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０．０１ｓ，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２０ｃｍ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）。