UbD設(shè)計在環(huán)境微生物學教學中的應(yīng)用
——以微生物特性與功能單元為例

鄭耀通

(福建農(nóng)林大學 資源與環(huán)境學院，福建 福州 350002)

環(huán)境微生物學是大學環(huán)境類工科專業(yè)極其重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學效果與后續(xù)水污染控制工程、固體廢物處理與資源化、環(huán)境生物技術(shù)等課程直接相關(guān)。理解微生物的共有特性及其相互關(guān)系是了解微生物功能并善于應(yīng)用微生物的基礎(chǔ)，如何讓學生真正理解并掌握微生物的特性與功能，課程的教學設(shè)計是關(guān)鍵[1]。傳統(tǒng)的教學設(shè)計是先關(guān)注教學內(nèi)容再組織已成型的教學活動，最后檢驗教學效果。這種設(shè)計與教學活動的弊端是教師只重視自己的“教”，而不太關(guān)注學生的“學”，學生因缺乏學習參與度而使學習效果不夠理想[2]。由當代美國教學改革專家Wiggins和McTighe提出的基于理解的逆向課程設(shè)計(Understanding By Design，UbD)是一種被證實為極其有效的課程設(shè)計方法[3-8]，UbD是一種“以終為始”的翻轉(zhuǎn)教學設(shè)計方法，這種逆向設(shè)計先從確定學生要達到的學習效果開始，再確定哪些證據(jù)能夠證明學生確實達到了所期望的效果，最后是編排相關(guān)的學習活動及教學過程[4，9-10]。因此，明確預(yù)期學習效果、確定合適的評估方法以及設(shè)計和實施教學活動是UbD的三個核心階段。由于目前國內(nèi)很少有關(guān)于微生物學方面的UbD教學設(shè)計及其應(yīng)用的報道，選擇環(huán)境微生物學課程中的微生物特性及其功能單元進行了UbD逆向教學設(shè)計，并在環(huán)境工程本科專業(yè)創(chuàng)新班的教學中進行了有益嘗試，取得了良好的教學效果。

1 確定期望的學習效果

根據(jù)UbD模式持久性理解的六個維度[4，10]以及希望學生在教學單元結(jié)束后需要掌握的知識與技能，首先確定學生應(yīng)該熟悉、掌握以及需要持久理解的內(nèi)容。由于微生物特性及其功能教學單元涉及到的知識點多而分散，如微生物特性包括了微生物結(jié)構(gòu)特點(體積小、比表面積大)、營養(yǎng)特征(吸收多、轉(zhuǎn)化快)、生長特點(生長旺、繁殖快)、遺傳特征(適應(yīng)性強、易變異)、生態(tài)特點(種類多、分布廣)等，以及由微生物的特性而產(chǎn)生的眾多功能與生態(tài)意義等知識點，采用傳統(tǒng)的聆聽式教學法很難讓學生真正理解、掌握微生物的特性及其相互關(guān)系。利用UbD課程設(shè)計法經(jīng)過認真分析與篩選后，確定本單元三個層次期望的學習效果分別是：應(yīng)該熟悉“微生物的五大共性”；應(yīng)當掌握由微生物特性產(chǎn)生的“微生物無處不在、無所不能與無孔不入”等知識；需要深入持久理解“因微生物特性而產(chǎn)生的微生物利與弊，以及“微生物同人類社會與文明的關(guān)系”等知識與技能。這樣的教學設(shè)計使課堂教學更富有層次感，達到了學生持久理解核心教學內(nèi)容的效果，從而使學生全面了解微生物并最終具備利用有益微生物和控制有害微生物的初步能力。

2 確定能證明學生學習達到效果的證據(jù)

