張致遠(yuǎn) 王長江

(安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 安徽 蕪湖 241002)

1 問題提出

理解是學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成,是學(xué)科教學(xué)的重要目標(biāo).近年來,“為理解而教”的教育理念逐漸被國內(nèi)教育者接受,相關(guān)研究明顯增多.文獻(xiàn)[1]梳理了高中物理大概念,對大概念及其統(tǒng)攝下的知識(shí)邏輯與思維方法進(jìn)行分析,力圖幫助學(xué)生建立知識(shí)層級結(jié)構(gòu);文獻(xiàn)[2-3]將逆向設(shè)計(jì)分別運(yùn)用于物理和化學(xué)教學(xué)中,提升學(xué)生的學(xué)科能力等.我們也注意到以往相關(guān)研究存在以下不足:

(1)關(guān)注逆向設(shè)計(jì)的“形式”,忽略了注重理解的“本質(zhì)”.

(2)缺乏將UbD單元設(shè)計(jì)理論與我國本土學(xué)科核心素養(yǎng)相結(jié)合的案例.

基于此,本文將著重探究逆向設(shè)計(jì)的3階段與學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)系,力圖培養(yǎng)學(xué)生的深度理解能力.

2 UbD理論的主要內(nèi)容

UbD(understanding by design)是由美國課程改革專家格蘭特·維金斯(Grant Wiggins)和杰伊·麥克泰格(Jay McTighe)提出的新型教學(xué)模式.這一模式強(qiáng)調(diào)通過“以終為始”的逆向設(shè)計(jì)達(dá)成學(xué)生“理解”的目的.

2.1 重在理解(understanding) 指向核心素養(yǎng)

UbD理論以理解“大概念”為核心目標(biāo).其中“理解”是智力層面的建構(gòu),是人腦為了弄懂許多不同的知識(shí)片段而進(jìn)行的抽象活動(dòng)[4].理解既包括了對大量事實(shí)進(jìn)行整合、重組,使其具有新的意義;也包括了將已有的觀念、知識(shí)和技能以合理的方式遷移應(yīng)用于實(shí)際情境中.理解在認(rèn)知層面上可分為解釋、闡明、應(yīng)用、洞察、神入、自知6個(gè)側(cè)面.

大概念是學(xué)科的核心,是將所有子概念進(jìn)行分析綜合、抽象概括而獲得的來之不易的結(jié)果,是所有基本概念的“領(lǐng)導(dǎo)”,是各領(lǐng)域?qū)＜宜伎己透兄獑栴}的方式.理解大概念可以使知識(shí)系統(tǒng)化,形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)框架,進(jìn)而以“俯視”姿態(tài)看待一個(gè)個(gè)基本問題、基本概念,最終實(shí)現(xiàn)“理解”目標(biāo).

2.2 逆向設(shè)計(jì)(design) 強(qiáng)調(diào)以終為始

UbD理論的逆向設(shè)計(jì)包括了預(yù)期結(jié)果、評估證據(jù)、學(xué)習(xí)計(jì)劃3個(gè)階段.若將逆向設(shè)計(jì)比作一棵樹,那么3個(gè)階段的內(nèi)涵和象征如下.

2.2.1 預(yù)期結(jié)果

預(yù)期結(jié)果強(qiáng)調(diào)從學(xué)習(xí)結(jié)果開始逆向思考——為達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)生需要理解什么?學(xué)生需要做什么?并找到本單元的大概念;預(yù)期結(jié)果在既有目標(biāo)的規(guī)范下明確知識(shí)聚合,按照抽象程度由低到高可劃分3個(gè)學(xué)習(xí)結(jié)果:習(xí)得知能、意義理解、學(xué)習(xí)遷移[5].預(yù)期結(jié)果是逆向設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和根本,象征樹根部分.

2.2.2 評估證據(jù)

評估證據(jù)要求我們思考哪些證據(jù)能夠表明學(xué)生已達(dá)到了學(xué)習(xí)目的,為“理解”的目標(biāo)加了一層“保險(xiǎn)”.當(dāng)我們既明確了學(xué)習(xí)結(jié)果,又有了判斷達(dá)到預(yù)期結(jié)果所需要的完整評估證據(jù)后,便能以此為導(dǎo)向,設(shè)計(jì)出真正指向“理解”的教學(xué)活動(dòng).

評估證據(jù)根據(jù)預(yù)期結(jié)果的要求以及理解6側(cè)面的認(rèn)知維度可分為表現(xiàn)性任務(wù)和其他證據(jù).其中表現(xiàn)性任務(wù)是指真實(shí)的、具有挑戰(zhàn)性的實(shí)踐任務(wù);其他證據(jù)則包括了問答題、小測驗(yàn)、考試等.評估證據(jù)在逆向設(shè)計(jì)中具有連接前后、統(tǒng)籌兼顧的作用,象征樹莖部分.

