彭夷

摘要：UbD理論認(rèn)為，為達(dá)到“理解”這一教學(xué)目標(biāo)，最好的設(shè)計(jì)應(yīng)該“以終為始”，從學(xué)習(xí)結(jié)果（預(yù)期目標(biāo)）開始逆向思考。以《探究凸透鏡成像的規(guī)律》一課為例，闡釋基于UbD理論開展初中物理教學(xué)的基本步驟：確定預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果，也就是學(xué)習(xí)目標(biāo)的確定，可立足課標(biāo)及“教”與“學(xué)”的分析;匹配合適的評(píng)估證據(jù)，即發(fā)掘評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成的顯化證據(jù);設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)，即制訂指向目標(biāo)、基于證據(jù)的學(xué)習(xí)活動(dòng)計(jì)劃，可規(guī)劃利于實(shí)踐的問題鏈與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

關(guān)鍵詞：UbD理論;初中物理;《探究凸透鏡成像的規(guī)律》

本文系江蘇省第十三期教研課題“基于課堂四要素的學(xué)校教學(xué)變革”（編號(hào)：2019JK13L062）、無錫市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃立項(xiàng)課題“單元設(shè)計(jì)視域下的項(xiàng)目開發(fā)與實(shí)踐研究”（批準(zhǔn)號(hào)：D/D/2018/019）的階段性研究成果。UbD（Understanding by Design）意為追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)，是美國課程專家格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰在繼承與創(chuàng)新“目標(biāo)導(dǎo)向”模式基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種教學(xué)設(shè)計(jì)框架。UbD理論認(rèn)為，為達(dá)到“理解”這一教學(xué)目標(biāo)，最好的設(shè)計(jì)應(yīng)該“以終為始”，從學(xué)習(xí)結(jié)果（預(yù)期目標(biāo)）開始逆向思考，即“逆向教學(xué)設(shè)計(jì)”。其基本步驟為：確定預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果，也就是學(xué)習(xí)目標(biāo)的確定;匹配合適的評(píng)估證據(jù)，即發(fā)掘評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成的顯化證據(jù)（包括收集的數(shù)據(jù)、探究過程中的外顯行為等）;設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)，即制訂指向目標(biāo)、基于證據(jù)的學(xué)習(xí)活動(dòng)計(jì)劃。下面，以蘇科版初中物理八年級(jí)上冊(cè)《探究凸透鏡成像的規(guī)律》一課為例，具體闡述基于UbD理論開展初中物理教學(xué)的實(shí)踐與思考。

一、目標(biāo)設(shè)計(jì)：立足課標(biāo)及“教”與“學(xué)”的分析

課時(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)旨在讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)的概念、規(guī)律以及獲取相關(guān)知識(shí)所需要掌握的技能，同時(shí)明確獲取概念和規(guī)律的相關(guān)過程以及評(píng)價(jià)指標(biāo)。在設(shè)計(jì)課時(shí)目標(biāo)之前，教師首先應(yīng)該分析課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，明確相關(guān)知識(shí)在整個(gè)單元知識(shí)體系中的地位;然后，通過單元分析，在普通概念的基礎(chǔ)上，提煉核心概念以及大概念;最后，通過“教”與“學(xué)”的分析，確定概念、規(guī)律在建構(gòu)過程中的進(jìn)階路徑。這樣，就能從上位的視角把握概念、規(guī)律的建構(gòu)過程，使教學(xué)更有整體感，也使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加體系化、結(jié)構(gòu)化。

（一）課標(biāo)分析

“光”主題的內(nèi)容屬于《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》（以下簡稱《課標(biāo)》）“科學(xué)內(nèi)容”中一級(jí)主題“運(yùn)動(dòng)和相互作用”下的二級(jí)主題“聲和光”?！墩n標(biāo)》中對(duì)這部分內(nèi)容的相關(guān)要求與建議詳見表1。

