基于“UbD”模式的物理规律探究教学设计——以高一物理“匀变速直线运动的研究”单元为例

连彬星

(北京师范大学福清附属行知高级中学,福建 福州 350300)

1 “UbD”模式概述及意义

Understanding by Design,简称UbD，又称“促进理解的教学设计”.这是在美国教育评价专家泰勒的"目标导向"教育教学模式提出后，格兰特·威金斯和杰·麦克泰对其理论进行发展与创新，从而研究提出的一种教学设计框架.这种框架是强调评价机制的设计先于课程设计和教学活动开展，它的起点是明确的学习目标、它的宗旨是促进学生有意义地学习，是一种创新型的教学设计模式.“学习目标—教学评价—教学活动”与传统教学设计“教学目标—教学活动—教学评价”相比，把教学评价的位置变换了，使它排在教学活动之前.促进理解的教学设计最后才设计教学活动，需要先确定学习的预期结果，再明确达到预期结果的证据或者说是评估手段.这样的方式更加贴合当下新课程标准要求和核心素养理念.

2 基于“UbD”模式的“匀变速直线运动”单元教学设计

阶段1：确定预期结果.

根据物理的核心素养和新课程标准的要求，确定本单元的学习目标如下： (1) 了解近代实验科学如何产生的，认识到物理学的发展，离不开实验的作用.(2) 通过实验，探究匀变速直线运动的特点.描述匀变速直线运动时能用不同的方法，如公式、图像等，理解匀变速直线运动的规律，在解决实际问题中能加以应用.(3) 学生将通过自主实验，理解自由落体运动规律，并学会用电脑软件进行简单分析.(4) 通过与物理学史的相关内容相结合，学生将认识在物理学研究过程中物理实验与科学推理不可替代的作用.

学习目标还要进一步转换成核心概念和关键问题.围绕这些问题来解构本单元的学习目标，也是本节课学习的中心.例如关于匀变速直线运动的研究单元可列出以下核心概念： (1) 位移、速度和速率； (2) 加速度； (3) 匀变速直线运动、自由落体运动； (4) 频闪照相或打点计时器.核心概念所对应的关键问题在下文的表格中会出现，这里不再赘述.

阶段2：确定合适的评估证据.

“UbD”模式要求教师站在更长远的角度进行思考，必须先找到能证明学生成功完成学习目标的证据后再考虑设计教学.评估方式有很多，随着课程的深入、活动的开展逐步形成一系列的评估证据，而不是像传统教学中的单一评价证据，如单元测试.评价要贯穿于教学的各个环节中，方式应该多样，除了传统的书面测试外，还有思考反馈、小组互评、自我反思、成果展示等.促进学生学习和发展的重要手段，评价发挥着它不可取代的地位，它不仅能激发学生的个性潜能，还能激励学生不断发展进步.

本单元可以设如下评估内容： (1) 能否理解所学的物理概念和规律及其相互关系，如理解位移速度加速度的概念和关系.(2) 能否正确描述和解释自然现象，如描述不同物体速度快慢.(3) 能否综合应用所学物理知识解决实际问题，能否将实际问题中的对象和过程转化成物理模型，如研究生活中的自由落体运动.(4) 能否恰当使用证据证明物理结论，能否对已有结论提出有依据的质疑，采用不同方式解决物理问题，如用软件分析物体下落的规律.(5) 能否使用不同方法和手段分析处理信息，主动与他人合作，展示小组成果等.

可以采用自我评价的方式让学生对自己学习进行反思，而同伴评价则可以取长补短共同进步的，能更好的认识并改进自己的学习方法、提高自我学习能力，对于学生的终身学习起到很好地促进作用.所以活动中需要多创造这样的机会，引导学生在学习过程中不断自我反思和相互讨论.一定要留出足够多的时间让小组展示实验成果和总结规律，引导学生指出亮点和反思不足之处，同时鼓励学生对方案提出改进措施，不断加以完善.

阶段3：设计学习体验和教学活动.

在这一阶段需要考虑清楚几个关键问题：哪些活动能使学生获得所需的知识和技能，才能达到预期的结果？如何用恰当的方式指导学生开展学习？选择哪些合适的材料和资源？等等.根据“UbD”教学模式，阶段3的学习活动设计依照教与学的体验顺序，逐次列出关键的教学和学习活动，有助于学生完成预期的理解.