2.2.3 學(xué)習(xí)計(jì)劃

學(xué)習(xí)計(jì)劃以“WHERETO”要素進(jìn)行:

W(where&what)代表明確教學(xué)目標(biāo);

H(hook&hold)代表吸引學(xué)生注意;

E(equip&experience&explore)代表開展教學(xué)活動(dòng);

R(rethink&revise)代表學(xué)生自我反思;

E(evaluate)代表學(xué)生自我評價(jià);

T(tailor)代表針對性教學(xué);

O(organize)代表組織教學(xué)活動(dòng).

學(xué)習(xí)計(jì)劃是逆向設(shè)計(jì)的外顯化和最終表現(xiàn),象征果實(shí)部分,逆向設(shè)計(jì)樹如圖1所示.

圖1 UbD逆向設(shè)計(jì)樹圖

3 基于UbD理論促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)設(shè)計(jì)思路

3.1 目標(biāo)指向

學(xué)科核心素養(yǎng)是UbD“理解”目標(biāo)的題中應(yīng)有之義:我們需要將已有的知識(shí)和未知的問題情境相結(jié)合,用科學(xué)思維合理分析,用科學(xué)探究實(shí)踐操作,最終解決問題,并理解科學(xué)本質(zhì)和大概念.而理解科學(xué)本質(zhì)既有利于學(xué)生學(xué)習(xí)下屬子概念,又可促進(jìn)學(xué)生將知識(shí)應(yīng)用遷移到現(xiàn)實(shí)情境中.

逆向設(shè)計(jì)的方針是“以終為始”,其出發(fā)點(diǎn)是以學(xué)生為主體、學(xué)生是學(xué)習(xí)的主人、從學(xué)生的角度看問題;這與學(xué)科核心素養(yǎng)中“促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)與發(fā)展”相一致.因而基于UbD理論的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)是促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)達(dá)成的有效途徑,是實(shí)現(xiàn)“理解”和“立德樹人”雙重目標(biāo)的重要方式.

3.2 基本前提

在逆向設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)“理解”目標(biāo),需要明確兩個(gè)基本前提:第一,梳理本節(jié)基本概念、學(xué)科大概念和大概念間的進(jìn)階關(guān)系,使之具有聯(lián)系的邏輯,從而準(zhǔn)確提煉.只有準(zhǔn)確定位了大概念,才能保證3個(gè)階段是一個(gè)整體,一切指向大概念的理解;第二,在3個(gè)階段中挖掘?qū)W科核心素養(yǎng).核心素養(yǎng)的實(shí)現(xiàn)應(yīng)該充分體現(xiàn)在預(yù)期結(jié)果、評估證據(jù)和學(xué)習(xí)計(jì)劃的設(shè)計(jì)中.如果逆向設(shè)計(jì)的3個(gè)階段都能夠指向?qū)W科核心素養(yǎng),將大大促進(jìn)UbD理論與我國本土核心素養(yǎng)教學(xué)的結(jié)合.

3.3 設(shè)計(jì)框架

基于UbD理論,在逆向設(shè)計(jì)的3個(gè)階段中尋找有關(guān)學(xué)科核心素養(yǎng)要素.根據(jù)課標(biāo)的內(nèi)容要求,將物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要素有機(jī)融入,并表述為習(xí)得知能、預(yù)期理解、學(xué)習(xí)遷移3個(gè)層面目標(biāo);在理解6側(cè)面中體現(xiàn)核心素養(yǎng),并基于此來設(shè)計(jì)表現(xiàn)性任務(wù)和其他證據(jù);在學(xué)習(xí)計(jì)劃中既要以“WHERETO”要素展開,又要在設(shè)計(jì)意圖中滿足學(xué)科核心素養(yǎng)的要求,設(shè)計(jì)框架如圖2所示.

圖2 UbD設(shè)計(jì)框架

4 基于UbD理論促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)示例

“彈性碰撞和非彈性碰撞”選自人教版高中物理選擇性必修一第一章第5節(jié).本節(jié)既要求學(xué)生對碰撞進(jìn)行分類和描述,又要求以彈性碰撞和非彈性碰撞為基礎(chǔ)進(jìn)行模型建構(gòu),解決其他物理問題.

4.1 階段一——明確預(yù)期結(jié)果

逆向設(shè)計(jì)圖的第一個(gè)階段是明確預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果(表1).根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求,我們確定了預(yù)期結(jié)果3個(gè)層次:

表1 明確預(yù)期結(jié)果

(1)習(xí)得知能

碰撞的定義、分類、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和能量轉(zhuǎn)化等觀念需要學(xué)生將已有的物理情境、物理概念在頭腦中提煉、升華而成[6].因此指向相互作用觀念、運(yùn)動(dòng)觀念和能量觀念.

