苏雪琼　崔丽彬　刘凤艳　杨倩倩　高红丽　韩守振　王雯宇　杨红卫

摘  要：后疫情时代，以目标和价值导向的转型为主要内容的课程与教学改革迫在眉睫，大规模的线上教学模式并没有改变传统教学的本质，还是工具性教育技术的传播学范式思维。为适应以学生为中心，关注学生未来，以核心素养和关键能力为评价体系的教育改革的需求，探寻新时期混合式课程范式、明晰问题并寻求解决路径。该文提出基于大概念和逆向教学设计为基础理论，以熵增定理为例，在混合式大学物理教学模式下，旨在以成长的发展性评价为目标，逆向设计探讨性教学的深度学习教学活动范式，以自学式线上学习结合体验式线下课堂活动为形式，建立以“理解Understanding-反思Reflection-应用Application-创新Innovation”高阶思维培养的URAI联动教学生态系统。

关键词：逆向教学设计；混合式教学；URAI系统；大学物理；熵增定理

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）18-0124-04

Abstract： In the post epidemic era， the curriculum and teaching reform with the transformation of goals and values as the main content is imminent. The large-scale online teaching mode has not changed the essence of traditional teaching， and it is also the communication paradigm thinking of instrumental educational technology. In order to meet the needs of educational reform that focuses on students， pays attention to students' future， and takes core literacy and key abilities as the evaluation system， we explore the hybrid curriculum paradigm in the new era， clarify problems， and seek solutions. Based on the big concept and reverse instructional design as the basic theory， taking the entropy increase theorem as an example， under the hybrid college physics teaching mode， with the developmental evaluation aimed at growth as the goal， this paper proposes a deep learning teaching activity paradigm of reverse design exploratory teaching， in the form of self-study online learning combined with experiential offline classroom activities， establishes a URAI linkage teaching ecosystem cultivated by high-level thinking of "understanding reflection application innovation".

Keywords： reverse instructional design; mixing teaching; URAI system; college physics; entropy theorem

在后疫情时代，线上线下相结合的混合教育正在成为一次重大教育变革主流，与“热现象”相对的是“冷思考”，正确把握线上教育与线下教育二者的辩证关系，充分认识到教育形态发生变化，而不是让线上教学基于工具性思维的传播学范式，没有改变知识传递的本质，与线下教学并无本质区别。我国课程与教学长期以来知识导向根深蒂固，总是“系统学习”知识又很快被“系统忘记”。线上线下混合式教学应变为一种基于关系性思维的社会-文化范式[1]，通过开放学习空间和混合式教育的构建，推进学习者的身心发展。教育应关注学生未来要面对的真实世界，培养关键能力和核心素养，能将教育成果快速迁移适应真实世界，是未来目标和现实问题双重需求的必经之路。

“大概念”不是学科内知识的融会贯通的核心概念和关键概念，而是从事实、经验和概念中抽取总括出的共同本质特征，是一门学科中高层次的上位概念、中心地位的核心概念和深层次的本质概念。因此“大概念”不仅打通学科内和学科间的学习，还可打通学校教育与现实世界的路径。从认识论和价值论上看，“大概念”不仅对事物的理解、知识的建构与迁移具有重要价值，而且它本身还可能蕴含着人们对于自我、自然和社会的价值观念[2]。成为指向学生发展核心素养教学改革的亮点和撬动“深水区”教学改革的支点[3]。在我国课程与教学改革的价值转型期，“大概念”成为教育研究者热点，并逐渐成为落实课程与教学变革的锚点[4]。

一  基于逆向教学设计的URAI联动教学生态系统

逆向教学设计是格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰格，基于UbD（Understanding by Design）理论和“真实性教育”评价改革基础上，在如何关注学习本质、如何追求深度理解方面提出的具有适用价值的教学策略方法[5]。逆向教学设计是一种明确学习目标和学习评价、教学活动之间的高度匹配关系，来帮助学生达成预设的学习目标的教学设计方法。该教学设计方法以学习者为中心，关注学习本质，通过教学设计，追求学习者的深度理解，可以说是开展教学活动，培养学生关键能力和核心素养的法宝利器和著名教学策略。