如何得知學生已經(jīng)達到了預(yù)期的學習效果,證據(jù)是什么，“評估”是這個階段設(shè)計的重點，評估不是一個產(chǎn)生分數(shù)的策略，而是依據(jù)確定的學習效果顯示是否達到的證據(jù)，通過這些證據(jù)，了解學生是否真正理解了教學內(nèi)容，是否深入思考過關(guān)鍵問題，是否真正擁有了期望他們應(yīng)有的技能等。在學習效果證據(jù)的收集過程中，對于應(yīng)當熟悉、掌握的知識內(nèi)容可以用相對傳統(tǒng)的評估方法，如采用觀察和問題式對話討論、測驗、論述分析題方式可以很好地評估學習效果；而對于需要深入持久性理解的內(nèi)容，因較難采用傳統(tǒng)的評估方法，設(shè)計諸如如何快速篩選具有特殊功能的微生物菌株；用自己親身經(jīng)歷說明并分享因微生物的共性而產(chǎn)生的微生物利與弊實例；撰寫微生物與人類文明進步關(guān)系的評估報告等實作性任務(wù)，通過在情境環(huán)境下搜集的證據(jù)，顯示學生是否理解了可遷移的關(guān)鍵知識、核心概念與技能。

3 設(shè)計和實施教學活動

UbD教學活動設(shè)計時需要思考以下問題：學生達到預(yù)期的學習效果，需要掌握哪些知識和技能，這些知識和技能可以通過什么途徑獲得，哪些學習活動及教學過程可以促進學生的理解以及技能的提高等。因此，在實際教學設(shè)計中可依據(jù)不同的知識向度目標設(shè)計不同的學習與教學活動，如對于微生物的大小、繁殖特性等事實知識，可以先讓學生自行觀看教學影片自主學習；對于一些概念性知識，可通過同學間的討論與相互論證活動，實現(xiàn)對概念知識原理更深入地理解；對于需要持久性理解的知識，如微生物五大共性之間的關(guān)系及意義等，由于體積小比表面積大特性是微生物五大共性的基礎(chǔ)，而其他四大共性均由此發(fā)展而來且相互關(guān)聯(lián)并呈因果層層遞升關(guān)系，則還需要設(shè)計并采用好的螺旋式或追問探究型的問題教學法才能有好的效果，只有學生連續(xù)產(chǎn)生疑問，才能不斷拓寬學習的廣度與深度；若想要培養(yǎng)學生的后設(shè)認知能力，則需要在課程設(shè)計中給學生提供反思的機會。