初中阶段“匀变速直线运动的研究”单元学习设计详见表1.初中阶段学生已经学习过速率和路程的概念，为本单元学习速度和位移做了一些铺垫.学生虽然通过初中阶段的学习具备了一定的基础，但如何将初中阶段所接受的关于“速度”的概念转变为更科学的概念，达到新的认知是这个活动的重点.需要利用生活化的问题情境引导学生进行科学的区分.教学过程可以按以下顺序开展：问题情境引入，探测已有概念，产生认知冲突，建构科学概念，形成新的认知.

表1 位移、速度和速率

高中阶段“匀变速直线运动的研究”单元学习设计如表2-3所示.加速度是高一物理中较难理解的概念之一，在已有的生活经验中，学生较难想到与加速度有关的现象.还是需要从实际生活出发，用生活中实际的例子让学生体验速度的变化快慢.要求学生了解“速度大”“速度变化大”和“速度变化快慢”的具体含义.从而提升学生观察、分析、总结、表达以及应用新知识解决实际问题的能力.

表2 加速度

表3 匀变速直线运动、自由落体

学习任何一个新概念时，需要对所观察的现象重新进行调整重组，概括出事物的共同属性，抽象出事物内在本质，从而完成从生活经验或常识向真正物理学概念的蜕变.学习活动安排主要是为了引导学生利用已有知识解决生活实际中看到的问题，充分调动学生的学习主动性，让他们自主去探究是最好的手段.这不仅有利于知识的巩固和能力的提升，还能体验更科学、高效的方法.例如，在自由落体运动运动学习中，可利用纸片纸团等随手可得的生活用品创设各种物体下落的具体情境，分析出空气阻力对物体下落快慢有影响，通过在真空条件中的下落实验，抽象出物体下落的特征，形成自由落体运动的概念.

以下是研究“自由落体运动”时，有一组学生用tracker软件分析乒乓球下落的视频，得到的结果如图1-2所示.

图1

图2

制订探究计划时要根据实际问题情境，充分调动已有知识，选择符合要求的实验装置，获取客观真实的实验数据，通过数据分析形成相应的物理规律.例如，在学习频闪照相时，可利用每间隔一段时间拍摄的照片，定量找出速度、位移、时间的关系，通过数据检验或修正自己的猜想(表4).通过活动，学生真切感受科学探究过程，体会描述并解释自然现象的乐趣，科学探究和小组合作能力自然而然得到提高.

表4 频闪照相

以“拍摄频闪照片”活动来举例，为了让学生明确具体任务，合理安排时间.设计类似的时间安排表如表5所示.

表5

3 实践反思

“UbD”模式提出了明确预期的学习结果、确定合理的评价方式以及设计和安排教学活动的3个阶段教学设计程序.这样的单元设计是以始为终的设计，先要看到学习的目标以及想要完成的任务有哪些，根据核心概念再把它们进行拆解，结合必备知识和学科核心素养进行逆向设计，最后细化到每个任务的指令上.学习过程中要让学生了解将要学习什么？为什么要学习这些内容？预期的要求是什么？在这过程中需掌握学生的学习体验情况，要有一个能让学生兴趣很高、想要去做的项目或者活动.本单元研究一维运动，我们到底如何来研究？刚开始时，可以把具体的活动设计和细化后的任务，通过清单的形式给学生，涉及到基础知识和需要的仪器可以在过程中边做边学.在问题驱动下完成学习目标，这些学习目标可以参考课标.真正激发并维持学生的学习兴趣，为学生实现知识的理解和迁移提供桥梁，在反馈和改进中，不断成长.哪些内容可以改进，可以从哪些角度优化，运用什么样的实验办法更为巧妙？这是教育发展的需要，更是学生创新能力培养的重要方法和手段.注重过程性评价，对基础知识的掌握，基本技能的要求，可以根据学生完成的作业，产出的作品，自我反思，阶段性表现来体现.我们需要在学习过程中不断调整和修正，满足学生对物理学习的期待，从而提升学生能力和发展学生的素养.