基于UbD理論的高中生物學單元逆向教學設(shè)計

趙萌萌 孫立榮

關(guān)鍵詞：高中生物學；UbD理論；單元；逆向設(shè)計

《普通高中生物學課程標準》（2017年版）（以下簡稱“新課標”）對高中生物學的課程目標進行了修訂。課程目標轉(zhuǎn)變的同時要求教學設(shè)計的變革，教師在進行教學設(shè)計時要從設(shè)計一個知識點或課時轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€大單元[1]。美國學者格蘭特·威金斯和英國學者杰伊·麥克泰格[2]提出的追求理解的教學設(shè)計（Understanding by Design，UbD）旨在為學生提供概念理解的框架，揭示與內(nèi)容相關(guān)的大概念，提升學習遷移能力，這與新目標的要求相契合。本研究以UbD理論為基礎(chǔ)，對“細胞的生存需要一定的物質(zhì)與能量”進行教學設(shè)計，初步探索如何基于該理論進行逆向單元教學設(shè)計。

1 UbD理論概述

UbD理論倡導教學設(shè)計“以終為始”，并提出了“確定預(yù)期目標—確定合適的評估證據(jù)—設(shè)計學習體驗和教學”逆向順序的教學設(shè)計方法。UbD理論包含的大概念、理解六側(cè)面、基本問題、評估與反饋以及教學計劃中的WHERETO元素等理論知識對教師進行單元教學也起到了較大的輔助作用。

1.1 大概念

UbD理論認為大概念是學科的核心，是理解的必要條件，對學科大概念的掌握能讓學生具備應(yīng)用和遷移知識的能力[2]。同時，新課標也提出了“內(nèi)容聚焦大概念”的基本理念，旨在讓學生深刻理解和應(yīng)用重要的生物學概念，發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)[3]。由此可見，大概念對學生學習和教師教學具有重要作用，學習大概念是發(fā)展核心素養(yǎng)的路徑之一。

1.2 理解六側(cè)面

理解可以使學生具備知識遷移能力，培養(yǎng)學生這種能力是良好教育的關(guān)鍵[2]。由于理解的復雜性，UbD理論提出了多側(cè)面的視角，當學生真正理解時，可以做到：（1）能解釋，運用比較、分類、歸納和概括等方法洞察事物間的聯(lián)系，闡明事物的本質(zhì)；（2）能闡明，根據(jù)自己的理解，通過圖片、類比和模型等方式將自己的想法表述出來；（3）能應(yīng)用，在面對真實情境中的相關(guān)問題時，運用所學知識進行解釋和解決；（4）能洞察，對于事物和問題有自己的見解，能批判性地看待；（5）能深入，通過事物表象，直達事物本質(zhì)或者能在先前已有知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上對新事物形成更加深刻的理解；（6）能自知，通過學習的過程對自身有更加深刻的了解和認識。此外，理解六側(cè)面在教師確定預(yù)期學習結(jié)果和評估證據(jù)時都有幫助。

1.3 基本問題

UbD理論倡導用基本問題來架構(gòu)所確定的目標，能促進對某一主題單元內(nèi)容的理解，也能激發(fā)知識間的聯(lián)系和遷移[2]，并且一個好的基本問題不能用簡短的句子來回答，需要學生深入思考和探究，甚至揭示更多的問題，而該過程就促進了學生深入、可遷移的理解。

1.4 評估與反饋

因為理解是伴隨著探究和反思的過程而逐漸形成的，所以UbD理論認為教學評估應(yīng)貫穿于整個教學過程中，應(yīng)在教學過程中使用各種方法和形式收集大量可以判斷學生理解程度的證據(jù)[2]，這也有助于實現(xiàn)“教-學-評”的一致性。UbD理論中的評估方法主要包括對理解的非正式檢查（如教師提問、觀察、檢查作業(yè)）、傳統(tǒng)隨堂測驗和考試、開放式問答題和表現(xiàn)性任務(wù)。

1.5 WHERETO元素

為了在設(shè)計教學活動時確保每個學生都能理解，UbD理論提供了教學計劃中的WHERETO元素，以給教學設(shè)計者提示。其中，W代表學習方向（Where）和原因（Why），意為教師要保證學生學習時知道為什么要學習該部分內(nèi)容并確保學生了解學習目標；H代表吸引（Hook）和保持（Hold），意為教師的教學要能吸引學生的注意力，激發(fā)學生的學習興趣；E代表探索（Explore）和體驗（Experience）、準備（Equip）和使能（Enable），提示教師要為學生提供必要的知識、技能以及工具并幫助學生實現(xiàn)目標；R代表反思（Reflect）、重新考慮（Rethink）與修改（Revise），意為教師要為學生提供機會和時間反思自己的學習過程，并修正自己的學習方向；第二個E代表評價（Evaluate），即教師要通過設(shè)計多元化的評價為學生提供表現(xiàn)自己的機會；T代表量身定制（Tailor），提示教師要因材施教，盡量根據(jù)每個學生的特點提出不同的要求、設(shè)計不同的教學和評價方案；O代表最佳效果導向的組織（Organize），指教師在完成以上設(shè)計后要合理組合，爭取將其效果發(fā)揮到最大，讓學生深刻地理解所學內(nèi)容。

