基于SOLO與UBD理論的初中物理復(fù)習(xí)課跨學(xué)科實(shí)踐研究

摘 要：為突破知識(shí)梳理、例題講解、習(xí)題操練的傳統(tǒng)復(fù)習(xí)模式，打破學(xué)生的思維壁壘，在SOLO理論指導(dǎo)下制訂教學(xué)目標(biāo)，基于UBD模式整體設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)課教學(xué)過(guò)程，以跨學(xué)科實(shí)踐為路徑，尋找物理與生活、物理與工程、物理與社會(huì)之間的聯(lián)系，發(fā)展學(xué)生的理解、遷移、應(yīng)用等高水平認(rèn)知能力，探索素養(yǎng)立意的初中物理復(fù)習(xí)教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：SOLO；UBD；復(fù)習(xí)課；跨學(xué)科實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2024）10-0087-4

收稿日期：2024-04-11

基金項(xiàng)目：全國(guó)教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度教育部重點(diǎn)課題“UbD·LBD：基于跨學(xué)科學(xué)習(xí)的STEAM課程開(kāi)發(fā)與實(shí)施的范式研究”（DHA190443）；浙江省教育科學(xué)規(guī)劃2021年度課題“課程視角下‘學(xué)伴聯(lián)盟’支持系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行的實(shí)踐研究”（2021SB001）；浙江省教育信息化研究2023年度課題“觀念·資源·雙線：提升科學(xué)教師技術(shù)工程教育能力實(shí)踐”（2023ETD73）。

作者簡(jiǎn)介：夏承?。?986-），男，中學(xué)高級(jí)教師，主要從事初中科學(xué)課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和命題研究等。

復(fù)習(xí)課是學(xué)科教學(xué)的重要組成部分，當(dāng)前，部分復(fù)習(xí)課仍然存在僅進(jìn)行知識(shí)梳理、例題講解、習(xí)題操練的情況，致使大部分學(xué)生的復(fù)習(xí)停留在知識(shí)點(diǎn)的摘錄、記憶、復(fù)現(xiàn)，未能進(jìn)行理解、遷移、應(yīng)用等高水平的認(rèn)知加工［1］。如何讓學(xué)生在復(fù)習(xí)課中變被動(dòng)接受為主動(dòng)學(xué)習(xí)，在問(wèn)題解決的過(guò)程中達(dá)成遷移、應(yīng)用等高水平認(rèn)知，發(fā)展批判性思維、創(chuàng)新思維等高階思維能力，是當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題。

1 依托SOLO分類理論設(shè)置學(xué)習(xí)目標(biāo)

SOLO（可觀察的學(xué)習(xí)結(jié)果結(jié)構(gòu)）分類理論是比格斯提出的一種區(qū)分學(xué)生思維層次和等級(jí)特征的評(píng)價(jià)方法［2］。SOLO分類是一種以等級(jí)評(píng)價(jià)來(lái)描述學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的質(zhì)性評(píng)價(jià)方法，它不僅具有完備的理論體系，而且有厚實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。它從學(xué)生思維認(rèn)知能力出發(fā)，依據(jù)對(duì)學(xué)生解答問(wèn)題的結(jié)果觀察，由低到高劃分為五個(gè)層次：前結(jié)構(gòu)、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)和抽象拓展結(jié)構(gòu)［3］。

課標(biāo)中對(duì)“簡(jiǎn)單機(jī)械”相關(guān)的要求如表1所示?；赟OLO分類理論，結(jié)合課標(biāo)要求，立足“制作驅(qū)獸器”這一載體，制訂本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)如下：

①單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平：通過(guò)對(duì)驅(qū)獸需求和各驅(qū)獸方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析，回顧生物的應(yīng)激性；復(fù)習(xí)能量轉(zhuǎn)化，能提出通過(guò)聲音刺激聽(tīng)覺(jué)、光刺激視覺(jué)等驅(qū)獸方法，并能說(shuō)出驅(qū)獸器設(shè)計(jì)的方向。

②多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平：通過(guò)驅(qū)獸器評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制訂、方案設(shè)計(jì)、分析及篩選，復(fù)習(xí)杠桿平衡條件，培養(yǎng)學(xué)生從各個(gè)角度進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、分析和評(píng)價(jià)的能力，發(fā)展學(xué)生的批判性思維能力。

③關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平：通過(guò)驅(qū)獸器的制作和影響驅(qū)獸器響度因素的探究，建構(gòu)驅(qū)獸器系統(tǒng)與杠桿模型的關(guān)系，了解驅(qū)獸器的整體穩(wěn)定與部分結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變化的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，理解技術(shù)與工程背后蘊(yùn)含的科學(xué)觀念，發(fā)展實(shí)驗(yàn)探究能力。

