UbD理论下的初中科学课堂教学策略探究

申屠英军 张菊华

随着我国新课改的深入，提升教育质量是我国目前的重要教育任务。在现代教育中，发展学生的核心素养是重要教育目标，对教师来说要基于培养学生的核心素养、提高自身的专业水平以提升教学设计质量。在传统的教学中，教师是把自己对知识的理解传授给学生，学生很少根据自己的理解来构建知识体系，这样不仅教师教得费劲，学生学习得也十分吃力。因此，为了帮助学生更好地理解学科知识，教师要根据初中科学学科的特点，用UbD理论设计教学内容、优化教学结构。

一、 UbD理论概述

UbD理论的全称是“Understanding by Design”，又可以理解为是“理解为先”模式。在UbD理论下教师要引导学生理解知识并在新的情境中实现知识迁移，让学生在学习知识、进行知识迁移的过程中对知识的理解更加深入持久。UbD理论为教师设计教学课程提供了一种新方向或者说是新思维，理解为先体现的是两个观念之间的联系：一是通过学习以及大量的研究认为理解是教学的核心，这也是学习的意义观念；二是UbD理论的教学理念是为了学生的理解而教授，主要核心是为了让学生对知识有发展性、深入性、持久性的理解，这对教师展开教学设计有重要意义。

二、 利用UbD理论开展科学教学的理论基础

(一)有意义学习理论

奥苏贝尔认为机械性的学习不仅要学生花费大量的时间，并且这种学习方式的效率较为低下，学生很难有意义地建构新知识，为了凸显出机械性学习和有意义学习之间的差距，并帮助学生进行有意义的学习，奥苏贝尔对新知识的同化过程进行了分析。奥苏贝尔指出新知识与学习者原有的知识结构建立联系的过程就是有意义学习。判断学生是否在进行有意义学习的标准是，检验学习者有没有把原有的知识观念与新知识观念建立实质性的联系或者逻辑性联系。

而有意义学习的外部条件包含学习材料的性质、学习者自身的情况，有意义学习要求学习材料必须具有逻辑性、学生自身的情况包括学生的原有知识储备量以及学生的学习动机。不管是学习材料还是学生自身情况，都会对有意义的学习造成直接影响。有意义学习的核心概念是同化，而同化的核心是学生原本的知识结构。在有意义学习中，新知识和旧知识会发生相互作用，正是这种相互作用才催生了同化过程的产生。知识同化的结果是新知识被学生吸收，而学生原有的知识结构也会发生相应的变化。

(二)建构主义理论

从20世纪80年代以后，建构主义学习理论就在科学教学中受到了重点关注，并对科学教学产生了影响。从建构主义学习理论来说，它更加强调知识是个体建构的。个体理解事物时，除了要掌握事物本身的特点，个体的知识经验也与理解程度有关。个体的知识经验必然存在一定的差异，那么在面对同一事物时也会产生不同程度的理解。这就表示虽然通过特定的知识加工可以让知识具备外在形式，但是不能让每个学习者都能够对知识获得同样的认识。学习者对知识的理解，是基于特定的学习环境和原有的知识经验决定的。

建构主义学习理论中学生是建构知识经验的主体，它指出学习者不要被动地接受知识，也不要简单地发生知识迁移，而要让学习者主动地建构知识。基于这一点，教师在教学过程中不能只对学生传递知识，而是要让学生主动发现知识、吸收知识、有意识地自主建构知识体系。科学的学习不只是知识的导入，还有知识的重组、加工，而这一过程都要依靠学生自身对知识的理解。在建构主义理论下教学要落实学生主体地位，通过情境促进学习者建构知识并培养学生的高阶思维。

(三)理解为先理论

在理解为先理论中有两个重点核心概念——“理解”和“设计”。理解与知道有较大的差异，有些人认为理解就是在新的情境中运用所学的知识技能，还有些学者认为理解是建立观点与事实的联系，并形成自身的知识结构。通过上述两种观点可以总结，理解的条件既包含新的情境，又包含知识迁移，它具有完整的陈述和抽象的特点。

设计是指逆向教学设计。在逆向教学设计中有三个阶段，分别是明确学习结果、确定可接受的证据、规划相应的学习过程。在明确学习结果这一阶段，教师要思考：怎样让学生思考核心问题？学生应该怎样进行持久深入的理解？学生的标准是什么？在确定可接受的证据阶段，教师要思考：评估学生的表现标准有哪些？在规划相应的学习过程阶段，教师要思考：怎样规划学习内容？怎样制定科学的学习计划？这三个阶段从整体上来说要保持一致性，这样才能够构建系统的学习模式。

