何亞蕓 劉巧云

科學(xué)思維是物理核心素養(yǎng)的重要方面，包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。科學(xué)思維的培養(yǎng)需要長期且連貫的過程，而這些思維要素散落在教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，加之傳統(tǒng)課時的安排，給實際教學(xué)帶來困難。UbD理念就要求我們在單元設(shè)計時緊緊圍繞大概念對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，在一個主題或一個系列活動中將學(xué)生的科學(xué)思維落到實處，達(dá)成生成科學(xué)思維的終極目標(biāo)。

“通過設(shè)計促進(jìn)理解”（understandingbydesign，簡稱UbD）理念，是近年來美國課程改革中涌現(xiàn)出來的一種新理論、新實踐。以該理念為指導(dǎo)的教學(xué)設(shè)計是一種以明確的目標(biāo)為起點、以促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)為宗旨、強調(diào)評價設(shè)計先于課程設(shè)計和教學(xué)活動的創(chuàng)新型教學(xué)設(shè)計模式。

下面以初中科學(xué)中“光”現(xiàn)象為例，闡述具體的設(shè)計思路和教學(xué)實踐。

一、基于課標(biāo)，提煉大概念

根據(jù)初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確大概念，再根據(jù)大概念梳理出表述為“關(guān)鍵問題”的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并從掌握知能、理解意義、學(xué)會遷移三個緯度對學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行分類。

1、課程標(biāo)準(zhǔn)和知識結(jié)構(gòu)

在義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中，“光”屬于“物質(zhì)的運動”專題，具體要求是：知道光的直線傳播，了解相關(guān)現(xiàn)象;通過實驗探究并了解光的反射現(xiàn)象及其特點，了解光的折射現(xiàn)象及其特點;通過實驗，探究平面鏡成像的特點及其應(yīng)用;通過實驗了解凸透鏡的成像特點，能解釋相關(guān)問題;通過觀察太陽光的色散現(xiàn)象了解白光的組成和不同色光混合的現(xiàn)象。分析浙教版教材《科學(xué)》七年級下冊第二章《對環(huán)境的察覺》中4-6節(jié)，整合“光”單元的知識結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2、圍繞大概念的單元設(shè)計

科學(xué)的主題是研究自然現(xiàn)象，并解釋現(xiàn)象的規(guī)律性，發(fā)現(xiàn)自然定律、解釋和預(yù)言現(xiàn)象。而模型的作用是通過理想化或簡單化，保留科學(xué)本質(zhì)，在規(guī)律和現(xiàn)象之間建立橋梁。“光”這部分內(nèi)容中，大量的生活現(xiàn)象可以作為教學(xué)起點，光的直線傳播、反射和折射定律則是普遍規(guī)律。因此選擇“模型建構(gòu)”作為大概念，與其相關(guān)的還有3個次位概念，分別是“光線模型”、“光反射模型”、“光折射模型”。希望經(jīng)過這一單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能掌握模型建構(gòu)的基本方法，加深對科學(xué)現(xiàn)象的理解，提高比較、歸納、推理的能力，最終促進(jìn)科學(xué)思維的生成。

3、目標(biāo)分類和關(guān)鍵問題

秉承“理解為先”的思想，從三個緯度將“模型建構(gòu)”目標(biāo)進(jìn)行拆解，如表2所示。

之后，將三個次位概念的目標(biāo)以關(guān)鍵問題進(jìn)行表述，并根據(jù)三個緯度對其進(jìn)行學(xué)習(xí)目標(biāo)分類，如表3所示。例如“光反射模型”中的第一個問題是從游戲中引出光發(fā)射現(xiàn)象，得到光反射的普遍性，并激發(fā)學(xué)生知道光反射規(guī)律的求知欲;第二個問題是在定性了解光反射的規(guī)律基礎(chǔ)上，通過測量等實驗手段進(jìn)一步找出反射光線和入射光線的關(guān)系;第三個問題是引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建模型反映光反射的規(guī)律;第四個問題是將模型靈活應(yīng)用于解決實際問題;第五個問題是引導(dǎo)學(xué)生對光反射現(xiàn)象之一的“平面鏡成像”規(guī)律進(jìn)行實驗探究，并在第六個問題中將反射模型進(jìn)行遷移應(yīng)用，補充凹面鏡和凸面鏡對光的的發(fā)散和會聚作用及其應(yīng)用。

