基于學習科學理論 落實核心素養(yǎng)目標——浙科版高中生物學教材的設計意圖和教學取向

劉恩山 朱立祥 李曉輝

（1 北京師范大學生命科學學院 北京 100875 2 中國教研網 北京 100011 3 北京師范大學附屬實驗中學 北京 100032）

以提出生物學核心素養(yǎng)為標志的《普通高中生物學課程標準（2017年版）》于2018年正式頒布，標志著我國生物學教育將邁上一個新的臺階。在課程進入課堂、正式實施前要解決的一個關鍵問題是，要有適于教師和學生使用的、高度依照課程標準編寫的教材。為此，多支團隊開展了這一工作。2019年5月，多個版本的高中生物學課程標準教材通過了教育部組織的審定，為新課程標準的實施奠定了課程資源基礎。基于全新課程目標的教學實踐將在舉國范圍全面展開，本文旨在說明浙江科技出版社出版的高中生物學教材（以下簡稱“浙科版《生物學》”或《生物學》）編寫團隊如何利用學習科學的成果，將學科核心素養(yǎng)的全面落實作為教材研發(fā)的目標，力圖設計并研制務實管用、追求更好課堂教學實踐的教材。本文不僅介紹一套教材的研發(fā)和特色，也要通過教材的設計思路，說明生物學教師需掌握的理論基礎和實踐中的努力方向。期望能對浙科版《生物學》的使用者和未能接觸到該教材的教師均有所啟迪。

1 理論依據和設計意圖

浙科版《生物學》教材作為一個學術作品，有其堅實的理論依據，以保障研制方向的正確、學科核心素養(yǎng)目標的實現(xiàn)和教材務實風格的落實；作為一個工程學作品，創(chuàng)意和設計是其特色的保障。

1.1 學習科學的原則是教材設計和教學指導的理論依據 生物學教學實踐需要依據理論的指導，以保持在課程設計、教材編寫、課堂實踐和學業(yè)評價實踐活動中有正確的方向和期望達到的效果。當今科學教育的理論包括教育理論和學習理論，在指導教學實踐方面發(fā)揮了較大的作用。特別是新世紀以來，學習科學的進步為科學教育提供了直接和有力的支持，對教學實踐產生了重大影響，是許多國家在科學教育中所倚重的理論依據。浙科版《生物學》在編寫之初就將學習科學的要素作為整個教材編寫的重要依據。

學習科學是一個跨學科領域，致力于理解促進學習的教育環(huán)境和策略，神經科學、認知科學、教學設計、數(shù)據分析、人類學、語言學、計算機科學、心理學、教育的經驗和理論構成該學科的基礎。它建立了基于證據的理論，以指導決策和問題解決方案，有望最有效地支持學生的學習。學習科學也是一個專注于發(fā)展有效學習方法和解決方案的跨學科領域。學習科學研究團隊對學校教育重大的、標志性成果揭示了“人是如何學習的”（HowPeopleLearn）［1］。隨后，該研究團隊又發(fā)表了關于“學生在科學課堂上是如何學習的”（How StudentsLearnScienceintheClassroom）的研究報告。后者對于理科教師來說極為重要，其實用性和指導性極強。該研究分別對數(shù)學教學和科學教學各給出了3條教學原則，2個學科中的原則有一條是不同的。綜合起來數(shù)理教學的原則共有4條：①教師要從學生已有的概念開始教學活動，關注前科學概念；②學生應知道“做科學”意味著什么，參與科學探究的實踐活動；③學生的理解既需要事實知識又需要概念框架，學生圍繞核心概念組織知識；④元認知方法使學生能自我監(jiān)控［2］。目前，就全球范圍的科學教育而言，這些原則是實現(xiàn)以科學素養(yǎng)為目標的理科教學實踐的重要指導，對于我國而言，它是落實學科核心素養(yǎng)的重要理論和實踐指向。

