基于理解的逆向教学设计探索

——以高中基础型物理“磁场”单元设计为例

  戴小民

（晋元高级中学  上海普陀  200333） 

摘要：本文以高中基础型物理“磁场”单元设计为例，围绕逆向设计思想、基本问题、理解六侧面、评估核心任务等理念和方案，进行了基于理解的逆向教学设计探索，旨在对设计者的教学研究从传统经验型转向基于理解的实证型，教学从以知识为本转向以核心素养为本提供方法参考和借鉴意义。

关键词：逆向设计 理解 教学

传统物理教学设计主要体现为对教材的解读，重在怎样“漂亮地”完成物理教学内容，大多数物理教师从输入端开始思考教学，即从固定的物理教材、擅长的教法，以及常见的活动开始思考教学，而不是从输出端开始思考教学，即从预期结果开始思考教学。换句话说，大多数教师关注的只是自己的教，而不是学生的学，学习成果的检验也主要体现于教学活动结束后的物理知识检测的分数中。老师们很少思考：学习目标达成的预期目标是什么？我们如何知道学生是否已经达到了预期结果？哪些证据能够证明学生的理解情况和掌握程度？甚至还有一些令老师们感觉到困惑的难题：如何界定理解？如何评估理解？什么样的学习支架能够引导学生理解重要的观点？不管我们组织什么活动或使用哪本教材，学生们怎样才能脱离活动或教材本身去理解。因此，传统教学设计方式正面临变革的迫切要求。在此背景下，基于理解的逆向教学设计作为教学设计目标模式之一，应运而生。

一、逆向教学设计

1999 年，美国课程与教学领域的专家 Grant Wiggins 和 Jay McTighe 在反思传统教学设计之不足的基础上，提出了一种新的教学设计模式——逆向教学设计(Backward Design)，即“从终点——想要的结果(目标或标准)开始，根据标准所要求的学习证据(或表现)和用以协助学生学习的教学活动形成教学”^[1]。“逆向教学设计把课程作为达到既定学习目标的手段，将教学看成是将注意力集中于特定主题、使用特殊资源、选择特殊的学习指导方法、以达到既定的学习目标的过程”。^[2]强调以清晰的学习目标为起点，评价设计先于教学活动设计，指向促进目标的达成。其过程主要由三个阶段组成，确定预期学习结果，确定合适的评价证据，设计学习体验^[3]。与很多常见的做法不同的是，逆向设计要求设计者制定目标之后思考以下问题：什么可以用来证明学习目标的达成？达到这些目标的证据是什么样的？教与学所指向的、构成评估的表现性行为是什么样的？只有回答了这些问题，才在逻辑上导出合适的教学和学习体验，从而使学生成功地完成学习任务，达到内容标准的要求。

二、何为理解

在物理教学中，我们所谈到的理解是指把握内在逻辑联系，与已有知识建立联系，进行解释、推断、区分、扩展，提供证据；收集、整理信息等。Grant Wiggins 和 Jay McTighe认为：理解是智力层面的构建，就是将我们的知识联系和结合起来，从而弄清楚事物的含义（如果没有理解，我们可能只会看到含糊、孤立的或无用的事实）^[4]。理解意味着能够智慧地和有效地应用与迁移——在实际的任务和环境中，有效地运用知识和技能。当我们理解时，我们能够灵活自如地运用知识，而不是僵化刻板的回忆和再现。

理解是多维的和复杂的，内涵也不是单一的，而是一系列相关联能力的组合。Grant Wiggins 和 Jay McTighe形成了一个关于理解的多侧面视角，即理解六侧面^[5]，他们认为：当学生真正理解时，他们将会表现出：

●能解释：恰如其分地运用理论和图示，有见地、合理地说明事件、行为和观点。通过归纳或推理，系统合理地解释现象、事实和数据；洞察事物间的联系并提供例证。

●能阐明：演绎、解说和转述，从而提供某种意义。

●能应用：在新的、不同的、现实的情境中有效地使用知识。

●能洞察：批判性的、富有洞见的观点。

●能神入：感受到别人的情感和世界观的能力。

●能自知：知道自己无知的智慧，知道自己的思维模式与行为方式是如何促进或妨碍了认知。

三、基于理解的逆向设计的高二物理教学案例

基于理解的逆向设计强调以目标为起点和归宿，视教学为学习目标达成的手段，这与基于课程标准和核心素养的教学理念相符，也受到学术界越来越广泛的关注和重视。那么，高中物理教学中究竟应该如何进行逆向教学设计呢?如何在各种设计活动中追求学习的理解？如何采用理解六侧面评估教学？在这里，我以沪科版教材高二物理第十单元“磁场”为例，尝试使用基于理解的逆向设计模板进行探索研究实践，具体从下面三个阶段展开设计。

1.阶段1  确定预期学习结果

阶段1的内容包括单元教学目标，目标转化后的基本问题，预期的学习结果又包括预期的迁移和预期的理解，将要掌握的知识和技能。

（1）确定的单元教学目标

“磁场”单元目标由物理学科核心素养目标和物理学科课程标准统整而成。

统整后的单元教学目标是：

①学生将了解磁场是一种物质，知道磁体和电流周围磁场的空间分布；

依据的核心素养目标是：物理观念——从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华。课程目标：知道磁感线；知道电流的磁场。