二、聚焦大概念，設(shè)計表現(xiàn)性評估

圍繞大概念，設(shè)計表現(xiàn)性評估是監(jiān)測學(xué)生思維生成過程的重要手段。由于單元教學(xué)的課時較多，因此評估可以在一個較長時間段內(nèi)完成，方式也可以更為多樣化。例如在次位概念“光反射模型”教學(xué)中，可選擇如下的評估方式。

1、體驗式活動

教師在靶前設(shè)置障礙物讓學(xué)生比賽打中靶心，找尋光路偏折的方法，學(xué)生可以想出很多物體作為界面并成功演示。這能幫助學(xué)生在課堂中親身體驗光的反射現(xiàn)象，而部分學(xué)生認(rèn)為粗糙或透明的物體不能反射光的前概念則為之后漫反射和鏡面反射的學(xué)習(xí)埋下伏筆。因此在形成性評估中設(shè)計“解釋為何選擇光滑不透明的物體作為界面進(jìn)行反射”的任務(wù)，目的是檢驗學(xué)生利用模型推翻前概念的能力，進(jìn)一步促進(jìn)科學(xué)思維的生成。

2、主題日活動

布置學(xué)生調(diào)查學(xué)校周圍以及家庭所在社區(qū)光污染的主要來源并提出控制建議，以小報告或展板的形式呈現(xiàn)，評估學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感，以及辯證看待問題的思維。

3、科學(xué)制作展評

讓學(xué)生利用平面鏡制作潛望鏡、全息投影儀等，評估學(xué)生的動手創(chuàng)新與合作交流能力以及在技術(shù)、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等方面的素養(yǎng)。

三、目標(biāo)導(dǎo)向，設(shè)計體驗活動

本單元不計主題日或展評等評估活動，計劃7個課時。以下是以4個關(guān)鍵問題串聯(lián)的“光反射模型”第1課時的活動設(shè)計。

關(guān)鍵問題1：如何快速打中靶心？

請兩位同學(xué)比賽，看誰先擊中墻上的靶心;在靶前設(shè)置障礙物，再次讓學(xué)生比賽打靶。學(xué)生想盡方法找尋讓光路偏折的方法（為了讓學(xué)生看清光路的偏折，需要關(guān)閉教室的燈，同時用加濕器在反射界面周圍噴上水霧）。引導(dǎo)學(xué)生找出這些方法的共同點，得到光反射的定義。認(rèn)識入射光線、反射光線、入射點。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生親身經(jīng)歷光的反射，并通過觀察總結(jié)光反射的定義，從而鍛煉比較、歸納、表達(dá)能力。

關(guān)鍵問題2：你能用實驗探究出光反射的規(guī)律嗎？

引導(dǎo)學(xué)生探究光反射的規(guī)律，以找出控制反射光線傳播路徑的方法，提高命中率。學(xué)生在教師的支持下利用自制教具進(jìn)行實驗，得出光反射的現(xiàn)象及規(guī)律：①從不同方位入射到平面鏡的同一入射點時，形成的反射光線與入射光線關(guān)于同一條直線對稱（由于其垂直于界面，因此被稱作“法線”）;反射角等于入射角;入射光線和反射光線分居在法線的兩側(cè)（除垂直入射外）;入射光線、反射光線、法線在同一平面上。概括為“三線共面、兩線分居、兩角相等”。

設(shè)計意圖：通過小組合作達(dá)成共識，鍛煉學(xué)生觀察、測量、合作以及交流表達(dá)的能力。

關(guān)鍵問題3：如何建立光反射模型

請學(xué)生在光線模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合光反射的規(guī)律構(gòu)建光反射模型，并通過評價分析其合理性，提出優(yōu)化建議。

設(shè)計意圖：通過互評提升學(xué)生的反思能力，促進(jìn)組內(nèi)合作和組間交流。對模型進(jìn)行優(yōu)化的過程也是學(xué)生科學(xué)思維生成的必經(jīng)之路。

