基于“UbD”模式的物理規(guī)律探究教學(xué)設(shè)計(jì)
——以高一物理“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究”單元為例

連彬星

(北京師范大學(xué)福清附屬行知高級中學(xué),福建 福州 350300)

1 “UbD”模式概述及意義

Understanding by Design,簡稱UbD，又稱“促進(jìn)理解的教學(xué)設(shè)計(jì)”.這是在美國教育評價(jià)專家泰勒的"目標(biāo)導(dǎo)向"教育教學(xué)模式提出后，格蘭特·威金斯和杰·麥克泰對其理論進(jìn)行發(fā)展與創(chuàng)新，從而研究提出的一種教學(xué)設(shè)計(jì)框架.這種框架是強(qiáng)調(diào)評價(jià)機(jī)制的設(shè)計(jì)先于課程設(shè)計(jì)和教學(xué)活動(dòng)開展，它的起點(diǎn)是明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)、它的宗旨是促進(jìn)學(xué)生有意義地學(xué)習(xí)，是一種創(chuàng)新型的教學(xué)設(shè)計(jì)模式.“學(xué)習(xí)目標(biāo)—教學(xué)評價(jià)—教學(xué)活動(dòng)”與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)“教學(xué)目標(biāo)—教學(xué)活動(dòng)—教學(xué)評價(jià)”相比，把教學(xué)評價(jià)的位置變換了，使它排在教學(xué)活動(dòng)之前.促進(jìn)理解的教學(xué)設(shè)計(jì)最后才設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，需要先確定學(xué)習(xí)的預(yù)期結(jié)果，再明確達(dá)到預(yù)期結(jié)果的證據(jù)或者說是評估手段.這樣的方式更加貼合當(dāng)下新課程標(biāo)準(zhǔn)要求和核心素養(yǎng)理念.

2 基于“UbD”模式的“勻變速直線運(yùn)動(dòng)”單元教學(xué)設(shè)計(jì)

階段1：確定預(yù)期結(jié)果.

根據(jù)物理的核心素養(yǎng)和新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，確定本單元的學(xué)習(xí)目標(biāo)如下： (1) 了解近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)如何產(chǎn)生的，認(rèn)識到物理學(xué)的發(fā)展，離不開實(shí)驗(yàn)的作用.(2) 通過實(shí)驗(yàn)，探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn).描述勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)能用不同的方法，如公式、圖像等，理解勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，在解決實(shí)際問題中能加以應(yīng)用.(3) 學(xué)生將通過自主實(shí)驗(yàn)，理解自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并學(xué)會(huì)用電腦軟件進(jìn)行簡單分析.(4) 通過與物理學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容相結(jié)合，學(xué)生將認(rèn)識在物理學(xué)研究過程中物理實(shí)驗(yàn)與科學(xué)推理不可替代的作用.

學(xué)習(xí)目標(biāo)還要進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成核心概念和關(guān)鍵問題.圍繞這些問題來解構(gòu)本單元的學(xué)習(xí)目標(biāo)，也是本節(jié)課學(xué)習(xí)的中心.例如關(guān)于勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究單元可列出以下核心概念： (1) 位移、速度和速率； (2) 加速度； (3) 勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)； (4) 頻閃照相或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.核心概念所對應(yīng)的關(guān)鍵問題在下文的表格中會(huì)出現(xiàn)，這里不再贅述.

階段2：確定合適的評估證據(jù).

“UbD”模式要求教師站在更長遠(yuǎn)的角度進(jìn)行思考，必須先找到能證明學(xué)生成功完成學(xué)習(xí)目標(biāo)的證據(jù)后再考慮設(shè)計(jì)教學(xué).評估方式有很多，隨著課程的深入、活動(dòng)的開展逐步形成一系列的評估證據(jù)，而不是像傳統(tǒng)教學(xué)中的單一評價(jià)證據(jù)，如單元測試.評價(jià)要貫穿于教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，方式應(yīng)該多樣，除了傳統(tǒng)的書面測試外，還有思考反饋、小組互評、自我反思、成果展示等.促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展的重要手段，評價(jià)發(fā)揮著它不可取代的地位，它不僅能激發(fā)學(xué)生的個(gè)性潛能，還能激勵(lì)學(xué)生不斷發(fā)展進(jìn)步.

