基于SOLO與UBD理論的初中物理復習課跨學科實踐研究

摘 要：為突破知識梳理、例題講解、習題操練的傳統復習模式，打破學生的思維壁壘，在SOLO理論指導下制訂教學目標，基于UBD模式整體設計復習課教學過程，以跨學科實踐為路徑，尋找物理與生活、物理與工程、物理與社會之間的聯系，發展學生的理解、遷移、應用等高水平認知能力，探索素養立意的初中物理復習教學策略。

關鍵詞：SOLO；UBD；復習課；跨學科實踐

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）10-0087-4

收稿日期：2024-04-11

基金項目：全國教育科學“十三五”規劃2019年度教育部重點課題“UbD·LBD：基于跨學科學習的STEAM課程開發與實施的范式研究”（DHA190443）；浙江省教育科學規劃2021年度課題“課程視角下‘學伴聯盟’支持系統構建與運行的實踐研究”（2021SB001）；浙江省教育信息化研究2023年度課題“觀念·資源·雙線：提升科學教師技術工程教育能力實踐”（2023ETD73）。

作者簡介：夏承俊（1986-），男，中學高級教師，主要從事初中科學課堂教學、實驗和命題研究等。

復習課是學科教學的重要組成部分，當前，部分復習課仍然存在僅進行知識梳理、例題講解、習題操練的情況，致使大部分學生的復習停留在知識點的摘錄、記憶、復現，未能進行理解、遷移、應用等高水平的認知加工［1］。如何讓學生在復習課中變被動接受為主動學習，在問題解決的過程中達成遷移、應用等高水平認知，發展批判性思維、創新思維等高階思維能力，是當前亟需解決的問題。

1 依托SOLO分類理論設置學習目標

SOLO（可觀察的學習結果結構）分類理論是比格斯提出的一種區分學生思維層次和等級特征的評價方法［2］。SOLO分類是一種以等級評價來描述學生學習結果的質性評價方法，它不僅具有完備的理論體系，而且有厚實的實踐基礎。它從學生思維認知能力出發，依據對學生解答問題的結果觀察，由低到高劃分為五個層次：前結構、單點結構、多點結構、關聯結構和抽象拓展結構［3］。

課標中對“簡單機械”相關的要求如表1所示。基于SOLO分類理論，結合課標要求，立足“制作驅獸器”這一載體，制訂本節課的教學目標如下：

①單點結構水平：通過對驅獸需求和各驅獸方法的優缺點分析，回顧生物的應激性；復習能量轉化，能提出通過聲音刺激聽覺、光刺激視覺等驅獸方法，并能說出驅獸器設計的方向。

②多點結構水平：通過驅獸器評價標準的制訂、方案設計、分析及篩選，復習杠桿平衡條件，培養學生從各個角度進行工程設計、分析和評價的能力，發展學生的批判性思維能力。

③關聯結構水平：通過驅獸器的制作和影響驅獸器響度因素的探究，建構驅獸器系統與杠桿模型的關系，了解驅獸器的整體穩定與部分結構的運動變化的內在關聯，理解技術與工程背后蘊含的科學觀念，發展實驗探究能力。

④抽象拓展水平：通過對驅獸器存在缺點及改進方向的思考，培養學生利用科學指導技術與工程迭代的能力和創新能力，初步形成愛護自然的觀念，培養人與自然和諧共生的責任感。

2 基于UBD模式的學習內容設計

UBD是Understanding by Design，又稱“促進理解的教學設計”，是“目標導向”的一種教學設計框架，它強調評價機制的設計先于課程設計和教學活動開展，起點是明確的學習目標，宗旨是促進學生有意義地學習，是一種創新型的教學設計模式［4］，以“學習目標—教學評價—教學活動”為框架設計實踐教學。《義務教育物理課程標準（2022年版）》提出“跨學科實踐”一級主題，在其下設立了“物理學與工程實踐”“物理學與日常生活”“物理學與社會發展”三個二級主題［6］。UBD模式中跨學科實踐的學習目標來源于“物理學與日常生活”，教學評價指向生活問題的解決，而教學活動的開展則是圍繞工程實踐進行，其迭代的追求為可持續發展，即“物理學與社會發展”方面的內容。對于“制作驅獸器”一課，需要的效果為“連續響亮發聲”，其運行的動力為“水力”，依托的核心原理為“杠桿平衡條件”，工程追求為“人與自然的和諧共生”，具體學習框架如圖1所示。

