基于WHERETO要素的物理教学设计

谷梦娟 郑卫峰

摘   要：WHERETO要素是UbD模式中所提出的一种教学计划策略，以培养学生“自主学习”为目的，本文以“摩擦力”一节为例，以课程标准为基础，阐述了WHERETO要素在教学设计中的应用。在教学设计中注重培养学生对知识的深度学习和理解，体现以养成学生主动学习的“自主学习”能力的训练，以利于培养学生的核心素养。

关键词：UbD模式;WHERETO要素;摩擦力

1  WHERETO要素的内涵

1.1  UbD模式的简介

Understanding by Design ，即“理解为先”模式，简称UbD。UbD模式是由美国的格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰提出的一种教学设计框架。UbD模式认为有效的课程是“以终为始”来开展设计的，“以终为始”就是从学习结果开始的逆向思考，其教学设计过程常分为三个阶段：预期结果的提出、证据的提供与学习计划，而在第三阶段学习计划中作者提出以WHERETO要素来设计学生的学习过程[ 1 ]。WHERETO元素的提出是为了帮助构建和检测单元的学习设计，它的主要目的是发展并深化学生对知识的理解，理解的内涵是指“目标是高于一切的，用来确保在大概念的前提下架构学习过程，并基于这些概念完成学习的迁移”[ 2 ]。本文基于WHERETO要素的基本理论（WHERETO要素中各个元素的英文表示含义见表1），以“摩擦力”这节教学为例，以学生需要掌握的摩擦力的学习目标为基础，设计教学，力求使学生能达到教学目标要求，并学会将摩擦力的内容迁移到实际生活中去，深化对摩擦力知识的掌握。

1.2  基于WHERETO要素的教学总括

WHERETO要素的教学设计总体是围绕学习者的“自主学习”而展开的，教师作为引领者应运用好学习者以往的经验以及学生的最近发展区，帮助学生在学习时进行积极地自我建构。根据WHERETO要素，在进行教学时，教师需清晰地理解自己的教学目标，而学生也必须要明确自己的学习目标;其次，教学计划设计的重点应是尽可能引起所有学生的兴趣关注的问题，进而有利于实现知识在不同情境中进行迁移;再次，追求理解的教学设计的一个重要关注点是“评估”，即要求学习者在深度思考问题的现象及本质，得出结论后，要学会对自己的学习过程以及结论进行自我评估或者他人评估，对不足加以改进和完善;最后还对教师的教学技能水平有一定的要求，即教师应具备利用有限的教学条件和学生已有的知识基础，最大限度的提升所有学生的学习参与度和有效度，呈现出最佳的课堂效果的教学技能。

2  基于WHERETO要素的“摩擦力”教学设计

摩擦力是常见力之一，正确对其受力分析，对以后运动学内容的学习分析有着重要意义，所以摩擦力相关知识在物理教学中有着很高的地位和作用。本文“摩擦力”教学内容选自2019年版次的人教版高中物理，教材中“摩擦力”位于高一物理必修一第三章第二节，前一节是“重力与摩擦力”，后三节是“牛顿第三定律”“力的合成与分解”和“共点力平衡”。其内容主要包含滑动摩擦力、静摩擦力、演示和科学漫步四个部分。在本文的教学设计中，通过应用WHERETO要素设计一系列的课堂活动来引导学生进行学习和建构。

2.1  以学习方向（W）设计教学目标为学生在掌握概念的基础上解决问题能力的培养

学习方向“W”指要确保学生了解所学单元的目标及原因。学生在初中时已经接触过摩擦力的相关知识，但只是学习了滑动摩擦力的相关内容。根据2017年版2020年修订的《物理课程标准》，在高中阶段学生应掌握的目标是：认识摩擦力;知道滑动摩擦和静摩擦现象;能用静摩擦因数计算滑动摩擦力大小[ 3 ]。核心素养不仅要求学生要掌握理论知识，还强调知识应与科学、技术、社会和环境相联系，所以学生不仅要掌握静摩擦力和滑动摩擦力的概念以及大小计算和方向的判断，还应形成运用逻辑思维能力思考问题和科学的思想解决问题。

2.2  以“吸引（H）”和“经验（E）”要素让学生体验摩擦力引入新课

吸引和保持“H”旨在通过学校的学习活动来激发學生的思想、好奇心及动力，吸引并保持学生的注意力，达到事半功倍的效果，为完成预期的教学效果作铺垫。“E”代表着探索、体验、准备和使能，也就是通过体验来探索真相，为了提高理解而做准备，根据预期的教学目标使学生做好相应的准备，提升学生的自主能力，促进学生对摩擦力知识的理解。

教学设计中可通过分组进行试验，进行双手互拉游戏，分别感受双手干燥和双手涂润滑油互拉过程中，手的受力情况。以日常生活中常见的拉手现象为出发点，能够吸引（H）学生并保持学生对课堂内容的注意力，生活中的事例还可以为学生提供经验（E），利用学生已有的摩擦力知识，在借助润滑油可以减少摩擦力，学生在互拉手时，两只手就会渐渐分离，通过实际的体验，能够有利于学生理解所要求掌握的摩擦力的教学目标。

