摘" 要：在UbD理論的指導(dǎo)下，教師能夠通過“預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果”“確定評(píng)估證據(jù)”“制訂學(xué)習(xí)體驗(yàn)”等環(huán)節(jié)對(duì)牛頓第一定律進(jìn)行逆向教學(xué)設(shè)計(jì)，從而促進(jìn)學(xué)生深度理解物理規(guī)律、發(fā)展物理核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：UbD理論；物理規(guī)律；核心素養(yǎng)；牛頓第一定律

UbD理論是由美國(guó)課程專家格蘭特·威金斯（Grant Wiggins）和杰伊·麥克泰格（Jay McTighe）提出的，它是有關(guān)追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)理論（Understanding by Design，簡(jiǎn)稱UbD）。［1］UbD理論的特點(diǎn)是“以終為始”，指從預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果開始，逆向思考，評(píng)估學(xué)生理解掌握學(xué)習(xí)結(jié)果的證據(jù)，最終根據(jù)學(xué)習(xí)結(jié)果和評(píng)估證據(jù)再制定相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)。依據(jù)UbD理論制定的教學(xué)活動(dòng)過程如圖1所示。UbD的設(shè)計(jì)理念能有效地幫助廣大教師走出傳統(tǒng)活動(dòng)導(dǎo)向和灌輸式教學(xué)設(shè)計(jì)的誤區(qū)［2］，為學(xué)生深度理解物理規(guī)律、發(fā)展物理核心素養(yǎng)提供幫助。

牛頓第一定律將力與運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來，奠定了物理力學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）關(guān)于該內(nèi)容的要求為“通過實(shí)驗(yàn)和科學(xué)推理，認(rèn)識(shí)牛頓第一定律?！保?］這里的“實(shí)驗(yàn)”和“推理”分別對(duì)應(yīng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)中科學(xué)探究和科學(xué)思維兩個(gè)要素，該內(nèi)容對(duì)“牛頓第一定律”的教與學(xué)提出了較高的要求。然而，以往教學(xué)的結(jié)果往往是學(xué)生能夠闡述定律的內(nèi)容，但學(xué)生對(duì)牛頓第一定律的認(rèn)識(shí)僅停留在機(jī)械記憶的層面；在解決實(shí)際問題時(shí)，學(xué)生仍然依靠生活經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行判斷，缺乏對(duì)定律的本質(zhì)理解。［4］為了解決這一問題，筆者在UbD理論的指導(dǎo)下，對(duì)“牛頓第一定律”一節(jié)進(jìn)行逆向教學(xué)設(shè)計(jì)，以期幫助學(xué)生能深度理解牛頓第一定律，并學(xué)以致用。

1" 以終為始，預(yù)期學(xué)習(xí)成果

學(xué)習(xí)成果即學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成，也是教學(xué)的最終目的。但在UbD理論下，學(xué)習(xí)目標(biāo)變成了教學(xué)的起點(diǎn)，所有的教學(xué)設(shè)計(jì)都是圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo)來制定的。無論是《課程標(biāo)準(zhǔn)》還是教師教學(xué)用書，都涉及關(guān)于牛頓第一定律的學(xué)習(xí)目標(biāo)。但教師還需進(jìn)一步了解學(xué)生到底應(yīng)該知道什么、理解什么、能夠做什么、什么內(nèi)容值得理解。所以，教師要對(duì)這些綱領(lǐng)性質(zhì)的目標(biāo)大概念進(jìn)行分解、轉(zhuǎn)化，從而繼續(xù)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

如果單純?yōu)榱说玫脚ｎD第一定律的內(nèi)容，那么教學(xué)設(shè)計(jì)完全可以從亞里士多德的觀點(diǎn)出發(fā)，沿著歷史的軌跡提出伽利略的觀點(diǎn)，再至牛頓的思想，最后在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上分析、歸納得出牛頓第一定律。然而，這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生的邏輯思維和抽象思維的要求較高，大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)都會(huì)出現(xiàn)困難。所以，學(xué)生學(xué)習(xí)牛頓第一定律的目標(biāo)不應(yīng)停留在了解內(nèi)容層面，還應(yīng)將總體目標(biāo)轉(zhuǎn)化為更多、更細(xì)的分解目標(biāo)。