由《課標(biāo)》的描述可知，“光”主題的內(nèi)容是按照?qǐng)D1所示的層級(jí)結(jié)構(gòu)展開的。由此，我們可以得到“光”主題內(nèi)容的大概念為“光學(xué)規(guī)律的實(shí)踐應(yīng)用”，而“探究凸透鏡成像的規(guī)律”是物理概念與實(shí)踐應(yīng)用的橋梁。

（二）“教”與“學(xué)”分析

1.教材分析

光的折射是“光”主題中的基本內(nèi)容，透鏡是光的折射的主要應(yīng)用之一。蘇科版教材中的有關(guān)內(nèi)容包括“光的折射”“透鏡”“凸透鏡成像的規(guī)律”“照相機(jī)與眼球視力的矯正”“望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡”等。探究得到凸透鏡成像的規(guī)律后，就能解釋投影儀、照相機(jī)的工作原理，就能分析眼球的成像規(guī)律，而望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡可以理解為人眼視力向宏觀和微觀的延伸。對(duì)此，教材設(shè)計(jì)了如下學(xué)習(xí)活動(dòng)：（1）初識(shí)光的折射現(xiàn)象;（2）探究光的折射特點(diǎn);（3）初識(shí)凸透鏡和凹透鏡;（4）辨別凸透鏡和凹透鏡;（5）探究凸透鏡成像的規(guī)律;（6）模擬探究近視眼的缺陷;（7）通過兩個(gè)凸透鏡觀察物體：（8）自制水滴顯微鏡。同樣可以發(fā)現(xiàn)，“探究凸透鏡成像的規(guī)律”是物理概念與實(shí)踐應(yīng)用的橋梁，起到承上啟下的作用。因此，規(guī)律的內(nèi)容尤其是規(guī)律的得出過程理應(yīng)作為教學(xué)的重點(diǎn)。

2.學(xué)情分析

知識(shí)層面，學(xué)生經(jīng)歷了《光現(xiàn)象》一章以及《光的折射》《透鏡》兩節(jié)的學(xué)習(xí)，對(duì)光線、像、反射規(guī)律、折射特點(diǎn)等知識(shí)有了初步的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也知道了透鏡的區(qū)分方法。方法層面，經(jīng)過對(duì)聲現(xiàn)象、物態(tài)變化、光現(xiàn)象的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步掌握控制變量法、轉(zhuǎn)換法等常見物理研究方法;也經(jīng)歷了初步的數(shù)據(jù)分析，有基于數(shù)據(jù)（證據(jù)）得出規(guī)律的意識(shí)。實(shí)踐層面，學(xué)生已經(jīng)意識(shí)到物理與生活之間的緊密聯(lián)系，也會(huì)嘗試用學(xué)科知識(shí)解釋現(xiàn)象并解決實(shí)際問題。

（三）確定學(xué)習(xí)目標(biāo)

《探究凸透鏡成像的規(guī)律》一課的引入環(huán)節(jié)，需要用到《透鏡》一課中成像情況的相關(guān)知識(shí);成像規(guī)律得出后，可以通過特殊光線來建構(gòu)物理模型，解釋成像特點(diǎn)及其成因;可以利用成像規(guī)律解釋投影儀、照相機(jī)、放大鏡、望遠(yuǎn)鏡及顯微鏡等光學(xué)元件的成像原理。由此，《探究凸透鏡成像的規(guī)律》一課的學(xué)習(xí)目標(biāo)擬制如下：

1.利用凸透鏡觀察不同的物體，能清晰描述成像情況。

2.通過探究活動(dòng)，能對(duì)所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，自主得到成像特點(diǎn)與物距間的關(guān)系。

3.討論使用LED光源以及蠟燭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的優(yōu)劣，養(yǎng)成分析評(píng)估、交流反思的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。

4.通過粗略辨別不同焦距凸透鏡的活動(dòng)，形成對(duì)成像規(guī)律更深刻的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

二、評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)：匹配指向目標(biāo)的評(píng)估證據(jù)

