聚焦大概念，逆向教学设计促思维生成

何亚芸 刘巧云

科学思维是物理核心素养的重要方面，包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。科学思维的培养需要长期且连贯的过程，而这些思维要素散落在教学内容当中，加之传统课时的安排，给实际教学带来困难。UbD理念就要求我们在单元设计时紧紧围绕大概念对教学内容进行整合，在一个主题或一个系列活动中将学生的科学思维落到实处，达成生成科学思维的终极目标。

“通过设计促进理解”（understandingbydesign，简称UbD）理念，是近年来美国课程改革中涌现出来的一种新理论、新实践。以该理念为指导的教学设计是一种以明确的目标为起点、以促进学生深度学习为宗旨、强调评价设计先于课程设计和教学活动的创新型教学设计模式。

下面以初中科学中“光”现象为例，阐述具体的设计思路和教学实践。

一、基于课标，提炼大概念

根据初中科学课程标准明确大概念，再根据大概念梳理出表述为“关键问题”的学习目标，并从掌握知能、理解意义、学会迁移三个纬度对学习目标进行分类。

1、课程标准和知识结构

在义务教育初中科学课程标准中，“光”属于“物质的运动”专题，具体要求是：知道光的直线传播，了解相关现象;通过实验探究并了解光的反射现象及其特点，了解光的折射现象及其特点;通过实验，探究平面镜成像的特点及其应用;通过实验了解凸透镜的成像特点，能解释相关问题;通过观察太阳光的色散现象了解白光的组成和不同色光混合的现象。分析浙教版教材《科学》七年级下册第二章《对环境的察觉》中4-6节，整合“光”单元的知识结构如图1所示。

2、围绕大概念的单元设计

科学的主题是研究自然现象，并解释现象的规律性，发现自然定律、解释和预言现象。而模型的作用是通过理想化或简单化，保留科学本质，在规律和现象之间建立桥梁。“光”这部分内容中，大量的生活现象可以作为教学起点，光的直线传播、反射和折射定律则是普遍规律。因此选择“模型建构”作为大概念，与其相关的还有3个次位概念，分别是“光线模型”、“光反射模型”、“光折射模型”。希望经过这一单元的学习，学生能掌握模型建构的基本方法，加深对科学现象的理解，提高比较、归纳、推理的能力，最终促进科学思维的生成。

3、目标分类和关键问题

秉承“理解为先”的思想，从三个纬度将“模型建构”目标进行拆解，如表2所示。

之后，将三个次位概念的目标以关键问题进行表述，并根据三个纬度对其进行学习目标分类，如表3所示。例如“光反射模型”中的第一个问题是从游戏中引出光发射现象，得到光反射的普遍性，并激发学生知道光反射规律的求知欲;第二个问题是在定性了解光反射的规律基础上，通过测量等实验手段进一步找出反射光线和入射光线的关系;第三个问题是引导学生构建模型反映光反射的规律;第四个问题是将模型灵活应用于解决实际问题;第五个问题是引导学生对光反射现象之一的“平面镜成像”规律进行实验探究，并在第六个问题中将反射模型进行迁移应用，补充凹面镜和凸面镜对光的的发散和会聚作用及其应用。

二、聚焦大概念，设计表现性评估

围绕大概念，设计表现性评估是监测学生思维生成过程的重要手段。由于单元教学的课时较多，因此评估可以在一个较长时间段内完成，方式也可以更为多样化。例如在次位概念“光反射模型”教学中，可选择如下的评估方式。

1、体验式活动

教师在靶前设置障碍物让学生比赛打中靶心，找寻光路偏折的方法，学生可以想出很多物体作为界面并成功演示。这能帮助学生在课堂中亲身体验光的反射现象，而部分学生认为粗糙或透明的物体不能反射光的前概念则为之后漫反射和镜面反射的学习埋下伏笔。因此在形成性评估中设计“解释为何选择光滑不透明的物体作为界面进行反射”的任务，目的是检验学生利用模型推翻前概念的能力，进一步促进科学思维的生成。

2、主题日活动

布置学生调查学校周围以及家庭所在社区光污染的主要来源并提出控制建议，以小报告或展板的形式呈现，评估学生的科学态度和社会责任感，以及辩证看待问题的思维。

3、科学制作展评

让学生利用平面镜制作潜望镜、全息投影仪等，评估学生的动手创新与合作交流能力以及在技术、数学、艺术等方面的素养。

三、目标导向，设计体验活动

本单元不计主题日或展评等评估活动，计划7个课时。以下是以4个关键问题串联的“光反射模型”第1课时的活动设计。

关键问题1：如何快速打中靶心？

请两位同学比赛，看谁先击中墙上的靶心;在靶前设置障碍物，再次讓学生比赛打靶。学生想尽方法找寻让光路偏折的方法（为了让学生看清光路的偏折，需要关闭教室的灯，同时用加湿器在反射界面周围喷上水雾）。引导学生找出这些方法的共同点，得到光反射的定义。认识入射光线、反射光线、入射点。

