核心素养导向下的物理UbD模式单元教学设计探索

杨红萍　孙茂欧　郑勤红

［摘 要］文章基于UbD理論的基本思想和设计要素，构建基于UbD理论的单元教学设计框架，并以高中物理人教版必修第一册“相互作用——力”单元为例，结合核心问题和表现性任务探索核心素养导向下的物理UbD模式单元教学设计，呈现基于UbD理论的单元教学设计和实施过程，为促进物理学科核心素养在高中物理课堂教学中的落实提供参考。

［关键词］核心素养；UbD模式；单元教学设计

［中图分类号］    G633.7        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2023）20-0043-04

《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称《课标》）明确指出，高中物理课程旨在落实立德树人根本任务，进一步提升学生的物理学科核心素养，为学生的终身发展奠定基础［1］。物理教学如何培养学生的核心素养？一个较好的转型支点是教师提升教学设计的站位， 从关注单一的知识点、课时转变为关注大单元设计［2］。UbD（Understanding by Design）是一种提倡“以终为始”“理解为先”的创新型单元教学设计模式，主要由3个阶段构成：（1）明确预期学习结果；（2）确定恰当的评估证据；（3）设计学习体验与活动［3］。据此，本文以高中物理人教版必修第一册“相互作用——力”单元为例，探索设计核心素养导向下的物理UbD模式单元教学，为培养学生核心素养提供新的路径。

一、基于UbD模式的单元教学设计

根据UbD理论，以培养学生核心素养为目标的UbD模式单元教学设计，可划分为如图1所示的四个阶段，其中目标、评价和活动的设计在逻辑上要保持一致。

二、核心素养导向下的UbD模式单元教学设计与实施

（一）解读课标确定核心素养目标

1.阶段一的主要任务

阶段一需要以培养学生学科核心素养为导向，解读课标，分析教材，明确预期学习目标，并根据核心素养的四个维度厘清任务：学生应该理解、思考什么？学生将获得何种持久的、自主的学习成果？学生能掌握并再现什么内容？

【课标解读】“相互作用——力”单元的课标要求［1］：第一，让学生知道力是物体间的相互作用，从现象的了解入手，知道常见力的特点和规律。第二，让学生经历科学探究过程，了解物理规律的形成，体会等效替代、演绎推理等方法。第三，对于力的大小计算不应过于繁难，重在让学生体会相互作用的规律特点。第四，让学生通过学习逐步掌握分析解决问题的思路和方法，并能具体应用。

【教材分析】“相互作用——力”单元讲述“力”的基础内容及共点力的平衡条件，是学生学习动力学的必备知识。本单元通过等效替代法解决力的合成和分解问题，渗透矢量运算的平行四边形定则，同时帮助学生树立运动与相互作用观念，深化矢量图法、力的合成和分解等知识的运用，形成利用共点力平衡条件，并在此基础上理解掌握解决实际情境中受力计算问题的思路，为后续学习奠定基础。在整个物理学中“力”起到不可或缺的桥梁作用，所以本单元的作用至关重要。

2.“相互作用——力”单元核心素养目标

鉴于以上分析，根据物理学科核心素养内涵，本单元确定如下核心素养目标。

物理观念：建立“力”的概念，从定性到定量，认识生活中常见的重力、弹力、摩擦力；知道共点力的概念，了解力的合成和分解；体会物理与生产生活的联系，解释自然现象，解决实际问题；初步发展运动与相互作用观念。

科学思维：掌握力的三要素，能自主对一个力进行分析；体会等效替代的思想，用平行四边形定则进行力的合成和分解，并用演绎法将其逐步迁移到矢量运算，养成科学思维习惯；掌握受力分析和解决“共点力的平衡”问题的思路。

科学探究：有针对性地提出猜想，设计探究弹力与形变量的关系、分力和合力的关系等实验；利用图像处理实验数据，结合物理现象总结物理规律，感悟科学探究的方法和精神。

科学态度与责任：正确认识科学本质，能主动与他人合作；从物理学视角探索认识自然，保持严谨认真、实事求是、持之以恒的态度，构建自然界的物理图景。

另外，UbD模式重视对问题的建构，提倡以“核心问题”引领教学，引发学生持续性的质疑和思考，促进学生理解把握概念间的联系，同时使课堂教学更加流畅连贯。因此，结合核心素养目标，设置如下单元核心问题，通过看似简单的问题，进阶衍生出重点知识内容，启发学生自主思考，给学生的理解创造空间，着力培养学生的物理学科核心素养。

【核心问题1】如何描述生活中常见的力？

探讨1.要描述力，首先要明确“力”是什么→引发对生活中常见力的学习。

探讨2.建立“力”的概念后，需要抓住“力”的特点→引发对重力、弹力、摩擦力特性的讨论，即大小、方向、作用点。

探讨3.知道“力”的大小、方向、作用点，如何将三者结合起来描述一个力→引发以力的三要素作为研究力的工具的探讨。

小结：以核心问题1为基点逐步构建力学的陈述性知识体系。

涉及的核心素养：物理观念、科学思维、科学探究。

【核心问题2】如何对研究对象进行受力分析？

探讨1.从物体间相互作用的角度分析受力，首先要明确相互作用的力之间存在什么关系→引发对作用力和反作用力关系与特点的探究。

探讨2.明确正确受力分析的基础和前提后，分析研究对象受到多个力的作用，它将向哪个方向运动→引发对力的合成和分解所遵循规律的探究，找出用一个力的单独作用替代几个力的共同作用而效果不变的方法，即求出几个力的合力。