以下是本單元依UbD設(shè)計的WHERETO*檢驗活動列舉的主要教學過程：①課前先預(yù)習與教學影片的自主學習(觀看教師上傳班級社區(qū)群的微生物科教影片：《微生物世界的七大驚奇》《細菌的繁殖》《微生物的利與弊》《細菌與奇幻的人體國度》《極端環(huán)境微生物以及微生物危機：抗生素的濫用》等)(W H)；②上課時先介紹單元最終表現(xiàn)性任務(wù)(了解微生物特性和學會利用與控制微生物)(W)；③教師先引入微生物單細胞蛋白——人造肉名詞，并提出疑問，微生物為什么能夠在極短的時間內(nèi)生產(chǎn)高蛋白含量的產(chǎn)品，吸引學生注意力并切入正題(H)；④接著提出問題，為什么觀察微生物要用顯微鏡(因個體微小)，然后展示PPT圖片，對比不同生物的個體大小區(qū)別，以及由此產(chǎn)生的比表面積的巨大差異，突出微生物個體小但比表面積大的特點(E)；⑤比較大腸埃希菌、綠蜂和地鼠等不同比表面積生物消耗營養(yǎng)物質(zhì)的巨大差異，突出微生物營養(yǎng)物質(zhì)吸收多、生化轉(zhuǎn)化快的特性，并強調(diào)這是微生物能快速生長繁殖并合成大量代謝產(chǎn)物的物質(zhì)基礎(chǔ)(E)；⑥讓學生計算假定某種微生物經(jīng)過××分鐘分裂繁殖一代，24 h后大概產(chǎn)生多少個細胞，提問最終能否達到？為什么？(H)；⑦實作任務(wù)：讓學生設(shè)計一個篩選不同特殊功能微生物的實驗方案，提出篩選的關(guān)鍵依據(jù)，指出微生物變異的現(xiàn)實意義(R E O)；⑧小測試：分別讓學生列出微生物發(fā)生變異可能產(chǎn)生的對人類社會的利弊并提出對策(H E-2 O)；⑨開展學生分享他們生活中遇到的抗生素使用的有關(guān)實例，分析與思考抗生素使用量和種類的變化及可能的趨勢，進一步討論微生物變異的利與弊(R E E-2 O)；⑩提出疑問：日常生活中，可能在哪些環(huán)境或條件下，不存在微生物，如何理解微生物無處不在，再提出問題：自然界中哪些極端環(huán)境有可能存在微生物，引發(fā)學生思考并回答，接著展示：高溫火山噴發(fā)口、萬米高空與海底、低溫、強酸強堿、高輻射及荒蕪沙漠等環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的微生物真實圖片，說明微生物的強大環(huán)境適應(yīng)性(E H R T)；引導(dǎo)學生思考與回答，極端環(huán)境微生物存在的生態(tài)意義及人類研究與開發(fā)極端環(huán)境微生物的理論與實際意義？(RE-2)；如何理解如果沒有微生物就沒有自然界的繁榮與秩序或人類的產(chǎn)生與維持這種說法？這與微生物本身的共性有何聯(lián)系？(R E-2)；學生們以書面形式進行微生物的功能與應(yīng)用知識小測驗(E-2)；單元結(jié)束時，讓學生談?wù)勛约涸谏钪薪?jīng)歷過的因微生物而產(chǎn)生的危害或使生活更美好的例子與感想(E T)。

*WHERETO表示：W-學習目標和預(yù)期結(jié)果(Where、What)；H-吸引(Hook)與維持興趣(Hold)；E-具備實作能力(Equip)；R-重新思考與修正(Rethink、Revise)學習；E-評價與反省(Evaluate)；T-因材施教(Tailored)；O-組織學習(Organized)。

4 應(yīng)用效果分析

好的教學設(shè)計是實現(xiàn)良好教學效果的基礎(chǔ)。要改變目前大學課程學習中普遍存在的“膚淺性、工具性、應(yīng)試性，以及學生在課室中保持沉默、推卸責任、逃避學習，或是不仔細學習課程內(nèi)容，僅憑考前背考試復(fù)習資料以應(yīng)付考試等”稱之為“法蒂瑪法則”(Fatima′s rules)的教育現(xiàn)象[12-13]，采用主動式學習模式是唯一的途徑。

