基于UbD理論的高中物理單元教學規(guī)劃研究

摘要：

為深入探索UbD理論在高中物理教學中的應(yīng)用，本文選取“機械能守恒定律”作為研究內(nèi)容。通過UbD理論的逆向教學設(shè)計方法，明確了預期學習結(jié)果，確定了合適的評估方式，并規(guī)劃了相關(guān)教學過程。本文提出的教學策略包括利用物理學史激發(fā)學生學習興趣，基于合作探究促進深度學習，通過問題驅(qū)動方式促進學生反思，以及解決實際問題來獲取評估證據(jù)。本研究旨在為高中物理教師提供一種有效的教學框架，幫助學生達成對物理知識的深層理解和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：UbD理論" 牛頓第二定律" 單元教學" 高中物理

本文系2023年淮北市教育科學研究課題“UbD理念應(yīng)用于高中物理單元設(shè)計的策略研究”階段成果之一，項目編號為HBJK23210。

UbD理論，即“基于理解的教學設(shè)計”，強調(diào)通過教學活動的設(shè)計促使學生對所學知識進行有效遷移和深化理解。在高中物理教學中，理解和應(yīng)用物理定律至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)教學方法往往注重知識的灌輸，忽視了對學生理解能力的培養(yǎng)。為此，本文旨在探索UbD理論在高中物理單元教學中的實際應(yīng)用，以“牛頓第二定律”為例，展開對UbD教學策略的研究，力圖提供一種更有效的教學方法，以促進學生的理解性學習，提升知識遷移能力。

一、指向理解與遷移的UbD理論的主要內(nèi)容

UbD理論，即“基于理解的教學設(shè)計”理論，是由美國課程專家格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格提出，《追求理解的教學設(shè)計》一書中進行了全面的闡述。該理論強調(diào)“理解力的評價”，其中“理解”包含了兩個層次的含義：一是學生的“真正理解”，即學生不僅掌握知識，還能運用；二是以學生“理解”為導向的教學設(shè)計。UbD是一種反向教學設(shè)計方法，它的目的在于通過設(shè)計教學活動來促使學生將所學知識與學習體驗進行有效遷移，進而強化理解能力。UbD理論的主要內(nèi)容可以概括為以下五個方面：

大概念：大概念是學科核心部分，具有遷移性和思維強化作用，可以聯(lián)系離散的主題和技能。它可以是一個詞語、句子、定理，甚至是思考方法，對于理解力的提升起到關(guān)鍵作用。

理解的六個側(cè)面：理解與表面的了解不同，它涉及對知識的深層遷移和掌握。理解的六個側(cè)面包括能解釋、能闡明、能應(yīng)用、能洞察、能神入、能自知，這些方面共同構(gòu)成了理解的全貌。

基本問題：基本問題是圍繞核心大概念和核心思想展開的。在明確大概念后，教師需要設(shè)計單元的基本問題，明確學習目標。這些問題應(yīng)該能夠促進學生的理解和知識遷移，從而指導教學方向。

評估與反饋：強調(diào)評估在教學設(shè)計中的重要性。具體來說，通過表現(xiàn)型任務(wù)來評估學生學習成果。學生在這一階段需要對自己的學習成果進行自我評價，并通過有效的自我評估和反思來實現(xiàn)在學習過程中的持續(xù)進步。

“WHERETO”原則：該原則是設(shè)計教學活動的關(guān)鍵指導方針，它涵蓋了多個方面，包括明確學習內(nèi)容的方向（where）、理解學習的必要性（why）、吸引并保持學生興趣（hook amp; hold）、裝備學生并引導他們體驗和探索（equip，experience amp; explore）、鼓勵學生反思和修正理解（rethink amp; revise）、提供評估機會并促進自我評價（evaluate），以及根據(jù)學生的智力水平、興趣和需要調(diào)整教學（tailor）。最后，“O”即組織（organize）教學活動，以促進學生深度理解，提高學習興趣。

綜上所述，UbD理論的核心在于強調(diào)理解與遷移的重要性，目的是幫助學生能夠?qū)⒅R、方法和思維過程遷移到新的學習內(nèi)容中，從而真正理解知識。這種教學設(shè)計框架的主要作用是促進學生對知識的深層理解和應(yīng)用。

二、UbD理論下高中物理單元教學規(guī)劃的實施步驟

（一）選取研究內(nèi)容

本次研究將選擇人教版高中物理必修第二冊中的“牛頓第二定律”為研究對象，對其進行深入分析與精心設(shè)計，以提升學生物理學習的深度和廣度。“牛頓第二定律”這一內(nèi)容很重要，尤其在物質(zhì)觀念、運動與相互作用觀念培養(yǎng)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，為學生理解力學問題提供了基礎(chǔ)框架。考慮到學生在初中已有力和運動的基本概念，本單元的教學設(shè)計旨在引導學生深化對力和運動關(guān)系的理解，促進他們在物理學方面的核心素養(yǎng)的發(fā)展，從而在物理學習路徑上邁出穩(wěn)健的步伐。