2" 評(píng)價(jià)先行，確定評(píng)估證據(jù)

評(píng)估證據(jù)應(yīng)圍繞核心素養(yǎng)的達(dá)成和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的具體要求。［5］作業(yè)和考試并不是唯一的評(píng)估證據(jù)，有時(shí)學(xué)生雖然能順利通過小測(cè)驗(yàn)或能正確回答問題，但未必能夠有效地運(yùn)用知識(shí)。傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)評(píng)估一般是在教學(xué)完成之后進(jìn)行的；但是UbD理論卻將學(xué)習(xí)評(píng)估放在教學(xué)過程之前，目的是通過尋找合適的評(píng)估證據(jù)，使教學(xué)過程的設(shè)計(jì)更具有針對(duì)性。這就要求教師站在更長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度進(jìn)行思考，必須先找到能證明學(xué)生成功完成學(xué)習(xí)目標(biāo)的證據(jù)后再考慮設(shè)計(jì)教學(xué)。［6］

UbD理論提出了理解的六個(gè)層面，即解釋、闡明、應(yīng)用、洞察、升華和自我認(rèn)知。本節(jié)課的學(xué)習(xí)并不僅包括牛頓第一定律這一定律本身的解釋、闡明和應(yīng)用幾個(gè)層面，還包括在歷史長(zhǎng)河中探究牛頓第一定律所經(jīng)歷的科學(xué)探究方法、科學(xué)思維模式，以及在科學(xué)探究和科學(xué)思維過程中保持與科學(xué)家一致的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。物理教學(xué)的過程需要跳出知識(shí)本身，要在眾多知識(shí)的學(xué)習(xí)過程中洞察、升華和自我認(rèn)知，這樣才能幫助學(xué)生形成一定的物理觀念、形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力。

3" 素養(yǎng)導(dǎo)向，豐富學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)

當(dāng)教師有了學(xué)習(xí)成果和評(píng)估證據(jù)后，就可以針對(duì)性地為學(xué)生制定豐富學(xué)生相應(yīng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)活動(dòng)計(jì)劃。為了堅(jiān)持《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》提出的“變革育人方式，突出實(shí)踐”的基本原則，教師在制定學(xué)習(xí)體驗(yàn)活動(dòng)計(jì)劃時(shí)應(yīng)加強(qiáng)其與生產(chǎn)勞動(dòng)和社會(huì)實(shí)踐的聯(lián)系，充分發(fā)揮實(shí)踐的獨(dú)特育人功能。［7］UbD理論的第三階段是設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)，不僅要保證學(xué)生有效地開展學(xué)習(xí)并獲得預(yù)期的結(jié)果，還要兼顧對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的建模、推理、論證和創(chuàng)新等能力以及問題、證據(jù)、解釋和交流等意識(shí)的培養(yǎng)，從而切實(shí)有效地養(yǎng)成和發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，落實(shí)立德樹人。

學(xué)習(xí)體驗(yàn)不等同于傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)，因此學(xué)習(xí)體驗(yàn)活動(dòng)的設(shè)計(jì)要以學(xué)習(xí)者為中心，注重學(xué)生在學(xué)習(xí)和探究過程中對(duì)物理知識(shí)的產(chǎn)生、發(fā)展以及應(yīng)用的真實(shí)體驗(yàn)，同時(shí)還要關(guān)注學(xué)生在體驗(yàn)過程中情感態(tài)度和價(jià)值觀的培養(yǎng)。牛頓第一定律并不能通過實(shí)驗(yàn)證明，而是在可靠的實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)上，通過科學(xué)推理總結(jié)得出的結(jié)論。教師可以將“探究真空能否傳聲”的實(shí)驗(yàn)方法遷移到本節(jié)課，以降低學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)難度。

4" 追求理解，逆向教學(xué)設(shè)計(jì)

基于UbD理論的三階段框架模版，以“牛頓第一定律”為例進(jìn)行的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)如下。

