基于UbD理論的初中物理問題式概念教學(xué)新樣態(tài)
——以“電功率”為例

陳民兵

(海寧市斜橋中學(xué) 浙江 海寧 314410)

“促進(jìn)理解”模式又稱為“通過設(shè)計促進(jìn)理解”模式(understanding by design,簡稱UbD),是美國課程改革中近年涌現(xiàn)出來的一種新理論、新實踐[1]．這一理論是由格蘭特·威金斯和杰·麥克泰伊(Grant Wiggins & Jay McTighe)從1998年開始創(chuàng)立的,主張的“逆向設(shè)計”“理解”“大概念”等理念能夠有效地幫助廣大教師走出傳統(tǒng)活動導(dǎo)向和灌輸式教學(xué)設(shè)計的誤區(qū)．問題式教學(xué)以“問題發(fā)現(xiàn)”和“問題解決”為要旨,創(chuàng)設(shè)真實情境,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理思維方式建立知識結(jié)構(gòu)．

“電功率”是初中電學(xué)的基石之一,一直都是教學(xué)的重點．電功率的傳統(tǒng)教學(xué)中,一般先結(jié)合功率概念的復(fù)習(xí),然后通過對電器實例的分析,以信息呈現(xiàn)的方式告知學(xué)生做功多少和做功時間之間的聯(lián)系,從而建構(gòu)電功率概念．這種教學(xué)方式固然可以提高課堂效率,但學(xué)生遺忘起來也很快,用來解決復(fù)雜問題并不奏效．本文基于UbD理論,采用逆向設(shè)計并結(jié)合問題式教學(xué)的方式落實課堂教學(xué),促進(jìn)學(xué)生對電功率的理解和應(yīng)用．

1 基于UbD理論的問題式概念教學(xué)思路

1.1 促進(jìn)概念理解的教學(xué)維度

UbD理論強(qiáng)調(diào)圍繞重要概念和基本問題對課堂教學(xué)進(jìn)行設(shè)計,首先需要理解教學(xué)目標(biāo),學(xué)生明確他們要達(dá)到什么樣的目標(biāo)．所謂理解,是指善于明智有效地在變式的、關(guān)鍵的、聯(lián)系實際的和新穎的情境中運(yùn)用知識技能[2]．根據(jù)UbD理論確定概念理解的6個維度:解釋、釋義、應(yīng)用、洞察、升華和自知．教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反省和重新思考,通過學(xué)業(yè)表現(xiàn)和成果來展示和評價其理解核心概念的程度．

1.2 促進(jìn)問題解決的思維過程

學(xué)生的思維能力發(fā)展,往往蘊(yùn)含在知識的建構(gòu)過程中,體現(xiàn)在真實問題的解決過程中．問題解決一般分為:發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、提出假設(shè)和檢驗假設(shè),這4個階段串聯(lián)起問題式教學(xué)的起點、過程和終點．而每個階段又包含以下3個環(huán)節(jié):在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題,并對問題進(jìn)行表征;尋找問題的影響因素,診斷問題產(chǎn)生的具體原因;提出問題解決的目標(biāo),實施對策進(jìn)行測量、評價[3]．

1.3 促進(jìn)概念建構(gòu)的教學(xué)框架

UbD理論強(qiáng)調(diào)圍繞重要概念和基本問題對課堂教學(xué)進(jìn)行設(shè)計,需要詳細(xì)闡述預(yù)期目標(biāo);圍繞知識遷移和表現(xiàn)性評估任務(wù)設(shè)計教學(xué)和學(xué)習(xí)體驗,注重學(xué)生自我反思和評價[4]．在物理概念完整的教學(xué)中,教學(xué)任務(wù)應(yīng)被置于循序漸進(jìn)的實際問題解決情境中來完成,根據(jù)“逆向設(shè)計”的3個階段,以及《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》中提出問題式教學(xué)的一般程序,整合出設(shè)計框架,如圖1所示．

圖1 基于UbD模式的問題式概念教學(xué)框架

2 基于UbD模式的問題式概念教學(xué)路徑

2.1 確定預(yù)期 構(gòu)建框架 解釋概念

具體而清晰的學(xué)習(xí)目標(biāo)有利于學(xué)習(xí)者展開真實的探究,UbD模式以具體的結(jié)果作為學(xué)習(xí)目標(biāo),幫助學(xué)生對物理概念進(jìn)行意義建構(gòu)．教師利用問題建立課堂教學(xué)基本結(jié)構(gòu),引導(dǎo)學(xué)生通過探索、表現(xiàn)和反思來掌握物理概念．學(xué)生以學(xué)習(xí)目標(biāo)、概念以及基本問題為問題式教學(xué)的探究活動提供參考依據(jù),圍繞物理概念進(jìn)行學(xué)習(xí)．

【教學(xué)片段一】學(xué)生按照圖2,連接電路,并記下電壓表和電流表的示數(shù)．教師拋出以下兩個問題:(1)該小燈泡消耗的電能與教室內(nèi)燈泡消耗的電能相同嗎?(2)該小燈泡發(fā)光情況與教室內(nèi)燈泡有什么不同?教師在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生回憶:什么是功率?功率的公式和單位是什么?功率的物理意義是什么?

