人们通常认为教学成功的条件有三:一是优秀的教师;二是优质的生源;三是增加时间和精力的投入。许多学者认为教学设计的观点是:教师与学生的天赋才能、理想的条件是可遇不可求的。要依靠教师在备课、上课、指导学生等一系列教学环节中遵循相对明确的操作程序和基本规范来取得可靠稳定的教学成效,即可靠稳定的教学成效取决于教师系统设计教学的能力。那么,什么是教学设计?教学设计与教师的日常工作备课有什么关系?教学设计方案撰写的规范和生成如何?基于认知体验背景下的教学设计又有哪些创新的内容?本文试图结合实践对以上4个问题作出回答。

一、教学设计的定义

关于教学设计,国内外学者有很精辟的定义。有的认为教学设计是一门学科(赖格卢特,1983);有的认为教学设计是一门技术(梅里尔,1996);有的认为教学设计是一种方法(肯普,1998);有的认为教学设计是对教学的计划(史密斯和雷根,2001);有的认为教学设计是一个过程(加涅,1988)。着名学者何克抗说:“教学设计是运用系统方法,将学习理论与教学理论的原理转换成对教学目标、教学内容、教学方法和教学策略、教学评价等环节进行具体计划、创设教与学的系统‘过程’或‘程序’。”[1]

综观国内外学者精辟的教学设计定义,其共同观点是:教学设计是以系统化、理论性、学习分析为前提,以优化教学效果为最终目的。这些定义对所有学科的教学设计极具策略层面的指导意义,但对具体指导某一学科(比如,高中物理)教师教学设计的实际操作还是太笼统,操作性不够强,教师驾驭起来有相当的困难。

从教师实践的角度,我们认为教学设计既要体现系统性、理论性、规范性,更要体现操作性和创新性。这五个性必须在教学设计的定义内涵上予以体现,基于以上的考虑,我们提出学科教学设计的操作性定义为:教学设计是教师在一定的教学思想指导下,依据学与教的规律,在前期分析的基础上,确定学习目标、设计学习环境和教学过程,撰写教学设计方案,并通过教学实施和形成性测试对设计方案进行反思修改的整体性过程。

二、教学设计与备课

备课的实质是教师课前对课堂教学的预设和计划,即对上课的内容、方法、组织、教具等所采取的准备性的筹划过程。教学设计本质上是一种高度创造性的活动,是一个动态的过程设计,是方法论性质的综合性应用。从根源上说,教师的备课行为在教学设计这门学科诞生之前就有了;备课程序并不来自于教育技术领域的教学设计,而是来自于教师个人及集体的经验积累,是一种经验性的行为。但观察目前教师的备课现状,人为割裂教学设计与备课的关系并无现实意义。无论是教学设计的学习任务分析、学习者分析、教学环境设计、教学目标撰写等与备课的教材分析、学生分析、备组织策略、备教具、备重难点等还是有相当大的相关性,就是说,通过教师培训、教师的继续教育等途径,目前相当部分教师已对教学设计有一定的了解,也在有意无意地将教学设计的理念用于日常备课。但大部分教师对这种应用是不自觉的,缺乏规范,创新也就无从谈起。

为了让教学设计技术能被教师掌握,我们倡导教师用教学设计来备课。理由如下。

1.变传统备课为整体教学设计是高效课堂的必然选择

随着新课程改革不断地深入,传统备课已不适应教学手段的优化更新组合、教学目标的整体性系统化达成;教学方式、学习方式的改变需要优化学习环境才能达到;反馈评价要贯穿教学设计的整过程,这一切高效课堂的要素组合需要整体性的教学设计才能实现,所以变传统备课为整体教学设计是时代发展的必然选择,也是实现高效课堂的必然选择。

2.教学设计是教师专业成长的重要途径

备课是教师工作的核心任务,倡导教师用教学设计来备课,有利于新教师的快速成长。长期以来,人们习惯于将教学的成功归结于优秀的教师和优质的生源。教学设计主张将教学的成功归结于备课的科学化、规范化、技术性、灵活性和艺术性,教学设计把教学的科学性、艺术性和技术性统一起来了,“使以前天才才能达到的水平,一般人也能达到。”[2]这是教学设计的实践性意义之一。

