基于SOLO与UBD理论的初中物理复习课跨学科实践研究

摘 要：为突破知识梳理、例题讲解、习题操练的传统复习模式，打破学生的思维壁垒，在SOLO理论指导下制订教学目标，基于UBD模式整体设计复习课教学过程，以跨学科实践为路径，寻找物理与生活、物理与工程、物理与社会之间的联系，发展学生的理解、迁移、应用等高水平认知能力，探索素养立意的初中物理复习教学策略。

关键词：SOLO；UBD；复习课；跨学科实践

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2024）10-0087-4

收稿日期：2024-04-11

基金项目：全国教育科学“十三五”规划2019年度教育部重点课题“UbD·LBD：基于跨学科学习的STEAM课程开发与实施的范式研究”（DHA190443）；浙江省教育科学规划2021年度课题“课程视角下‘学伴联盟’支持系统构建与运行的实践研究”（2021SB001）；浙江省教育信息化研究2023年度课题“观念·资源·双线：提升科学教师技术工程教育能力实践”（2023ETD73）。

作者简介：夏承俊（1986-），男，中学高级教师，主要从事初中科学课堂教学、实验和命题研究等。

复习课是学科教学的重要组成部分，当前，部分复习课仍然存在仅进行知识梳理、例题讲解、习题操练的情况，致使大部分学生的复习停留在知识点的摘录、记忆、复现，未能进行理解、迁移、应用等高水平的认知加工［1］。如何让学生在复习课中变被动接受为主动学习，在问题解决的过程中达成迁移、应用等高水平认知，发展批判性思维、创新思维等高阶思维能力，是当前亟需解决的问题。

1 依托SOLO分类理论设置学习目标

SOLO（可观察的学习结果结构）分类理论是比格斯提出的一种区分学生思维层次和等级特征的评价方法［2］。SOLO分类是一种以等级评价来描述学生学习结果的质性评价方法，它不仅具有完备的理论体系，而且有厚实的实践基础。它从学生思维认知能力出发，依据对学生解答问题的结果观察，由低到高划分为五个层次：前结构、单点结构、多点结构、关联结构和抽象拓展结构［3］。

课标中对“简单机械”相关的要求如表1所示。基于SOLO分类理论，结合课标要求，立足“制作驱兽器”这一载体，制订本节课的教学目标如下：

①单点结构水平：通过对驱兽需求和各驱兽方法的优缺点分析，回顾生物的应激性；复习能量转化，能提出通过声音刺激听觉、光刺激视觉等驱兽方法，并能说出驱兽器设计的方向。

②多点结构水平：通过驱兽器评价标准的制订、方案设计、分析及筛选，复习杠杆平衡条件，培养学生从各个角度进行工程设计、分析和评价的能力，发展学生的批判性思维能力。

③关联结构水平：通过驱兽器的制作和影响驱兽器响度因素的探究，建构驱兽器系统与杠杆模型的关系，了解驱兽器的整体稳定与部分结构的运动变化的内在关联，理解技术与工程背后蕴含的科学观念，发展实验探究能力。

④抽象拓展水平：通过对驱兽器存在缺点及改进方向的思考，培养学生利用科学指导技术与工程迭代的能力和创新能力，初步形成爱护自然的观念，培养人与自然和谐共生的责任感。

2 基于UBD模式的学习内容设计

UBD是Understanding by Design，又称“促进理解的教学设计”，是“目标导向”的一种教学设计框架，它强调评价机制的设计先于课程设计和教学活动开展，起点是明确的学习目标，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［4］，以“学习目标—教学评价—教学活动”为框架设计实践教学。《义务教育物理课程标准（2022年版）》提出“跨学科实践”一级主题，在其下设立了“物理学与工程实践”“物理学与日常生活”“物理学与社会发展”三个二级主题［6］。UBD模式中跨学科实践的学习目标来源于“物理学与日常生活”，教学评价指向生活问题的解决，而教学活动的开展则是围绕工程实践进行，其迭代的追求为可持续发展，即“物理学与社会发展”方面的内容。对于“制作驱兽器”一课，需要的效果为“连续响亮发声”，其运行的动力为“水力”，依托的核心原理为“杠杆平衡条件”，工程追求为“人与自然的和谐共生”，具体学习框架如图1所示。