(2)意義理解

對碰撞的本質(zhì)和學(xué)科大概念的挖掘需要學(xué)生將已有的概念、規(guī)律進(jìn)行推理、論證,還要在生活中尋找靈感獲得感性認(rèn)識(shí)、在實(shí)驗(yàn)中操作驗(yàn)證獲得嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)據(jù).因此指向科學(xué)思維和科學(xué)探究.

(3)學(xué)習(xí)遷移

對碰撞知識(shí)學(xué)以致用,將其遷移到生產(chǎn)生活、科研探究當(dāng)中.因此指向科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

4.2 階段二——評估證據(jù)

4.2.1 預(yù)期結(jié)果與學(xué)生表現(xiàn)

如果學(xué)生要達(dá)成預(yù)期結(jié)果,需要在“解釋”“闡明”等理解6側(cè)面中表現(xiàn)出來:

(1)解釋

將已有的物理觀念與未知的物理問題情境相結(jié)合,使概念具有新的意義.本節(jié)中學(xué)生需要將已有的運(yùn)動(dòng)觀念和相互作用觀念應(yīng)用于碰撞的問題情境中,經(jīng)過科學(xué)推理、論證、交流,最終得到系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)性的概念.

(2)闡明

通過模型建構(gòu)和一定的物理方法,對碰撞模型重新解構(gòu),最終以圖像和數(shù)據(jù)的形式定量探究.

(3)應(yīng)用

培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用遷移的能力.本節(jié)以“比較3個(gè)小球質(zhì)量”的表現(xiàn)性任務(wù)作為課前引入,學(xué)生通過合作探究獲得感性認(rèn)識(shí)和直接經(jīng)驗(yàn),因此指向科學(xué)探究;并將碰撞知識(shí)學(xué)以致用于生產(chǎn)生活和科研探究中.

(4)洞察

培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和從多角度看問題的能力.本節(jié)從多方法、多角度分析碰撞過程;并將多本教材中的同一內(nèi)容進(jìn)行對比分析,給出建設(shè)性意見和改進(jìn)方案.

(5)神入

培養(yǎng)學(xué)生換位思考的移情能力.本節(jié)學(xué)生將換位思考以往在學(xué)習(xí)碰撞時(shí)容易出現(xiàn)的問題,對教學(xué)難點(diǎn)“為什么難、難在哪里”產(chǎn)生共鳴,最后還要給出解決難點(diǎn)的學(xué)習(xí)方法.

(6)自知

培養(yǎng)學(xué)生元認(rèn)知能力.本節(jié)末尾,學(xué)生將對碰撞知識(shí)的掌握情況和模型建構(gòu)能力進(jìn)行自評與反思,明確未解決的問題,并給出學(xué)習(xí)計(jì)劃.

4.2.2 表現(xiàn)任務(wù)和其他證據(jù)

根據(jù)理解6側(cè)面,確定本節(jié)的表現(xiàn)性任務(wù)和其他證據(jù)如下:

(1)表現(xiàn)性任務(wù)

1)探究中子的發(fā)現(xiàn)過程:扮演核物理學(xué)家,根據(jù)氫原子核碰撞的實(shí)例,探究中子的發(fā)現(xiàn)過程.

2)生活碰撞實(shí)例演講:扮演科學(xué)教師,對教材給出的隕石撞擊地球、網(wǎng)球反彈兩個(gè)碰撞實(shí)例向大家科普介紹,分析其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和能量的變化.

3)生活實(shí)際情境驗(yàn)證:扮演運(yùn)動(dòng)員,演示保齡球、乒乓球、冰壺間的相互碰撞,驗(yàn)證彈性碰撞中因質(zhì)量不同而出現(xiàn)的各種結(jié)果.

4)解決近似質(zhì)量的比較問題:扮演質(zhì)量檢測員,對若干個(gè)體積、質(zhì)量都相近的小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,比較孰輕孰重,并以說明書的形式呈現(xiàn)過程結(jié)果.

(2)其他證據(jù)

1)問答題:談一談本單元的收獲?生活中還有哪些問題可通過碰撞知識(shí)來解決?

2)測試:對任意碰撞情境能夠快速進(jìn)行模型建構(gòu),列舉碰撞后所有可能情況,并定量探究運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和能量轉(zhuǎn)化.

3)家庭作業(yè):將引入部分的3個(gè)小球帶回家,結(jié)合本節(jié)知識(shí)再次判斷孰輕孰重,并用電子天平驗(yàn)證結(jié)果.

(3)學(xué)生自我評估與反思

1)自我評估:對物理模型的建構(gòu)能力進(jìn)行自我檢測.

2)反思:回顧、反思本節(jié)采用的物理方法及推導(dǎo)過程.

