学习目标驱动设计模型在高中物理教学设计中的应用，本文主要内容关键词为：教学设计论文,模型论文,高中物理论文,目标论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中学物理课程的总目标是提高全体学生的科学素养，促进学生的全面发展，为学生的终身学习奠定良好基础。教学设计是实现这一目标的关键环节，同时也是连接教学理论研究和教学实践的桥梁。基于教学设计模型进行教学设计，有助于教师在设计过程中有更清晰的设计思路，对影响教学的各要素有更全面的考虑，也更便于对教学设计进行评价和反思。本文介绍面向物理、化学等学科的学习目标驱动设计模型（Learning-Goals-Driven Design Model，以下简称LGD设计模型）。先对模型做简单介绍，然后以高中物理《静电与生活》一课作为案例，展示应用此模型的教学设计流程，反思教学设计模型对教学实践的指导作用。
一、LGD设计模型介绍
学习目标驱动设计模型由Joseph Krajcik，K.L.McNeill和B.J.Reiser在美国国家科学基金会IQWST（Investigating and Questioning our World through Science and Technology）项目资助下，历时近十年设计和反复修改而成。已经在多个州进行实践，取得了大量反馈信息和良好的教学效果[1]。LGD设计模型主要分为学习目标的设定、教学开发设计和教学反馈三大设计阶段（如图1），每个阶段下又分为若干子步骤。该模型主要面向研究性学习课程，指导教学材料的开发和教学设计，力图将美国《国家科学教育标准》和课程学习紧密结合，并通过教学反馈改进目标设定与材料设计。
LGD设计模型源于美国著名的教育心理学家加涅提出的ISD模型（Models of Instruction Design）。ISD模型基于行为主义理论，并结合了认知加工观点，一般包括分析、设计、开发、实施和评估五个环节[2]。LGD设计模型在此基础上进行了进一步的发展。首先，是基于对科学学习特点的相关研究，更具有学科针对性。即ISD模型并不面向某一具体学科，而是一般的指导性设计框架。LGD设计模型针对科学学习的特点，更加强调探究过程在学生知识建构中的作用，通过良好的探究材料（包括文本、实验和多媒体等）设计实现“做中学”。其次，LGD设计模型结合了概念理解和认知表现的研究成果，能更好地为学生架构起认知发展的桥梁。
二、《静电与生活》设计案例
下面将以《静电与生活》作为案例，展示基于LGD设计模型的课堂设计。由于本文的重点在于介绍如何使用LGD设计模型对现有课程和教材框架下的教学进行设计，这里只展示了基于LGD设计模型的课堂设计，即图1中的前两大步骤。学生使用的是“沪科版”教科书，《静电与生活》一课是在学生进一步系统学习电场前，力图通过以学生活动为主体的教学，让学生基于电荷间相互作用的知识，建立起科学概念与生活情境的有意义关联。[3]
1.学习目标的设定
如何“从标准到学习目标”是LGD设计模型最核心的内容，也是左右教学设计成功与否的关键。在美国，LGD设计模型以美国《国家科学教育标准》为核心确立学习目标。我国《普通高中物理课程标准（实验）》（以下简称《课程标准》）与美国《国家科学教育标准》地位相当，是高中物理教学的纲领性文件。它规定了课程结构及课程内容，是实施课堂教学和制定评价标准的依据。按照LGD设计模型，学习目标的设定分为两个子步骤：（1）要确认和析解《课程标准》；（2）根据析解的标准开发学习表现。
（1）确认和析解课程标准
确认该节课所涉及的课程标准是LGD设计模型的第一步。《静电与生活》所在的章主要涉及两条内容标准[4]：“①了解静电现象及其在生产和生活中的应用。用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象。②知道点电荷，体会科学研究中的理想模型方法。知道两个点电荷相互作用的规律。通过静电力与万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性。”《静电与生活》这节课力图达成课标要求的第一条“了解静电现象及其在生产和生活中的应用。用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象”[4]。这一条包括了两点要求，第一点是“了解静电现象及其在生产和生活中的应用”，属“了解”水平。第二点是“用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象”，属“理解”水平。