本單元可以設(shè)如下評估內(nèi)容： (1) 能否理解所學(xué)的物理概念和規(guī)律及其相互關(guān)系，如理解位移速度加速度的概念和關(guān)系.(2) 能否正確描述和解釋自然現(xiàn)象，如描述不同物體速度快慢.(3) 能否綜合應(yīng)用所學(xué)物理知識解決實(shí)際問題，能否將實(shí)際問題中的對象和過程轉(zhuǎn)化成物理模型，如研究生活中的自由落體運(yùn)動(dòng).(4) 能否恰當(dāng)使用證據(jù)證明物理結(jié)論，能否對已有結(jié)論提出有依據(jù)的質(zhì)疑，采用不同方式解決物理問題，如用軟件分析物體下落的規(guī)律.(5) 能否使用不同方法和手段分析處理信息，主動(dòng)與他人合作，展示小組成果等.

可以采用自我評價(jià)的方式讓學(xué)生對自己學(xué)習(xí)進(jìn)行反思，而同伴評價(jià)則可以取長補(bǔ)短共同進(jìn)步的，能更好的認(rèn)識并改進(jìn)自己的學(xué)習(xí)方法、提高自我學(xué)習(xí)能力，對于學(xué)生的終身學(xué)習(xí)起到很好地促進(jìn)作用.所以活動(dòng)中需要多創(chuàng)造這樣的機(jī)會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不斷自我反思和相互討論.一定要留出足夠多的時(shí)間讓小組展示實(shí)驗(yàn)成果和總結(jié)規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生指出亮點(diǎn)和反思不足之處，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生對方案提出改進(jìn)措施，不斷加以完善.

階段3：設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)活動(dòng).

在這一階段需要考慮清楚幾個(gè)關(guān)鍵問題：哪些活動(dòng)能使學(xué)生獲得所需的知識和技能，才能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果？如何用恰當(dāng)?shù)姆绞街笇?dǎo)學(xué)生開展學(xué)習(xí)？選擇哪些合適的材料和資源？等等.根據(jù)“UbD”教學(xué)模式，階段3的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)依照教與學(xué)的體驗(yàn)順序，逐次列出關(guān)鍵的教學(xué)和學(xué)習(xí)活動(dòng)，有助于學(xué)生完成預(yù)期的理解.

初中階段“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究”單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)詳見表1.初中階段學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過速率和路程的概念，為本單元學(xué)習(xí)速度和位移做了一些鋪墊.學(xué)生雖然通過初中階段的學(xué)習(xí)具備了一定的基礎(chǔ)，但如何將初中階段所接受的關(guān)于“速度”的概念轉(zhuǎn)變?yōu)楦茖W(xué)的概念，達(dá)到新的認(rèn)知是這個(gè)活動(dòng)的重點(diǎn).需要利用生活化的問題情境引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)的區(qū)分.教學(xué)過程可以按以下順序開展：問題情境引入，探測已有概念，產(chǎn)生認(rèn)知沖突，建構(gòu)科學(xué)概念，形成新的認(rèn)知.

表1 位移、速度和速率

高中階段“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究”單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)如表2-3所示.加速度是高一物理中較難理解的概念之一，在已有的生活經(jīng)驗(yàn)中，學(xué)生較難想到與加速度有關(guān)的現(xiàn)象.還是需要從實(shí)際生活出發(fā)，用生活中實(shí)際的例子讓學(xué)生體驗(yàn)速度的變化快慢.要求學(xué)生了解“速度大”“速度變化大”和“速度變化快慢”的具體含義.從而提升學(xué)生觀察、分析、總結(jié)、表達(dá)以及應(yīng)用新知識解決實(shí)際問題的能力.