關(guān)鍵問題4：嘗試?yán)碚摲治隹焖偕渲邪行牡募记?，并解釋為何?yōu)先選擇光滑不透明的物體作為界面進(jìn)行反射？

鼓勵學(xué)生利用光反射模型理論分析如何快速打中靶心：方法1——已知入射光線和反射光線，能畫出鏡面的角度;方法2——已知平面鏡位置和角度，能畫出入射光線;方法3——利用光路可逆性，對著平面鏡中的靶心入射（教師追問鏡中真的有靶心嗎？為下一課時的平面鏡成像作鋪墊）。回到最開始的體驗活動，提問粗糙或者透明的物體表面能否進(jìn)行光反射？請學(xué)生用模型支持自己的觀點。

設(shè)計意圖：鼓勵學(xué)生應(yīng)用模型解釋生活中出現(xiàn)的光反射現(xiàn)象，并從原理上區(qū)分漫反射和鏡面反射。

四、結(jié)語

“光現(xiàn)象”在整個浙教版《科學(xué)》中所占比例不大且相對集中，且內(nèi)容在小學(xué)科學(xué)中已全部涉及。因此若只關(guān)注知識層面，學(xué)生的興趣和參與度不會很高，教師也容易停留在泛泛而談、歸納現(xiàn)象得出規(guī)律、為了探究而探究的目標(biāo)層次。一個典型的前概念就是學(xué)生容易將“入射角等于反射角”等同于“反射角等于入射角”，這是因為學(xué)生忽略了規(guī)律的生成過程，并沒關(guān)注兩角的因果關(guān)系。而聚焦大概念進(jìn)行逆向教學(xué)設(shè)計有以下幾個優(yōu)勢：

1.有助于優(yōu)化教師的教學(xué)設(shè)計

基于UbD理念進(jìn)行逆向設(shè)計，教師會以更寬廣的視角去處理瑣碎的知識點，看到跨學(xué)科、跨年級、跨專題的具體知識背后承載的“理解意義”，去追求“學(xué)習(xí)遷移”等更高階的目標(biāo)。例如筆者將“光”單元的大概念定為模型建構(gòu)，不僅因為它可以用于解決當(dāng)前的問題，還可以運用于解釋《地球與宇宙》中“地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)”引起的太陽高度角變化和四季變化規(guī)律、“月相的規(guī)律”以及“日食月食的成因”等。在教學(xué)設(shè)計上，以實際問題為起點，又以解決實際問題為終點，中間用關(guān)鍵問題串聯(lián)成線，有助于教師設(shè)計出基于真實情境、感性體驗和理性思考并存的課堂活動。在教學(xué)評價方面，大單元的設(shè)計讓評價可以在一個相對較長的時間段內(nèi)完成，有利于教師設(shè)計出適合于不同學(xué)習(xí)水平學(xué)生的評價方案。例如學(xué)生可以以課堂小結(jié)、課后習(xí)題、實驗報告、思維導(dǎo)圖、科學(xué)小制作等不同形式反映自己的思維層次。

2.有助于促進(jìn)學(xué)生的思維生成

基于UbD理念進(jìn)行逆向設(shè)計，關(guān)鍵問題可以推動學(xué)生面對新問題時，探尋相似的模型、建立聯(lián)系、考慮有效的策略，實現(xiàn)遷移;評價體系可為學(xué)生提供多元的表現(xiàn)方式，對接受能力較弱的學(xué)生更加寬容友好;而在解決問題的過程中，學(xué)生經(jīng)歷了像科學(xué)家、數(shù)學(xué)家一樣的思維過程，利于增強自我成就感和對學(xué)科的認(rèn)同感。

本單元的設(shè)計已初步應(yīng)用于教學(xué)實踐，學(xué)生普遍反映對“光”現(xiàn)象的興趣濃厚，有進(jìn)一步探究的意愿，也已掌握模型建構(gòu)的基本思路。但在教學(xué)中也遇到了一些問題，如教學(xué)評價多樣化后如何建立長期有效的總結(jié)性評價。

（作者單位：杭州英特外國語學(xué)校）