3 基于SOLO與UBD理論的初中物理復習課跨學科實踐

3.1 前結構—單點結構：以史實激活經驗，明確目標

【問題設置】

①為什么要驅趕鳥獸？

②如何驅趕鳥獸？

③各種驅趕方式有什么優缺點？

④如何全天候驅趕鳥獸？

圍繞這四個核心問題，引發學生思考，通過問題①明確驅趕鳥獸的目的是保護農作物，有利于人類生存；通過問題②的分析得出可通過稻草人、敲鑼等方式驅趕鳥獸；通過問題③的分析可知稻草人受晝夜的限制，敲鑼受人力的限制；通過問題④明確需要制作能不受晝夜限制并利用其他動力的驅獸器，即水力驅獸器。

設計意圖：依托食物爭奪這一歷史真實情境提出問題，激發學生的學習興趣。以驅獸形式激活學生的生活經驗，同時復習應激性、能量的轉化等相關知識。以驅獸需求和各驅獸方法的優缺點分析，提出驅獸器制作目標，以此培養學生從工程視角審視問題的意識和能力。

3.2 單點結構—多點結構：依目標制訂標準，篩選方案

【任務設置】

①制訂水力驅獸器評價標準。

②初步設計驅獸器。

③評價并選擇方案。

④詳細設計并分析驅獸器的工作原理。

首先，根據驅獸器的制作目標提出驗收標準，結合工程實踐的基本過程，提出設計和物化的評價標準，如表2所示。

表2 制作驅獸器評價量表

[任務 評價標準 制作水力驅獸器 驗收 能發出聲音 能多次發出聲音 能發出響亮的聲音 設計 能繪制驅獸器的簡圖 能說出驅獸器的主要原理 取材方便 物化 裝置牢固 組裝簡便 ]

學生依托量表進行設計，展示設計成果，如圖2所示。通過對各器材模擬運行的分析，發現各裝置均能實現連續發聲。進一步以組裝簡便為標準進行評價，得知圖2中甲方案和乙方案的結構過于復雜，組裝不易；以裝置牢固為標準進行分析，得知圖2中丙方案不易固定，整體不夠牢固；圖2中丁方案結構簡單、組裝簡便、取材方便、裝置牢固，進而選擇圖2中的丁方案。

在明確選擇圖2中的丁方案之后，分析得出其蘊含的核心科學原理為杠桿平衡條件，接著進行計算：“若驅獸器錘子質量為3克，杯子質量為10克，不計桿的自重，其他數據如圖3所示，要使驅獸器能發出聲音，杯內需要裝的水應至少大于多少毫升？”學生利用杠桿平衡條件、相似三角形等知識進行計算，由此得知驅獸器杯子的最小尺寸。然后分析“如圖4中甲、乙、丙三種情況靜止時，手對瓶子的力的大小關系是怎樣的”，由此復習力的方向對力臂的影響。進而分析“若將手換成水，三幅圖中驅獸器的平衡情況又是怎樣的”，據此明確驅獸器的本質是不平衡杠桿，進而遷移形成“生活中的杠桿并非都是平衡的”這一觀念。

設計意圖：依據驅獸器的制作目標，提出驗收標準，通過標準制訂方式的遷移，提出設計、物化等方面的評價標準，進而指引設計方向，并創造出多種驅獸器的設計思路，培養學生的創新思維；利用量表對各種方案進行比較、評價，培養學生的批判性思維；利用杠桿平衡條件、相似三角形等知識對驅獸器部件進行計算和分析，幫助學生利用數學知識解決科學問題，深度復習杠桿平衡條件的同時，明確工程設計在進行概念設計之后，需要進一步進行具體設計，并進一步理解驅獸器的工作過程，培養學生從各個角度進行工程設計、分析和評價的能力。

3.3 多點結構—關聯結構：據物化評價設計，探究原理

【任務設置】

①物化驅獸器。

②檢驗驅獸器。

③探究影響驅獸器響度大小的因素。

學生根據所設計的方案，使用器材進行組裝，組裝完成后嘗試加水，讓驅獸器開始工作，發現各組的響度不同，進而提出問題“影響驅獸器響度大小的因素是什么？”通過觀察、比較不同響度驅獸器的特點，提出影響驅獸器響度大小的因素有“錘的重力、杯子的重力、力臂大小，即F1、l1、F2、l2”，進而利用控制變量法設計方案進行驗證。測量數據記錄如表3所示。分析數據，得出結論：l1、F2、l2相同時，F1越大，響度越大；F1、F2、l2相同時，l1越大，響度越大；結合杠桿平衡條件，進一步分析得知，（F1×l1-F2×l2）越大，響度越大；從而推測，F1、l1、l2相同時，F2越大，響度越小；F1、l1、F2相同時，l2越大，響度越小。

