基于UbD理論的高中物理單元教學規劃研究

摘要：

為深入探索UbD理論在高中物理教學中的應用，本文選取“機械能守恒定律”作為研究內容。通過UbD理論的逆向教學設計方法，明確了預期學習結果，確定了合適的評估方式，并規劃了相關教學過程。本文提出的教學策略包括利用物理學史激發學生學習興趣，基于合作探究促進深度學習，通過問題驅動方式促進學生反思，以及解決實際問題來獲取評估證據。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用。

關鍵詞：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理念應用于高中物理單元設計的策略研究”階段成果之一，項目編號為HBJK23210。

UbD理論，即“基于理解的教學設計”，強調通過教學活動的設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，理解和應用物理定律至關重要。然而，傳統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。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理論的主要內容

UbD理論，即“基于理解的教學設計”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，《追求理解的教學設計》一書中進行了全面的闡述。該理論強調“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”為導向的教學設計。UbD是一種反向教學設計方法，它的目的在于通過設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鍵作用。

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

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，教師需要設計單元的基本問題，明確學習目標。這些問題應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：強調評估在教學設計中的重要性。具體來說，通過表現型任務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在學習過程中的持續進步。

“WHERETO”原則：該原則是設計教學活動的關鍵指導方針，它涵蓋了多個方面，包括明確學習內容的方向（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），以及根據學生的智力水平、興趣和需要調整教學（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理解與遷移的重要性，目的是幫助學生能夠將知識、方法和思維過程遷移到新的學習內容中，從而真正理解知識。這種教學設計框架的主要作用是促進學生對知識的深層理解和應用。

二、UbD理論下高中物理單元教學規劃的實施步驟

（一）選取研究內容

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計，以提升學生物理學習的深度和廣度?！芭ｎD第二定律”這一內容很重要，尤其在物質觀念、運動與相互作用觀念培養方面發揮著關鍵作用，為學生理解力學問題提供了基礎框架?？紤]到學生在初中已有力和運動的基本概念，本單元的教學設計旨在引導學生深化對力和運動關系的理解，促進他們在物理學方面的核心素養的發展，從而在物理學習路徑上邁出穩健的步伐。

（二）明確預期學習結果

在這個階段，我們專注于明確預期學習結果，基于新課標對“牛頓第二定律”提出的課程內容要求，結合教材和相關文獻資料，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，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），將預期學習結果進行細化和分類，確保教學活動設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，確定恰當的評估方法是關鍵，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，通過傳統的書面測試和項目作業以及實驗報告來評估學生將理論應用于實踐的能力。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反思和深入理解。通過形成性評估的應用，關注學習過程中的指導和反饋，教師能夠及時調整教學策略，滿足學生需求。

（四）規劃相關教學過程

在UbD理論下規劃相關教學過程，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用能力。首先，教學活動的設計遵循UbD理論中的逆向設計原則，即從預期的學習成果出發，反向規劃課程內容和教學方法。這意味著在設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，教學過程中強調實驗操作和問題解決的實踐活動，這是因為UbD理論強調理解和應用知識比單純記憶更為重要。通過安排一系列與現實生活聯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用牛頓第二定律，加深對其物理意義和應用價值的理解。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現新知識、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UbD理論，教學不僅是知識的傳遞，更是思維的激發和能力的培養。在課堂上，教師將采取引導式教學，通過問題引發討論，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，還能培養他們的批判性思維和溝通能力。同時，每個教學環節之后的反思和總結，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，都是提高教學質量和學習效果的關鍵環節。通過反思，我們可以不斷調整和優化教學策略，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，調動學生學習的積極性

在這個教學環節中，教師應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，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現，激發他們對物理學的興趣和熱情。同時，利用物理學的發展歷史，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展和演變，從而使其更加深刻地領會物理知識的本質。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資料，培養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展的非線性特性，鼓勵他們形成嚴謹的科學態度和批判性思維。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

在這一教學環節中，應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”的核心內容，深入探討物體在不同力作用下的運動狀態變化。例如，教師可以提出“當合外力不為零時，物體運動狀態如何變化”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論。接下來，在實驗環節中，教師組織學生進行小組合作，共同探究加速度a、質量m和力F之間的關系；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、記錄數據、繪制a-F圖像和a-1/m圖像，讓學生直觀地理解物理概念。在交流分享環節，學生共同歸納總結出結論，如“當合外力一定時，加速度和質量成反比。當質量一定時，加速度和合外力成正比”。這一環節中，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，并培養學生的合作能力和歸納總結能力。這些能力對學生未來的學業和職業生涯都至關重要。

（三）借助問題驅動，促進學生反思

教師應利用問題驅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學表達式F=ma的深層含義，可以設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，這種情景設置使得部分學生可能會產生認知沖突，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

這一環節，應通過解決實際問題的方式來收集評估證據，可以利用一個簡單但富有啟發性的實驗：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象后，引導學生去分析和解釋所觀察到的現象。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，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用。該教學環節的目的是通過生活情景實驗引導學生應用理論知識解決實際問題，培養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”這一內容的深入研究，提出了一套切實可行的教學規劃。在教學規劃中，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計能夠在更廣泛的教學領域中得到應用，以培養學生的批判性思維、問題解決能力和終身學習能力，為他們的未來學業和職業發展奠定堅實的基礎。

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責任編輯：趙瀟晗