評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成度，一般以評(píng)價(jià)學(xué)生的探究行為為主要形式，具體包括語言表達(dá)的精準(zhǔn)程度、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的邏輯性、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、數(shù)據(jù)收集及分析的合理性、學(xué)習(xí)活動(dòng)的參與度、評(píng)估與反思的深度等。

學(xué)習(xí)目標(biāo)1中涉及兩個(gè)行為動(dòng)詞：“觀察”和“描述”。評(píng)估證據(jù)可以表述為：（1）觀察不同的情境，能清晰描述成像特點(diǎn)（學(xué)生對(duì)像的描述清晰與否為主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)）;（2）能根據(jù)觀察到的現(xiàn)象提出 “凸透鏡成不同的像與哪些因素有關(guān)？”這一問題。

學(xué)習(xí)目標(biāo)2明確了需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集與處理。“引導(dǎo)”是教師的行為，“自主”是學(xué)生的行為。評(píng)估證據(jù)可以表述為：（1）能根據(jù)現(xiàn)象，猜想成像特點(diǎn)與物距有關(guān)（更精準(zhǔn)的描述為：物距較小時(shí)成正立的像，物距較大時(shí)成倒立的像）。（2）明確探究目的和已有條件，能夠選取合適的實(shí)驗(yàn)器材;在教師的引導(dǎo)下，能夠分析出實(shí)驗(yàn)注意點(diǎn);能夠初步設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)主要環(huán)節(jié)，明確實(shí)像和虛像的區(qū)別。（3）能正確擺放實(shí)驗(yàn)器材的位置，會(huì)調(diào)節(jié)“三心”，注意實(shí)驗(yàn)安全;能按照所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行探究，動(dòng)腦思考，細(xì)心觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;知道物距、像距的概念，會(huì)讀取、計(jì)算并正確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，知道所記錄的數(shù)據(jù)能夠?yàn)橐?guī)律的得出提供依據(jù)，嘗試評(píng)估有關(guān)信息的科學(xué)性。（4）能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論并能表述正確，還能經(jīng)過討論得出其他規(guī)律。

學(xué)習(xí)目標(biāo)3強(qiáng)調(diào)了學(xué)生對(duì)探究活動(dòng)過程及結(jié)論的評(píng)估與反思。評(píng)估證據(jù)表述為：能積極發(fā)表自己的見解。

學(xué)習(xí)目標(biāo)4明確了具體應(yīng)用規(guī)律的學(xué)習(xí)活動(dòng)。評(píng)估證據(jù)表述為：能利用所學(xué)知識(shí)說出至少三種辨別不同焦距凸透鏡的方法。

三、學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)：規(guī)劃利于實(shí)踐的問題鏈與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

要達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，就需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，而學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)依循評(píng)估證據(jù)。核心問題以及問題鏈的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了學(xué)生物理思維的發(fā)展，是評(píng)價(jià)學(xué)生是否形成物理觀念的關(guān)鍵;實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)表現(xiàn)為學(xué)習(xí)活動(dòng)發(fā)生的載體，是學(xué)生物理思維的具象化。因此，規(guī)劃利于實(shí)踐的問題鏈和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，是學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的核心。

（一）操作與觀察：有趣的成像游戲

學(xué)習(xí)活動(dòng)：（1）利用凸透鏡觀察書本上的字;（2）將凸透鏡正對(duì)窗戶，在白紙上承接像;（3）利用投影玩具在白墻上成像。

問題1：觀察到的像有何不同？凸透鏡成像有哪幾種情況？

[評(píng)價(jià)與反思：學(xué)生在操作的過程中能獲取預(yù)設(shè)的成像情況，學(xué)習(xí)興趣得到增強(qiáng);但是描述成像特點(diǎn)不夠精準(zhǔn)，如不能準(zhǔn)確描述出實(shí)像或虛像。這表明在之前的學(xué)習(xí)中，學(xué)生并沒有真正理解像的成因及判定方式。對(duì)此，教師需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)。]

（二）科學(xué)探究：凸透鏡成像的規(guī)律

【環(huán)節(jié)1】 猜想與假設(shè)