（二）明確預期學習結(jié)果

在這個階段，我們專注于明確預期學習結(jié)果，基于新課標對“牛頓第二定律”提出的課程內(nèi)容要求，結(jié)合教材和相關(guān)文獻資料，制訂適合學生認知水平的學習目標。這些目標主要是引導學生深入理解“牛頓第二定律”的物理本質(zhì)，掌握其在解決實際物理問題中的方法，并通過此定律加深學生對物理世界的理解。接下來，運用A-T-M模型（活動-技巧-意義模型），將預期學習結(jié)果進行細化和分類，確保教學活動設(shè)計具有實踐性和意義性，鼓勵學生在探索“牛頓第二定律”的過程中積極參與和實踐，有效培養(yǎng)其解決問題的能力，同時幫助學生理解學習物理的深遠意義。

（三）確定恰當評估辦法

在UbD理論框架下，確定恰當?shù)脑u估方法是關(guān)鍵，它不僅涉及學生對知識的掌握，更重要的是評估學生的理解和應(yīng)用能力。因此，我們采用多元化的評估方法，全面衡量學生學習“牛頓第二定律”時的表現(xiàn)，通過傳統(tǒng)的書面測試和項目作業(yè)以及實驗報告來評估學生將理論應(yīng)用于實踐的能力。此外，鼓勵學生進行自我評估和同伴評估，促進他們在學習過程中持續(xù)反思和深入理解。通過形成性評估的應(yīng)用，關(guān)注學習過程中的指導和反饋，教師能夠及時調(diào)整教學策略，滿足學生需求。

（四）規(guī)劃相關(guān)教學過程

在UbD理論下規(guī)劃相關(guān)教學過程，需要采取一系列策略以確保教學活動不僅符合教學目標，而且能夠深化學生的理解和應(yīng)用能力。首先，教學活動的設(shè)計遵循UbD理論中的逆向設(shè)計原則，即從預期的學習成果出發(fā)，反向規(guī)劃課程內(nèi)容和教學方法。這意味著在設(shè)計每一個教學單元和活動時，我們都將清晰地聚焦于最終的學習目標，確保每一步教學都緊密圍繞著學生達到這些目標的需要。例如，在探討“牛頓第二定律”時，重點放在培養(yǎng)學生運用該定律解決實際問題的能力，而不僅僅是理論知識的灌輸。其次，教學過程中強調(diào)實驗操作和問題解決的實踐活動，這是因為UbD理論強調(diào)理解和應(yīng)用知識比單純記憶更為重要。通過安排一系列與現(xiàn)實生活聯(lián)系緊密的實驗和問題解決活動，學生可以在真實的情境中應(yīng)用牛頓第二定律，加深對其物理意義和應(yīng)用價值的理解。同時，這種方式也鼓勵學生主動探索和提問，激發(fā)他們的好奇心和探究欲，促使他們在解決問題的過程中不斷發(fā)現(xiàn)新知識、新方法。課堂互動和反思活動是教學過程中不可或缺的一部分，根據(jù)UbD理論，教學不僅是知識的傳遞，更是思維的激發(fā)和能力的培養(yǎng)。在課堂上，教師將采取引導式教學，通過問題引發(fā)討論，激勵學生思考和分享。這種互動不僅能增加學生對物理概念的理解深度，還能培養(yǎng)他們的批判性思維和溝通能力。同時，每個教學環(huán)節(jié)之后的反思和總結(jié)，無論是教師對教學效果的反思還是學生對學習過程的自我評價，都是提高教學質(zhì)量和學習效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過反思，我們可以不斷調(diào)整和優(yōu)化教學策略，更好地滿足學生的學習需求。

三、UbD理論下高中物理單元教學策略

（一）以物理學史為背景，調(diào)動學生學習的積極性

在這個教學環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)將物理學史作為引導學生積極參與學習的重要工具，可以布置一項特別的課前任務(wù)，鼓勵學生深入研究胡克與牛頓之間的爭議。鼓勵學生在課堂上分享他們的發(fā)現(xiàn)，激發(fā)他們對物理學的興趣和熱情。同時，利用物理學的發(fā)展歷史，如從地心說到日心地動說、從開普勒三定律到牛頓三定律，作為力學發(fā)展過程的背景介紹，讓物理課堂變得更加生動和有趣，幫助學生更好地理解物理學概念的發(fā)展和演變，從而使其更加深刻地領(lǐng)會物理知識的本質(zhì)。在教學意圖方面，通過讓學生親自查找和分析物理學史相關(guān)資料，培養(yǎng)他們的研究和探索能力，以胡克和牛頓的爭議為例，引導學生理解科學發(fā)展的非線性特性，鼓勵他們形成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和批判性思維。通過這種方式，學生能夠在學習物理知識的同時深入理解科學研究的過程和方法，從而在物理學習的道路上取得更深遠的進步。