④抽象拓展水平：通過(guò)對(duì)驅(qū)獸器存在缺點(diǎn)及改進(jìn)方向的思考，培養(yǎng)學(xué)生利用科學(xué)指導(dǎo)技術(shù)與工程迭代的能力和創(chuàng)新能力，初步形成愛(ài)護(hù)自然的觀念，培養(yǎng)人與自然和諧共生的責(zé)任感。

2 基于UBD模式的學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)

UBD是Understanding by Design，又稱“促進(jìn)理解的教學(xué)設(shè)計(jì)”，是“目標(biāo)導(dǎo)向”的一種教學(xué)設(shè)計(jì)框架，它強(qiáng)調(diào)評(píng)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(kāi)展，起點(diǎn)是明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，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［4］，以“學(xué)習(xí)目標(biāo)—教學(xué)評(píng)價(jià)—教學(xué)活動(dòng)”為框架設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出“跨學(xué)科實(shí)踐”一級(jí)主題，在其下設(shè)立了“物理學(xué)與工程實(shí)踐”“物理學(xué)與日常生活”“物理學(xué)與社會(huì)發(fā)展”三個(gè)二級(jí)主題［6］。UBD模式中跨學(xué)科實(shí)踐的學(xué)習(xí)目標(biāo)來(lái)源于“物理學(xué)與日常生活”，教學(xué)評(píng)價(jià)指向生活問(wèn)題的解決，而教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展則是圍繞工程實(shí)踐進(jìn)行，其迭代的追求為可持續(xù)發(fā)展，即“物理學(xué)與社會(huì)發(fā)展”方面的內(nèi)容。對(duì)于“制作驅(qū)獸器”一課，需要的效果為“連續(xù)響亮發(fā)聲”，其運(yùn)行的動(dòng)力為“水力”，依托的核心原理為“杠桿平衡條件”，工程追求為“人與自然的和諧共生”，具體學(xué)習(xí)框架如圖1所示。

3 基于SOLO與UBD理論的初中物理復(fù)習(xí)課跨學(xué)科實(shí)踐

3.1 前結(jié)構(gòu)—單點(diǎn)結(jié)構(gòu)：以史實(shí)激活經(jīng)驗(yàn)，明確目標(biāo)

【問(wèn)題設(shè)置】

①為什么要驅(qū)趕鳥(niǎo)獸？

②如何驅(qū)趕鳥(niǎo)獸？

③各種驅(qū)趕方式有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

④如何全天候驅(qū)趕鳥(niǎo)獸？

圍繞這四個(gè)核心問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考，通過(guò)問(wèn)題①明確驅(qū)趕鳥(niǎo)獸的目的是保護(hù)農(nóng)作物，有利于人類生存；通過(guò)問(wèn)題②的分析得出可通過(guò)稻草人、敲鑼等方式驅(qū)趕鳥(niǎo)獸；通過(guò)問(wèn)題③的分析可知稻草人受晝夜的限制，敲鑼受人力的限制；通過(guò)問(wèn)題④明確需要制作能不受晝夜限制并利用其他動(dòng)力的驅(qū)獸器，即水力驅(qū)獸器。

設(shè)計(jì)意圖：依托食物爭(zhēng)奪這一歷史真實(shí)情境提出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。以驅(qū)獸形式激活學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)復(fù)習(xí)應(yīng)激性、能量的轉(zhuǎn)化等相關(guān)知識(shí)。以驅(qū)獸需求和各驅(qū)獸方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析，提出驅(qū)獸器制作目標(biāo)，以此培養(yǎng)學(xué)生從工程視角審視問(wèn)題的意識(shí)和能力。

3.2 單點(diǎn)結(jié)構(gòu)—多點(diǎn)結(jié)構(gòu)：依目標(biāo)制訂標(biāo)準(zhǔn)，篩選方案

【任務(wù)設(shè)置】

①制訂水力驅(qū)獸器評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

②初步設(shè)計(jì)驅(qū)獸器。

③評(píng)價(jià)并選擇方案。

④詳細(xì)設(shè)計(jì)并分析驅(qū)獸器的工作原理。

首先，根據(jù)驅(qū)獸器的制作目標(biāo)提出驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工程實(shí)踐的基本過(guò)程，提出設(shè)計(jì)和物化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。

表2 制作驅(qū)獸器評(píng)價(jià)量表

[任務(wù) 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 制作水力驅(qū)獸器 驗(yàn)收 能發(fā)出聲音 能多次發(fā)出聲音 能發(fā)出響亮的聲音 設(shè)計(jì) 能繪制驅(qū)獸器的簡(jiǎn)圖 能說(shuō)出驅(qū)獸器的主要原理 取材方便 物化 裝置牢固 組裝簡(jiǎn)便 ]

