項其杰

(江蘇省太倉高級中學 江蘇 蘇州 215411)

1 UbD理念和深度學習的內涵

1.1 UbD理念的內涵

UbD理念注重“以終為始”，進行逆向設計，即先確定預期結果，再確定合適的評估證據(jù)，最后設計學習活動[1].其倡導圍繞大目標、大概念和基本問題組織課程內容；圍繞可遷移應用的真實性評估任務來設計和組織教學，以獲得對所學知識的深度理解，并將“理解”劃分為解釋、闡明、應用、洞察、深入和自知6個維度.通過UbD教學設計框架要讓學生理解將要學習什么？為什么要學習這些內容？預期的學習目標和表現(xiàn)是什么？學生根據(jù)反饋信息，重新嘗試和完善學習過程；鼓勵學生進行自我評價和批判性反思.

1.2 深度學習的內涵

深度學習是對學習狀態(tài)的質性描述，涉及學習的投入程度、思維層次和認知體驗等層面，強調對知識本質的理解和對學習內容的批判性吸收與利用，追求有效的學習遷移和真實問題的解決，屬于以高階思維為主要認知活動的高投入、有意義的學習[2].

通過上面的比較不難發(fā)現(xiàn)兩者有很多共同之處：都強調深度理解和高階思維發(fā)展；強調遷移應用和真實問題解決；強調意義建構和批判性反思；強調核心問題和大概念形成；強調及時反饋和表現(xiàn)性評估[3,4].

2 基于UbD框架的教學設計

《追求理解的教學設計(第二版)》一書提供了基于UbD理念的教學設計框架，該框架共分為3個階段：

階段1——預期結果；

階段2——評估證據(jù)；

階段3——學習計劃.

還提出WHERETO模式，具體是：

W——方向在哪里；

H——吸引學生；

E——探究和準備；

R——反思和修訂；

E——展示和評價；

T——根據(jù)學生需要、興趣和風格進行調整；

O——為了最大的參與程度和有效性進行組織.

下面基于UbD框架對“通電導線在磁場中受到的力”一節(jié)進行優(yōu)化設計，如表1所示.

表1 基于UbD框架的“通電導線在磁場中受到的力”教學設計

3 基于UbD理念的教學策略

筆者依據(jù)WHERETO模式和階段3制定學習計劃，并在教學實踐和反思的基礎上形成了如下4個教學策略.

3.1 創(chuàng)設問題情景 激發(fā)學習興趣

教學片段1：磁場和電流都是直接看不見、摸不著的，為了幫助學生獲得切身體驗，可以設置“旋轉的導線”趣味實驗情景，用到的實驗器材有一節(jié)干電池、磁鋼(磁鋼的磁性和條形磁鐵差不多)、鐵釘和一段導線.實驗裝置如圖1所示，當電路接通后鐵釘和導線會轉動起來(由于短路，導線和磁鋼接觸的時間不宜過長).

圖1 旋轉的導線實驗裝置示意圖

教師先演示，為了讓學生充分觀察可以借助攝像頭實時投影，然后讓學生分組實驗進行體驗.

師：對于剛才觀察到的實驗現(xiàn)象，大家有什么問題或疑惑嗎？

生甲：鐵釘和導線為什么會旋轉起來？

師：由靜止旋轉起來說明受到力的作用，此時導線中通有電流，說明通電導線在磁場中受力的作用，這個力也稱為安培力，大家還有其他疑惑嗎？

生乙：鐵釘和導線旋轉方向與什么因素有關？

教學意圖:通過創(chuàng)設讓學生切身體驗的情境，引導學生提出有研究價值的挑戰(zhàn)性問題，激發(fā)學生主動探究的欲望.

3.2 基于合作探究 實現(xiàn)意義建構

教學片段2：在“研究安培力方向”判定方法的路徑中，讓學生通過分組實驗進行探究體驗，然后引導學生交流、分析和歸納，得出結論.

每組學生提供的實驗器材有：U形磁鐵，電源，開關，滑動變阻器，兩個平行金屬支架軌道和一個導體棒.

教師按照如圖2所示，連接好實驗電路，滑片滑到合適的位置，閉合開關，觀察導體棒滑動的方向.

圖2 運動的導體棒實驗電路

師：現(xiàn)觀察到導體棒向左運動是不是說明其受到的安培力一定水平向左呢？

生丙：不一定，也有可能斜向左上或斜向左下.

對于這個問題可以借助如圖3所示的實驗進行研究.實驗中將線圈掛在力傳感器下方，力傳感器固定在鐵架臺上，線圈的下邊處于與其垂直的磁場中，線圈通電前對力傳感器調零，通電后發(fā)現(xiàn)力傳感器有示數(shù)，且線圈不前后擺動，說明安培力方向與磁場和電流方向都垂直.