教育部颁发的《中学教师专业标准》内容就有教学设计一条。具体见表1。

可见,教学设计也是教师专业化的要求。所以倡议用教学设计替代备课,或者说教学设计是专业层面的备课。从教师操作层面,可以认为:专业备课=教学设计。

三、教学设计方案撰写的一般规范

教学设计要解决三个问题:教和学什么?如何教与学?教和学得怎样?所以教学设计有其自身的一般规范。

从一线教师提供的案例样本不难看出,教师对教学设计方案包含的内容一般有如下几项:教学基本信息、教学设计的指导思想及理论依据、前期分析、教学目标、教学的重难点、教学环境创设、教学过程设计、主板书设计、课堂形成性测试及评价反馈、作业布置、学生学习活动评价设计、教学反思、教学流程等。从平时常规教学的教学设计来讲,可以不面面俱到,体现一定的生成性。但有几项是必不可少的。这几项的是否缺失决定了教学设计的规范与否,当然就会影响到学术交流和教学效果。这几项内容如下。

1.教学基本信息

包括课题(教材版本名称、章、节)(不可省略)和作者及工作单位(平时可省略)。

2.前期分析

前期分析(Front-End Analysis)是美国学者哈里斯(J. Harless)于1968年提出的一项技术,旨在教学设计过程的开端就分析清楚教学中存在的问题,以避免后续工作无的放矢。

可着重分析课标要求,课题在教材中的地位,前后的逻辑关系、内容的功能、学生的认知基础,学生认知障碍等。

案例一:“牛顿第一定律”的前期分析

“牛顿第一定律”是《物理·必修1》第三章的第1节,它开拓了运动与力关系的研究领域,提出了力不是维持运动的原因,而是改变运动状态的原因,并且提出了惯性、力、惯性质量、惯性系的概念。它是牛顿第二定律的基础(教材地位和主要学习内容交待);课标中对本节课的要求是:学科教学指导意见对“牛顿第一定律”有6条基本要求和2条发展要求(可具体罗列课标及教学指导意见的教学要求);牛顿第一定律的学习展现了历史上围绕力与运动关系问题探究的思维历程,展现了对原始问题进行探究的艰难历程,对学生的科学态度、科学方法、科学精神均是一种很好的熏陶(分析学习任务类型或特点)。

学生对牛顿第一定律的内容在初中已熟悉,但对惯性的概念存在着严重的前概念错误,比如,速度越大,惯性越大等,不清楚亚里士多德、伽利略、笛卡儿、牛顿等科学家对牛顿第一定律的具体贡献,对牛顿第一定律的内容缺乏深层次的理解,初中学生的学习风格偏向于记忆和表面化。对理想斜面实验的研究方法初中没有涉及,但在初中做过在相同的斜面且同一高度下滑到摩擦因数越小的水平面上滑行距离越远的演示实验。从学习风格、学习基础、认知障碍分析等方面考虑,所以确定以下的教学重难点(确定教学的重难点):客观评价亚里士多德、伽利略、笛卡儿、牛顿对牛顿第一定律的贡献以及理想斜面实验的思想方法是教学的重点;克服惯性的前概念错误是教学难点。

教学系统作为一个典型的非线性系统,对初始条件具有敏感依赖性。为此,要想设计弹性灵活的教学过程,科学的前期分析是关键。我们应以复杂性视角看待和分析前期的各部分内容。但实际操作却必须简易,这就需要教师智慧地参与。

3.三维教学目标的阐明

教学目标阐明,是指根据教学设计的前期分析,将期望学习者达到的结果性或过程性目标加以明确化和具体化的过程。我国基础教育课程改革在借鉴国外各种教学目标分类理论的基础上,提出知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标理论,并划分为结果性目标与体验性/表现性目标两大类。其中结果性目标主要用于明确阐明学生的学习结果,行为动词要求明确、可测量、可评价;体验性/表现性目标是描述学习者自己的心理感受、体验或明确安排学习者表现的机会,所采用的行为动词往往是体验性的、过程性的。

教学目标的阐明依据是教学设计的前期分析,即在全面了解学生的认知基础、主要的认知障碍以及课程标准及学科教学指导意见的要求基础上,对本节课提出的可操作、可测量的学生预期变化,其要点如下:

(1)主体是学生

教学目标的主体是学生,而不是教师对学生的要求,是阐明通过本课内容的学习学生能达到的标准。

(2)尽可能用明确的可操作可测量的行为动词

一般建议新教师用新课程提倡的三维教学目标,知识与技能目标要尽量用可测量的明确行为动词来描述,过程性目标的阐述尽可能写出学生体验的途径和手段,情感态度与价值观目标的阐述可以用描述性。

案例二:“向心力”三维教学目标知识与技能:

①知道向心力是根据力的作用效果命名的,做圆周运动的物体一般由合力、某个力或某个力的分力提供向心力。

②在具体情境中能根据物体的受力分析,找出向心力的来源。

③在圆锥摆实验中验证向心力公式。过程与方法:

①体验小实验,感受向心力及相关因素。

②圆锥摆分组实验,感受高度和周期的测量。

③把数据输入计算机,体验数据处理的过程。情感态度与价值观:

①在体验实验或活动中养成理论指导实践的思考习惯。

②在圆锥摆实验数据的测量和处理过程中感受技术的魅力。

③在验证活动中感受实践与理论的统一。

4.教学的重难点

教学的重点应该是核心认知目标的达成;教学难点则应该是学生主要认知障碍的突破。

5.教学环境创设

指教学的主要组织形式(例如,如何分组)、教学方式、学习方式和实验器材、创新的小实验等做个简单介绍。

6.教学过程设计

这是教学设计的核心。一般要把各个教学环节中教师的活动和预设的学生体验性行为以及设计意图说明白。形式可以根据教师的偏好多样化选择。如表格式、流程图、对话文本式等。

; 7.课堂评价设计

设计评价方案和形成性测试,向学生展示他们将被如何评价(来自教师和小组其他成员的评价)。另外,也可以创建一个自我评价表,这样学生可以用它对自己的学习进行评价。

以上七项,其中前四项解决教什么的问题,其后两项主要解决如何教的问题,最后一项解决教得怎样的问题。

强调教学设计的规范,并非忽视教学设计的内涵,教学设计应该重内涵,但基于目前教师对教学设计操作的现状(忽视前期分析,使教学缺乏针对性;忽视目标阐明,使教学任务不明确;忽视教学评价,使教学缺乏生成等),应该提倡一定的规范,等教师达成一定的规范之后,才能去创新。即教师教学设计的技能形成应该遵循“无范→有范←无范”的实践历程。

四、教学设计的创新

新课程理念下的课堂教学范式要实现课堂教学方式由“灌输”转为“体验”、由“确定性思维”转向“生成性思维”,课堂管理方式由“控制”转为“交流与互动”,课堂评价由“惩罚”走向“激励”。所以,教学设计要在规范的基础上,针对教学规范的转型实现创新。

从教学设计的创新角度,利于学生体验的学习环境设计是当前教学设计的主要创新环节,这是其一;提倡自主、合作、探究以及结合学科特点,基于知识分类思想的体验性认知教学模式是教学过程的核心创新,这是其二;教学设计的创新之三是教学设计方案的形式可以多样灵活。

1.创新1——学习环境的设计

学习环境是促进学习者发展的各种支持性条件(包括各种资源、工具、人、活动、师生关系等)的统合。它一般包括物理环境与社会环境,是由活动、情境、资源、工具、支架、学习共同体和评价组成的。具体因素罗列出来有教室的座位安排、资源创造与利用、教材常规实验、数字实验、自制小实验、多媒体课件(包括图片、视频、新闻报道等)、社区资源、合作学习的分组、教师、学生同伴、学生自己等。

根据物理学是一门实验科学,连同方法论对其他学科有极大的迁移价值,这是本学科特点。本文提出了用“多媒体课件(主要是图片和视频、动画)+实验(包括常规实验、数字实验、创新小实验、学生活动项目)+小组合作组织方式+学案”来创设利于学生体验和促进学生自主学习学习环境的观点。并认为这是目前及将来物理学科教学设计发展方向之一。这也是最能体现教师对教学设计创新的关键之处。

案例三:“向心力”教学过程片段

(1)创设情境,提出向心力

师:我们来看两个做匀速圆周运动的例子,思考问题:物体的受力情况如何?这些物体为什么没有飞出去?

①绳的一端系一小球,使小球在水平面内做圆周运动,如图1(a)所示。

②地球绕太阳运动,如图1(b)所示。

学生活动:分别对图1(a)中的小球和图1(b)中的地球进行受力分析,引导得出要做匀速圆周运动的物体,需要向心力。向心力是按照力的作用效果命名的,可以由合力提供,也可以由某一个力提供,也可以由某一个力的分力提供。

(2)设计活动与实验,体验向心力

师:你想亲身感受向心力的存在吗,能不能在现场设计一个活动,感受向心力的存在?

生:两个人手拉手,一个人绕另一个人转,或者相互转。

体验性活动:学生两人1组体验向心力。

师:根据你的感受,你认为向心力的大小与哪些因素有关?

同学们可利用桌上的装置设计一些方案,进一步感受向心力的存在及影响其大小的因素。

分组设计性小实验:学生分组设计活动方案(大部分组设计方案,如图2),活动之后,汇报其体验的结果,归纳得出向心力大小的相关因素。

(3)联系旧知,寻求解释,获取新知

师:通过以上的活动与实验,大家切实感受到了向心力的存在,并且对影响向心力的大小因素也达成了共识。那我们能不能从理论上去进行解释呢?