問題2：凸透鏡成像的情況與什么因素有關(guān)？具體關(guān)系如何？

[評(píng)價(jià)與反思：在猜想環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)成像游戲很容易發(fā)現(xiàn)“成像與物距有關(guān)”，這表明活動(dòng)設(shè)計(jì)是有效的。]

【環(huán)節(jié)2】 制訂計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

問題3：需要哪些器材？各器材分別有什么作用？

學(xué)習(xí)活動(dòng)：選擇焦距f=10 cm的凸透鏡，在光具座上依次安裝蠟燭、凸透鏡、光屏;調(diào)節(jié)燭焰、凸透鏡和光屏三者的中心在同一高度上（目的是使像成在光屏中央）。

[評(píng)價(jià)與反思：在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生更多是在教師引導(dǎo)下邊討論邊設(shè)計(jì)。這是因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)是初中階段學(xué)生經(jīng)歷的較為完整且操作要求較高的探究實(shí)驗(yàn)。]

【環(huán)節(jié)3】 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)

學(xué)習(xí)活動(dòng)：固定凸透鏡的位置，調(diào)整物距，多次實(shí)驗(yàn)使光屏上成倒立、縮小的實(shí)像和倒立、放大的實(shí)像，測(cè)量并記錄對(duì)應(yīng)的物距和像距——本實(shí)驗(yàn)分為蠟燭和LED光源兩大類。

學(xué)生的典型數(shù)據(jù)如下頁表2所示。

學(xué)習(xí)活動(dòng)：根據(jù)表中數(shù)據(jù)，用彩色箭頭代表物和像，在黑板上完成貼圖游戲（最終板書如圖2所示）。

問題4：何種情況下得到倒立、等大的像？成等大的像時(shí)，物距、像距、焦距分別是多少？

學(xué)生討論得到的典型數(shù)據(jù)如表3所示。

問題5：當(dāng)物距小于焦距時(shí)，移動(dòng)光屏，在光屏上能看到燭焰的像嗎？通過凸透鏡觀察，能看到燭焰的像嗎？這個(gè)像是放大的還是縮小的，是正立的還是倒立的？將光屏置于像的位置，能直接在光屏上看到像嗎？

[評(píng)價(jià)與反思：學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求完成放大和縮小的實(shí)像各兩組。教師在收集和展示證據(jù)的過程中，可以適當(dāng)?shù)卦黾訑?shù)據(jù)，以幫助學(xué)生養(yǎng)成基于證據(jù)分析問題的習(xí)慣。貼圖游戲的設(shè)計(jì)旨在讓學(xué)生形成“實(shí)驗(yàn)操作—數(shù)據(jù)收集—模型建構(gòu)”的探究邏輯;放大和縮小的像用不同顏色區(qū)分，為發(fā)現(xiàn)等大實(shí)像的特殊位置提供形象的指引。貼有方格紙的光屏很好地解決了像和物大小比較的問題，為順利找到兩倍焦距的位置提供了證據(jù)支持。]

【環(huán)節(jié)4】 分析與論證

問題6：分析上述數(shù)據(jù)可知，不同的成像情況與物距有什么關(guān)系？

預(yù)設(shè)：物距較大時(shí)，成倒立縮小的實(shí)像。

問題7：物距較大可以哪一個(gè)距離作為標(biāo)準(zhǔn)？為什么？

預(yù)設(shè)：一倍焦距和兩倍焦距。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，一倍焦距是實(shí)像和虛像的分界點(diǎn)，兩倍焦距是放大的像和縮小的像的分界點(diǎn)。

學(xué)習(xí)活動(dòng)：通過填空的方式，完善凸透鏡成像的規(guī)律。內(nèi)容如下：

當(dāng)物距________時(shí)，成倒立、縮小的實(shí)像;

當(dāng)物距________時(shí)，成倒立、等大的實(shí)像;

當(dāng)物距________時(shí)，成倒立、放大的實(shí)像;