在常态教学设计中，评估是教师最后要做的工作；逆向教学设计法异于常态教学设计之处在于，要求教师在确定了所追求的结果后，首先就要考虑评估证据和方案，才能“以始为终”，从学生视角出发，从学习体验和评估结果开始逆向思考，追求面向未来的教育，以学为主的教育，有意义有效果地进行教学活动设计，寻找转变教师教学行为的试点，有启迪作用。逆向教学设计的概念和方法，避开教学设计中的两大误区——聚焦活动和聚焦灌输的教学。前者没有明确学习体验如何帮助学习者达到学习目标；后者缺少明确的大概念来引导教学，缺乏为确保学习效果而进行设计的过程。

随着线上线下混合式教学大面积推广，结合实验班逆向教学设计实践应用的体会，笔者提出逆向教学设计结合混合式教学中的以“理解Understanding-反思Reflection-应用Application-创新Innovation”高阶思维培养的URAI联动教学生态系统模型图，如图1所示。

在URAI联动教学生态系统中，线上教学先行，主要以学生个体自学型学习为主，学生在线上观看视频讲解，进行自测题巩固、线上作业互批和线上探讨，较简单基础知识的学习在此环节完成；线下教学主要以团体探究型学习为主，学生进行研讨探究式教学活动，活动形式可根据教学内容采取多种形式，展示、辩论、角色扮演和六顶帽子等，多以小组活动为主。实践中发现，讨论人数以实现活动流程的最少人数为宜，可实现减少单项活动时间，增加学生发言机会。

在混合式教学中，将UbD理论逆向教学设计法在传统教学中有三个阶段，确定预期结果和教学内容、确定合适的评价证据、设计学习体验和教学活动。现转变为六个阶段：①明确内容“大概念”（最高目标），②设定线上线下各自预期教学目标（具体目标），③明确线上线下各自预期教学内容（最低目标），④确定线上线下分层分级评价证据（可执行目标），⑤预期和设计学习体验（情感目标），⑥设计线下教学活动（执行方案）。在教学内容上以问题案例衔接线上线下教学，在技术手段上以移动APP衔接线上线下教学。

二  URAI联动教学生态系统在“熵增定理”案例中的实践

为了更加清晰地说明URAI联动教学生态系统在线上线下混合式教学中如何进行六步走的逆向教学设计，以理工本科一年级大学物理中的“熵增定理”为教学内容，进行课堂教学设计过程范例。在此范例过程中，结合设计思路和建构主义学习理论，推演出逆向教学设计在混合式教学中的教学过程、高阶学习过程、高阶思维训练、深度理解程度、活动功能和活动颗粒。让传统教学中先从教师视角设计如何讲授或翻转课堂活动过程，再思考会取得什么结果达到什么目标，转变为先目标和结果入手，从最高目标逐层分解到最小可执行的行动目标，以终为始，让思路有逻辑可依，行动有痕迹可循，评估有线索可查，让课堂真正做到以学生为中心和主体，以学生体验和收获为目标，教师处于引导和教练的位置。

（一）  明确“大概念”

熵增定理是社会上热门话题，被较多名人推崇的物理定律。物理学家薛定谔、亚马逊创始人贝佐斯、管理大师彼得·德鲁克、清华大学科学史系主任吴国盛等都对熵增定理发表过推崇之言，甚至认为其是一切问题的底层逻辑。如果从“大概念”的视角看来，热力学第二定律的定量表述，清晰阐述了：能量自发转化的方向性规律，代表了事物发展变化的方向性，能迁移借鉴到现实生活现象。教学最高目标：学生能够联系社会生活中符合熵增定理的事例，能够迁移到类似规律的问题，具有分析和寻找到解决问题的能力，重点发展学会学习、健康生活、实践创新、科学精神核心素养。

（二）  设定预期教学目标

线上教学和线下教学互有利弊，可相辅相成。线上教学不受时空限制，可因人而异，学生对学习进度和内容具有选择权，可重复可倍速可跳跃也可匿名互动，但易随心而学，缺乏气氛、实时引导和自律要求高。线上教学适合学生进行独立思考和单体可完成的知识点任务学习，尤其适合有标准化答案的知识点。线下教学具体目标：熵增定理的基本物理概念和公式，熵的定义及公式表达，热温比微积分表达式等在线上进行学习。线下教学时空受限，但面对面是一种人的五感都参与的行为，易印象深刻并可实时进行反馈，沟通交流顺畅，尤其是情绪情感交流顺畅，并且课堂上有团体从众效应，适合进行讨论探索类教学活动，应选择非标准化答案问题进行讨论。线下教学具体目标：寻找具有熵增定理相同规律的现实社会问题，分析熵增定理适用条件和结论，是否能迁移到现实问题中，思考其异同点。