以學習科學的理論為基礎，浙科版教材編寫團隊高度重視和強調教材中要貫穿的主線：1）關注學生已有的知識，從學生可能的前概念入手，為學生提供體驗和證據（沖突），讓學生知道日常經驗得到的認識不夠準確（原則1）；2）提供生物學知識發(fā)現(xiàn)的過程，盡可能讓學生知道知識是如何產生的，知識是如何被證實的（原則2）；3）讓學生構建對理解生物學主題有直接幫助的概念，既要讓學生鞏固詳實的事實性知識，又要讓他們建立清晰的核心概念，幫助學生圍繞核心概念組織事實性知識，以核心概念構建知識框架，發(fā)展學生的深層理解（原則3）；4）指導學生課堂的提問與解釋、觀察與表達，向他人解釋自己的想法，使學生的思維變得清晰，經歷反思性實踐活動（原則4）。這4條主線構成的要素造就了浙科版《生物學》整體風格和特色，也是在推進生物學課程和教學改革進程中，生物學教師可關注、思考和參照踐行的航標。

1.2 教材設計意圖是生物學核心素養(yǎng)的課程目標在課堂落地 浙科版《生物學》的編寫團隊由5類專業(yè)人員組成，包括生物學教研員、中學一線優(yōu)秀生物學教師、生物學教育人員、高校生物學專家和出版編輯人員。這些不同專業(yè)背景的人員保證了團隊在學生認知、理念方向、適切性把握、教學經驗、教研成果、國際視野、內容的科學性、可讀性和圖文并茂等方面，具有豐富、深厚、及時、共享的學術資源。編寫團隊在著手具體的教材撰寫工作前，反復研讀了《普通高中課程方案》和《普通高中生物學課程標準（2017年版）》，確定了編寫意圖，其中包括具體的任務目標、教材編寫指導思想、編寫原則、教材風格、欄目設計等指導性框架，力圖使由5個模塊組成的整套教材在重要方向和特色上保持一致。

浙科版教材編寫的任務目標是將生物學核心素養(yǎng)的課程目標和內容標準這個綱領性的要求，通過教材轉變成便于教師在課堂中實施的教學性資源，以及便于學生學習的指導工具，其中生物學核心素養(yǎng)既是課程標準的宗旨，也是教材編寫的關鍵。生物學核心素養(yǎng)是學生持久的品格和能力，包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任4個要素［3］，是學生終生受益的學習成果，反映了生物學課程特有的育人價值。生物學科核心素養(yǎng)是高中生物學課程的學習結果，需要在每一節(jié)課中加以培養(yǎng)［4］，也要求在教材的每一個章節(jié)中加以具體落實。

為了落實課程標準中“核心素養(yǎng)為宗旨、內容聚焦大概念、教學過程重實踐、學業(yè)評價促發(fā)展”的課程理念，編寫團隊明確了實現(xiàn)任務目標的指導思想和編寫要求：以科學教育和學習科學的理論指導教材研制工作；生物學核心素養(yǎng)是教材的依據和目標；內容編排體現(xiàn)合理的學科邏輯和學生認知規(guī)律；生命觀念及其知識結構體現(xiàn)在節(jié)標題和節(jié)下標題中；以探究為特點的多樣化學習活動強調目標的達成；在教材中滲透科學史和科學本質。團隊還確定了教材的編寫原則：①對學生生物學核心素養(yǎng)的培育應循序漸進；②展現(xiàn)良好的知識體系結構；③清晰表達概念性知識；④注重教學活動的針對性；⑤提高插圖的有效性和課文的可讀性。通過對教材整體框架的構想和設計，期待形成浙科版《生物學》的特有風格：①簡潔和實用；②知識（觀念）和（關鍵）能力主線串聯(lián)生物學核心素養(yǎng)的四維要素；③事實性知識和教學活動設計圍繞重要（次位）概念的學科邏輯展開；④欄目定位有理論支持和鮮明的教學指向；⑤為教師備課和整理教學思路的深加工提供方向和素材。

2 欄目設計和教學指向

一套高質量的教材的編寫需要精心的設計和多維度的體系構架。教材的欄目設計，就是多維體系構架之一。本文舉例介紹浙科版《生物學》的欄目設計和教學指向。

《生物學》設計團隊主要針對2017版高中生物學課程標準的變化和要求設計欄目。這既要符合課程標準，又要延續(xù)浙科版教材原有的風格和特色并實現(xiàn)必要的更新，欄目預設了契合課程標準的指向、編寫意圖和教學期待。