②学生将能用磁感线定性描述磁场和用磁感应强度或磁通量定量描述磁场；

依据的核心素养目标是：科学思维——从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等科学思维方法的内化。课程目标：理解磁感应强度，理解磁通量，理解磁感应强度与磁通量的关系。

③学生将能通过实验探究得出判断电流、磁场、作用力三者关系——左手定则；

依据的核心素养目标是：实验探究——提出物理问题，形成猜想和假设，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。课程目标：理解左手定则，会用它来判断磁场力的方向。

④学生会利用磁场对电流的作用原理制作简易电动机。

依据的核心素养目标是：科学态度与责任——在认识科学本质，理解“科学·技术·社会·环境”（STSE）的关系基础上逐渐形成的对科学和技术应有的正确态度以及责任感。课程目标：学生会联系力学的相关知识，解决简单的实际问题。

（2）列出我们需要思考的基本问题

①磁场是什么，磁场有什么性质？

②如何描述磁场？

③磁场对电流的作用力方向与哪些因素有关？如何判断磁场对电流的作用力方向？

④这种作用力在生活中有什么应用？

（3）预期的学习结果

预期的迁移是什么？

①学生将磁场的空间分布判断迁移到复杂情景中的磁场对电流的作用判断；

②学生将左手定则应用迁移到一般情况下的磁场、电流、作用力方向的相互判断；

③学生将磁场对直导线作用迁移到对电动机原理和结构的理解、并制作出简易电动机。

预期的理解是什么？

学生将会理解：

①磁场的性质是对放入其中的电流有力的作用；

②描述磁场的模型或物理量——（包括磁感线、磁感应强度、磁通量）；

③左手定则；

④磁场对电流的作用力在生活中的应用。

要获得哪些重要的知识和技能？

学生将会知道：

①磁场是一种物质；

②磁感线的特点；

③磁感应强度、磁通量的概念；

④磁场对电流的作用力；

⑤直流电动机。

学生将能够：

①用右手螺旋定则判断磁场的方向；

②用左手定则判断作用力的方向；

③自己动手制作简易电动机。

2.阶段2 确定合适的评价证据

我们如何知道学生是否已经达到了预期结果？哪些证据能够证明学生的理解和掌握程度？要根据收集的评估证据来思考单元或课程，而不是简单地根据要讲的内容或是一系列学习活动来思考单元或课程。

（1）表现性任务

绘制图像——熟练画出磁铁、电流周围的磁感线分布；

口语报告——能用逻辑模式表达出运用右手螺旋定则和左手定则解决问题的过程；

动手制作——能用一些导线、磁铁、电池等器材，制作简易电动机。

（2）其他证据

（例如：测试、小测验、简答题、观察报告）

小测验——磁场对电流作用力的方向判断；对磁感应强度、磁通量的概念的理解；

简答题——描述磁感线的特点，描述磁场与磁通量的关系；

观察报告——右手螺旋定则和左手定则的运用。

（3）学生的自我评价和反馈

①自评磁感线空间分布图样的绘制情况；

②自评右手螺旋定则和左手定则的熟练程度；

③自评制作简易电动机的过程、互评作品表现。

（4）使用理解六侧面建立对理解的评估证据

什么证据能够帮助学生更全面地洞察他们的理解程度？从哪些维度可以“判定”学生的理解？这一直物理教学的难点。本文尝试根据Grant Wiggins 和 Jay McTighe的理解六侧面理论，设计对磁场单元概念的理解的评估侧面。

①评估理解磁感应强度的侧面

真正理解磁感应强度的学生应该：

侧面1：能解释引入磁感应强度的意义；

侧面2：能阐明磁感应强度定义方法，磁感应强度由场源来决定，与力、电流、导线长度无关；能阐明磁感应强度与磁通量的关系。

侧面3：能应用描述磁感应强度描述磁场，并能迁移到力学问题和磁通量计算的情景中去。

侧面4：能洞察磁感应强度定义时特殊条件（垂直）。

②评估理解磁通量的侧面

真正理解磁通量的学生应该：

侧面1：能解释引入磁通量的原因；

侧面2：能阐明磁通量定义，能阐明磁通量与该平面所在位置的磁感应强度、及平面的面积之间的关系。

侧面3：能应用磁通量的表达式计算通过某一截面的磁通量的大小。

侧面4：能洞察磁通量正负的特殊性。

③评估理解磁场对电流的力的作用的侧面

真正理解磁场对电流的力的作用的学生应该：

侧面1：能解释放在磁场中的通电导线运动的原因；

侧面2：能阐明左手定则的内容；

侧面3：能应用左手定则判断磁场、电流、作用力三者方向，能迁移到生活应用中去（制作简易电动机）。

侧面4：能自知，即应用左手定则解决问题时，能自信地进行自我评估和有效地自我调节。

3.阶段3  设计学习体验和教学

在头脑中有了清晰明确的结果和关于理解的合适证据后，就该全面考虑最适合的教学活动了。在逆向设计的第三个阶段，我们必须思考几个关键问题，如果学生要有效地开展学习并获得预期结果，他们需要哪些知识（事实、概念、原理）和技能（过程、步骤、策略）？哪些活动可以使学生获得所需的知识和技能？根据表现性目标，我们需要哪些内容，指导学生做什么，以及如何用最恰当地方式开展教学？要完成这些目标，哪些材料和资源是最合适的？哪些可以看作实际证据来证明学生已经真正掌握了学习内容？怎样设计学习才能使学习者通过应用和反馈来发展能力？只有在我们明确预期结果和评估证据，搞清楚它们意味着什么之后，才能真正做好教学计划的细节——包括教学方法、教学顺序，以及资源材料的选择。

