UbD理論下的初中科學課堂教學策略探究

申屠英軍 張菊華

隨著我國新課改的深入，提升教育質量是我國目前的重要教育任務。在現代教育中，發展學生的核心素養是重要教育目標，對教師來說要基于培養學生的核心素養、提高自身的專業水平以提升教學設計質量。在傳統的教學中，教師是把自己對知識的理解傳授給學生，學生很少根據自己的理解來構建知識體系，這樣不僅教師教得費勁，學生學習得也十分吃力。因此，為了幫助學生更好地理解學科知識，教師要根據初中科學學科的特點，用UbD理論設計教學內容、優化教學結構。

一、 UbD理論概述

UbD理論的全稱是“Understanding by Design”，又可以理解為是“理解為先”模式。在UbD理論下教師要引導學生理解知識并在新的情境中實現知識遷移，讓學生在學習知識、進行知識遷移的過程中對知識的理解更加深入持久。UbD理論為教師設計教學課程提供了一種新方向或者說是新思維，理解為先體現的是兩個觀念之間的聯系：一是通過學習以及大量的研究認為理解是教學的核心，這也是學習的意義觀念；二是UbD理論的教學理念是為了學生的理解而教授，主要核心是為了讓學生對知識有發展性、深入性、持久性的理解，這對教師展開教學設計有重要意義。

二、 利用UbD理論開展科學教學的理論基礎

(一)有意義學習理論

奧蘇貝爾認為機械性的學習不僅要學生花費大量的時間，并且這種學習方式的效率較為低下，學生很難有意義地建構新知識，為了凸顯出機械性學習和有意義學習之間的差距，并幫助學生進行有意義的學習，奧蘇貝爾對新知識的同化過程進行了分析。奧蘇貝爾指出新知識與學習者原有的知識結構建立聯系的過程就是有意義學習。判斷學生是否在進行有意義學習的標準是，檢驗學習者有沒有把原有的知識觀念與新知識觀念建立實質性的聯系或者邏輯性聯系。

而有意義學習的外部條件包含學習材料的性質、學習者自身的情況，有意義學習要求學習材料必須具有邏輯性、學生自身的情況包括學生的原有知識儲備量以及學生的學習動機。不管是學習材料還是學生自身情況，都會對有意義的學習造成直接影響。有意義學習的核心概念是同化，而同化的核心是學生原本的知識結構。在有意義學習中，新知識和舊知識會發生相互作用，正是這種相互作用才催生了同化過程的產生。知識同化的結果是新知識被學生吸收，而學生原有的知識結構也會發生相應的變化。

(二)建構主義理論

從20世紀80年代以后，建構主義學習理論就在科學教學中受到了重點關注，并對科學教學產生了影響。從建構主義學習理論來說，它更加強調知識是個體建構的。個體理解事物時，除了要掌握事物本身的特點，個體的知識經驗也與理解程度有關。個體的知識經驗必然存在一定的差異，那么在面對同一事物時也會產生不同程度的理解。這就表示雖然通過特定的知識加工可以讓知識具備外在形式，但是不能讓每個學習者都能夠對知識獲得同樣的認識。學習者對知識的理解，是基于特定的學習環境和原有的知識經驗決定的。

建構主義學習理論中學生是建構知識經驗的主體，它指出學習者不要被動地接受知識，也不要簡單地發生知識遷移，而要讓學習者主動地建構知識?；谶@一點，教師在教學過程中不能只對學生傳遞知識，而是要讓學生主動發現知識、吸收知識、有意識地自主建構知識體系?？茖W的學習不只是知識的導入，還有知識的重組、加工，而這一過程都要依靠學生自身對知識的理解。在建構主義理論下教學要落實學生主體地位，通過情境促進學習者建構知識并培養學生的高階思維。

(三)理解為先理論

在理解為先理論中有兩個重點核心概念——“理解”和“設計”。理解與知道有較大的差異，有些人認為理解就是在新的情境中運用所學的知識技能，還有些學者認為理解是建立觀點與事實的聯系，并形成自身的知識結構。通過上述兩種觀點可以總結，理解的條件既包含新的情境，又包含知識遷移，它具有完整的陳述和抽象的特點。

設計是指逆向教學設計。在逆向教學設計中有三個階段，分別是明確學習結果、確定可接受的證據、規劃相應的學習過程。在明確學習結果這一階段，教師要思考：怎樣讓學生思考核心問題？學生應該怎樣進行持久深入的理解？學生的標準是什么？在確定可接受的證據階段，教師要思考：評估學生的表現標準有哪些？在規劃相應的學習過程階段，教師要思考：怎樣規劃學習內容？怎樣制定科學的學習計劃？這三個階段從整體上來說要保持一致性，這樣才能夠構建系統的學習模式。