就整體而言，教材每個模塊包括了“致同學們”的欄目；在模塊中的每章，包括了章引言、學習目標、聚焦關鍵能力、本章小結和本章知識結構圖等欄目；在每一節(jié)中，又包括了本節(jié)要點、節(jié)和節(jié)下標題、陳述性課文、插圖、活動、小資料、課外讀及思考與練習等欄目。本文選擇幾種不同類型的欄目進行概要性介紹。

2.1 導入類欄目：激發(fā)興趣，關注前概念，聚焦關鍵問題 導入類欄目包括“致同學們”、各章的“引言”、“學習目標和關鍵能力”，以及在各節(jié)的“本節(jié)要點”等。

1）理論基礎和設計指向。在導入類欄目中，基本的理論依據主要包括3個方面，分別來自學習科學的原則1，關注學生已有的知識；原則2，知識發(fā)現(xiàn)的過程；原則3，建立清晰的核心概念。編寫團隊在欄目設計上的考慮是在各個層級的單元、模塊、章、節(jié)學習的開始前，學生能盡快了解學習內容、產生學習興趣、進入學習狀態(tài)。

2）欄目描述和教學期待?！爸峦瑢W們”是每個模塊的起始欄目，相當于每冊教材的前言，欄目的名稱反映了編寫意圖，即用與學生平等對話的語氣，而不是居高臨下的姿態(tài)向學生引入學習內容。欄目對應的學習時間是1課時。教師在本欄目的教學中，要通過介紹模塊的內容概要、內容價值和怎樣學習3個最主要的部分，利用簡單的師生對話等學習活動，讓學生明確生物學是自然科學，與社會和現(xiàn)實生活密切相關，同時，教師要了解學生對該模塊內容的認識和已有知識，并加以針對性的引導，喚起學生的學習動機，為核心素養(yǎng)的達成做好必要的鋪墊。

“章引言”在課堂授課時并不需要一個完整的課時，教師可用十幾分鐘甚至更短的時間，完成本章學習內容的介紹和學習價值的動員。編者在設計中除了包括這2個要素外，還有2個新的內容：問題情境和關鍵問題。問題情境在章的一開始就讓學生面對一個現(xiàn)實問題。該問題情境的背后緊扣本章的內容主題，在提示學生對現(xiàn)實問題討論或思考的同時，引入本章學習內容，并在師生的互動中揭示學生的前科學概念，激發(fā)學習動機，進入學習狀態(tài)。在實際教學中，教師在使用教材提供的問題情境的基礎上，可嘗試設計、更換自己設計的問題情境。

章引言中還包括了一個或多個問題，這是編者設計的本章的關鍵問題。這些問題并不需要學生立即給出明確的、正確的答案，而是要在整章的學習中始終貫穿這些問題；當學生可較為完整、清晰地給出這些答案時，標志本章學習的完成。當然，教師也可在章的教學伊始就嘗試讓學生回答關鍵問題，從學生不完整或錯誤的回答（概念）入手，針對學生的錯誤概念開始學習新的一章［5］。從教學期待上看，章引言和問題情境主要指向學科核心素養(yǎng)1（生命觀念）。

“學習目標和關鍵能力”這個欄目也是在每章的首位，學習目標欄目的形態(tài)是行為動詞加上學習內容，例如“舉例說出細胞中各種化合物的生理作用”；關鍵能力的形式是學習活動內容、活動要求及需學生獲得的關鍵能力，例如“通過檢測生物組織中的還原糖、脂肪和蛋白質等，學會歸納與概括的科學思維方法，發(fā)展觀察能力和探究能力”。學習目標是上一版浙科版教材就有的欄目，旨在讓學生在開始新一章的學習前，就明確學習結束后期待的結果，便于把握學習重點和要求。關鍵能力是新增加的內容，意圖是讓學生和教師都明確和關注本章的能力發(fā)展。學習目標主要對應于學科核心素養(yǎng)1（生命觀念）的教學要求；關鍵能力指向本章重點發(fā)展的學科核心素養(yǎng)2（科學思維）、核心素養(yǎng)3（科學探究）和核心素養(yǎng)4（社會責任）。這個欄目以1+3的形式分別對應生物學核心素養(yǎng)的四維課程目標，并使得教師有具體而明確的教學指向。以往教學目標只是在教學參考書中提示給教師的信息，而將學習目標和關鍵能力明確告知學生，是期望提高學生學習的主動性和目的性。這一欄目依據和體現(xiàn)的學習理論是學習原則2（提供生物學知識發(fā)現(xiàn)的過程），以及學習原則3（建立清晰的核心概念）。