设计意图：让学生亲身经历光的反射，并通过观察总结光反射的定义，从而锻炼比较、归纳、表达能力。

关键问题2：你能用实验探究出光反射的规律吗？

引导学生探究光反射的规律，以找出控制反射光线传播路径的方法，提高命中率。学生在教师的支持下利用自制教具进行实验，得出光反射的现象及规律：①从不同方位入射到平面镜的同一入射点时，形成的反射光线与入射光线关于同一条直线对称（由于其垂直于界面，因此被称作“法线”）;反射角等于入射角;入射光线和反射光线分居在法线的两侧（除垂直入射外）;入射光线、反射光线、法线在同一平面上。概括为“三线共面、两线分居、两角相等”。

设计意图：通过小组合作达成共识，锻炼学生观察、测量、合作以及交流表达的能力。

关键问题3：如何建立光反射模型

请学生在光线模型的基础上，结合光反射的规律构建光反射模型，并通过评价分析其合理性，提出优化建议。

设计意图：通过互评提升学生的反思能力，促进组内合作和组间交流。对模型进行优化的过程也是学生科学思维生成的必经之路。

关键问题4：尝试理论分析快速射中靶心的技巧，并解释为何优先选择光滑不透明的物体作为界面进行反射？

鼓励学生利用光反射模型理论分析如何快速打中靶心：方法1——已知入射光线和反射光线，能画出镜面的角度;方法2——已知平面镜位置和角度，能画出入射光线;方法3——利用光路可逆性，对着平面镜中的靶心入射（教师追问镜中真的有靶心吗？为下一课时的平面镜成像作铺垫）。回到最开始的体验活动，提问粗糙或者透明的物体表面能否进行光反射？请学生用模型支持自己的观点。

设计意图：鼓励学生应用模型解释生活中出现的光反射现象，并从原理上区分漫反射和镜面反射。

四、结语

“光现象”在整个浙教版《科学》中所占比例不大且相对集中，且内容在小学科学中已全部涉及。因此若只关注知识层面，学生的兴趣和参与度不会很高，教师也容易停留在泛泛而谈、归纳现象得出规律、为了探究而探究的目标层次。一个典型的前概念就是学生容易将“入射角等于反射角”等同于“反射角等于入射角”，这是因为学生忽略了规律的生成过程，并没关注两角的因果关系。而聚焦大概念进行逆向教学设计有以下几个优势：

1.有助于优化教师的教学设计

基于UbD理念进行逆向设计，教师会以更宽广的视角去处理琐碎的知识点，看到跨学科、跨年级、跨专题的具体知识背后承载的“理解意义”，去追求“学习迁移”等更高阶的目标。例如笔者将“光”单元的大概念定为模型建构，不仅因为它可以用于解决当前的问题，还可以运用于解释《地球与宇宙》中“地球自转和公转”引起的太阳高度角变化和四季变化规律、“月相的规律”以及“日食月食的成因”等。在教学设计上，以实际问题为起点，又以解决实际问题为终点，中间用关键问题串联成线，有助于教师设计出基于真实情境、感性体验和理性思考并存的课堂活动。在教学评价方面，大单元的设计让评价可以在一个相对较长的时间段内完成，有利于教师设计出适合于不同学习水平学生的评价方案。例如学生可以以课堂小结、课后习题、实验报告、思维导图、科学小制作等不同形式反映自己的思维层次。

2.有助于促进学生的思维生成

基于UbD理念進行逆向设计，关键问题可以推动学生面对新问题时，探寻相似的模型、建立联系、考虑有效的策略，实现迁移;评价体系可为学生提供多元的表现方式，对接受能力较弱的学生更加宽容友好;而在解决问题的过程中，学生经历了像科学家、数学家一样的思维过程，利于增强自我成就感和对学科的认同感。

本单元的设计已初步应用于教学实践，学生普遍反映对“光”现象的兴趣浓厚，有进一步探究的意愿，也已掌握模型建构的基本思路。但在教学中也遇到了一些问题，如教学评价多样化后如何建立长期有效的总结性评价。

（作者单位：杭州英特外国语学校）