4.3 階段三——學(xué)習(xí)計(jì)劃

4.3.1 設(shè)疑激趣,引入新課

基本問題：什么是碰撞?碰撞間的作用力有什么特點(diǎn)?

教學(xué)活動(dòng)：完成表現(xiàn)性任務(wù)4,教師在本節(jié)初始給出上述3個(gè)小球,比較三者質(zhì)量大小.學(xué)生分組探究,方式自擬.(A組從同一高度自由下落,比較反彈高度;B組兩兩相互碰撞,觀察碰撞后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài))

設(shè)計(jì)意圖：解釋層面,將已有的相互作用觀念、運(yùn)動(dòng)觀念與未知情境相結(jié)合,使學(xué)生對碰撞有了初步感性認(rèn)識(shí),易于開展之后課程;闡明層面,針對具體問題組內(nèi)合作、組間討論,對比分析兩種設(shè)計(jì)思路,評價(jià)活動(dòng)方案的可行性;應(yīng)用層面,將表現(xiàn)性任務(wù)應(yīng)用于本節(jié)開端和結(jié)尾,使學(xué)生從做中學(xué)、學(xué)做合一.

對應(yīng)要素：

H——通過診斷性評價(jià)初步判斷學(xué)生思維情況,保持學(xué)習(xí)興趣;

E1——在真實(shí)情境中主動(dòng)探索并發(fā)現(xiàn)問題;

E2——對兩小組所給的觀念做初步評定.

4.3.2 模型建構(gòu),探究碰撞本質(zhì)

基本問題：碰撞的分類依據(jù)是什么?彈性碰撞和非彈性碰撞的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和能量轉(zhuǎn)化各有哪些特點(diǎn)?

設(shè)計(jì)意圖：闡明層面,通過模型建構(gòu)以及圖像法、等效替代法使碰撞可視化、連續(xù)化.將“動(dòng)碰靜”的特殊實(shí)例推廣至任意碰撞情境的速度、能量求解,具有普遍性;洞察層面,一改傳統(tǒng)對碰撞類型的死記硬背和只用數(shù)學(xué)方法求解碰后速度大小、能量轉(zhuǎn)化的弊端,而是先用物理方法定性探究碰撞過程和本質(zhì),再利用數(shù)學(xué)方法定量探究,具有科學(xué)性與創(chuàng)新性.

對應(yīng)要素：

E1——利用已有知識(shí)技能去探究基本問題,為學(xué)生提供必要的科學(xué)方法,實(shí)現(xiàn)對基本概念和科學(xué)本質(zhì)的深入理解;

E2——對模型建構(gòu)能力和物理方法的掌握情況進(jìn)行自我評估,以便學(xué)生完成表現(xiàn)性任務(wù)2和3;

R——學(xué)生反思對基本概念認(rèn)識(shí)的不足,修改前面初步建立的學(xué)科大概念.

4.3.3 拓展概念,科學(xué)推理

基本問題：彈性碰撞和非彈性碰撞可以遷移到哪些未知的物理模型?這些物理模型和碰撞之間有什么聯(lián)系?

教學(xué)活動(dòng)：自主模型建構(gòu),將碰撞模型類比于其他物理模型,并將碰撞產(chǎn)生的內(nèi)能繼續(xù)以各種形式的能量等效替代(彈性碰撞——斜面模型;完全非彈性碰撞——斜槽模型、板塊模型、子彈打木塊模型),最后自我評估本次模型建構(gòu)的掌握情況.

設(shè)計(jì)意圖：解釋層面,將已有碰撞知識(shí)和未知物理模型相聯(lián)系,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)解釋能力;闡明層面,對碰撞模型進(jìn)行科學(xué)推理、分析,建構(gòu)出各種物理模型,并將內(nèi)能等效代替為不同種類的能量;自知層面,學(xué)生需要對已學(xué)習(xí)的碰撞知識(shí)進(jìn)行自我評價(jià)與反思,明確問題并設(shè)計(jì)改進(jìn)方案,才能更加高效地探究拓展部分.

對應(yīng)要素：

E1——對基本概念進(jìn)行拓展探究、模型建構(gòu),深入鉆研大概念的內(nèi)涵;

R——反思總結(jié)基本概念的探究過程,并再次修改對大概念的理解.

5 總結(jié)

UbD理論強(qiáng)調(diào)通過逆向設(shè)計(jì)促進(jìn)學(xué)生的深度理解.本文初步探索了在逆向設(shè)計(jì)的3個(gè)階段中如何達(dá)到物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求;并以“碰撞”為例,探索以UbD理論為指導(dǎo)開展物理核心素養(yǎng)教學(xué)的新途徑.我們認(rèn)為,以UbD理論為指導(dǎo)開展核心素養(yǎng)教學(xué),將是一項(xiàng)長期的、值得持續(xù)深入探索的課題.