核心素養導向下的物理UbD模式單元教學設計探索

楊紅萍　孫茂歐　鄭勤紅

［摘 要］文章基于UbD理論的基本思想和設計要素，構建基于UbD理論的單元教學設計框架，并以高中物理人教版必修第一冊“相互作用——力”單元為例，結合核心問題和表現性任務探索核心素養導向下的物理UbD模式單元教學設計，呈現基于UbD理論的單元教學設計和實施過程，為促進物理學科核心素養在高中物理課堂教學中的落實提供參考。

［關鍵詞］核心素養；UbD模式；單元教學設計

［中圖分類號］? ? G633.7? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）20-0043-04

《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課標》）明確指出，高中物理課程旨在落實立德樹人根本任務，進一步提升學生的物理學科核心素養，為學生的終身發展奠定基礎［1］。物理教學如何培養學生的核心素養？一個較好的轉型支點是教師提升教學設計的站位， 從關注單一的知識點、課時轉變為關注大單元設計［2］。UbD（Understanding by Design）是一種提倡“以終為始”“理解為先”的創新型單元教學設計模式，主要由3個階段構成：（1）明確預期學習結果；（2）確定恰當的評估證據；（3）設計學習體驗與活動［3］。據此，本文以高中物理人教版必修第一冊“相互作用——力”單元為例，探索設計核心素養導向下的物理UbD模式單元教學，為培養學生核心素養提供新的路徑。

一、基于UbD模式的單元教學設計

根據UbD理論，以培養學生核心素養為目標的UbD模式單元教學設計，可劃分為如圖1所示的四個階段，其中目標、評價和活動的設計在邏輯上要保持一致。

二、核心素養導向下的UbD模式單元教學設計與實施

（一）解讀課標確定核心素養目標

1.階段一的主要任務

階段一需要以培養學生學科核心素養為導向，解讀課標，分析教材，明確預期學習目標，并根據核心素養的四個維度厘清任務：學生應該理解、思考什么？學生將獲得何種持久的、自主的學習成果？學生能掌握并再現什么內容？

【課標解讀】“相互作用——力”單元的課標要求［1］：第一，讓學生知道力是物體間的相互作用，從現象的了解入手，知道常見力的特點和規律。第二，讓學生經歷科學探究過程，了解物理規律的形成，體會等效替代、演繹推理等方法。第三，對于力的大小計算不應過于繁難，重在讓學生體會相互作用的規律特點。第四，讓學生通過學習逐步掌握分析解決問題的思路和方法，并能具體應用。

【教材分析】“相互作用——力”單元講述“力”的基礎內容及共點力的平衡條件，是學生學習動力學的必備知識。本單元通過等效替代法解決力的合成和分解問題，滲透矢量運算的平行四邊形定則，同時幫助學生樹立運動與相互作用觀念，深化矢量圖法、力的合成和分解等知識的運用，形成利用共點力平衡條件，并在此基礎上理解掌握解決實際情境中受力計算問題的思路，為后續學習奠定基礎。在整個物理學中“力”起到不可或缺的橋梁作用，所以本單元的作用至關重要。

2.“相互作用——力”單元核心素養目標

鑒于以上分析，根據物理學科核心素養內涵，本單元確定如下核心素養目標。

物理觀念：建立“力”的概念，從定性到定量，認識生活中常見的重力、彈力、摩擦力；知道共點力的概念，了解力的合成和分解；體會物理與生產生活的聯系，解釋自然現象，解決實際問題；初步發展運動與相互作用觀念。

科學思維：掌握力的三要素，能自主對一個力進行分析；體會等效替代的思想，用平行四邊形定則進行力的合成和分解，并用演繹法將其逐步遷移到矢量運算，養成科學思維習慣；掌握受力分析和解決“共點力的平衡”問題的思路。

科學探究：有針對性地提出猜想，設計探究彈力與形變量的關系、分力和合力的關系等實驗；利用圖像處理實驗數據，結合物理現象總結物理規律，感悟科學探究的方法和精神。

科學態度與責任：正確認識科學本質，能主動與他人合作；從物理學視角探索認識自然，保持嚴謹認真、實事求是、持之以恒的態度，構建自然界的物理圖景。

另外，UbD模式重視對問題的建構，提倡以“核心問題”引領教學，引發學生持續性的質疑和思考，促進學生理解把握概念間的聯系，同時使課堂教學更加流暢連貫。因此，結合核心素養目標，設置如下單元核心問題，通過看似簡單的問題，進階衍生出重點知識內容，啟發學生自主思考，給學生的理解創造空間，著力培養學生的物理學科核心素養。

【核心問題1】如何描述生活中常見的力？

探討1.要描述力，首先要明確“力”是什么→引發對生活中常見力的學習。

探討2.建立“力”的概念后，需要抓住“力”的特點→引發對重力、彈力、摩擦力特性的討論，即大小、方向、作用點。

探討3.知道“力”的大小、方向、作用點，如何將三者結合起來描述一個力→引發以力的三要素作為研究力的工具的探討。

小結：以核心問題1為基點逐步構建力學的陳述性知識體系。

涉及的核心素養：物理觀念、科學思維、科學探究。

【核心問題2】如何對研究對象進行受力分析？

探討1.從物體間相互作用的角度分析受力，首先要明確相互作用的力之間存在什么關系→引發對作用力和反作用力關系與特點的探究。

探討2.明確正確受力分析的基礎和前提后，分析研究對象受到多個力的作用，它將向哪個方向運動→引發對力的合成和分解所遵循規律的探究，找出用一個力的單獨作用替代幾個力的共同作用而效果不變的方法，即求出幾個力的合力。