當(dāng)物距________時(shí)，成正立、放大的虛像。

[評(píng)價(jià)與反思：學(xué)生在分析數(shù)據(jù)獲得結(jié)論的過程中，較難將物距與一倍焦距（f）以及兩倍焦距（2f）進(jìn)行聯(lián)系和比較，這就需要通過提問的方式加以引導(dǎo)。在之前的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生已經(jīng)獲取了兩個(gè)特殊點(diǎn)，因此將物距和兩倍焦距做比較就變得水到渠成。]

【環(huán)節(jié)5】 交流與評(píng)估

學(xué)習(xí)活動(dòng)：討論探究過程及相關(guān)現(xiàn)象。

問題8：在探究凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，物體通過凸透鏡成實(shí)像時(shí)，物距越大，像距越小。這里，像距是否可以等于0？如果不可以，那么像距最小大約是多少？

預(yù)設(shè)：由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，物距越大，像距越接近焦距。

學(xué)習(xí)活動(dòng)：歸納得到測(cè)量焦距的方法——當(dāng)物體距離凸透鏡足夠遠(yuǎn)（大于十倍焦距）時(shí)，像距約等于焦距。

問題9：探究過程中出現(xiàn)過哪些困難？又是如何解決的？

問題10：實(shí)驗(yàn)中，一半同學(xué)使用了LED光源，一半同學(xué)使用了蠟燭光源，二者在使用過程中有何優(yōu)缺點(diǎn)？

預(yù)設(shè)：使用LED光源更好，因?yàn)長ED光源穩(wěn)定，且更易比較像和物的大小;使用蠟燭時(shí)，燭焰的大小難以測(cè)量，且蠟燭燃燒后，長度會(huì)變短，像的位置就不在光屏中央了，熄滅后還會(huì)產(chǎn)生煙霧，污染環(huán)境等。

[評(píng)價(jià)與反思：在評(píng)估環(huán)節(jié)，除了一些常規(guī)的知識(shí)內(nèi)容以外，還需要讓學(xué)生反思探究的過程，思考探究活動(dòng)中的各種行為，回顧解決問題的方式，從而讓學(xué)生對(duì)探究內(nèi)容、探究方法等有更加深刻的認(rèn)識(shí)。之所以設(shè)計(jì)蠟燭和LED燈兩種光源，就是為了讓學(xué)生進(jìn)行對(duì)比分析。如：LED燈可以認(rèn)為是面光源，而燭焰可以認(rèn)為是點(diǎn)光源，等等。這能夠引導(dǎo)學(xué)生積極發(fā)表自身見解，發(fā)展評(píng)估意識(shí)。此外，還可以引導(dǎo)學(xué)生辯證地看問題，如蠟燭雖然有上述缺點(diǎn)，但有來源廣泛、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。]

（三）實(shí)踐應(yīng)用：辨別焦距不同的凸透鏡

學(xué)習(xí)活動(dòng)：利用凸透鏡成像的規(guī)律，嘗試辨別給出的兩個(gè)焦距不同（5 cm和10 cm）的凸透鏡，闡述具體的方案。

預(yù)設(shè)：方法1，直接測(cè)量;方法2，利用兩倍焦距處物距等于像距，成倒立、等大的實(shí)像的規(guī)律;方法3，利用推理規(guī)律……

[評(píng)價(jià)與反思：在實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，可以通過解決實(shí)際問題來評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效度，也可以通過作圖的方式形成物理模型，促進(jìn)學(xué)生理解成像的原理，如利用學(xué)生貼圖的作品，結(jié)合成像光路來判定像所貼的位置是否精確。]

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，基于UbD理論進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)可使教學(xué)流程變得更加順暢。同時(shí)，由于學(xué)習(xí)活動(dòng)都指向評(píng)估證據(jù)，因此，學(xué)生在參與學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)更有目的性。在此基礎(chǔ)上，通過單元整體設(shè)計(jì)，學(xué)生知識(shí)的形成具有更完整的結(jié)構(gòu)和邏輯。這也使學(xué)生在應(yīng)用學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題的實(shí)踐中表現(xiàn)得更為突出。

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