三、 利用UbD理論構建初中科學教學課堂的策略

(一)初步設計理念

教師在利用UbD理論進行教學設計時，首先要運用逆向設計原則的三個階段進行初步設計。在開始時教師首先要思考在本學期的教學中，學生的短期學習目標是什么？長期學習目標是什么？怎么證明學生是否達到了預定的學習成效？如何設計學習活動才能夠更好地達到計劃效果？這些問題當中基本蘊含了逆向設計的三個階段。

第一階段明確預期的學習結果：在這一階段教師要從學生的角度來進行逆向設計。通過問題幫助教師明晰在科學教學中需要解決的問題：本堂課學生要學習哪些內容？學完本節課的內容學生可以獲得哪些理解？學生學習這些知識有什么作用？學生學習這些知識的預期結果是什么？在這一階段預期結果主要體現的是學生在進行了本節知識的學習后，可以運用這些知識做什么、通過這些知識能夠獲得什么理解。

第二階段確定可接受的證據：這一階段主要是為了驗證學生是否完成了學習預期結果。那么教師就要對評估產生以下思考：通過什么方法可以讓教學評估更加科學有效？教學評估的量化標準是什么？通過哪些證據可以證明學生達到了預期學習目標？什么證據可以表明學生對知識產生了真正的理解？

第三階段設計學習計劃：這一階段對學生進行高效學習有重要作用。教師要思考：通過什么學習活動可以幫助學生達到預期學習目標？在本節課知識學習中最主要的學習活動是什么？學習計劃怎么才能和前兩個階段保持一致性？怎么合理地優化學習資源？學習活動有哪些環節？教師要在活動中發揮什么作用？

在第一階段，教師要根據初中科學課程標準，來分析學生的學習指標、預期的學習結果，還要根據教師的教學經驗和學生的實際學習情況來制定預期的學習結果。在制定目標前教師要對學生已經具備了哪些知識結構、學生的學習基礎、學生的認知發展、學生在學習過程中可能遇到的困難進行深入了解，同時還要深入研讀教學內容。

在第二階段，教師可以通過診斷性評價、形成性評價、終結性評價來驗證學生是否達到預期的學習目標。在這三種評價方式中，教師要注重創設真實的學習情境、評價方式要多元化且結構合理，同時要關注學生的理解證據。在規劃學習計劃時教師要注意根據學生的生活經驗和科學學科的特點，來實現學生理解知識的最終目標。在這一過程中，教師要注意學習計劃不能與學習目標相脫離，要與教材進行結合但同時要避免思維固化，要靈活地設計教學活動。

(二)基于《微粒的模型與符號》教學設計

以浙教版八年級下冊《微粒的模型與符號》一課為例，本單元主要體現建模思想，重點在于通過模型與符號讓學生科學地認識微觀世界、研究微觀世界。

第一階段明確預期的學習結果：

根據初中科學課程標準，本課的學習目標可以制定為：掌握物質是由哪些具體的微粒子構成的(如原子、分子、離子)、能夠理解微觀模型，并運用模型闡述物質的三態變化、掌握建立微觀模型的方法、探索原子結構知識。

基于此，學生的學習遷移目標：對物質微觀模型進行靈活運用，如：區分混合物和純凈物、掌握區分化學變化與物理變化之間區別的方法、根據物質微觀模型解釋物質結構差異和性質差異特征、掌握“結構決定性質”的概念。

深入持久理解：學生根據原子結構知識深入體會物質微觀模型建構過程，并充分理解這個過程是需要不斷完善的；物質是由原子、分子、離子等不同微粒構成的；元素與原子之間的關系；元素是核電荷數相同的原子總稱。

核心問題：科學家在探索原子結構的過程中有什么發現？而這些發現導致它們在原子結構的建立上做了哪些假設？這些假設可以用微觀模型來解釋嗎？如何解釋？如何用微觀模型解釋金剛石的構成？氯化鈉是用什么微觀粒子組成的？水是用什么微觀粒子組成的？不同元素之間是否具有差異性？如何從原子角度來解釋同位素原子？

學生需要掌握的知識：利用模型反映事物的特征和本質；掌握原子的結構；掌握原子、分子的定義；掌握原子的大小、質量概念；掌握物質可以由分子、原子、離子構成的概念；掌握元素概念和同位素的含義。

技能：在學習過程中，自主尋找與原子結構模型構建相關的課外資料，并整理成系統的文件。能夠制作簡單的分子模型。

第二階段證明學生達到學習預期的證據：

評估標準：學生是否能合理地反映客觀事實、學生的邏輯是否清晰可靠、是否能用具有邏輯性清晰的語言闡述結論。

具體衡量標準：學生在闡述盧瑟福的α粒子轟擊實驗現象時思維清晰、用詞嚴謹且具有較強的邏輯性。學生還可以在闡述后講述自己收獲的知識經驗；能夠解釋原子為什么不帶電；能夠分別舉出由分子、離子、原子構成的物質，并闡述微觀粒子和宏觀粒子之間的聯系；能夠制作水、二氧化碳、氧氣的分子模型，并且從原子的角度、大小、位置等細節進行充分的考慮；能夠利用微觀模型闡述化學變化和物理變化的區別。