除了上述2個導入性欄目外，在教材節(jié)的水平，還設計了“本節(jié)要點”欄目，以期明確在每節(jié)中的學習重點。篇幅所限，不再贅述。

2.2 概念類欄目：清晰表述觀點，構建概念體系 發(fā)展學生的生命觀念是生物學核心素養(yǎng)的首位。在教學中真正落實這一要求，應以發(fā)展學生概念性生物學知識為基礎和支撐。在浙科版《生物學》的設計中，概念類欄目是該教材的亮點和關鍵。這些欄目包括“節(jié)標題和節(jié)下標題”“插圖”“知識結構圖”和“章小結”等欄目及正文。由于“知識結構圖”和“章小結”欄目同時具有概念性欄目和結束類欄目的特征，這2個欄目在后文具體介紹。

1）理論基礎和目標指向。概念類欄目的主要設計依據是學習原則3，建立清晰的核心概念，以核心概念構建知識框架，發(fā)展學生的深層理解。

欄目設計的目標直接指向是生物學核心素養(yǎng)1（生命觀念）的建立和鞏固，期待學生以大概念、重要核心概念為骨架形成合理的知識結構，將事實性知識置于概念性知識的框架之中，能及時調用相關的知識或觀點（觀念），為應用和拓展知識奠定基礎［6］。同時考慮的教學指向是學科核心素養(yǎng)2(科學思維)，主要涉及學習過程中建模策略的使用和評價知識結構的合理性。

2）欄目描述和教學期待。①節(jié)標題和節(jié)下標題。習慣上教師和讀者并不會將節(jié)標題和節(jié)下標題看作是一個欄目，但是在浙科版《生物學》中，這2個部分內容交織在一起，形成了貫穿每個模塊全書內容的知識框架和網絡，是學習內容的要點和提示，也是教學的綱領和說明，是教師應高度關注的一類欄目。與其他教材不同，在浙科版《生物學》中，節(jié)和節(jié)下標題均以表述觀念（觀點）的陳述句呈現(xiàn)，例如，“生物大分子以碳原子為骨架”“糖類是細胞的主要能源物質”，而不是使用“生物大分子”或“糖”這樣一個術語作為節(jié)和節(jié)下標題。實際上，二者在科學教育的功效上有很大的區(qū)別。當代科學教育家認為，科學術語可指代一個概念，例如細胞、酶等，但術語本身并不能有效傳遞和呈現(xiàn)概念。然而一個觀點（觀念）卻可展示概念中的重要內容，在教學中科學觀點表述的有效方式是命題式的陳述。“生物大分子以碳原子為骨架”“蛋白質是生命活動的主要承載者”就是命題式陳述，也是現(xiàn)代科學教育中有代表性的概念性知識的呈現(xiàn)方式。同樣，我國《普通高中生物學課程標準（2017年版）》的內容標準中，全部用這種方式描述教學的要求和范圍。采用這樣的方法構建全部的節(jié)標題和節(jié)下標題，是在教材中體現(xiàn)生物學核心素養(yǎng)，特別是生命觀念要求的具體落地。正是這些節(jié)下標題所展示的次位概念和觀點，最終支撐了模塊課程和整個生物學課程生命觀念或大概念的構建。在日常教學中，有計劃、成體系地提煉和引導學生建立這些觀念并不是多數(shù)教師的習慣，教師一般也難于提煉這樣的生物學觀點。因此，落實課程標準的要求需要教材在這一方面作出引領。這一欄目在教學中的作用就是指明教學重點和學生應建立的概念（觀點）。如果將這些標題彼此關聯(lián)，就構成了知識框架，有助于學生把握要點和建立長時間的記憶。