（三）  明确预期教学内容

这个环节笔者觉得很像传统教学的备课环节，但是因为之前已经明确了大概念和教学目标，在准备阶段不能单纯地拿出物理书把教学内容和题目准备一遍，而需要翻阅查找大量的文献资料进行组织和串联，最花时间的内容是关于课外现实问题案例的准备。线上教学最低目标：孤立系统的概念（无质量、热量、功量交换）、熵（dS=dQ/T）的概念、用熵概念表示热力学第二定律（dSiso=dSg≥0）应用举例选择非循环过程、可逆循环热机、不可逆循环热机、制冷机、理想气体绝热自由膨胀，五个过程熵变化的判断，耗散结构定义、例题选择真空膨胀和熵增定理概念选择判断题。线下教学最低目标：进一步理解孤立系统=非孤立系统+相关外界，耗散结构=非平衡条件+非线性效应+突变+新平衡条件，对抗熵增定理的两条路径：逆向持续做功和开放系统，个人成长和企业组织发展如何以负熵为生，个人具体案例（成长型思维、心流、自我改变、二八法则、企业具体案例（华为、亚马逊、谷歌）。

（四）  确定评价证据

教学设计这一项最体现逆向教学设计的精髓，该项也是设计最难的环节，多与传统教学设计不同，需根据分层分级目标，设计分层分级教学评价证据。不仅要有学习成果形式，最关键是要有学习的评价规则和评价标准。以分析、寻找解决问题的能力为例，可分四个层次评价。①进行方向选择，也就是做正确的事情，可以对复杂问题进行准确定位，找到问题的根本原因。即用发散思维来尽可能多地发现问题，然后用收敛思维来定义当前最重要的问题是什么、最紧急的问题是什么、痛点是什么。②进行方案执行，也就是正确的做事情，可根据问题提供创造性解决方案，开发出极具差异化和竞争力的好产品。即用发散思维来构思尽可能多的解决方案，然后用收敛思维来确定当前的最优解决方案是什么，并在期望目标、方案模式和可行性之间取得平衡。③不但可以找到问题的根本原因，还可以高效地解决复杂问题之外，事后及时复盘，总结经验教训，形成自己的独有的工作方法和设计规则，将解决问题的方法上升到解决问题模型层面，让以后类似的问题都可迁移解决方案。④不但高效地解决问题并形成模型，还能够跳出问题本身的界限，上升到更高维度或格局，找出相关问题之间的本质和规律，提供全局化的最优解，甚至进而优化流程、优化制度、优化资源配置等，解决方案有深度、有广度，还有高度。

对应于熵增定理内容的评价证据，以个人成长具体问题案例为例，学生能将自己存在的成长方面的问题确实具有熵增趋势的，能较多地列举出来，分析原因能归因到1～2个原因中，即达到第一层级；能够提出1～2个解决方案，并且归类到熵减方法内，同时解决方案尝试后确实有效的，既达到第二层级；能够复盘，并归纳总结出解决方案出现的关键思路节点和突破口，能够发现这类熵增问题的共性因素是在平衡-不平衡-新平衡状态中切换，并且耗散结构出现在能量每一次循环过程的吸收和释放中，能量品质在降低，解决方案通常在外界对内做功或系统更加开放捕捉新的能量来增加能量的有序性。

（五）  预期和设计学习体验

情感目标是课程思政主战场，也是根据北京师范大学林崇德教授团队给出的中国学生发展核心素养总框架体系[6]，熵增定理这节课可重点针对学生发展学会学习、健康生活、实践创新、科学精神核心素养进行考量，再细分下一级可重点针对学会学习中乐学善学素养，具体评价证据，可让学生对比谈一下刚学完热力学案例和线下讨论过自我成长及企业案例后对熵增定理的印象和感受；针对健康生活中自我管理素养，可询问学生以前自我管理方面有想过这样的思路和认知，或和以前自我管理认知进行对比；针对实践创新中问题解决素养，就解决问题需跳出问题本身的界限话题，去理解熵增定理为什么可以受到如此多名人的追捧。思考热学问题本身因为基础物体模型是大量个体运动不同的气体粒子的整体宏观表现，所以解决问题其实运用了概率的思想和模型，因此物体基础模型可迁移到组织、社会和个人成长时间管理。针对科学精神中勇于探索素养，将熵增定理运用在个人成长和企业发展案例，若学生想法能够打开，运用在教师没有想到的领域，就是一种探索。