表2 加速度

表3 勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體

學(xué)習(xí)任何一個(gè)新概念時(shí)，需要對所觀察的現(xiàn)象重新進(jìn)行調(diào)整重組，概括出事物的共同屬性，抽象出事物內(nèi)在本質(zhì)，從而完成從生活經(jīng)驗(yàn)或常識向真正物理學(xué)概念的蛻變.學(xué)習(xí)活動(dòng)安排主要是為了引導(dǎo)學(xué)生利用已有知識解決生活實(shí)際中看到的問題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，讓他們自主去探究是最好的手段.這不僅有利于知識的鞏固和能力的提升，還能體驗(yàn)更科學(xué)、高效的方法.例如，在自由落體運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)中，可利用紙片紙團(tuán)等隨手可得的生活用品創(chuàng)設(shè)各種物體下落的具體情境，分析出空氣阻力對物體下落快慢有影響，通過在真空條件中的下落實(shí)驗(yàn)，抽象出物體下落的特征，形成自由落體運(yùn)動(dòng)的概念.

以下是研究“自由落體運(yùn)動(dòng)”時(shí)，有一組學(xué)生用tracker軟件分析乒乓球下落的視頻，得到的結(jié)果如圖1-2所示.

圖1

圖2

制訂探究計(jì)劃時(shí)要根據(jù)實(shí)際問題情境，充分調(diào)動(dòng)已有知識，選擇符合要求的實(shí)驗(yàn)裝置，獲取客觀真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析形成相應(yīng)的物理規(guī)律.例如，在學(xué)習(xí)頻閃照相時(shí)，可利用每間隔一段時(shí)間拍攝的照片，定量找出速度、位移、時(shí)間的關(guān)系，通過數(shù)據(jù)檢驗(yàn)或修正自己的猜想(表4).通過活動(dòng)，學(xué)生真切感受科學(xué)探究過程，體會(huì)描述并解釋自然現(xiàn)象的樂趣，科學(xué)探究和小組合作能力自然而然得到提高.

表4 頻閃照相

以“拍攝頻閃照片”活動(dòng)來舉例，為了讓學(xué)生明確具體任務(wù)，合理安排時(shí)間.設(shè)計(jì)類似的時(shí)間安排表如表5所示.

表5

3 實(shí)踐反思

“UbD”模式提出了明確預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果、確定合理的評價(jià)方式以及設(shè)計(jì)和安排教學(xué)活動(dòng)的3個(gè)階段教學(xué)設(shè)計(jì)程序.這樣的單元設(shè)計(jì)是以始為終的設(shè)計(jì)，先要看到學(xué)習(xí)的目標(biāo)以及想要完成的任務(wù)有哪些，根據(jù)核心概念再把它們進(jìn)行拆解，結(jié)合必備知識和學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，最后細(xì)化到每個(gè)任務(wù)的指令上.學(xué)習(xí)過程中要讓學(xué)生了解將要學(xué)習(xí)什么？為什么要學(xué)習(xí)這些內(nèi)容？預(yù)期的要求是什么？在這過程中需掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)情況，要有一個(gè)能讓學(xué)生興趣很高、想要去做的項(xiàng)目或者活動(dòng).本單元研究一維運(yùn)動(dòng)，我們到底如何來研究？剛開始時(shí)，可以把具體的活動(dòng)設(shè)計(jì)和細(xì)化后的任務(wù)，通過清單的形式給學(xué)生，涉及到基礎(chǔ)知識和需要的儀器可以在過程中邊做邊學(xué).在問題驅(qū)動(dòng)下完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，這些學(xué)習(xí)目標(biāo)可以參考課標(biāo).真正激發(fā)并維持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識的理解和遷移提供橋梁，在反饋和改進(jìn)中，不斷成長.哪些內(nèi)容可以改進(jìn)，可以從哪些角度優(yōu)化，運(yùn)用什么樣的實(shí)驗(yàn)辦法更為巧妙？這是教育發(fā)展的需要，更是學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要方法和手段.注重過程性評價(jià)，對基礎(chǔ)知識的掌握，基本技能的要求，可以根據(jù)學(xué)生完成的作業(yè)，產(chǎn)出的作品，自我反思，階段性表現(xiàn)來體現(xiàn).我們需要在學(xué)習(xí)過程中不斷調(diào)整和修正，滿足學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的期待，從而提升學(xué)生能力和發(fā)展學(xué)生的素養(yǎng).