②插圖。教材中的插圖是向讀者提供一種直觀、方便對抽象概念或形態(tài)結構的理解。人們通常用“圖文并茂”形容教材的美感和適于學生接受的可讀性。浙科版教材設計團隊對于插圖的要求還有更高層次的認識。這種認識源于對學習科學原則的把握和對學科核心素養(yǎng)的理解。插圖不僅直觀呈現(xiàn)知識，更是直接指向了生物學概念的建立，很多插圖可關系到學生對模型的理解和建模的過程，例如，種群增長曲線的插圖，關乎學科核心素養(yǎng)中生命觀念和科學思維的要求在教學實踐中的落地。教學中，教師應利用插圖指導學生完成建模的過程，形成清晰的概念；也可用插圖讓學生表述自己的理解，使插圖在課堂教學中發(fā)揮最大化的促進作用。

2.3 活動類欄目：多種形式參與，多重目標實現(xiàn) 在浙科版《生物學》中，有一個“活動”欄目聚焦于學生的動手、實踐和互動。該欄目包含了諸多學生參與的教學活動的類型，例如，動手、演示、觀察、探究、建模、討論、收集資料、數(shù)據分析、設計和制作等。

1）理論基礎和目標指向。由于活動欄目涉及了最廣泛的教學活動和一節(jié)課中最關鍵的教學過程，設計它的理論基礎包括了學習科學提出的全部原則，其中最突出、最重要的是學習原則2（提供生物學知識發(fā)現(xiàn)的過程）；此外，學習原則3、學習原則4和學習原則1也是該欄目的依據和要點。

活動欄目的教學指向涵蓋了學科核心素養(yǎng)的4個維度，在探究、制作、觀察等活動中目標的第一指向是核心素養(yǎng)的“科學探究”；在演示、資料收集、討論等活動中的第一指向是核心素養(yǎng)的生命觀念；在建模、數(shù)據分析等活動的首要目標是“科學思維”；而幾乎所有的活動都會涉及“社會責任”的教育。

2）欄目描述和教學期待?；顒訖谀啃问蕉鄻?、種類繁多，從以學生為中心的科學探究實驗、動手制作，到以教師為主導的演示實驗、引導討論，所涉及的教學策略也不盡相同，對教師的要求很高。其中最常用的教學策略包括：引導探究、講授演示、建模、小組討論和工程設計制作等。教學實踐中要求教師在所有的學習活動中，不僅要關注學習過程，同時要高度關注學習結果，即學生學習活動后的目標達成。特別要指出的是，學習活動相對更加耗時，對學習目標的期待就更加鮮明［7］。因此，所有的學習活動一定是多維核心素養(yǎng)的教學，都要指向生物學概念的生成或構建，不要將活動僅指向單一維度的目標；此外，要設計好對學生科學思維范式培養(yǎng)的教學過程，包括在活動中切入怎樣的科學思維范式、教師如何引導和強化、如何安排學生的反思性學習實踐等。在進行科學探究的同時，教師要思考融入哪些科學本質的要點，以及怎樣開展外顯化的科學本質教學?；顒訖谀繉恼n堂實踐對教師有較大的挑戰(zhàn)和很高的要求，教師要在從依照教材“照方抓藥”的教學到“多維目標實現(xiàn)”的努力中選擇自己的教學設計和實施定位。

2.4 結束類欄目：抓住學習要點，鼓勵積極反思 設計團隊高度重視教材中的結束類欄目。這些欄目不僅有“復習鞏固”的作用，還應實現(xiàn)多維度的教學意圖。在浙科版《生物學》中，結束類欄目包括思考與練習、本章小結、知識結構圖等。

1）理論基礎和目標指向。結束類欄目的設計主要依據學習理論的原則1和原則3，關注學生已有的知識；讓學生鞏固詳實的事實性知識，并建立清晰的核心概念，幫助學生圍繞核心概念組織事實性知識，以核心概念為基礎構建知識框架，發(fā)展學生的深層理解。

