基于UbD理论的单元整体教学设计与实践反思——以浙教版《科学》“常见的碱”为例

毛思成

一、 研究背景

(一)传统教学设计的现实

在传统教学即目前实际教学中,教师更多从输入端考虑教学设计,整体流程为:目标——过程——评价。这样的教学以“教什么”“怎么教”为主线,强调“是什么”“为什么”,却忽略了学生能力发展的需求,如“可以干什么”,进而导致学生学习缺乏内驱力。在加涅《教学设计原理》中明确指出,教学设计必须以学习过程为目的,即设计主体对象是学生。而在传统教学中,评价一般在所有教学环节之后,则在评价中暴露的教学问题不能及时得到解决,即评价是滞后的。

而针对教学中出现知识碎片化和课时零散化的问题,可通过单元整体教学来解决。欧美新教育流派在19世纪末提出单元教学模式。随着我国教改不断推进,虽然部分教师在该方面开展了众多研究和实践,但依旧存在如受限于教材预设单元划分、止步于知识点的讲授、凭借经验教学等问题,导致教师难以从核心概念、关键能力、知识体系、方法技能、学科思想等角度对教授内容进行重新架构,难以促进学生的理解,也不利于培养其在新情境中解决未知问题的能力。

(二)初中生理解能力现状

在教学中,我们往往能看到学生“听懂的眼神”,却不能在纸质反馈上看到“理解的呈现”。笔者在一线教学实践中由学业水平测试分析报告发现,各年段学生的理解能力是各能力维度中相对薄弱的,这不仅是某所学校的整体表现,更是整个区域学生的能力现状。正是由于我们常把掌握事实性知识,即无须迁移、有标准答案的知识误认为是真实理解,学生在纸笔或实践评价中暴露了真实理解水平,并且其他以此能力为基础的高阶能力培养也会受到影响。

二、 逆向教学设计的内涵

逆向教学设计是由美国格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰两位教育改革家提出的“理解为先模式”(Understanding by Design,UbD)。并且早在1948年,拉尔夫·泰勒就将从预期结果逆向规划课程视作聚焦教学的有效设计过程。“理解为先”的主要目的是学生在理解学习内容后能够对学习结果进行输出。“理解”有别于“知道”,需要学生在质疑和思考后获得有效见解,帮助他们在不同问题中建立重要和丰富的连接。比如,在理解饮料是被大气压压入口中的——气压差可以使气体进出容器这个原理后,学生在学习其他领域知识如人体吸气呼气原理、化学反应使得容器内外产生气压差,可以通过联系连接零散的事实和技能帮助学生学习新知,达成跨学科学习。真正的理解是学生完全可以通过自己发现,用自己的话、自己的方式,结合自身逻辑推断和思考对新问题进行解释、应用、洞察、自知,而不是机械地靠记忆去复述、跟随、重复。

为了弥补传统教学设计的不足,解决传统单元整体教学存在的问题,UbD理论提出“以终为始”的新型教学设计模式,即从长远的学习目标出发。科学课程的目标是培养核心素养,通过明确预期结果、确定恰当评估办法、规划相关教学过程三个阶段落实教学,以避免知识碎片化,缺乏整体性。另外,在教学中嵌入不同的评价方式,对学生的学习情况充分研究,从而对课程和教学进行适时调整,使学生的“理解性问题”在教学过程中能够得以暴露,而不是在课后的纸笔评价才体现出,使评价成为诊断和驱动教学的工具。其基本流程如图1所示。

图1 逆向教学设计流程

逆向教学设计主要用于单元整体教学,帮助学习者对核心概念和重要过程进行深度持久的理解,对知识点零散、碎片化严重的单元课程来说,逆向教学设计从单元整体的视角统领建构知识体系,使学生深度理解单元知识,培养科学思维,养成科学素养。

三、 基于UbD理论的单元整体教学设计和实践

浙教版《科学》“常见的碱”属于核心概念“物质的结构与性质”这一内容,根据知识量和知识体系的架构,可安排四课时左右,视为一个单元课程。日常教学中,该内容的教学通常由教师演示实验或观看视频,得出结论。这种教学模式单一,缺乏整体性,学生学习被动,不利于学生架构知识体系和思维的培养,更难以帮助学生对核心概念进行理解和应用,课后又加重了复习负担,形成恶性循环。故在UbD理论的指导下,以单元整体设计为视角,把学习知识当作迁移应用的工具,对教材内容进行整合,合理安排课时,将会对学生深入学习和理解有着极大的帮助。

(一)阶段1:明确预期学习结果

本单元以“碱的性质”为核心内容和重要概念,结合学生已有的认知、思维和能力,整理各知识点之间的逻辑关系,建构如图2所示的知识体系,使学生对本单元的学习具有整体思想。