（二）基于合作探究，促進學生深度學習

在這一教學環(huán)節(jié)中，應(yīng)采用合作探究的方法來促進學生的深度學習，通過提問和互答的互動方式引導學生復習“牛頓第一定律”的核心內(nèi)容，深入探討物體在不同力作用下的運動狀態(tài)變化。例如，教師可以提出“當合外力不為零時，物體運動狀態(tài)如何變化”和“影響物體慣性大小的因素有哪些”，促使學生進行深入的思考，鼓勵他們大膽地陳述自己的理解和結(jié)論。接下來，在實驗環(huán)節(jié)中，教師組織學生進行小組合作，共同探究加速度a、質(zhì)量m和力F之間的關(guān)系；通過分組實驗，學生有機會親身體驗物理實驗的過程，互相交流和分享實驗結(jié)果，從而加深對物理原理的理解。例如，教師可以指導學生使用直尺和橡皮制作表格和坐標系、記錄數(shù)據(jù)、繪制a-F圖像和a-1/m圖像，讓學生直觀地理解物理概念。在交流分享環(huán)節(jié)，學生共同歸納總結(jié)出結(jié)論，如“當合外力一定時，加速度和質(zhì)量成反比。當質(zhì)量一定時，加速度和合外力成正比”。這一環(huán)節(jié)中，教學意圖是讓學生通過分組探究掌握科學的探究方法，如控制變量法，并培養(yǎng)學生的合作能力和歸納總結(jié)能力。這些能力對學生未來的學業(yè)和職業(yè)生涯都至關(guān)重要。

（三）借助問題驅(qū)動，促進學生反思

教師應(yīng)利用問題驅(qū)動的方法來促進學生的反思和深入理解，例如在“牛頓第二定律”中，為了引導學生理解其數(shù)學表達式F=ma的深層含義，可以設(shè)計一些深度問題來刺激學生思考。例如，讓學生探討加速度a和合外力F的方向關(guān)系。這種問題能夠考驗學生對已學知識的理解并促使他們進行深度反思。在探究過程中，教師應(yīng)引入具體的物理情景，如滑塊在水平面上的運動，這種情景設(shè)置使得部分學生可能會產(chǎn)生認知沖突，比如錯誤地認為滑動摩擦力的方向向左。針對這種情況，教師通過定性分析指導學生探究“牛頓第二定律”的矢量性。例如，當給定滑塊一個向左的初速度和水平向右的恒力時，通過計算滑塊的加速度和分析摩擦力的作用方向，幫助學生正確理解力和加速度的關(guān)系。教學的重點是引導學生深入理解“牛頓第二定律”的核心特性，即其“五性”，具體涵蓋了定律的矢量性、因果性、相對性、普遍性和實驗性。通過具體實例和問題的探討，學生能夠更加深刻地理解定律的含義。同時，這種方法也幫助學生在面對物理問題時能夠更加深入和系統(tǒng)地思考，從而促進他們在物理學習上的深度理解和反思。

（四）解決實際問題，獲得評估證據(jù)

這一環(huán)節(jié)，應(yīng)通過解決實際問題的方式來收集評估證據(jù)，可以利用一個簡單但富有啟發(fā)性的實驗：在一個盛滿水的杯子底部開一個小孔，然后展示杯子的自由落體過程并錄制視頻，事后進行慢放，讓學生觀察并分析杯中水在自由落體過程中的行為，探討水是否會從小孔中流出以及背后的物理原理。在學生觀察并陳述現(xiàn)象后，引導學生去分析和解釋所觀察到的現(xiàn)象。一些學生可能會指出在杯子自由下落的過程中，由于杯子和水均做自由落體運動且處于失重狀態(tài)，因此水并不會從小孔中流出。這種分析不僅充分基于對“牛頓第二定律”的理解，還涉及加速度、重力等一系列物理概念的應(yīng)用。該教學環(huán)節(jié)的目的是通過生活情景實驗引導學生應(yīng)用理論知識解決實際問題，培養(yǎng)他們的知識遷移能力，同時加深他們對物理定律，尤其是“牛頓第二定律”的理解。

結(jié)語

綜上所述，本文基于UbD理論，通過對高中物理“牛頓第二定律”這一內(nèi)容的深入研究，提出了一套切實可行的教學規(guī)劃。在教學規(guī)劃中，明確了學習目標，還提出了多元化的評估方法。展望未來，我們希望這種基于理解的教學設(shè)計能夠在更廣泛的教學領(lǐng)域中得到應(yīng)用，以培養(yǎng)學生的批判性思維、問題解決能力和終身學習能力，為他們的未來學業(yè)和職業(yè)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

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責任編輯：趙瀟晗