設計意圖：根據所設計的方案，進行物化，抓住不同組物化產品中聲音響度不同這一問題，進行響度影響因素的探索，不僅讓學生經歷物化的過程，更能培養學生發現問題、提出猜想等能力。在杠桿平衡條件的基礎上，由單一變量的探究和分析走向多變量整合分析，有效提升了學生的數據分析能力。同時，拓展對杠桿平衡條件的理解，明確（F1×l1）與（F2×l2）的差越大，越難以實現杠桿平衡，發展學生的實驗探究能力。進而理解不平衡杠桿在生產生活中的應用，從而建構驅獸器系統與杠桿模型的關系，了解驅獸器的整體穩定與部分結構運動變化的內在關聯，實現杠桿平衡條件的深度學習，并幫助學生理解技術與工程背后蘊含的科學觀念。

3.4 關聯結構—抽象拓展：追和諧修正方向，迭代產品

【問題設置】

①如何制作響度更大的驅獸器？

②本節課制作的驅獸器還存在什么缺點？

③如何利用驅獸器保護環境，促進動植物健康成長？

從驅獸器物化后的效果上來看，驅獸的響度仍然不夠，進而引導學生思考“如何制作更響的驅獸器”。學生依據之前探究的結果，提出可圍繞“增大F1”“增大l1”“減小F2”“減小l2”四個方面設計更響驅獸器的方案，同時，還可以從材料、形狀等方面進行改良。進而提出“驅獸器有什么缺點”，據此得到擺脫水的束縛、精準驅獸等需求，進一步對驅獸器進行迭代，進而在人與自然和諧共生的理念引領下，引導學生思考“如何利用驅獸器保護環境，促進動植物的健康成長”，提出“減少動物對植物的踐踏、利用音樂愉悅動物心情”等暢想，最后通過學生小結的形式，將學習內容結構化。

設計意圖：依托探究結論，得出增大驅獸器響度的方法，讓學生體驗科學能有效指導技術和工程；基于人與自然和諧共生的工程追求，進一步改進驅獸器，實現精準驅獸，甚至利用驅獸器對生物進行正向干預，保護環境。讓學生經歷驅獸現實—理想化探究—迭代驅獸器—開發驅獸器功能的過程，運用逆向思維提出利用驅獸器保護環境的方法，形成技術和工程的倫理意識，培養學生的批判性思維、創新思維等高階思維。

4 反 思

跨學科實踐涉及多學科內容，在進行目標制訂時需要立足物理學科的內容，依托主題情境，依托SOLO分類理論，制訂層次化的教學目標，依此進行層次化的教學設計。學習過程中，可依托UBD模式，立足情境，分析驅動性問題，明確需求，由此制訂工程實踐的評價標準，在標準的指引下進行工程設計和物化，進而在實踐中深度領會所依托的科學原理，在科學原理、態度責任的指導下進行產品的迭代和應用，由此培養學生的科學思維，樹立正確的態度責任。然而，在方案設計時，往往需要很長時間的討論，才能在部分學生的帶領下設計出相對合適的方案，如何搭建好學習支架，降低設計的難度，提升學生的參與度，還有待進一步探索。

參考文獻：

［1］符愛琴，周曉燕，金榮妹.初中化學“主題·項目化學習”教學模式的建構與實踐［J］.全球教育展望，2023，52（9）：115-128.

［2］BIGGS JB，COLLIS KF.學習質量評價：SOLO分類理論——可觀察的學習成果結構［M］.高凌飚，張洪巖，等譯.北京：人民教育出版社，2010：28-32.

［3］汪明.基于SOLO分類理論的物理課堂教學設計——以“多用電表的原理”教學為例［J］.物理教學，2023，45（3）：34-36.

［4］連彬星.基于“UbD”模式的物理規律探究教學設計——以高一物理“勻變速直線運動的研究”單元為例［J］.物理教師，2020，41（5）：6-9.

［5］中華人民共和國教育部.義務教育課程方案（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022：4.

［6］中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022：34.

［7］胡衛平，劉守印.義務教育科學課程標準（2022年版）解讀［M］.北京：中國高等教育出版社，2022：205.

（欄目編輯 李富強）