（六）  设计线下教学活动（执行方案）

线下教学活动，主要是活动的群体组织方式，角色和职责规划，交互形式，师生操作步骤。活动形式是多样的，只要达到讨论探究学习的目的即可，总体设计原则是小组内讨论，小组外有竞争，这样有竞争压力才能执行下来，同时内部有合作和讨论，以下给出几种活动形式抛砖引玉：①对战模式，在班级男女生人数近似的情况，以性别分为两组，前半场对战以提出的可用于熵增定理的例子加分，提出的例子越多，得分越高（先讨论，再列表）；后半场在自己和对方阵营的例库里各挑选一个例子，加上老师挑选的一个例子，一共5个例子，和对方阵营打攻防PK战，攻方认为熵增定理不能指导现实生活，守方认为熵增定理可以指导现实生活（让实力较强队伍当攻方）。②六顶思考帽[7]，教同学们每人折一个纸帽子，六人一个小组，六顶帽子分别代表客观（白）、想象（绿）、乐观（黄）、质疑（黑）、情绪（红）和控制（蓝）六个视角表达观点，每组讨论出一个认为最符合熵增定理的社会实例，最后所有组进行展示后，每组有1/2组数的票，可以投给其他认为最好的组，最后按照得票数高低评出优胜组，颁发奖品或奖励。讨论时，蓝色帽子开始并最后结束。

三  结束语

后疫情时代，线上线下混合式教学模式已成为高等教育课程改革主流和趋势，在大学物理课程混合式教学改革过程中，利用逆向教学设计提出URAI联动教学生态系统，实现以学生为主导、教师为引导、评价为向导的课程设计方案。注重以大概念为锚点，以教学目标分层拆解为方法、以分级教学评价依据为抓手、以案例为衔接，适应混合式高校教学中高阶思维学习的逆向教学设计为核心。充分结合线上自主学习和移动学习，以及线下课堂教学活动合理互动，在实践推广中，积极参与课程活动的班级及学生数量大幅提升，学习效果明显改善，学习兴趣大幅提升，学习获得感暴涨。

参考文献：

[1] 本刊编辑部.2020中国教育研究前沿与热点问题年度报告[J].教育研究，2021，42（3）：26-40.

[2] 刘徽.“大概念”视角下的单元整体教学构型——兼论素养导向的课堂变革[J].教育研究，2020，41（6）：64-77.

[3] 李松林.以大概念为核心的整合性教学[J].课程·教材·教法，2020，40（10）：56-61.

[4] 李学书.指向核心素养培育的大概念：课程意蕴及其价值[J].教育研究与实验，2020（4）：68-75.

[5] [美]格兰特·威金斯，[美]杰伊·麦克泰格.追求理解的数学设计：第二版[M].月寒冰，宋雪莲，赖平，译.上海：华东师范大学出版社，2016：24-29.

[6] 林崇德.21世纪学生发展核心素养研究[M].北京：北京师范大学出版社，2021：238-246.

[7] 爱德华·德博诺.六顶思考帽[M].马睿，译.北京：中信出版社，2016：32-33.

基金项目：中国高等教育学会“基于一流课程建设的教学改革与实践研究”专项课题“大学物理线上线下混合式教学CFR模式改革的研究与实践”（2020JXYB03）；2021年北京高等教育“本科教学改革创新项目”“基于CFR教学模式的大学物理1334混合式教学体系构建与实践探索”（202110005003）；北京工业大学教育教学研究重点课题“新工科专业深度融合的‘三引三动案例探究式大学物理教学模式研究”（ER2022KCA02）；北京工业大学教育教学研究课题“创新创业”教育教学改革专项课题“大学物理混合教学中打造URAI联动创新教学生态系统”（ER2022GGZX013）；北京工业大学“课程思政”示范课程培育项目“大学物理课程思政深度教学的实现路径”（KC2021SZ024）；教育部教学指导委员会高等学校教学研究项目“大学物理混合式教学的BFR翻转课堂模式探索与实践”（DJZW202011hb）

第一作者简介：苏雪琼（1980-），女，汉族，山西孝义人，博士，副教授。研究方向为微纳光电材料与器件。

*通信作者：杨红卫（1967-），女，汉族，湖北襄阳人，博士，教授。研究方向为计算物理。