三、 利用UbD理论构建初中科学教学课堂的策略

(一)初步设计理念

教师在利用UbD理论进行教学设计时，首先要运用逆向设计原则的三个阶段进行初步设计。在开始时教师首先要思考在本学期的教学中，学生的短期学习目标是什么？长期学习目标是什么？怎么证明学生是否达到了预定的学习成效？如何设计学习活动才能够更好地达到计划效果？这些问题当中基本蕴含了逆向设计的三个阶段。

第一阶段明确预期的学习结果：在这一阶段教师要从学生的角度来进行逆向设计。通过问题帮助教师明晰在科学教学中需要解决的问题：本堂课学生要学习哪些内容？学完本节课的内容学生可以获得哪些理解？学生学习这些知识有什么作用？学生学习这些知识的预期结果是什么？在这一阶段预期结果主要体现的是学生在进行了本节知识的学习后，可以运用这些知识做什么、通过这些知识能够获得什么理解。

第二阶段确定可接受的证据：这一阶段主要是为了验证学生是否完成了学习预期结果。那么教师就要对评估产生以下思考：通过什么方法可以让教学评估更加科学有效？教学评估的量化标准是什么？通过哪些证据可以证明学生达到了预期学习目标？什么证据可以表明学生对知识产生了真正的理解？

第三阶段设计学习计划：这一阶段对学生进行高效学习有重要作用。教师要思考：通过什么学习活动可以帮助学生达到预期学习目标？在本节课知识学习中最主要的学习活动是什么？学习计划怎么才能和前两个阶段保持一致性？怎么合理地优化学习资源？学习活动有哪些环节？教师要在活动中发挥什么作用？

在第一阶段，教师要根据初中科学课程标准，来分析学生的学习指标、预期的学习结果，还要根据教师的教学经验和学生的实际学习情况来制定预期的学习结果。在制定目标前教师要对学生已经具备了哪些知识结构、学生的学习基础、学生的认知发展、学生在学习过程中可能遇到的困难进行深入了解，同时还要深入研读教学内容。

在第二阶段，教师可以通过诊断性评价、形成性评价、终结性评价来验证学生是否达到预期的学习目标。在这三种评价方式中，教师要注重创设真实的学习情境、评价方式要多元化且结构合理，同时要关注学生的理解证据。在规划学习计划时教师要注意根据学生的生活经验和科学学科的特点，来实现学生理解知识的最终目标。在这一过程中，教师要注意学习计划不能与学习目标相脱离，要与教材进行结合但同时要避免思维固化，要灵活地设计教学活动。

(二)基于《微粒的模型与符号》教学设计

以浙教版八年级下册《微粒的模型与符号》一课为例，本单元主要体现建模思想，重点在于通过模型与符号让学生科学地认识微观世界、研究微观世界。

第一阶段明确预期的学习结果：

根据初中科学课程标准，本课的学习目标可以制定为：掌握物质是由哪些具体的微粒子构成的(如原子、分子、离子)、能够理解微观模型，并运用模型阐述物质的三态变化、掌握建立微观模型的方法、探索原子结构知识。

基于此，学生的学习迁移目标：对物质微观模型进行灵活运用，如：区分混合物和纯净物、掌握区分化学变化与物理变化之间区别的方法、根据物质微观模型解释物质结构差异和性质差异特征、掌握“结构决定性质”的概念。

深入持久理解：学生根据原子结构知识深入体会物质微观模型建构过程，并充分理解这个过程是需要不断完善的；物质是由原子、分子、离子等不同微粒构成的；元素与原子之间的关系；元素是核电荷数相同的原子总称。

核心问题：科学家在探索原子结构的过程中有什么发现？而这些发现导致它们在原子结构的建立上做了哪些假设？这些假设可以用微观模型来解释吗？如何解释？如何用微观模型解释金刚石的构成？氯化钠是用什么微观粒子组成的？水是用什么微观粒子组成的？不同元素之间是否具有差异性？如何从原子角度来解释同位素原子？

学生需要掌握的知识：利用模型反映事物的特征和本质；掌握原子的结构；掌握原子、分子的定义；掌握原子的大小、质量概念；掌握物质可以由分子、原子、离子构成的概念；掌握元素概念和同位素的含义。

技能：在学习过程中，自主寻找与原子结构模型构建相关的课外资料，并整理成系统的文件。能够制作简单的分子模型。

第二阶段证明学生达到学习预期的证据：

评估标准：学生是否能合理地反映客观事实、学生的逻辑是否清晰可靠、是否能用具有逻辑性清晰的语言阐述结论。

具体衡量标准：学生在阐述卢瑟福的α粒子轰击实验现象时思维清晰、用词严谨且具有较强的逻辑性。学生还可以在阐述后讲述自己收获的知识经验；能够解释原子为什么不带电；能够分别举出由分子、离子、原子构成的物质，并阐述微观粒子和宏观粒子之间的联系；能够制作水、二氧化碳、氧气的分子模型，并且从原子的角度、大小、位置等细节进行充分的考虑；能够利用微观模型阐述化学变化和物理变化的区别。