第三階段設計學習計劃：

①運用多媒體給學生展示原子結構的科學材料，讓學生初步掌握與原子模型相關的知識。②利用微課視頻形象地展現α粒子轟擊實驗，并讓學生對盧瑟福核式結構模型進行分析。③在學生進行了初步學習之后，讓學生自主畫出氦原子核式結構模型，并通過自主探究理解元素概念。④通過小組合作，制作物質的分子模型，并以此來分析化學變化、物理變化的區別，從而實現知識遷移。

(三)基于《物質的特性》教學設計

以浙教版七年級上冊的《物質的特性》一課為例

第一階段明確預期的學習結果：

根據初中科學課程標準，學生要學習分子概念、分子運動、擴散現象、質量、密度、熱傳遞、固體密度和液體密度的測量、比熱容、熔化、蒸發、沸騰等知識。

深入持久理解：通過對分子、分子運動的學習掌握分子的特征以及作用，并且能夠舉出具體的例子驗證分子運動；通過課堂學習體驗密度以及質量的測量步驟，并制定實驗方案。在這一過程中理解誤差是不可避免的，但只要規范操作就可以減少誤差的概念；理解物質比熱的意義；解釋水的分子原理；了解物質三態的變化特點；知道物態變化是伴隨著熱量變化而改變的。

學習遷移目標：能夠應用分子運動解釋生活中的某些現象；學會制定實驗方案；學會應用比熱解決生活中的某些問題；學會運用圖像描述物質三態的特點；學會運用儀器和科學的方法來測量物體的密度，以及制定實驗方案來探究液體蒸發快慢的影響元素；通過學習解釋自然現象當中的云、雪是如何形成的。

思維以及情感價值結果：體會建立分子模型的思想；感受探究科學知識的樂趣；培養學生關注大自然、熱愛大自然的意識。

第二階段證明學生達到學習預期的證據：

診斷性評價：通過課后作業和課堂測試，以書面的形式檢驗學生是否掌握了與物質特性相關的知識概念。

形成性評價：讓學生用分子運動來解釋宏觀現象；通過實驗教學活動檢測學生是否能規范地操作儀器、能否在合理的誤差內計算出正確的密度值和質量值，并進行分析；學生能否正確地畫出熔化曲線以及物質三態變化的轉化圖；學生能否用具有邏輯性的語言闡述比熱在生活中的應用例子；學生是否能自主設計出本章節的知識思維導圖。

第三階段設計學習計劃：

①利用導學案讓學生初步學習物質特性的基礎知識，并記憶與物質特性相關的知識概念。②通過信息技術給學生播放液體擴散、水的混合視頻并讓學生觀看聞氣味的實驗，從而探究分子運動的規律。③通過小組合作，制作測量物體密度以及質量的實驗方案。④在課后自主構建系統的知識結構導圖并調查物質特性在生活中的應用。

(四)基于《生命系統的結構層次》

以七年級上冊《生命系統的結構層次》為例

第一階段明確預期的學習結果：

依據課程標準學生需要掌握的學習目標有：生物、細胞的基本特征；運用細胞結構和功能解釋生命現象；學會使用顯微鏡、放大鏡等觀察儀器；掌握細胞分裂、生長的意義；掌握細胞分化的相關知識。

學生的深入持久理解：掌握生命系統的構成、動植物的分類標準以及特征；掌握細胞結構與細胞功能之間的關系；掌握生物結構與生物功能之間的關系；對細胞功能相關知識進行探究；分析細胞模型；理解保護生物多樣性的意義。

學習遷移：能夠運用理論知識自主構建細胞基本結構模型；利用模型探究知識本質；能夠用適當的工具觀察生物；能夠根據細胞、器官、組織等知識，歸納生命系統的內在規律；感受生命的特點(如生命具有復雜性、生命具有層次性)。

學生掌握的技能：利用與細胞發展相關的課外資料進行課內學習，并提高提取關鍵資料的能力；學會使用觀察工具；繪制簡單的細胞模式圖。

第二階段證明學生達到學習預期的證據：

學生可以規范地操作顯微鏡；學生可以運用科學的方法處理實驗中的問題；學生能夠理解生命的特點并進行系統的闡述；學生能夠運用邏輯性語言闡述細胞形態和功能之間的關系；學生可以自主構建簡單的細胞模型；學生可以對保護生物多樣性提出相應的策略。

第三階段設計學習計劃：

①創設情境展現多種多樣的生物。②給學生播放科學實驗視頻，讓學生自主觀察研究。③讓學生自主動手構建生物模型。④通過小組合作構建知識思維導圖。

綜上所述，初中科學教師基于UbD理論逆向設計原則展開教學設計，可以構建更加科學、高效的教學模式，不僅可以提高教學水平，還對培養學生的核心素養有積極作用。