图2 “碱的性质”单元知识架构

根据以上单元知识架构,本单元的学习目标以核心素养的培养方向来确定,具体目标如下。

第一,科学观念:①通过物质的电离,从微观角度认识碱,并从该角度学习碱具有个性和共性的原因,培养宏观现象反映微观本质的意识,形成“物质结构决定性质”的基本观念。②根据碱的性质和用途的学习,形成“物质性质决定用途”“物质用途反映性质”的科学观念。最终初步形成“结构与功能”的跨学科观念。

第二,科学思维:通过分类、比较、分析、归纳、演绎等思维方法,利用实验法和模型法学习碱的共性与个性,利用碱的性质解释现象,解决新情境中遇到的问题。

第三,探究实践:通过观察和实验学习碱的性质。能针对可溶性碱与非金属氧化物是否发生反应设计方案,并经讨论和修正对该重点学习内容进行探究。

第四,态度责任:在探究过程中培养学生尊重事实的科学态度,培养学生合作思考的科学态度。

(二)阶段2:确定恰当评估办法

选择合适的评估办法来准确反映学生是否达到阶段1制订的学习目标,即评估办法应该具有较高效度。根据科学课程具有实践性、探究性等学科特点,这里主要采用表现性评价,当然还要结合其他评价方式以确保评价的准确与全面。表现性评价的核心要素是表现性任务,其主要方式为学生通过创设的真实情境完成相应任务,教师通过学生的完成表现进行评价。在本单元将主要采用GRASPS架构表现性任务。评价预期学习结果的评估办法和内容如下。

1. GRASPS架构表现性任务

(1)分组实验:碱的化学共性探究

利用氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化铜三种碱探究碱的共性。类比酸的共性,猜测碱的性质,并用实验逐一检验,根据实验现象书写化学方程式并归纳碱的共性,完成实验报告。

评价标准:猜测碱的性质科学合理性,设计的实验方案具有可操作性,在实验过程中能规范操作、准确记录实验现象、正确书写化学方程式。实验报告需真实、规范、完整。

(2)探究实践:氢氧化钠与二氧化碳能否发生反应

利用证明化学反应发生的两条思路:①消耗反应物;②产生生成物。设计方案证明氢氧化钠与二氧化碳可以发生反应,并利用所需仪器和药品进行实践得出结论。

评价标准:能分别根据两条思路设计检验方案。针对思路①能考虑到氢氧化钠溶液中的水会对实验产生影响,能设计出对照组。而以思路②设计方案时,能明确使用指示剂是错误方案,在设计其他方案时,能注意到不同试剂需要不同用量。最后根据实验现象得出准确结论。

(3)迁移应用:氢氧化钡性质的探究

根据物质性质的学习方法,先从颜色、状态、气味、溶解性等角度确定氢氧化钡的物理性质。再利用相关药品和仪器研究其化学性质。在实验过程中观察并记录准确实验现象,根据现象归纳氢氧化钡的性质。

评价标准:能在学习常见碱的性质基础上,对学习成果进行应用。利用提供的药品和器材,设计合理可行的实验方案,实验时科学规范,并根据现象得出结论,会根据结论推测氢氧化钡的用途。

2. 其他评价方式

(1)会书写氢氧化钠和氢氧化钙相关化学方程式。

(2)能准确描述实验现象。

(3)能对真实情境问题进行分析和解释。

(4)归纳和分析碱具有共性和个性的原因。

(5)利用碱的个性对不同碱进行鉴别,并根据不同碱的用途推导其具有的个性。

(6)课后练习、单元检测来确定学生是否掌握碱的性质。

评价标准:

(1)化学式书写正确,能配平,反应条件和沉淀气体符号不漏标,不误标。

(2)用规范的语言描述实验现象,如是否产生沉淀、气泡、颜色变化、吸放热等。

(3)利用化学方程式对真实情境问题进行分析和解释。

(三)阶段3:规划相关教学过程

在设计教与学的过程时要充分体现“生本”思想,学习过程应以学生为主体“自下而上”,因此,要考虑运用何种活动方式可以达到学习目的,满足学生发展需求,需要何种知识技能学生才能完成以上活动等。具体课时安排和活动如下。

【课时1～课时2】

学生活动:

(1)根据酸的性质,猜测碱的化学性质。

(2)基于酸的学习方法,根据猜测选择合适的药品进行分组实验验证,观察并记录实验现象。

(3)通过氢氧化钠、氢氧化钙和氢氧化铜系列实验的现象推导相应化学方程式,利用由特殊到一般的归纳方法得出可溶性碱的化学性质。

(4)实践探究:氢氧化钠与二氧化碳能否发生反应。形成化学反应是否发生的一般判断思路。

设计意图:

基于酸的学习,在学习碱的性质时利用“从特殊到一般”的归纳推理法,找到氢氧化钠和氢氧化钙的共性,并将实验、现象、原理三者联系起来。同时,通过难溶性碱氢氧化铜的同步实验,明确以上共性是针对可溶性碱,以培养学生严谨的科学态度。

分组实验完全由学生完成,让学生成为学习活动的主人,凭借自身内驱力来寻找问题的答案。氢氧化钠与二氧化碳的反应没有明显现象,通过实践探究,促进学生深度思考,尝试从不同角度解决问题。希望在完成以上两项表现性任务后能在一定程度上优化和调整后续教学,实现学生自我评价。

【课时3】

学生活动:

(1)观察固体氢氧化钠和氢氧化钙,对两种碱的物理性质和个性展开学习。

(2)结合碱的电离方程式从微观角度剖析可溶性碱具有共性和个性的原因。

设计意图:

建立宏观现象与微观实质间的联系,厘清核心问题的本质原因,引领学生初步建构“宏观—微观—符号”三重表征,培养学生透过现象看本质的科学思维和探究实践的科学精神。

【课时4】

学生活动:

(1)迁移应用:探究氢氧化钡的性质。

(2)根据学生在表现性任务里的表现,通过创设情境解决问题,如怎样鉴别氢氧化钠、氢氧化钙,如何吸收硫燃烧后的尾气,解释“用石灰浆抹墙后放炭盆,为什么墙壁会发硬并冒出水珠”等,来加深对本单元的理解。

设计意图:

本活动采用了“从一般到特殊”的演绎推理法。评价学生对碱的性质理解水平。另外,利用解决真实情境中的问题,来巩固提升对碱性质的理解。

四、 实践反思与小结

(一)立足素养目标,促进学生深度理解。

逆向教学设计的第一阶段为明确预期学习结果,即以科学核心素养为目标导向。在教学设计时,不仅要把课程目标以及教材中显性的知识要求设计进去,而且要考虑课程所要培养的科学观念、思维、探究和态度责任等隐含目标。在进行碱的性质教学时,不能仅局限于“是什么”,要从“用途”“碱的性质如何使用”以及“怎样学习碱的性质”等体现核心素养的角度切入学习,以促进学生的深度理解。

逆向教学设计将“教材取向”变为“学生取向”,将教材变为达到目标的工具,面向全体学生,充分发掘学生兴趣点,激发学生内驱力,变被动学习为主动学习。这样的转变与科学课程理念契合,并使学习效果最优化。

(二)学生体验感强,帮助学生实现深度理解。

学生对学习的兴趣和关注点,主要依赖亲身体验。可靠、有效的学习体验是培养核心素养的有效手段。通过合理安排逆向设计中的学习活动,如学生在分组实验得出碱的性质和探究氢氧化钠与二氧化碳是否反应时,都能使学生的认知与能力在体验过程中得以螺旋式提高。由于教师从“主导教”向“引导学”的角色转变,教师还要设计出最优学习任务以及有效问题链,如此一来,教学线与学习线双线并进,共同促进学生核心素养的发展。

(三)有效评价嵌入教学,检验学生深度理解水平。

新课标建议构建以素养为导向的综合评价体系。以过程性评价改进和优化教学,发挥评价对教学的诊断和改进功能。逆向教学设计中评价贯穿整个教学,使“教—学—评”一体化。且以表现性评价为主、其他评价方式为辅的多样评价体系可以保证评价结果的准确性、全面性和有效性,帮助教师通过评价结果及时指引、调整教学环节,并对教学效果进行诊断和反馈,以评促学,以评促教。

单元整体逆向教学设计的两大特点是“逆向”“整体”。

在进行“碱的性质”逆向教学设计时,需要思考的是如何选择和设计合适的评估手段来检测学生是否达到预期目标。在以往教学中,对学生是否达到目标的评价方式主要体现在作业表现和考试成绩上,而在实际情境中的综合应用能力很少评估,“探究氢氧化钡的性质”就是很好的评估方式。但是在生活中学生接触氢氧化钡的机会相对较少,有没有接近生活的评价方式也是值得我们继续探讨的。另外,要培养学生的整体思想和跨学科意识,单元整体教学就是很好的载体。如何根据课程标准和教材预设,按照学生的素养要求和实际学情对学习内容进行重构也是需要我们继续思考并实践的。

相信教师在UbD理论的指导下,通过对单元知识的“逆向整合”,促进学生在体验式学习过程中能让理解迁移真实发生。