核心素養(yǎng)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(xiàn)性任務探索核心素養(yǎng)導向下的物理UbD模式單元教學設計，呈現(xiàn)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(yǎng)在高中物理課堂教學中的落實提供參考。

［關鍵詞］核心素養(yǎng)；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(yǎng)，為學生的終身發(fā)展奠定基礎［1］。物理教學如何培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)？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?yōu)殛P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(chuàng)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?shù)脑u估證據(jù)；（3）設計學習體驗與活動［3］。據(jù)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(yǎng)導向下的物理UbD模式單元教學，為培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)提供新的路徑。

一、基于UbD模式的單元教學設計

根據(jù)UbD理論，以培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)目標

1.階段一的主要任務

階段一需要以培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)為導向，解讀課標，分析教材，明確預期學習目標，并根據(jù)核心素養(yǎng)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(xiàn)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(xiàn)象的了解入手，知道常見力的特點和規(guī)律。第二，讓學生經(jīng)歷科學探究過程，了解物理規(guī)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(guī)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(xù)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(yǎng)目標

鑒于以上分析，根據(jù)物理學科核心素養(yǎng)內涵，本單元確定如下核心素養(yǎng)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(chǎn)生活的聯(lián)系，解釋自然現(xiàn)象，解決實際問題；初步發(fā)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(yǎng)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(shù)據(jù)，結合物理現(xiàn)象總結物理規(guī)律，感悟科學探究的方法和精神。

科學態(tài)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(tài)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(fā)學生持續(xù)性的質疑和思考，促進學生理解把握概念間的聯(lián)系，同時使課堂教學更加流暢連貫。因此，結合核心素養(yǎng)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(fā)學生自主思考，給學生的理解創(chuàng)造空間，著力培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)。

【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(fā)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(fā)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(fā)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(yǎng)：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(fā)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(fā)對力的合成和分解所遵循規(guī)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(tài)，它的受力情況是怎樣的？→引發(fā)對共點力平衡條件的探討，將所學知識系統(tǒng)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(tài)，解決物理問題的程序性知識。

涉及的核心素養(yǎng)：物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任。

（二）分析學情明確素養(yǎng)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(yǎng)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(jù)，確定學生理解的程度？在學生的學業(yè)表現(xiàn)中，全面收集可以被看作其達到目標的證據(jù)，包括但不限于表現(xiàn)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(xiàn)性任務為最佳途徑。表現(xiàn)性任務的情境要真實復雜，符合學生的經(jīng)驗及興趣，能夠激發(fā)學生學習的主動性，讓學生在新情景中表現(xiàn)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(lián)系，嘗試用物理知識解釋現(xiàn)象。但學生不知道拉力、壓力、支持力與彈力之間的內在聯(lián)系，無法很好地區(qū)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(xiàn)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(yǎng)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(yǎng)及目標的達成度。

首先，從真實、開放的表現(xiàn)性任務入手，設置相應的評價量表，如表1所示。

其次，根據(jù)階段一的核心素養(yǎng)目標，還需要收集其他的證據(jù)：

①互評——檢查實驗方案設計的可行性，實驗操作的規(guī)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(yè)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(yǎng)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(yǎng)考查：通過反思，調整優(yōu)化學習策略和方法，完善自己的物理學科核心素養(yǎng)。

（三）設計學習活動落實核心素養(yǎng)

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(jù)清晰具體的目標和多元化的評估證據(jù)，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(xiàn)核心素養(yǎng)目標？什么方法可以激發(fā)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(yǎng)目標和評價規(guī)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(yǎng)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(tǒng)的教學評價方式，最后緊扣目標與評價，聯(lián)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(jù)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(guī)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(tǒng)，這樣既培養(yǎng)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(yǎng)，又幫助學生理解了力的概念。教學過程還需要根據(jù)學生的實際情況做出調整，遵循學生的認知規(guī)律，考慮學生的發(fā)展需求。為學生的多元發(fā)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(yǎng)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(yǎng)的養(yǎng)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(yǎng)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）