2.3  以“经验（E）”“反思（R）重新考虑（R）” 和“为最佳效果而组织（O）”扭转学生前概念促进深度理解

摩擦力是高中物理的重要内容，主要分为两大部分，分别是滑动摩擦力和静摩擦力，学生在初中时已经接触过摩擦力的相关知识，它对学生重建摩擦力的相关知识有着很大的影响力，此时的学生会对摩擦力存在一些常见错误的前概念。前概念在物理教学中可理解为学生在正式学习物理知识前，头脑中已存在对此知识的认识和该知识赖以形成的思维方式，它会影响学生对新知识的理解。学生的前概念有很多，例如：滑动摩擦力的方向总是与物体运动的方向相反;只有运动的物体才会受到摩擦力;只有静止的物体才会受到静摩擦力，运动的物体不会受到静摩擦力;静摩擦力一定是阻力等等[ 4 ]。为呈现最佳的教学效果，合理的组织教学过程，教学设计时需要考虑如何转变学生的错误前概念，促进学生对摩擦力的深度理解，达到预期的教学目标。

明确教学目标，细化相关知识点后，教学设计应从学生的理解层面为出发点，优化教学过程。在摩擦力教学中要灵活利用学生已有的关于摩擦力的认识，教师通过为学生提供大量的生活经验事例（E-1），并根据初中已掌握的滑动摩擦力的定义引导学生再次对概念进行重新思考（R），它有助于学生充分认识到他们要根据当前所学的知识不断地重新思考和修改原有的想法，进一步总结得出滑动摩擦力产生的条件。

通过创设实验情境，让学生亲自去探索新旧知识之间的冲突，进而得出正确结论，加深对知识的理解，扭转学生错误的前概念。可将学生分组进行试验，运用刷子和手作为工具进行试验观察刷齿的方向，对刷子进行受力分析，得出滑动摩擦力的方向，改正滑动摩擦力的方向总是与物体的运动的方向相反的错误前概念。学生通过自己动手进行试验，可获得大量的经验（E-1），还可以提高学生对学习的兴趣（H），活跃课堂气氛，有利于培养学生的自主学习能力以及操作能力。滑动摩擦力大小的计算也是一个重点，学习滑动摩擦力大小的计算公式，相比直接告诉学生结论，通过学生自己动手试验，会对结论的理解更加透彻。教师提供试验器材（E-1），将学生进行分组进行试验，合理的组织实验步骤（O），最大化学生的参与度和课堂的有效性，利用弹簧测力计拉动木板上的物体，观察弹簧测力计示数变化得出规律。通过整个试验探究的过程，有助于加深学生对计算摩擦力大小知识的理解。

对静摩擦力的概念教学，在学生已有的滑动摩擦力的学习为基础，其理解更容易。教师通过对推墙壁和手握住玻璃杯等生活现象的解释，提高学生对学习的注意力（H），并根据生活经验（E-1）进行思考，达到掌握静摩擦力概念的目标。通过实验探究（E-1）以及对二力平衡知识的回顾，可推断静止的物体也会受到摩擦力，改变学生错误的前概念思想，也为学生提供自我评估的机会（E-2），得出如何判断静摩擦力的方向以及大小，通过组织以上的教学步骤（O），发展和加深学生对内容的理解。

2.4  以多层的作业为不同水平学生量身定制（T）实现评价的多元（E）

在教学设计中，评价是一个不可或缺的环节，随着教学的进展，教师不仅要对学生进行评价，更重要的是引导学生进行自我评估、自我评价和自我调整。教师在对学生进行评价时不能仅以最后的结果为依据，它还包括学生在学习过程中的态度、学习习惯、发现问题以解决问题的综合素质，教师应将评价及时的反馈给学生，以便调整学习过程。

在布置课后作业时，将作业根据教学目标分为不同等级，分别为复习和巩固基本的知识点，例如，在摩擦力的这节课中，可以以摩擦力的定义及产生条件为考查内容设计填空题或选择题，加深学生对基础知识的理解;能熟练的运用概念和公式解决基本问题;能熟练的运用概念和公式解决复杂情境中的问题，比如摩擦力结合运动学的传送带模型的计算题。学生通过完成课后作业，根据完成的作业水平情况，进行自我评价和调整，可以对自己已經理解和未理解的知识有着清晰地认识，进而调整学习过程，从而整体促进对学习内容的理解，力求得到最好的学习结果。

3  总结

WHERETO要素的提出为学生进行有意义学习又提供了一个新的方式，它注重整个学习的过程，强调的是深入理解所学的概念，也就是近几年提出的促进学生的深度学习。它是以学生为主体，培养的是学生的学习能力，以及学生对知识的迁移能力，也即是培养将物理知识能够应用到日常生活中的能力，能够解决实际问题。

参考文献：

[1]格兰特·威金斯，杰伊 ·麦克泰 .理解为先模式——单元教学设计指南（一）[M].福州：福建教育出版社，2018.

[2]格兰特·威金斯，杰伊·麦克泰格.追求理解的教学设计[M].闫寒冰，宋雪莲，赖平，译.上海：华东师范大学出版社，2017.

[3] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S]. 北京：人民教育出版社， 2020.

[4]许慧艺. 运用物理实验转变学生有关摩擦力的错误前概念[J]. 物理通报， 2018， 37（2）：117-119.