學(xué)生依托量表進(jìn)行設(shè)計(jì)，展示設(shè)計(jì)成果，如圖2所示。通過(guò)對(duì)各器材模擬運(yùn)行的分析，發(fā)現(xiàn)各裝置均能實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)聲。進(jìn)一步以組裝簡(jiǎn)便為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，得知圖2中甲方案和乙方案的結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，組裝不易；以裝置牢固為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，得知圖2中丙方案不易固定，整體不夠牢固；圖2中丁方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組裝簡(jiǎn)便、取材方便、裝置牢固，進(jìn)而選擇圖2中的丁方案。

在明確選擇圖2中的丁方案之后，分析得出其蘊(yùn)含的核心科學(xué)原理為杠桿平衡條件，接著進(jìn)行計(jì)算：“若驅(qū)獸器錘子質(zhì)量為3克，杯子質(zhì)量為10克，不計(jì)桿的自重，其他數(shù)據(jù)如圖3所示，要使驅(qū)獸器能發(fā)出聲音，杯內(nèi)需要裝的水應(yīng)至少大于多少毫升？”學(xué)生利用杠桿平衡條件、相似三角形等知識(shí)進(jìn)行計(jì)算，由此得知驅(qū)獸器杯子的最小尺寸。然后分析“如圖4中甲、乙、丙三種情況靜止時(shí)，手對(duì)瓶子的力的大小關(guān)系是怎樣的”，由此復(fù)習(xí)力的方向?qū)αΡ鄣挠绊?。進(jìn)而分析“若將手換成水，三幅圖中驅(qū)獸器的平衡情況又是怎樣的”，據(jù)此明確驅(qū)獸器的本質(zhì)是不平衡杠桿，進(jìn)而遷移形成“生活中的杠桿并非都是平衡的”這一觀念。

設(shè)計(jì)意圖：依據(jù)驅(qū)獸器的制作目標(biāo)，提出驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)制訂方式的遷移，提出設(shè)計(jì)、物化等方面的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而指引設(shè)計(jì)方向，并創(chuàng)造出多種驅(qū)獸器的設(shè)計(jì)思路，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維；利用量表對(duì)各種方案進(jìn)行比較、評(píng)價(jià)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維；利用杠桿平衡條件、相似三角形等知識(shí)對(duì)驅(qū)獸器部件進(jìn)行計(jì)算和分析，幫助學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決科學(xué)問(wèn)題，深度復(fù)習(xí)杠桿平衡條件的同時(shí)，明確工程設(shè)計(jì)在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)之后，需要進(jìn)一步進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，并進(jìn)一步理解驅(qū)獸器的工作過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生從各個(gè)角度進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、分析和評(píng)價(jià)的能力。

3.3 多點(diǎn)結(jié)構(gòu)—關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)：據(jù)物化評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)，探究原理

【任務(wù)設(shè)置】

①物化驅(qū)獸器。

②檢驗(yàn)驅(qū)獸器。

③探究影響驅(qū)獸器響度大小的因素。

學(xué)生根據(jù)所設(shè)計(jì)的方案，使用器材進(jìn)行組裝，組裝完成后嘗試加水，讓驅(qū)獸器開(kāi)始工作，發(fā)現(xiàn)各組的響度不同，進(jìn)而提出問(wèn)題“影響驅(qū)獸器響度大小的因素是什么？”通過(guò)觀察、比較不同響度驅(qū)獸器的特點(diǎn)，提出影響驅(qū)獸器響度大小的因素有“錘的重力、杯子的重力、力臂大小，即F1、l1、F2、l2”，進(jìn)而利用控制變量法設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。測(cè)量數(shù)據(jù)記錄如表3所示。分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論：l1、F2、l2相同時(shí)，F(xiàn)1越大，響度越大；F1、F2、l2相同時(shí)，l1越大，響度越大；結(jié)合杠桿平衡條件，進(jìn)一步分析得知，（F1×l1-F2×l2）越大，響度越大；從而推測(cè)，F(xiàn)1、l1、l2相同時(shí)，F(xiàn)2越大，響度越?。籉1、l1、F2相同時(shí)，l2越大，響度越小。

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)所設(shè)計(jì)的方案，進(jìn)行物化，抓住不同組物化產(chǎn)品中聲音響度不同這一問(wèn)題，進(jìn)行響度影響因素的探索，不僅讓學(xué)生經(jīng)歷物化的過(guò)程，更能培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出猜想等能力。在杠桿平衡條件的基礎(chǔ)上，由單一變量的探究和分析走向多變量整合分析，有效提升了學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力。同時(shí)，拓展對(duì)杠桿平衡條件的理解，明確（F1×l1）與（F2×l2）的差越大，越難以實(shí)現(xiàn)杠桿平衡，發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。進(jìn)而理解不平衡杠桿在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，從而建構(gòu)驅(qū)獸器系統(tǒng)與杠桿模型的關(guān)系，了解驅(qū)獸器的整體穩(wěn)定與部分結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變化的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)杠桿平衡條件的深度學(xué)習(xí)，并幫助學(xué)生理解技術(shù)與工程背后蘊(yùn)含的科學(xué)觀念。