课程标准的析解（Unpack）是指将课程标准中的概念进行分解，对课程标准涉及的活动明细化，为随后据此设计学习表现奠定基础。本节课确立了以下五个课时教学目标：①描述生活中的静电现象。②针对实例能说出静电现象的特征及微观机理。③关注静电现象在生活生产中的应用，知道相关的物理原理，认识人类社会在发展过程中如何适应自然，建立人类必须与自然相互依存、和谐发展的意识。④通过实验探究，知道避雷针的工作原理，体会科学探究的基本方法，掌握对比法、理想化法等科学方法。⑤了解静电产生的现象给生活带来的危害。能从事物的两面性认识静电的利与弊，知道怎样趋利避害，领悟学习静电知识的意义和价值。
（2）开发学习表现
教学的目的是促进学生发展，所以学习表现（Learning Performance）的开发设计也要基于学生对生活中现象的已有认识（包括正确认识和迷思概念）、已经掌握的科学知识和探究技能。
在本节课之前，学生通过初中电学知识的学习已基本了解两种电荷、电荷量、带电和摩擦起电几个基本概念，知道电荷之间相互作用的定性规律，但没有结合静电现象进行解释、分析。初中的化学知识也介绍了基本的物质微观结构，以及原子的结构。但学生对电现象的微观本质缺乏分析和清晰的理解，例如：电中性。本节课之前学生又学习了电荷守恒定律、三种起电方式和库仑定律的相关知识，对生活中的静电现象也有一定的感性经验。对于“电荷之间的相互作用”学生并不陌生，但由于还没有接触到“电场”的概念，还不能利用“场”来思考和解释问题。高一的学生学习已有一定的概念抽象能力和自主实验设计能力，因此本节课可以设计学生探究实验。
通过进一步的观察和访谈，我们获知学生对本节课所涉及的内容往往存在以下迷思概念：一些学生会认为“金属导体中正负电荷都能移动”。在使用验电器时，学生都是将橡胶棒与验电器直接接触，访谈中学生回答“这样是为了使验电器带电”，当进一步追问不接触就不能使验电器工作吗？很少有学生能想到感应起电也能使验电器工作。当让学生描述感应起电时，学生表现出较大困难，一些学生说“感应起电是电荷隔空传导到了另一个物体上”。这反映了学生对感应起电的原理的认识是模糊的。另外，许多学生不认为大地是导体，还有一些学生认为大地是电中性的等。
对前面的目标析解和学情分析做进一步的归纳，可以据此设定这节课的学习表现。由于学生在生活中对静电现象并不陌生，对于目标1教师只需提出问题，稍加引导就能顺畅的完成。据此提出学习表现（1）——识别、并举例说出生活中的静电现象。
对于目标2，虽然初中时没有要求学生解释静电现象，但是结合初中的化学知识和高一本章前两节的知识，学生应该能够从微观机理进行思考并做出简单解释。此处设置情景引导学生逐步深入思考。据此提出学习表现（2）——学生自制验电器（课前完成）并进行展示，解释验电器的工作原理。
目标3所涉及的科学原理基本与目标2中相同，是对静电现象应用的进一步拓展，对应学习表现（3）——用电荷相互作用规律解释静电除尘的机制。
目标4是本节课的难点，同时也是重点。需要通过设计物理情境让学生先了解“电离”和“尖端放电”两个概念，然后再结合雷电的知识去理解避雷针的原理。这部分内容必须精心的设计学生活动搭建合适的台阶帮助学生理解。对应三条学习表现：学习表现（4）——在实验探究中，发现尖端放电的现象；学习表现（5）——猜想并验证金属导体的电荷分布与形状的关系；学习表现（6）——用电离和尖端放电的概念解释避雷针的工作原理。
目标5要求从另一个方面引导学生了解静电现象，渗透事物存在两面性的观点，使学生学会辩证地看待事物。需创设一个物理情景引发学生对静电产生危害的关注，并思考如何防止静电带来的危害。对应学习表现（7）——总结静电危害的实例；和学习表现（8）——基于科学原理说明防止静电的方法。
图2为本节课的“理解现状—学习表现—学习目标”关系图，整合了学生理解现状、学习表现和学习目标三方面内容，展示出从学生已有认知出发到最终的学习目标的发展过程。关系图共分三栏，最下面一栏是学生的理解现状，分为已有知识和迷思概念两部分。点划线下的内容是学生在之前的学习中应掌握的相关知识，点划线上面的内容是在课前访谈发现的一些学生在之前的学习后仍然持有的迷思概念。中间一栏为本节课的学习表现，各条学习表现间的箭头表示教学次序，期望学生通过经历这些表现行为，达成最上面一栏的学习目标。各学习表现的所处位置的高低是不一样的，这是因为各表现对于学生的学习难度是不一样的。最上面一栏列出了本课的六条学习目标，这六条目标都指向本节课所关注的《课程标准》——“了解静电现象及其在生产和生活中的应用。用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象”。
2.教学开发设计
在确定了本节课的学习表现的基础上，可以据此进行教学的具体开发设计（Development Stage）。本节课的教学次序在上一部分已经确定，这里重点阐述本节课的情境化（Contextualization）过程，情境化是指为上一节确定的学习表现设定具体情境。LGD设计模型提倡使用“驱动问题”来进行情境化，因为驱动问题“阐明了需要通过理解科学原理才能解决的具体问题情境，”[5]由于好的驱动问题“能激发学生的兴趣和好奇心”[6]。但是用问题来驱动所有的环节并不符合笔者所在地区的教学实际。是否要在某一环节设置驱动问题、设置什么样的驱动问题要依具体的教学需要而定。综合模型的建议和教学实际，本节课的各学习表现的情境化如下：