3 基于SOLO与UBD理论的初中物理复习课跨学科实践

3.1 前结构—单点结构：以史实激活经验，明确目标

【问题设置】

①为什么要驱赶鸟兽？

②如何驱赶鸟兽？

③各种驱赶方式有什么优缺点？

④如何全天候驱赶鸟兽？

围绕这四个核心问题，引发学生思考，通过问题①明确驱赶鸟兽的目的是保护农作物，有利于人类生存；通过问题②的分析得出可通过稻草人、敲锣等方式驱赶鸟兽；通过问题③的分析可知稻草人受昼夜的限制，敲锣受人力的限制；通过问题④明确需要制作能不受昼夜限制并利用其他动力的驱兽器，即水力驱兽器。

设计意图：依托食物争夺这一历史真实情境提出问题，激发学生的学习兴趣。以驱兽形式激活学生的生活经验，同时复习应激性、能量的转化等相关知识。以驱兽需求和各驱兽方法的优缺点分析，提出驱兽器制作目标，以此培养学生从工程视角审视问题的意识和能力。

3.2 单点结构—多点结构：依目标制订标准，筛选方案

【任务设置】

①制订水力驱兽器评价标准。

②初步设计驱兽器。

③评价并选择方案。

④详细设计并分析驱兽器的工作原理。

首先，根据驱兽器的制作目标提出验收标准，结合工程实践的基本过程，提出设计和物化的评价标准，如表2所示。

表2 制作驱兽器评价量表

[任务 评价标准 制作水力驱兽器 验收 能发出声音 能多次发出声音 能发出响亮的声音 设计 能绘制驱兽器的简图 能说出驱兽器的主要原理 取材方便 物化 装置牢固 组装简便 ]

学生依托量表进行设计，展示设计成果，如图2所示。通过对各器材模拟运行的分析，发现各装置均能实现连续发声。进一步以组装简便为标准进行评价，得知图2中甲方案和乙方案的结构过于复杂，组装不易；以装置牢固为标准进行分析，得知图2中丙方案不易固定，整体不够牢固；图2中丁方案结构简单、组装简便、取材方便、装置牢固，进而选择图2中的丁方案。

在明确选择图2中的丁方案之后，分析得出其蕴含的核心科学原理为杠杆平衡条件，接着进行计算：“若驱兽器锤子质量为3克，杯子质量为10克，不计杆的自重，其他数据如图3所示，要使驱兽器能发出声音，杯内需要装的水应至少大于多少毫升？”学生利用杠杆平衡条件、相似三角形等知识进行计算，由此得知驱兽器杯子的最小尺寸。然后分析“如图4中甲、乙、丙三种情况静止时，手对瓶子的力的大小关系是怎样的”，由此复习力的方向对力臂的影响。进而分析“若将手换成水，三幅图中驱兽器的平衡情况又是怎样的”，据此明确驱兽器的本质是不平衡杠杆，进而迁移形成“生活中的杠杆并非都是平衡的”这一观念。

设计意图：依据驱兽器的制作目标，提出验收标准，通过标准制订方式的迁移，提出设计、物化等方面的评价标准，进而指引设计方向，并创造出多种驱兽器的设计思路，培养学生的创新思维；利用量表对各种方案进行比较、评价，培养学生的批判性思维；利用杠杆平衡条件、相似三角形等知识对驱兽器部件进行计算和分析，帮助学生利用数学知识解决科学问题，深度复习杠杆平衡条件的同时，明确工程设计在进行概念设计之后，需要进一步进行具体设计，并进一步理解驱兽器的工作过程，培养学生从各个角度进行工程设计、分析和评价的能力。

3.3 多点结构—关联结构：据物化评价设计，探究原理

【任务设置】

①物化驱兽器。

②检验驱兽器。

③探究影响驱兽器响度大小的因素。

学生根据所设计的方案，使用器材进行组装，组装完成后尝试加水，让驱兽器开始工作，发现各组的响度不同，进而提出问题“影响驱兽器响度大小的因素是什么？”通过观察、比较不同响度驱兽器的特点，提出影响驱兽器响度大小的因素有“锤的重力、杯子的重力、力臂大小，即F1、l1、F2、l2”，进而利用控制变量法设计方案进行验证。测量数据记录如表3所示。分析数据，得出结论：l1、F2、l2相同时，F1越大，响度越大；F1、F2、l2相同时，l1越大，响度越大；结合杠杆平衡条件，进一步分析得知，（F1×l1-F2×l2）越大，响度越大；从而推测，F1、l1、l2相同时，F2越大，响度越小；F1、l1、F2相同时，l2越大，响度越小。