3.4 關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)—抽象拓展：追和諧修正方向，迭代產(chǎn)品

【問(wèn)題設(shè)置】

①如何制作響度更大的驅(qū)獸器？

②本節(jié)課制作的驅(qū)獸器還存在什么缺點(diǎn)？

③如何利用驅(qū)獸器保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)動(dòng)植物健康成長(zhǎng)？

從驅(qū)獸器物化后的效果上來(lái)看，驅(qū)獸的響度仍然不夠，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生思考“如何制作更響的驅(qū)獸器”。學(xué)生依據(jù)之前探究的結(jié)果，提出可圍繞“增大F1”“增大l1”“減小F2”“減小l2”四個(gè)方面設(shè)計(jì)更響驅(qū)獸器的方案，同時(shí)，還可以從材料、形狀等方面進(jìn)行改良。進(jìn)而提出“驅(qū)獸器有什么缺點(diǎn)”，據(jù)此得到擺脫水的束縛、精準(zhǔn)驅(qū)獸等需求，進(jìn)一步對(duì)驅(qū)獸器進(jìn)行迭代，進(jìn)而在人與自然和諧共生的理念引領(lǐng)下，引導(dǎo)學(xué)生思考“如何利用驅(qū)獸器保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)動(dòng)植物的健康成長(zhǎng)”，提出“減少動(dòng)物對(duì)植物的踐踏、利用音樂(lè)愉悅動(dòng)物心情”等暢想，最后通過(guò)學(xué)生小結(jié)的形式，將學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化。

設(shè)計(jì)意圖：依托探究結(jié)論，得出增大驅(qū)獸器響度的方法，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)能有效指導(dǎo)技術(shù)和工程；基于人與自然和諧共生的工程追求，進(jìn)一步改進(jìn)驅(qū)獸器，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)驅(qū)獸，甚至利用驅(qū)獸器對(duì)生物進(jìn)行正向干預(yù)，保護(hù)環(huán)境。讓學(xué)生經(jīng)歷驅(qū)獸現(xiàn)實(shí)—理想化探究—迭代驅(qū)獸器—開(kāi)發(fā)驅(qū)獸器功能的過(guò)程，運(yùn)用逆向思維提出利用驅(qū)獸器保護(hù)環(huán)境的方法，形成技術(shù)和工程的倫理意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)新思維等高階思維。

4 反 思

跨學(xué)科實(shí)踐涉及多學(xué)科內(nèi)容，在進(jìn)行目標(biāo)制訂時(shí)需要立足物理學(xué)科的內(nèi)容，依托主題情境，依托SOLO分類理論，制訂層次化的教學(xué)目標(biāo)，依此進(jìn)行層次化的教學(xué)設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)過(guò)程中，可依托UBD模式，立足情境，分析驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，明確需求，由此制訂工程實(shí)踐的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)的指引下進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和物化，進(jìn)而在實(shí)踐中深度領(lǐng)會(huì)所依托的科學(xué)原理，在科學(xué)原理、態(tài)度責(zé)任的指導(dǎo)下進(jìn)行產(chǎn)品的迭代和應(yīng)用，由此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，樹(shù)立正確的態(tài)度責(zé)任。然而，在方案設(shè)計(jì)時(shí)，往往需要很長(zhǎng)時(shí)間的討論，才能在部分學(xué)生的帶領(lǐng)下設(shè)計(jì)出相對(duì)合適的方案，如何搭建好學(xué)習(xí)支架，降低設(shè)計(jì)的難度，提升學(xué)生的參與度，還有待進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)：

［1］符愛(ài)琴，周曉燕，金榮妹.初中化學(xué)“主題·項(xiàng)目化學(xué)習(xí)”教學(xué)模式的建構(gòu)與實(shí)踐［J］.全球教育展望，2023，52（9）：115-128.

［2］BIGGS JB，COLLIS KF.學(xué)習(xí)質(zhì)量評(píng)價(jià)：SOLO分類理論——可觀察的學(xué)習(xí)成果結(jié)構(gòu)［M］.高凌飚，張洪巖，等譯.北京：人民教育出版社，2010：28-32.

［3］汪明.基于SOLO分類理論的物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)——以“多用電表的原理”教學(xué)為例［J］.物理教學(xué)，2023，45（3）：34-36.

［4］連彬星.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［J］.物理教師，2020，41（5）：6-9.

［5］中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育課程方案（2022年版）［S］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：4.

［6］中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［S］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：34.

［7］胡衛(wèi)平，劉守印.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）解讀［M］.北京：中國(guó)高等教育出版社，2022：205.

（欄目編輯 李富強(qiáng)）