結束類欄目的整體意圖是對章節(jié)學習成果的梳理提升，目標指向學科核心素養(yǎng)4個維度。當然，在每個具體的欄目上所實現(xiàn)的目標又有所不同。

2）欄目描述和教學期待?！八伎寂c練習“是在每節(jié)結束后的習題、作業(yè)的部分，是教材的常規(guī)欄目。浙科版《生物學》該欄目包括選擇題和簡答題2個部分，其中選擇題緊扣教學內容，幫助學生思考、復習、鞏固；簡答題部分則相對靈活，要求學生能分析、思考、應用及擴展，對學生的認知層次要求略高。特別是在此次教材編寫過程中，對“思考與練習”這個欄目不再簡單定位于鞏固練習式的課后作業(yè)，而是重新認識作業(yè)的功能，將該欄目定位于指導學生在完全自主狀態(tài)下（課堂之外）的學習。因此，適度擴展、與生產實際和生活實際高度關聯(lián)、長周期、實踐性等成為浙科版《生物學》課后練習的特色。教師在指導學生的實踐中應提醒學生，在完成這部分練習時要注意能將事實性知識與概念性知識相關聯(lián)，要關注理論知識的學習與生產、生活實際相聯(lián)系，檢查對概念的理解與應用程度，同時鼓勵學生使用反思學習策略思考本人的學習成效。

“本章小結“是浙科版教材的傳統(tǒng)欄目，是在一章學習完成后對學習要點的提示，其內容以生命觀念為重點，同時涵蓋學科核心素養(yǎng)的其他維度，是學生復習時必讀的指引和提要。在教學實踐中，教師在提示學生將學習成果打包、梳理的同時，要反思學習成果與學習策略的效率。

“知識結構圖“是浙科版教材的重要內容。將知識結構圖，即概念圖列為教材中的欄目，也是本套教材的突出特點。將概念圖納入教材，不僅是因為在全球科學教育領域對概念圖策略的肯定，也是教材編寫團隊對這一方法的多年研究和熟練掌握，可將研究成果通過教材向教師和學生推廣。欄目的形式如圖1所示。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)概念圖

浙科版教材中的知識結構圖是規(guī)范的層級概念圖，包括了概念圖中必要的結構要素，例如中心詞、節(jié)點、連線、連接詞、層級、縱列和交叉連接等，是知識結構的直觀展示。在教學實踐中，教師應提示學生不必記憶和背誦教材中的知識結構圖，可讓學生解釋和說明知識結構圖，思考圍繞核心概念組織事實性知識，并鼓勵學生創(chuàng)建個性化的、合理的知識框架，并構建自己的概念圖。

3 教材使用和教學建議

教材的作用是最大程度實現(xiàn)我國高中生物學課程標準的期待和學科核心素養(yǎng)在教學資源上的落地。為此，浙科版《生物學》編寫團隊將科學教育的理論，特別是學習科學的理論付諸實踐，設計了2019版教材。本文介紹的是怎樣用特定的欄目支持核心素養(yǎng)在課堂教學中的實現(xiàn)。

從教材設計者的角度和高中生物學課程標準實施者的角度，向高中生物學教師提出一些建議。無論本文的讀者是否為浙科版教材的使用者，都可在新課程的教學中嘗試執(zhí)行。

1）研讀課程標準，理解生物學核心素養(yǎng)要素背后的理論基礎和必要的實施途徑；

2）明確課時計劃目標、單元教學目標和課程目標的關系，在備課中能明確說出教學實施后學生應有怎樣的進步；

3）梳理單元、章節(jié)中的知識結構，并讓概念彼此關聯(lián)、形成合理的知識框架；

4）在教學中聚焦重要概念的關鍵問題，針對概念和關鍵能力設計教學活動；

5）教學活動要聚焦學生（生物學）觀點的形成，強調學生對概念的理解，學生能顯性表達和說明生物學觀點，有機會在課堂上展示科學思維和科學能力，教師要給予明確的提示；

6）教師要掌握新的教學策略和方法，例如論證式教學、建模教學、反思性實踐、工程學策略等；

7）嘗試采用形成性的評價方式。

浙科版教材論證和確立了鮮明的理論指導和設計思路，全體編寫和編輯人員竭盡全力付諸實施。衷心感謝在本書研制過程中給予支持、指導和幫助的一線教師和專家，也期待與讀者在生物學教材和課堂實踐方面有更多的交流。