圖2 教學(xué)片段一圖

電功率是一個模糊抽象的概念,從連接電路并記錄電壓表和電流表示數(shù)入手,通過觀察小燈泡與教室內(nèi)燈泡的亮度比較其大小．通過設(shè)置連續(xù)的問題,轉(zhuǎn)化學(xué)科核心素養(yǎng)及追問學(xué)科本質(zhì)與學(xué)習(xí)意義等方式引導(dǎo)學(xué)生從電能過渡到電功率．通過學(xué)生回答“是什么、為什么和應(yīng)如何”一類問題,闡明對電功率的初步認(rèn)識．

2.2 規(guī)劃學(xué)習(xí) 制定計劃 釋義概念

根據(jù)確定的預(yù)期,教師應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計學(xué)習(xí)活動,然后師生一起找到評估證據(jù)．依據(jù)問題式教學(xué)的流程,為學(xué)生提供必要的經(jīng)驗、工具、知識等來制定學(xué)習(xí)計劃并開展具體的教學(xué)活動．對教學(xué)活動而言,教師為學(xué)生提供重新思考概念和反思進(jìn)展設(shè)計的引導(dǎo)性問題,幫助學(xué)生進(jìn)行深入持久的科學(xué)探究．

【教學(xué)片段二】依據(jù)小燈泡的亮度判斷其電功率大小,教師提出新問題:影響小燈泡電功率大小的因素有哪些?學(xué)生依據(jù)已有經(jīng)驗,提出影響小燈泡電功率大小的因素可能有電壓、電流、電阻、時間……教師組織學(xué)生分小組討論,排除無關(guān)的猜想,確認(rèn)影響小燈泡電功率大小的因素可能有電壓、電流．最后采取控制變量法,設(shè)計具體的實驗探究方案、電路圖和實驗數(shù)據(jù)記錄表．

對影響電功率的因素提出猜想,并對猜想預(yù)判,然后通過討論,表達(dá)自己對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解,尋找影響電功率大小的因素,并對影響因素做測量、評估,以診斷問題產(chǎn)生的具體原因．通過融合課本知識與現(xiàn)實生活,促成學(xué)生對電功率的理解與洞察．

2.3 評估目標(biāo) 收集證據(jù) 應(yīng)用概念

為預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果制定合適的評估證據(jù)——學(xué)生探究學(xué)習(xí)過程中形成的證據(jù),能夠幫助學(xué)生反思和評價學(xué)習(xí)．物理概念可選擇表現(xiàn)性任務(wù)進(jìn)行評估,通過實驗或其他證據(jù)進(jìn)行評估．要讓學(xué)生積累學(xué)習(xí)經(jīng)驗,以此來探尋更為重要的證據(jù)和本質(zhì)問題,并且讓他們不斷研究、實踐,最后發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)．

【教學(xué)片段三】

進(jìn)行實驗1：按照圖3把2只不同的小燈泡串聯(lián)在電路上,用電壓表測量小燈泡兩端的電壓,并將獲得數(shù)據(jù)記錄表1．教師引導(dǎo)學(xué)生分析表中數(shù)據(jù)完成實驗結(jié)論．

圖3 實驗1圖

表1 研究小燈泡的電功率跟電壓的關(guān)系

進(jìn)行實驗2：按照圖4把2只不同的小燈泡并聯(lián)在電路上,用電流表測量通過小燈泡的電流,并將獲得數(shù)據(jù)記錄表2．教師引導(dǎo)學(xué)生分析表中數(shù)據(jù)完成實驗結(jié)論．師生在實驗1、2基礎(chǔ)上,總結(jié)提煉出影響電功率大小的因素是電壓和電流[5]．

圖4 實驗2圖

表2 研究小燈泡的電功率跟電流的關(guān)系

應(yīng)用是指一種能把所學(xué)知識有效地應(yīng)用于新穎和變式的情境中的過程．本環(huán)節(jié)通過觀察小燈泡的亮度來判斷小燈泡的電功率,實驗1采用串聯(lián)電路是控制通過小燈泡的電流相同,得出小燈泡的電功率跟小燈泡兩端的電壓有關(guān)．同理,實驗2得出小燈泡的電功率跟通過小燈泡的電流有關(guān)．綜合實驗1、2可知電壓和電流均影響電功率的大小．

2.4 設(shè)計問題 開展探究 洞察概念

問題式概念教學(xué)應(yīng)該圍繞核心概念解決下位概念問題,在下位概念中發(fā)現(xiàn)新問題加強(qiáng)對核心概念理解的過程．教學(xué)中設(shè)置具有挑戰(zhàn)性的問題能激發(fā)學(xué)生深入探究核心概念的內(nèi)涵和外延的意愿,是保持學(xué)生注意力和反思概念的重要方式．教師根據(jù)教學(xué)的預(yù)期結(jié)果和學(xué)生已有知識,創(chuàng)設(shè)問題情境,開展問題深入的科學(xué)探究．