4.1" 第一階段：預(yù)期學(xué)習(xí)成果

根據(jù)物理學(xué)科核心素養(yǎng)以及《課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)“牛頓第一定律”的要求，筆者確定如下學(xué)習(xí)目標(biāo)：①通過實(shí)驗(yàn)探究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響，經(jīng)過分析、歸納和推理建立牛頓第一定律；②通過解讀定律內(nèi)容來理解牛頓第一定律，并能運(yùn)用定律于分析實(shí)際現(xiàn)象；③通過觀察和歸納建立慣性的概念，并能解釋與慣性有關(guān)的現(xiàn)象。

由于以上學(xué)習(xí)目標(biāo)相對(duì)比較抽象，教師還需要將學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化并提煉為核心概念，即學(xué)生能夠理解：①力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系；②牛頓第一定律的內(nèi)涵；③慣性是物體的一種物理屬性。

教師需進(jìn)一步將學(xué)習(xí)目標(biāo)分解為具體目標(biāo)，即學(xué)生將會(huì)知道：①運(yùn)動(dòng)的物體最終停下是因?yàn)槭艿搅俗枇Γ虎谶\(yùn)動(dòng)的物體，受到的阻力越小，運(yùn)動(dòng)的距離越遠(yuǎn)；③運(yùn)動(dòng)的物體，不受阻力時(shí)，將永遠(yuǎn)沿直線運(yùn)動(dòng)下去；④牛頓第一定律的內(nèi)容；⑤慣性是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。

為了能夠達(dá)成目標(biāo)，教師應(yīng)該有針對(duì)性地提出一系列關(guān)鍵問題，以問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，例如，物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持嗎？物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為什么會(huì)改變？維持物體運(yùn)動(dòng)的原因是什么？哪些物體遵循牛頓第一定律？牛頓第一定律成立的條件是什么？不受力的物體到底保持靜止還是勻速直線運(yùn)動(dòng)？什么物體具有慣性？物體什么時(shí)候具有慣性？慣性的大小與什么因素有關(guān)？

教師還可以設(shè)計(jì)一些關(guān)鍵任務(wù)，以此驅(qū)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究。學(xué)生將能夠根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)提出并更新關(guān)于力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的觀點(diǎn)；運(yùn)用控制變量法和轉(zhuǎn)換法探究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響；設(shè)計(jì)表格記錄實(shí)驗(yàn)有關(guān)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)；描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，進(jìn)行科學(xué)推理；利用慣性知識(shí)解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象。

由以上教學(xué)設(shè)計(jì)可以看出，UbD理論的第一階段包括“確定的學(xué)習(xí)目標(biāo)”“學(xué)生將會(huì)理解”“提出的問題”“學(xué)生將會(huì)知道”“學(xué)生將能夠”等板塊組成，各板塊之間匹配協(xié)調(diào)，相互聯(lián)系（見圖2）。

4.2" 第二階段：確定評(píng)估證據(jù)

基于階段教學(xué)設(shè)計(jì)的預(yù)期結(jié)果，牛頓第一定律的教學(xué)可以制定如下評(píng)估證據(jù)：①列舉更多生活實(shí)例支持自己或質(zhì)疑他人關(guān)于力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的觀點(diǎn)；②說明是否有其他方法反映阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響；③說明除了阻力外是否有其他因素影響物體的運(yùn)動(dòng)距離；④提取牛頓第一定律中的關(guān)鍵詞“一切”“總”以及“或”，并指出這些關(guān)鍵詞表達(dá)的含義；⑤列舉更多生活中的慣性現(xiàn)象，并指出哪些現(xiàn)象是如何利用慣性，哪些現(xiàn)象又是如何防止慣性產(chǎn)生的危害。

以上內(nèi)容是通過表現(xiàn)性任務(wù)評(píng)價(jià)學(xué)生是否理解所學(xué)的知識(shí)。除此之外，教師還可以收集其他證據(jù)評(píng)估學(xué)生理解和掌握的程度，比如：①能夠回顧如何科學(xué)推理“探究真空能否傳聲”；②能正確推理判斷物體不受力后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；③能正確分析慣性現(xiàn)象中各研究對(duì)象先后的狀態(tài)變化或不變化的原因。

學(xué)生也可以通過自我評(píng)價(jià)來檢測(cè)自己的學(xué)習(xí)效果。例如：是否了解從亞里士多德、伽利略、笛卡爾到牛頓關(guān)于研究力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的歷史過程？是否了解伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)在研究力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的歷史過程中的地位和作用？并對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)方案以及實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)。