（1）本阶段的活动以WHERETO元素中相应的字母为活动编码。例如：

W=where了解单元学习的方向和预期结果(what)。

H=Hook把握(hook)学生的情况和(hold)学生情趣。

E=Equip代表知识的体验观点的探索。

R=Rethink/Revise反思和修改。

E=Evaluate允许学生对自己的作业和应用进行自评、互评。

T=Tailored根据学生个体的需求、兴趣和能力来进行设计作业和活动。

O=Organized组织教学使其最大限度地提升学生的学习动机与持续参与的热情，提升学习效果。

（2）本单元的活动顺序如下：

（3）课时分配：

四、理解与逆向设计对教学的关键启示

通过对“磁场”单元的教学设计的研究与探索，我感悟最为深刻的有以下三点：

1.教学设计从关注教材走向关注课程标准和学科核心素养

传统物理教学设计往往从教材出发，根据对教材的解读而设计教案，进而开展教学活动，重在完成既定的教学内容。但教材只是用以达到目标或标准的教学素材，并非目标或标准，对同一个素材的解读是多样的，教学如果依赖于教师对教材的解读和判断，就会出现“教师人人即标准”的局面，导致教学的主观随意性。本次设计通过统整物理课程标准和学科核心素养得到教学目标，根据标准中所要求的相应的学习结果制定学习目标、设计确定合适的评价证据、再根据证据的需要设计教学活动。通过整合，学习磁场的目标更适切，指向更明确，教师也就可以依此判断自己班学生已有的学习经验和目标之间的距离，再安排相应的物理教学活动，使物理教学成为发现证据、接近目标的过程，物理教师也就可以根据所发现的证据判断学生的实际掌握情况，进而检验自身的教学效果，并根据实际情况作出调整。

2.教学设计需要为理解而设计，需要找到理解的证据

在将“理解学习”等同于“信息传递”时，我们会对物理学习长期存在误解：学生开始相信它们要做的就是熟记要理解的内容以便日后能够回忆起来，好像它们只是事实而已。如果教学目标是理解，那么我们必须积极根除这种对物理学习的误解，帮助学生领悟到我们期望它们做的不仅仅是接受知识——还要在有问题的、隐性的地方发现意义。追求理解的物理教学逆向设计，物理教师应该首先认真思考这样几个问题：我们真正想让学生理解些什么？我们能做些什么帮助学生构建这些理解？教师如何在学生的表现中找到理解的证据？这些问题是沟通理解性学习的教学框架与教学实践的桥梁。物理教师只有在很好地思考这些问题之后，才能真正把握住理解性学习的教学设计的方向，才能真正做到为理解而教。

3.目标、评价与教学的一致，是目标达成的根本保障

追求理解的逆向教学设计所倡导的围绕物理学习目标组织教学活动，强调目标、教学与评价的一致性，有力地促进了课程标准和核心素养在教学中的落实，物理教学的指向性也更加明确。即“方向由目标所规定,目标源于物理课程标准与核心素养的整合、评估设计先于课程设计、指向学生学习结果的质量”^[6]。因此评价的设计至关重要，评价任务的设计依学习目标达成所需要的证据来定，学生当前的学习状况则需要教师借助教学过程中的评价来获知。评价不应是教学结束后的简单检测，而应在教学活动设计前就设计好，以便评价任务嵌入教学活动的设计中，形成“教学——评价——教学”的螺旋式上升环。这样一来，目标、评价与教学之间的一致性就得以体现，也就为目标的达成提供了根本保障。

参考文献

[1]Tasmanian Department of Education.Principles of Backward Design [EB/OL].

http://www.ltag.education.tas.gov.au/planning/models/princbackdesign.hrtn.2010-9-17.

[2] [美] 格兰特.威金斯，杰伊.麦克泰.理解力培养与课程设计[M]．北京：中国轻工业出版社，2003：12．

[3] [5] [美]格兰特.威金斯，杰伊.麦克泰.追求理解的教学设计[M].闫寒冰，宋雪莲，赖平，译.上海：华东师范大学出版社，2017:18.

[4]上海市中小学(幼儿园)课程改革委员会.上海市中学物理课程标准(试行稿)[S].上海教育出版社，2006:46.

[6]崔允漷.课程实施的新取向:基于课程标准的教学[J].教育研究,2009(1).

发表《物理教学》2017年11期，2018年2月被人大附报刊复印资料中心全文转载。