【教學(xué)片段四】教師講述:進(jìn)一步實驗表明,用電器的電功率等于用電器兩端電壓與通過用電器電流的乘積,即P=UI．讓學(xué)生利用圖2記錄的電壓表和電流表示數(shù),計算出小燈泡的電功率．然后,教師展示小燈泡的銘牌“3.8 V 1.5 W”,讓學(xué)生思考,為什么計算的電功率與小燈泡銘牌標(biāo)示的電功率差別這么大?最后,教師在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上,剖析實際電功率和額定電功率．

洞察是指一種深刻的具有批判性的觀點或見解,能夠理解他人的想法,具備一種質(zhì)疑的精神．首先通過電功率的公式,計算出小燈泡的實際電功率,然后與標(biāo)定的額定電功率比較,引發(fā)認(rèn)知上的沖突．明確考慮什么樣的前提?哪些觀點需要闡明?通過開展問題式探究,讓學(xué)生體悟各種用電器上標(biāo)有的電壓大小、電功率大小是選用電器的一個重要參數(shù),進(jìn)而能夠理解他人的想法,具備質(zhì)疑的精神．

2.5 反思過程 展評收獲 升華概念

教師通過設(shè)置新問題情境來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反省和重新思考,以更深入地挖掘核心觀念．在課后練習(xí)中指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)反饋和自我評估的信息,自我反思并做出相應(yīng)的調(diào)整．教師指導(dǎo)學(xué)生通過自我評價明確其優(yōu)勢和不足,并提出今后物理概念發(fā)展的目標(biāo)[6]．

【教學(xué)片段五】教師通過課件展示分別標(biāo)有“220 V 40 W”和“110 V 40 W”的兩個節(jié)能燈泡,讓學(xué)生思考:如果兩盞燈泡均處于額定電壓下正常工作,那一盞燈更亮些?教師在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生反思電功率的本質(zhì)屬性．在小結(jié)本課后,完成課堂練習(xí)“已知教室內(nèi)的燈泡功率為30 W,教室內(nèi)燈泡兩端電壓為220 V,計算出此時通過燈泡的電流大小．”并與本節(jié)課開始根據(jù)圖2記錄通過小燈泡的電流進(jìn)行比較,有什么啟示呢?

設(shè)置討論兩個節(jié)能燈泡正常工作時的電功率大小,通過討論交流,深入體會他人觀點．對比不同亮度小燈泡的電流大小,進(jìn)一步加深學(xué)生對電功率大小是由電流和電壓同時決定的,而不是單個因素所能決定的認(rèn)知．運(yùn)用多種不同的方式來呈現(xiàn)對電功率的理解,并從多個角度用不同的方法進(jìn)行解決．

2.6 推理延伸 問題生成 自知概念

科學(xué)方法中,實驗法較為普遍,實驗加推理的方法可以延伸許多新的問題．教師引導(dǎo)學(xué)生分析推理、延伸想象,以促使學(xué)生深入理解物理概念,生成新的知識．自知是指一種認(rèn)識自己無知的智慧,能夠理智地認(rèn)識到自己的思維與行為模式的優(yōu)勢和局限性．

【教學(xué)片段六】教師再次通過課件展示分別標(biāo)有“220 V 40 W”和“110 V 40 W”的兩個節(jié)能燈泡．讓學(xué)生思考,如果將這兩盞燈泡并聯(lián)接在110 V的電路中,這兩盞燈泡的實際電功率一樣嗎?說出您的理由．教師在學(xué)生回答后,繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考:如果將這兩盞燈泡串聯(lián)接在220 V的電路中,這兩盞燈泡的實際電功率又會怎樣呢?寫出您的推理過程．

通過層層的問題推進(jìn),讓學(xué)生在復(fù)雜條件下,熟練應(yīng)用和推導(dǎo)電功率的公式．這類問題對提高學(xué)生創(chuàng)造性思維能力是大有幫助的,它能使學(xué)生在掌握研究方法的同時更好地理解電功率．由此可見,教師通過一個接一個的問題生成,在推理中求延伸,可以促使學(xué)生剖析自我對概念的誤解、思維的限制,理解那些原本不理解的概念．

3 結(jié)束語

UbD模式強(qiáng)調(diào)在真實情境中遷移運(yùn)用知識,促進(jìn)學(xué)生理解知識,問題式教學(xué)以真實的情境展開物理教學(xué)活動．基于UbD模式的初中物理概念教學(xué)聚焦問題,包含激活舊知、示證新知、應(yīng)用新知和在現(xiàn)實生活中能做到融會貫通不同的學(xué)習(xí)階段．實踐證明,基于UbD模式的初中物理問題式概念教學(xué)模式能使學(xué)生深度參與教學(xué),大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果,加深學(xué)生對物理概念的理解．