第三阶段设计学习计划：

①运用多媒体给学生展示原子结构的科学材料，让学生初步掌握与原子模型相关的知识。②利用微课视频形象地展现α粒子轰击实验，并让学生对卢瑟福核式结构模型进行分析。③在学生进行了初步学习之后，让学生自主画出氦原子核式结构模型，并通过自主探究理解元素概念。④通过小组合作，制作物质的分子模型，并以此来分析化学变化、物理变化的区别，从而实现知识迁移。

(三)基于《物质的特性》教学设计

以浙教版七年级上册的《物质的特性》一课为例

第一阶段明确预期的学习结果：

根据初中科学课程标准，学生要学习分子概念、分子运动、扩散现象、质量、密度、热传递、固体密度和液体密度的测量、比热容、熔化、蒸发、沸腾等知识。

深入持久理解：通过对分子、分子运动的学习掌握分子的特征以及作用，并且能够举出具体的例子验证分子运动；通过课堂学习体验密度以及质量的测量步骤，并制定实验方案。在这一过程中理解误差是不可避免的，但只要规范操作就可以减少误差的概念；理解物质比热的意义；解释水的分子原理；了解物质三态的变化特点；知道物态变化是伴随着热量变化而改变的。

学习迁移目标：能够应用分子运动解释生活中的某些现象；学会制定实验方案；学会应用比热解决生活中的某些问题；学会运用图像描述物质三态的特点；学会运用仪器和科学的方法来测量物体的密度，以及制定实验方案来探究液体蒸发快慢的影响元素；通过学习解释自然现象当中的云、雪是如何形成的。

思维以及情感价值结果：体会建立分子模型的思想；感受探究科学知识的乐趣；培养学生关注大自然、热爱大自然的意识。

第二阶段证明学生达到学习预期的证据：

诊断性评价：通过课后作业和课堂测试，以书面的形式检验学生是否掌握了与物质特性相关的知识概念。

形成性评价：让学生用分子运动来解释宏观现象；通过实验教学活动检测学生是否能规范地操作仪器、能否在合理的误差内计算出正确的密度值和质量值，并进行分析；学生能否正确地画出熔化曲线以及物质三态变化的转化图；学生能否用具有逻辑性的语言阐述比热在生活中的应用例子；学生是否能自主设计出本章节的知识思维导图。

第三阶段设计学习计划：

①利用导学案让学生初步学习物质特性的基础知识，并记忆与物质特性相关的知识概念。②通过信息技术给学生播放液体扩散、水的混合视频并让学生观看闻气味的实验，从而探究分子运动的规律。③通过小组合作，制作测量物体密度以及质量的实验方案。④在课后自主构建系统的知识结构导图并调查物质特性在生活中的应用。

(四)基于《生命系统的结构层次》

以七年级上册《生命系统的结构层次》为例

第一阶段明确预期的学习结果：

依据课程标准学生需要掌握的学习目标有：生物、细胞的基本特征；运用细胞结构和功能解释生命现象；学会使用显微镜、放大镜等观察仪器；掌握细胞分裂、生长的意义；掌握细胞分化的相关知识。

学生的深入持久理解：掌握生命系统的构成、动植物的分类标准以及特征；掌握细胞结构与细胞功能之间的关系；掌握生物结构与生物功能之间的关系；对细胞功能相关知识进行探究；分析细胞模型；理解保护生物多样性的意义。

学习迁移：能够运用理论知识自主构建细胞基本结构模型；利用模型探究知识本质；能够用适当的工具观察生物；能够根据细胞、器官、组织等知识，归纳生命系统的内在规律；感受生命的特点(如生命具有复杂性、生命具有层次性)。

学生掌握的技能：利用与细胞发展相关的课外资料进行课内学习，并提高提取关键资料的能力；学会使用观察工具；绘制简单的细胞模式图。

第二阶段证明学生达到学习预期的证据：

学生可以规范地操作显微镜；学生可以运用科学的方法处理实验中的问题；学生能够理解生命的特点并进行系统的阐述；学生能够运用逻辑性语言阐述细胞形态和功能之间的关系；学生可以自主构建简单的细胞模型；学生可以对保护生物多样性提出相应的策略。

第三阶段设计学习计划：

①创设情境展现多种多样的生物。②给学生播放科学实验视频，让学生自主观察研究。③让学生自主动手构建生物模型。④通过小组合作构建知识思维导图。

综上所述，初中科学教师基于UbD理论逆向设计原则展开教学设计，可以构建更加科学、高效的教学模式，不仅可以提高教学水平，还对培养学生的核心素养有积极作用。