圖3 線圈不擺動實驗示意圖

師：接下來小組合作研究安培力方向與電流方向的關系，為了幫助學生記錄實驗結果,給每組學生1塊橡皮泥，用3個不同顏色的鉛筆分別代表安培力方向、磁場方向和電流方向，讓每組將實驗結果形象化地展示出來.

在實驗完成后，讓每組選一個代表將記錄的結果模型在講臺上進行展示，剛開始大家放置的方向是隨機的.先讓第一小組固定不動，讓其他小組通過旋轉手中的模型，看看是否能和第一小組保持一致.大家驚奇地發(fā)現(xiàn)所有的模型經(jīng)過旋轉后是一樣的，這個模型就可以用來判斷安培力的方向.

師：為了攜帶方便，能不能用身體來表示呢？

生?。荷扉_左手，讓磁場穿過手心，四指指向電荷運動的方向，大拇指就指向安培力的方向.

教學意圖：通過學生的合作探究，引導學生建構安培力方向的判斷方法，培養(yǎng)學生的協(xié)作、分析和歸納能力以及嚴謹?shù)目茖W精神.

3.3 借助問題驅動 促進自我反思

教學片段3：通過前面對磁感應強度的學習，得出安培力大小的計算公式F=BIL，接下來通過一系列有效問題，促進對安培力計算公式的反思內化和深度理解.

問題1：在研究磁感應強度的路徑中，磁場方向和導線是互相垂直的，當磁場方向和導線平行時安培力大小如何？

對于這個問題的研究可以借助如圖3所示的實驗裝置，將線圈轉動到與磁場平行路徑中，觀察到力傳感器示數(shù)逐漸減小到零，說明磁場方向和導線平行時安培力為零.

問題2:當磁場方向和通電導線之間成任意夾角θ時，如圖4所示，安培力大小該如何計算？

圖4 磁場方向與通電導線成任意夾角θ

通過分解磁感應強度來得出安培力大小的一般計算公式

F=BILsinθ

問題3：如圖5所示，一段彎曲的導線ab，通電流I，放入磁感應強度為B的勻強磁場中，此時導線受到的安培力大小為多少呢？

圖5 彎曲導線在磁場中的受力

引導學生采用類比的思想方法——類比“重力做功”的計算，化曲為直得出有效長度Lab來計算安培力的大小.

教學意圖：上面3個問題是層層遞進的關系，借助有效問題的引導，驅動學生反思自己以前所學知識，并進一步體會類比、微元和化曲為直等物理思想方法.

3.4 解決實際問題 獲得評估證據(jù)

教學片段4：課堂中展示磁電式電流表(用G表頭)的內部結構，如圖6所示，讓學生解釋通電后指針偏轉的原因.

圖6 磁電式電流表的內部結構

在學生解釋的過程中，引導學生相互交流和評價.

教師演示：用試觸法給電流表通電后發(fā)現(xiàn)其指針向右偏.

師：如果想讓指針向左偏該怎么做？

生戊：將電源正負極對調.

將正負極對調后，再用試觸法給電流表通電后發(fā)現(xiàn)其指針果然向左偏.

師：還有嗎？

生己：將磁鐵N，S極對調也可以.

師：很好，一般的電壓表和電流表為什么要求紅接線柱必須接電源正極？

生庚:一般電表指針0刻度線都在最左側，測量時指針只能向右偏，也就是內部線圈受安培力方向是確定的，由于磁鐵已經(jīng)做好，所以電流方向必須確定.

師：很好，如果這里沒有螺旋彈簧，將發(fā)生什么現(xiàn)象？

生辛：線圈將旋轉運動起來.

師：這就是電動機模型.

教學片段5：讓學生課后嘗試小組合作制作一個電磁炮裝置.要求如下.

(1) 4人一組，給大家一周時間準備，比比看哪一組制作的電磁炮射程最遠，精準度最高.

(2)器材不限，但為了保證安全，要求所使用的電源電動勢不得超過36 V.

教學意圖：通過對磁電式電流表工作原理解釋以及電磁炮模型的制作，獲得學生對這節(jié)課學習情況的評估證據(jù)，并促進學生對所學知識的靈活遷移.

4 教學反思

UbD理念及框架能夠呈現(xiàn)完整的、合理的、有組織的設計，但這并不意味著最好的設計方法是按順序進行.逆向設計需要認真地思考目標，根據(jù)目標導出符合邏輯的評估，然后再導出適合的學習活動.實際上，所有的設計都不是線性過程，需要教師進行多維整合設計，真正成為學生學習的設計師.

UbD理念及教學設計框架為我們提供了一種全新的教學設計視角，充分體現(xiàn)了以“學習者為中心”的思想，關注大概念、基本問題和有效評估，以及聚焦的、條例清晰的學習計劃，能促進對知識本質的理解、知識結構的意義聯(lián)結和高階思維發(fā)展，達到深度學習的目的.