探讨3.另外，如果研究对象处于平衡状态，它的受力情况是怎样的？→引发对共点力平衡条件的探讨，将所学知识系统地综合，形成运用共点力平衡条件解决问题的思路。

小結：以核心问题2为基点逐层深入，形成分析物体受力，判断物体运动状态，解决物理问题的程序性知识。

涉及的核心素养：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。

（二）分析学情明确素养考查评价

1.阶段二的主要任务

在阶段二，为考查学生是否达到核心素养目标，教师要像评审员一样，不断思考：针对阶段一，相应的评估是什么？需要获取什么样的证据，确定学生理解的程度？在学生的学业表现中，全面收集可以被看作其达到目标的证据，包括但不限于表现性任务、理解的非正式检查、观察与对话、随堂测验与考试、自我评估等，其中以表现性任务为最佳途径。表现性任务的情境要真实复杂，符合学生的经验及兴趣，能够激发学生学习的主动性，让学生在新情景中表现所知和所能。

【学情分析】对刚步入高中的学生而言，他们认知水平有限，物理思维正处于一个从观察事物表象到理解事物本质的过渡阶段。在知识层面，学过重力、弹力和摩擦力的基本知识及作用力和反作用力的定性描述。在方法层面，知道如何求作用在同一直线上的两个力的合力。在实践层面，能初步意识到物理知识与生活的联系，尝试用物理知识解释现象。但学生不知道拉力、压力、支持力与弹力之间的内在联系，无法很好地区分滑动摩擦力和静摩擦力。学习互成角度的两个力的合成时，容易受同一直线上两个力的合力这一前概念的影响。在新增的共点力平衡的教学中，首次出现的正交分解法，是进入高中后遇到的难题之一。

2.“相互作用——力”单元核心素养考查评价

基于以上分析，本单元设置多元化的评价方式，通过评价考查学生的核心素养及目标的达成度。

首先，从真实、开放的表现性任务入手，设置相应的评价量表，如表1所示。

其次，根据阶段一的核心素养目标，还需要收集其他的证据：

①互评——检查实验方案设计的可行性，实验操作的规范性、科学性。

②理解的非正式检查——学生“相互作用——力”单元学习中日常作业的检查。

③随堂测验与考试——用所学知识解决“相互作用——力”的综合练习题。

④观察与对话——观察学生课堂上的学习和活动情况，以及与学生对话时学生对问题的见解。

核心素养考查：相互作用观及其应用、设计实验与制订方案、解释交流。

最后，学生的自我评估与反馈：

①完成单元学习后，反思自己在运用知识解决问题时存在的不足。

②完成单元学习后，用思维导图梳理单元知识脉络，反思自己在“相互作用——力”单元学习中的收获。

核心素养考查：通过反思，调整优化学习策略和方法，完善自己的物理学科核心素养。

（三）设计学习活动落实核心素养

1.阶段三的主要任务

在应用UbD模式进行教学设计的阶段三，依据清晰具体的目标和多元化的评估证据，教师需要思考：什么样的学习活动最合适？如何调动学生学习的自主性？选择什么样的教学方式可以实现核心素养目标？什么方法可以激发学生学习？因此，需要站在单元整体的视角，以学生为主体进行设计。

2.“相互作用——力”单元学习体验活动

结合核心素养目标和评价规划逻辑上保持一致的主要学习体验与教学活动，如表2所示。

（四）单元教学设计反思

以核心素养为导向的“相互作用——力”的UbD模式单元教学设计，立足课标和教材内容明确学习目标，再以目标为导向，结合学情分析改革传统的教学评价方式，最后紧扣目标与评价，联系生活实例，设计学习体验与教学活动。在教学过程中，以阶梯教学的方式层层递进。从生活中常见的力——重力、弹力、摩擦力入手，让学生明白什么是一个物体对另一个物体的相互作用力。通过对作用力与反作用力的探究，明确受力分析的基础；再依据平行四边形定则进行力的合成和分解，为学生提供受力分析的方法，最后将所学知识综合应用于处理共点力的平衡问题，形成规范的解题思路。以这样的思维链条，把碎片化的内容转化为一个相对完善的知识系统，这样既培养了学生的运动与相互作用观念，提升了学生对科学本质的认识，提升了学生科学思维、科学探究素养，又帮助学生理解了力的概念。教学过程还需要根据学生的实际情况做出调整，遵循学生的认知规律，考虑学生的发展需求。为学生的多元发展提供空间，真正达到教师为理解而教，学生为理解而学。

三、结语

以核心素养为导向的物理UbD模式单元教学设计，为物理课堂教学的转型提供了可操作的实施路径，具有实践意义。教师运用此框架进行教学设计，在单元视角下进行思考，向上承接课程，向下细化到课时，既能贯彻课标要求，又能有效促进学生物理学科核心素养的养成。

［   参   考   文   献   ］

［1］  中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准：2017年版［S］.北京：人民教育出版 社，2018.

［2］  崔允漷.如何开展指向学科核心素养的大单元设计［J］.北京教育（普教版），2019（2）：11-15.

［3］  威金斯，麦克泰格.追求理解的教学设计：第二版［M］.闫寒冰，宋雪莲，赖平，译.上海：华东师范大学出版社，2017.

（责任编辑 易志毅）