设计意图：根据所设计的方案，进行物化，抓住不同组物化产品中声音响度不同这一问题，进行响度影响因素的探索，不仅让学生经历物化的过程，更能培养学生发现问题、提出猜想等能力。在杠杆平衡条件的基础上，由单一变量的探究和分析走向多变量整合分析，有效提升了学生的数据分析能力。同时，拓展对杠杆平衡条件的理解，明确（F1×l1）与（F2×l2）的差越大，越难以实现杠杆平衡，发展学生的实验探究能力。进而理解不平衡杠杆在生产生活中的应用，从而建构驱兽器系统与杠杆模型的关系，了解驱兽器的整体稳定与部分结构运动变化的内在关联，实现杠杆平衡条件的深度学习，并帮助学生理解技术与工程背后蕴含的科学观念。

3.4 关联结构—抽象拓展：追和谐修正方向，迭代产品

【问题设置】

①如何制作响度更大的驱兽器？

②本节课制作的驱兽器还存在什么缺点？

③如何利用驱兽器保护环境，促进动植物健康成长？

从驱兽器物化后的效果上来看，驱兽的响度仍然不够，进而引导学生思考“如何制作更响的驱兽器”。学生依据之前探究的结果，提出可围绕“增大F1”“增大l1”“减小F2”“减小l2”四个方面设计更响驱兽器的方案，同时，还可以从材料、形状等方面进行改良。进而提出“驱兽器有什么缺点”，据此得到摆脱水的束缚、精准驱兽等需求，进一步对驱兽器进行迭代，进而在人与自然和谐共生的理念引领下，引导学生思考“如何利用驱兽器保护环境，促进动植物的健康成长”，提出“减少动物对植物的践踏、利用音乐愉悦动物心情”等畅想，最后通过学生小结的形式，将学习内容结构化。

设计意图：依托探究结论，得出增大驱兽器响度的方法，让学生体验科学能有效指导技术和工程；基于人与自然和谐共生的工程追求，进一步改进驱兽器，实现精准驱兽，甚至利用驱兽器对生物进行正向干预，保护环境。让学生经历驱兽现实—理想化探究—迭代驱兽器—开发驱兽器功能的过程，运用逆向思维提出利用驱兽器保护环境的方法，形成技术和工程的伦理意识，培养学生的批判性思维、创新思维等高阶思维。

4 反 思

跨学科实践涉及多学科内容，在进行目标制订时需要立足物理学科的内容，依托主题情境，依托SOLO分类理论，制订层次化的教学目标，依此进行层次化的教学设计。学习过程中，可依托UBD模式，立足情境，分析驱动性问题，明确需求，由此制订工程实践的评价标准，在标准的指引下进行工程设计和物化，进而在实践中深度领会所依托的科学原理，在科学原理、态度责任的指导下进行产品的迭代和应用，由此培养学生的科学思维，树立正确的态度责任。然而，在方案设计时，往往需要很长时间的讨论，才能在部分学生的带领下设计出相对合适的方案，如何搭建好学习支架，降低设计的难度，提升学生的参与度，还有待进一步探索。

参考文献：

［1］符爱琴，周晓燕，金荣妹.初中化学“主题·项目化学习”教学模式的建构与实践［J］.全球教育展望，2023，52（9）：115-128.

［2］BIGGS JB，COLLIS KF.学习质量评价：SOLO分类理论——可观察的学习成果结构［M］.高凌飚，张洪岩，等译.北京：人民教育出版社，2010：28-32.

［3］汪明.基于SOLO分类理论的物理课堂教学设计——以“多用电表的原理”教学为例［J］.物理教学，2023，45（3）：34-36.

［4］连彬星.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［J］.物理教师，2020，41（5）：6-9.

［5］中华人民共和国教育部.义务教育课程方案（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022：4.

［6］中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022：34.

［7］胡卫平，刘守印.义务教育科学课程标准（2022年版）解读［M］.北京：中国高等教育出版社，2022：205.

（栏目编辑 李富强）