4.1 UbD模式可使學生成績表現(xiàn)提升

初步應(yīng)用UbD教學效果顯示，無論是縱向還是橫向比較，學生的考試成績都有明顯提高。福建農(nóng)林大學資源與環(huán)境學院環(huán)境工程專業(yè)共有4個自然班，其中1個創(chuàng)新班(約25人)是大二經(jīng)考試選撥出來可優(yōu)先保研的班級，過去近5年的環(huán)境微生物學考試結(jié)果顯示，創(chuàng)新班與普通班學生平均成績分別在74.8～77.2分和70.6～74.7分之間，不及格率分別為3.7%～7.6%、9.8%～14.5%，差異并不十分明顯。因以前采用的多是聆聽式教學方法且聽課人數(shù)較多(近百人)，大多數(shù)學生成為不需要思考的被動信息接受者，死記硬背和機械答題，不深入思考，不善于融會貫通是兩個班學生的共性，一旦考試題目相對靈活，學生就會束手無策。2018至2019學年，創(chuàng)新班學生與普通班學生分別單獨上課，并在微生物共性與功能以及微生物的營養(yǎng)與代謝兩個教學單元實施了UbD模式教學，在不再向?qū)W生發(fā)放考前復(fù)習材料且試卷相同的情況下，創(chuàng)新班與普通班的考試成績差別十分明顯，普通班學生考試成績不及格率為27.8%，平均卷面成績僅為60.4分，而創(chuàng)新班學生卷面成績?nèi)考案?，平均成績達到72.9分。究其原因，創(chuàng)新班學生在課程開始章節(jié)就使用了UbD學習模式，加上小班上課，即使沒有使用UbD模式教學的章節(jié)也較多地采用了問題式教學方法。從學習過程看，UbD教學模式有效地消除了課堂“法蒂瑪”現(xiàn)象，培養(yǎng)了學生勤于思考、善于發(fā)現(xiàn)問題并提出問題的能力與積極性，因此UbD模式有助于激發(fā)學生的學習積極性和求知欲，使學生由被動學習轉(zhuǎn)向主動學習，促進知識的理解與深化。相反，普通班學生在課堂上明顯存在“法蒂瑪”現(xiàn)象，普通存在死記硬背，知其然而不知其所以然的問題，考后大多內(nèi)容很快就會忘記，雖然普通班中也有成績較好的學生，但對知識的理解很膚淺，不理解事實性知識背后的原理是什么以及如何在真實情境中加以應(yīng)用的問題同樣存在。從學習效果看教學效果，與創(chuàng)新班學生相比相對靈活或難點的考試成績的差異巨大，這是普通班成績較差的原因，也正是兩種不同教學模式教學效果差異的具體體現(xiàn)。

4.2 實現(xiàn)以學生為中心的教學模式，提高學習留存率

以往常見的教學方法存在一些明顯弊?。航逃褂谧R記，不求甚解；課程設(shè)計以教師的教為中心，缺乏明確目標，為了考試而教學。UbD教學設(shè)計框架的優(yōu)勢在于其對拓寬學生知識面和技能的應(yīng)用范圍、提高學生對學習效果留存率的關(guān)注度。UbD法教學不僅能使學生學得更好，將知識和技能應(yīng)用到不同情境和真實生活中，還能將其長久保存在自己的知識和技能庫里。事實上，教學的考試分數(shù)并非教育最終目的，而讓學生理解、長久牢記核心教學內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上得到應(yīng)用才是課堂教學的目的，通過UbD教學法使學生對有關(guān)教學內(nèi)容得到了深入持久的理解與運用，是實現(xiàn)素質(zhì)教育的有效途徑，達到了提高學生綜合能力的目的。

4.3 其他

教學方式改變之前，學生上課不做筆記甚至不帶筆和筆記本的現(xiàn)象幾乎是常態(tài)，UbD模式教學中，老師要求做筆記、提問題的規(guī)定，使學生逐漸養(yǎng)成了上課隨時記筆記的習慣并產(chǎn)生了見賢思齊效應(yīng)；通過上課過程中，采取問題-回答-問題的形式，學生自學與提問的能力無形中得到了提升，提出的問題深度漸增；另外，因課堂上師生互動較過去頻繁，增進了彼此間的感情，有利于教學與育人；相比聆聽式教學模式，學生喜歡UbD教學方式，滿意度有所提高。 總之，教師教學創(chuàng)新的源頭應(yīng)來自于課程設(shè)計的創(chuàng)新，用好的課程設(shè)計幫助學生更好的理解課程內(nèi)容，改變學生的思考模式，提高邏輯思維能力，對課程內(nèi)容有新見解是教書育人的目的。用UbD教學模式課程設(shè)計是主動學習與理解意義學習的有效模式，可以促使教師改變原有的教學思維，實現(xiàn)以教師為中心的教學理念，到以學生為中心的教育理念的典范轉(zhuǎn)移，這對于21世紀學生就業(yè)能力養(yǎng)成，不啻為學校教師極具參考價值的教學設(shè)計良方。