(4)实验验证,深化新知

师:由于上一节的向心加速度的表达式本身也是从理论上推导得出的,这些理论正确与否,我们必须通过实验来验证。

演示实验:展示向心力演示仪(图3),结合PPT给学生介绍其构造和工作原理,引导学生说出验证采用的方法——控制变量法,然后确定具体的方案。

教师演示给全班同学并引导学生通过实验现象共同归纳出结论:

半径r和角速度ω一定,向心力与质量m成正比;

质量m和角速度ω一定,向心力与半径r成正比;

质量m和半径r一定,向心力与角速度ω的平方成正比;

师:通过实验验证了我们的猜想。下面通过进一步的实验来检验向心力表达式的正确性。

改进的演示实验:展示改进的圆锥摆——用电动机制作的一个电动的圆锥摆,可以改变摆长、转速以及小球的质量,可以做到转速稳定、半径不变、摆角不变(如右图4)。

师:实验过程中我们需要测量哪些物理量?分别如何测量?

……

教师对学生的回答给予肯定,引导学生对需要验证的等式进行化简

所以我们只需要测量周期跟高度就可以了。

请两位学生协助完成实验数据录入计算机表格的工作,并用计算机处理数据。引导全体同学结合以上的数据对实验的可靠性进行评价。

(5)联系实际,巩固反馈,活化新知

学案呈现问题:

①将乒乓球倒扣在高脚玻璃杯内,快速在桌面上旋转杯子,使乒乓球在杯内快速转动,让学生分析乒乓球的向心力是由什么力提供的。

②实验演示物体随圆盘转动,首先让学生分析物体向心力是由什么力提供的,然后给出物体的质量m=100 g,距离圆盘中心0.2 m的位置,圆盘转动的角速度大约是4 rad/s,求物体所受向心力的大小。

以上过程较好地展现了“多媒体课件(主要是图片和视频、动画)+实验(包括常规实验、数字实验、创新小实验、学生活动项目)+小组合作组织方式+学案”来创没学习环境的具体做法。

2.创新2—基于学生学习体验的认知教学模式

教学模式是指在一定的教学思想或教学理论指导下所形成的关于教学的理想意图及其实施方案。从静态上看,教学模式是一种教学理论结构,揭示了某种教学活动所赖以建立的理论基础。从动态上看,它是一种教学活动结构或教学程序,揭示了某种教学活动各环节之间的内在联系。从教学实践的角度看,它是一种教学方法系统,揭示了与某种教学活动相适应的基本教学策略或方法[3]。

中学物理教师教学模式的分类通常是根据教学内容分类,如概念教学模式、规律教学模式、实验教学模式、习题教学模式、复习课教学模式和典型问题教学模式;或根据学习方式分类,如探究学习模式、自主学习模式、小组合作学习模式。教师操作的时候一定是在特定的教学思想/教学理念指导下,集内容形式和学习方式于一体的教学模式,基于以上的想法,我们提出,基于学生体验的认知学习模式。

根据建构主义学习理论,学生的知识是在丰富的学习环境中通过体验、小组讨论、展示交流、教师点评提高等方式自主建构而成。基于学生体验的认知学习模式比较重视创设丰富的学习环境、重视学生的体验(包括实践性活动、随堂小实验、观察、阅读、自主练习、反馈评价等),它是一种集探究学习、自主学习、小组合作学习于一炉,适用于所有物理知识分类的课型,如概念课、规律课、问题解决、实验课等,体现“学生主体、教师主导”的“双主”教学结构,强调生本、生生、师生的对话沟通。符合新课程理念。其基本流程如下。

3.创新3—教学设计方案的形式灵活多样

按一定规范编写的教学设计方案有助于提供共同的学术交流语言,同时也有利于体现理论研究者和一线教师在教学设计方面的学术积累和学术创新;教学设计方案的编制应遵循规范性与创造性并存、理论指导与实际操作结合、要素分析与整体综合统一、静态设计与动态教学兼顾等原则;较为常用的教学设计方案编制方法有文字表述法、图表法、流程图法和混合式等,教师要根据个人的习惯、学习内容特点等要素综合考虑方案呈现的详略,灵活选择,体现了教师的创造性。

教学设计对教师而言,既熟悉又陌生,熟悉的是教学设计这个词,陌生的是对教学设计的本质内涵的理解。新出版的教师专业化标准已经把教学设计作为一个指标,教学设计走进教师的专业生活是时代的必然,所以我们有理由走进它,研究它