（1）识别并举例说出生活中的静电现象。教师先通过视频展现一段生活场景：在家里的沙发上玩耍的长毛狗，主人用毯子将其包裹并来回摩擦。长毛狗带了静电后，长毛竖起像个可爱的刺猬（图3）。让学生思考并回答“生活中还有哪些和静电有关的现象？”。这个学习任务实际上也是本节课的课堂引入环节。
（2）学生自制验电器（课前完成）并进行展示，解释验电器的工作原理。在课前布置学生分小组利用身边的生活用品制作验电器。在课上依次进行展示，用他们制作的验电器（图4）检验毛皮摩擦过的橡胶棒是否带电。并让学生基于其已有电学知识进行解释，教师及时纠正同学们解释时暴露出的迷思概念。
（3）用电荷相互作用规律解释静电除尘的机制。这条学习表现是上一条的延续和拓展，情境设定为教师用自制静电除尘器（图5）进行除尘展示，在同学们观察教师的除尘展示后，利用电荷间的相互作用，解释除尘装置的工作原理。其他静电现象如静电喷涂、静电复印、静电植绒等，让同学们在研读教材后，进行解释和交流。
（4）在实验探究中，发现尖端放电的现象。教师拿出利用生活用品自制的起电机（图6），让学生观察起电机的起电过程以及起电机中集电梳部分的结构。此时教师提出问题：“起电机中的集电梳为什么要用锯齿状的尖端收集电荷？”，由此引出下一环节。
（5）猜想并验证金属导体的电荷分布与形状的关系。学生思考上小节提出的问题，并进行猜想。教师在引导学生对可能的猜想进行归纳分析后，对最合理的猜想进行实验验证（此实验由教师设计并展示）。学生观察演示实验后初步认可金属导体的电荷分布与形状的关系。
（6）用电离和尖端放电的概念解释避雷针的工作原理。基于前两个环节的研究，师生共同总结“尖端放电”的概念，并对“集电梳为什么用尖端收集电荷”这个问题做出解释。并让学生利用这些科学原理解释避雷针的工作原理。
（7）总结静电危害的实例。先播放一段静电产生危害的视频：在加油站，一位女司机正在为汽车加油，由于其毛衣上的静电导致加油管处突然起火。教师用演示实验进行模拟（下页图7），利用打火机释放一部分可燃气体，感应起电机的两个金属柱靠近但不接触，摇动感应起电机的手柄，两极之间的电火花引起起火。在学生直观地感受到静电对生命财产可能带来的威胁后，让学生总结静电可能产生的危害。
（8）基于科学原理说明防止静电的方法。前一小节学生认识到静电的危害，启发学生从科学原理角度思考避免出现以上问题的方法。
三、案例设计反思与小结
前面通过一个案例，简要呈现了基于LGD设计模型的课堂设计过程。需要强调，所有教学设计模型都不是“万能钥匙”，而是各有其适用范围。首先，这里介绍的LGD设计模型适用于学生活动占主体的科学课堂，按照“沪科版”教材的教学安排，《静电与生活》这节课基于此模型进行设计是比较适宜的。承接新、旧单元，即是电荷相互作用内容的应用提高，也是新单元电场概念的引入，可以安排一定量的学生活动，以期让学生进一步熟练已学知识的同时，为新内容充分建构感性认识。第二，LGD设计模型更适宜按单元进行一段时间的教学活动设计。本案例受教学安排实际的限制，在这一点上没能符合模型的要求。这也导致第三阶段的“反馈”只能通过专家评议进行，不能通过前、后测的纸笔测验进行教学检验。因为一方面学生知识、能力的发展是长期的过程，一节课的进步以目前的教育测量精度是很难测出的。如果严格按LGD设计模型的要求设计一段时间的教学活动，就不会存在上述问题。通过对学生进行测试和回访，对测试结果进行分析，能更好地调整教学目标，设计教学流程和教学活动。
LGD设计模型强调学生的发展过程，通过一个个教学活动促使学生从已有知识储备和迷思概念出发，最终达成教学目标。比如我们在课前访谈时发现，有的学生持有这样一个迷思概念“避雷针能避雷就是因为它所处位置高”。针对此迷思概念，可以设计这样一个演示实验：如图8所示，在两个金属板之间分别安放两个立柱，调节小球和尖端，使它们等高。然后将两个金属板分别接到高压直流电源的两极，当在两极之间加一定电压时，可看到尖端先放电。说明避雷针不仅是由于高而“避雷”，它的尖端还有“引雷”的作用。学生认真观察实验现象后，实现概念转变，并进一步思考避雷针的工作原理。当然，如果时间充裕的话，引导学生来设计这个实验，效果肯定更好。
教学设计是上好一堂课的关键，但同时也是教师专业成长过程中的困难环节。因为当没有适宜的教学设计理论和教学设计模型作指导时，新任教师的教学设计往往只能通过模仿和试错，逐渐积累经验；有一定经验的教师试图进一步提升教学水平时，教学设计也难以实现自我突破。通过进修学习并结合教学实践进行尝试后，深刻体会到有基于实证研究的教学设计模型作为“抓手”，对帮助教师克服教学设计时的疑惑和困难是大有裨益的。这种教、研结合的过程模型，也有助于教师参与物理教育研究，发挥自己的专业特长，完成从单纯的“考试指挥棒的追赶者”到有思想的教育者的转变。