传感器的感应端口竖直向下固定于铁架台上，细绳一端紧绑住熟鸡蛋，另一端悬挂于感应端口（图2），将数据采集器和传感器相连并接入计算机。打开ＤＩＳLａｂ实验软件中的“通用软件”，设置数据采集的时间间隔为０．０１ ｓ，将鸡蛋竖直提升一定高度后静止释放，记录传感器从有力（鸡蛋自由落体结束）开始到受力首次最大（鸡蛋速度为０）时的信息［4］，再通过计算机软件计算出该时间段拉力的冲量IT。

规定竖直向下为正方向，当传感器有受力时，速度为v=；当传感器受力首次最大时，v=0。根据动量定理

mgt-IT = 0-mv

通过多次实验，总结出实验数据（表2、表3）。

反思：实验存在一定的误差，分析造成误差的几个原因：

（１）绳子绷紧时，力传感器发生晃动；

（２）鸡蛋被提升的高度与２０ ｃｍ有偏差；

（３）作用时间的框选，通过软件积分得出拉力冲量的过程，都可能存在误差。

结论：在实验误差范围内，变力情况下的动量定理同样成立。

设计意图：通过理论探究理解合力冲量的求解方法，而实验探究则更直观地验证了变力下的动量定理。通过理论推导和实践探究相结合，引导学生揭示动量定理的适用条件。

实验２：用橡皮绳替换细绳，再做相同的实验操作。让质量相同的鸡蛋重做相同高度下落的自由落体运动，控制动量的变化量相同［5］。采集传感器受力大小随时间变化的信息，并从中提取拉力峰值和作用时间（表４）。

比较两组实验的作用时间发现，橡皮绳作用时间更长，而拉力峰值相对细绳要小，因此，可以通过延长时间来起到缓冲作用。再让学生谈谈生活中的缓冲现象，并抛出问题让他们思考如何解决该问题。例如，相同条件下，如何用铁锤更有效地将钉子敲进木头里？

设计意图：借助相同实验器材，引导学生形成资源利用最大化的观念。同时，通过理解缓冲现象的原因，引导学生运用缓冲知识来解决实际问题。

２．５ 回顾历史，感受概念演变

回顾动量概念的建立过程：它是在量度物体运动的研究中引入并逐步发展的。学生通过了解科学家对量度运动的探索历程（图3），学习科学家的探究方法和探索精神，感受一个物理概念的演变过程。

２．６ 开放教学，体验实践探索

课程最后，给学生创设一个课题“如何设计一个实验，让从高处静止释放的鸡蛋在落地后不碎”。学生提出实验方案：

学生１：给鸡蛋绑上降落伞，降低鸡蛋落地前的动量，减少动量变化量。

学生２：在地面附近拉开一块布片，让鸡蛋落在布片上，增加缓冲时间；

学生３： ……

设计意图：通过实验培养学生的探索精神和科研能力，将理论运用于实践。学生在含有诸多变数的实验中感受不完美，经过深刻反思后调整实操，最终达成目标，为形成严谨的思维和较强的动手能力打下基础。

３ 结 论

逆向教学设计为教师提供了一种以“学生为中心”的教学理念，也就是教学从教师主体向学生主体转变，从首要思考教什么和怎么教向考虑学生要实现什么样的学习结果转变。瞄准学生深度学习的培养方向，先制订预期学习结果，接着设计评估证据去全面评估学生是否取得了相应的学习成果，最后进行教学设计。这样才能形成更适合学生需求的教学行为，从而实现对学生更为有效的教学。

参考文献：

［１］格兰特·威金斯，杰伊·麦克泰格．追求理解的教学设计（第二版）［Ｍ］．闫寒冰，宋雪莲，赖平，译.上海：华东师范大学出版社，２０17．

［２］任虎虎．指向物理深度学习的逆向教学设计与实施——以“变压器”教学为例［Ｊ］．教学月刊·中学版（教学参考），２０２０（６）：12-16．

［３］任虎虎．指向物理观念的逆向设计与实施策略——以新教材必修１“超重和失重”教学为例［Ｊ］．物理教师，２０２１，４２（７）：23-26．

［4］金伟．变力作用下动量定理的实验验证［Ｊ］．中学物理教学参考，２０２１，５０（２）：６２－６３．

［5］李炳楠．动量定理实验的创新设计［Ｊ］．中学物理教学参考，２０２０，４９（７）：４４－４６．

（栏目编辑 邓 磊）

收稿日期：2024-08-10

基金项目：浙江省玉环市教科规划课题“ＳＥＣＩ理念下高中物理教学实践研究”（２０２４ＹＧ０１６）。

作者简介：李晓峰（１９９４－），男，中学二级教师，主要从事高中物理教学工作。