探討3.另外，如果研究對象處于平衡狀態，它的受力情況是怎樣的？→引發對共點力平衡條件的探討，將所學知識系統地綜合，形成運用共點力平衡條件解決問題的思路。

小結：以核心問題2為基點逐層深入，形成分析物體受力，判斷物體運動狀態，解決物理問題的程序性知識。

涉及的核心素養：物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任。

（二）分析學情明確素養考查評價

1.階段二的主要任務

在階段二，為考查學生是否達到核心素養目標，教師要像評審員一樣，不斷思考：針對階段一，相應的評估是什么？需要獲取什么樣的證據，確定學生理解的程度？在學生的學業表現中，全面收集可以被看作其達到目標的證據，包括但不限于表現性任務、理解的非正式檢查、觀察與對話、隨堂測驗與考試、自我評估等，其中以表現性任務為最佳途徑。表現性任務的情境要真實復雜，符合學生的經驗及興趣，能夠激發學生學習的主動性，讓學生在新情景中表現所知和所能。

【學情分析】對剛步入高中的學生而言，他們認知水平有限，物理思維正處于一個從觀察事物表象到理解事物本質的過渡階段。在知識層面，學過重力、彈力和摩擦力的基本知識及作用力和反作用力的定性描述。在方法層面，知道如何求作用在同一直線上的兩個力的合力。在實踐層面，能初步意識到物理知識與生活的聯系，嘗試用物理知識解釋現象。但學生不知道拉力、壓力、支持力與彈力之間的內在聯系，無法很好地區分滑動摩擦力和靜摩擦力。學習互成角度的兩個力的合成時，容易受同一直線上兩個力的合力這一前概念的影響。在新增的共點力平衡的教學中，首次出現的正交分解法，是進入高中后遇到的難題之一。

2.“相互作用——力”單元核心素養考查評價

基于以上分析，本單元設置多元化的評價方式，通過評價考查學生的核心素養及目標的達成度。

首先，從真實、開放的表現性任務入手，設置相應的評價量表，如表1所示。

其次，根據階段一的核心素養目標，還需要收集其他的證據：

①互評——檢查實驗方案設計的可行性，實驗操作的規范性、科學性。

②理解的非正式檢查——學生“相互作用——力”單元學習中日常作業的檢查。

③隨堂測驗與考試——用所學知識解決“相互作用——力”的綜合練習題。

④觀察與對話——觀察學生課堂上的學習和活動情況，以及與學生對話時學生對問題的見解。

核心素養考查：相互作用觀及其應用、設計實驗與制訂方案、解釋交流。

最后，學生的自我評估與反饋：

①完成單元學習后，反思自己在運用知識解決問題時存在的不足。

②完成單元學習后，用思維導圖梳理單元知識脈絡，反思自己在“相互作用——力”單元學習中的收獲。

核心素養考查：通過反思，調整優化學習策略和方法，完善自己的物理學科核心素養。

（三）設計學習活動落實核心素養

1.階段三的主要任務

在應用UbD模式進行教學設計的階段三，依據清晰具體的目標和多元化的評估證據，教師需要思考：什么樣的學習活動最合適？如何調動學生學習的自主性？選擇什么樣的教學方式可以實現核心素養目標？什么方法可以激發學生學習？因此，需要站在單元整體的視角，以學生為主體進行設計。

2.“相互作用——力”單元學習體驗活動

結合核心素養目標和評價規劃邏輯上保持一致的主要學習體驗與教學活動，如表2所示。

（四）單元教學設計反思

以核心素養為導向的“相互作用——力”的UbD模式單元教學設計，立足課標和教材內容明確學習目標，再以目標為導向，結合學情分析改革傳統的教學評價方式，最后緊扣目標與評價，聯系生活實例，設計學習體驗與教學活動。在教學過程中，以階梯教學的方式層層遞進。從生活中常見的力——重力、彈力、摩擦力入手，讓學生明白什么是一個物體對另一個物體的相互作用力。通過對作用力與反作用力的探究，明確受力分析的基礎；再依據平行四邊形定則進行力的合成和分解，為學生提供受力分析的方法，最后將所學知識綜合應用于處理共點力的平衡問題，形成規范的解題思路。以這樣的思維鏈條，把碎片化的內容轉化為一個相對完善的知識系統，這樣既培養了學生的運動與相互作用觀念，提升了學生對科學本質的認識，提升了學生科學思維、科學探究素養，又幫助學生理解了力的概念。教學過程還需要根據學生的實際情況做出調整，遵循學生的認知規律，考慮學生的發展需求。為學生的多元發展提供空間，真正達到教師為理解而教，學生為理解而學。

三、結語

以核心素養為導向的物理UbD模式單元教學設計，為物理課堂教學的轉型提供了可操作的實施路徑，具有實踐意義。教師運用此框架進行教學設計，在單元視角下進行思考，向上承接課程，向下細化到課時，既能貫徹課標要求，又能有效促進學生物理學科核心素養的養成。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準：2017年版［S］.北京：人民教育出版 社，2018.

［2］? 崔允漷.如何開展指向學科核心素養的大單元設計［J］.北京教育（普教版），2019（2）：11-15.

［3］? 威金斯，麥克泰格.追求理解的教學設計：第二版［M］.閆寒冰，宋雪蓮，賴平，譯.上海：華東師范大學出版社，2017.

（責任編輯 易志毅）