《課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)形式多樣的評(píng)價(jià)方式，并提出“教—學(xué)—評(píng)”一致性的要求。UbD理論第二階段的評(píng)估證據(jù)正是從理解的六層面出發(fā)，以多種評(píng)價(jià)方式將證據(jù)指向預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)，同時(shí)指導(dǎo)接下來的學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了“教—學(xué)—評(píng)”一致性的特點(diǎn)（見圖3）。

4.3" 第三階段：設(shè)計(jì)豐富學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)的活動(dòng)

當(dāng)教師頭腦中有了清晰的預(yù)期目標(biāo)和合適的評(píng)估證據(jù)后，就應(yīng)全面為學(xué)生設(shè)計(jì)最適合的學(xué)習(xí)體驗(yàn)活動(dòng)。牛頓第一定律的學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)如下。

4.3.1" 提出力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系觀點(diǎn)

教師讓學(xué)生觀察“手推倒置小車”演示實(shí)驗(yàn)，提出力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的觀點(diǎn)；介紹亞里士多德的觀點(diǎn)；觀察“手推正放小車”演示實(shí)驗(yàn)，重新提出力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的觀點(diǎn)。

4.3.2" 探究阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響

教師帶領(lǐng)學(xué)生討論小車最終停下的原因，要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究小車不受阻力的運(yùn)動(dòng)情況（發(fā)現(xiàn)無法實(shí)施）；回顧“探究真空能否傳聲”的實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)方法遷移至“探究小車不受阻力的運(yùn)動(dòng)情況”；將實(shí)驗(yàn)?zāi)康母某伞疤骄孔枇?duì)運(yùn)動(dòng)的影響”，要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，繪制記錄表格，并對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)；由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)“阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響”，并在此事實(shí)的基礎(chǔ)上思考“當(dāng)阻力為零時(shí)，物體將會(huì)如何運(yùn)動(dòng)”等問題。

4.3.3" 解讀牛頓第一定律內(nèi)容

教師先向?qū)W生介紹伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)，再介紹笛卡爾對(duì)伽利略實(shí)驗(yàn)結(jié)論的補(bǔ)充，最后介紹牛頓對(duì)前人的實(shí)驗(yàn)的總結(jié)并得出牛頓第一定律。教師分析解讀牛頓第一定律的內(nèi)容，并通過習(xí)題反饋學(xué)生對(duì)該定律的理解與掌握情況。

4.3.4" 認(rèn)識(shí)慣性是物理屬性

教師帶領(lǐng)學(xué)生觀察慣性有關(guān)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，從牛頓第一定律出發(fā)，分析原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變與不變的原因；選擇給定的器材，設(shè)計(jì)一個(gè)能說明慣性的實(shí)驗(yàn)，并利用慣性知識(shí)進(jìn)行解釋觀察到的現(xiàn)象；了解生活中利用慣性以及防止慣性危害的例子，并用自己的語(yǔ)言對(duì)這些例子進(jìn)行解釋。

以上學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)除了“介紹”的內(nèi)容外，均從學(xué)習(xí)者的角度出發(fā)，用活動(dòng)促進(jìn)思維，以思維引領(lǐng)活動(dòng)，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。整個(gè)教學(xué)活動(dòng)圍繞預(yù)期的目標(biāo)，利用評(píng)估證據(jù)對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行診斷與評(píng)價(jià)，以便及時(shí)調(diào)整教學(xué)節(jié)奏和策略，確保學(xué)生理解和掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。

5" 結(jié)語(yǔ)

UbD理論是一種追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)理論，它將目標(biāo)前置，通過評(píng)價(jià)先行，使得教學(xué)過程有效地避免了拼盤式活動(dòng)和流水式灌輸?shù)恼`區(qū)。無論教學(xué)內(nèi)容是什么，教師在運(yùn)用UbD理論進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，都要始終圍繞發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)為目標(biāo)。同時(shí)，評(píng)價(jià)也必須以學(xué)生發(fā)展為本，從而提升教學(xué)活動(dòng)的目的性、實(shí)現(xiàn)教學(xué)結(jié)果的有效性。

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