2 “細胞的生存需要一定的物質(zhì)與能量”單元逆向教學設(shè)計

根據(jù)新課標，“細胞的生存需要一定的物質(zhì)與能量”這一概念屬于高中生物學大概念2“細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實現(xiàn)增殖”中的內(nèi)容，以UbD理論為基礎(chǔ)，對該生物學概念按照“確定預(yù)期結(jié)果—確定合適的證據(jù)—設(shè)計學習體驗”的順序進行設(shè)計，可以得到單元逆向教學設(shè)計。

2.1 階段1—確定預(yù)期結(jié)果

學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)[3]，確定預(yù)期結(jié)果時要以生物學核心素養(yǎng)為導向，而對生物學大概念的學習又是發(fā)展核心素養(yǎng)的有效路徑之一，所以筆者主要依據(jù)新課標中的內(nèi)容要求、學業(yè)要求，同時結(jié)合學業(yè)質(zhì)量水平，參考UbD理論中對理解六側(cè)面和基本問題的概述來確定學生的預(yù)期學習結(jié)果。

2.1.1 確定的目標

闡明物質(zhì)通過被動運輸、主動運輸?shù)确绞竭M出細胞，以維持細胞的正常代謝活動；細胞的功能絕大多數(shù)基于化學反應(yīng)，這些反應(yīng)發(fā)生在細胞的特定區(qū)域。

2.1.2 確定目標后需思考的基本問題

細胞生活在環(huán)境中，在物質(zhì)和能量上是如何保持相對獨立的，又是如何與環(huán)境進行物質(zhì)和能量交換的？細胞從環(huán)境中獲取的物質(zhì)和能量在細胞內(nèi)會發(fā)生怎樣的轉(zhuǎn)化，這些轉(zhuǎn)變?yōu)楹尾荒茉诩毎獍l(fā)生？

2.1.3 通過基本問題預(yù)期的學生收獲

（1）學生將會理解：細胞生活在內(nèi)環(huán)境中，細胞膜不僅是一道屏障，可以將細胞內(nèi)外環(huán)境隔開，也是控制物質(zhì)進出細胞的門戶，并且不同的物質(zhì)通過不同的跨膜運輸方式進出細胞；細胞所需能量是由酶催化的一系列化學反應(yīng)提供的，能量以物質(zhì)為載體，其轉(zhuǎn)化過程伴隨著物質(zhì)變化。

（2）學生將會知道：細胞膜具有選擇透過性，可以控制物質(zhì)進出細胞，不同的物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞讲煌?；細胞?nèi)的物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)換需要通過由酶催化的化學反應(yīng)來實現(xiàn)；三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP）是為生命活動提供能量的直接能源物質(zhì)，主要來源是細胞呼吸，細胞呼吸消耗的物質(zhì)最終來自植物光合作用產(chǎn)生的有機物，細胞所利用能量的源頭是太陽能。

（3）學生將能做到：闡明細胞膜的選擇透過性以及物質(zhì)跨膜運輸方式—被動運輸、主動運輸、胞吞和胞吐的特點；闡明ATP的結(jié)構(gòu)，并通過ATP與二磷酸腺苷（Adenosine Diphosphate，ADP）相互轉(zhuǎn)化的過程，理解ATP是驅(qū)動細胞生命活動的直接能源物質(zhì)；理解細胞呼吸和光合作用的過程與特點；將控制自變量、觀察和檢測因變量的變化、設(shè)置對照組和重復實驗的實驗設(shè)計方法應(yīng)用于生物探究活動；能應(yīng)用酶、細胞呼吸和光合作用等科學知識分析、解決生產(chǎn)生活中的相關(guān)問題。

2.2 階段2—確定合適的評估證據(jù)

根據(jù)UbD理論，在階段2要根據(jù)階段1所制定的預(yù)期結(jié)果確定可以判斷學生是否真正理解知識的評估證據(jù)，為了實現(xiàn)“教-學-評”的一致性，在確定評估方法時同樣要以生物學核心素養(yǎng)的發(fā)展為目標，要設(shè)計多樣化的評估方式，并且將評估貫穿教學始終。根據(jù)筆者分析，在“細胞的生存需要一定的物質(zhì)與能量”這一概念所包含的學習內(nèi)容中，對于幾種物質(zhì)跨膜運輸方式的特點以及酶的本質(zhì)、作用和特點等事實性知識，可以通過教師提問、課堂測驗等傳統(tǒng)方法進行評估，而對于需要學生深度理解與綜合應(yīng)用的知識，則需要利用開放式問答題以及表現(xiàn)性任務(wù)進行評估，對表現(xiàn)性任務(wù)所要達到的目標、展現(xiàn)形式和評估標準進行詳細的說明。

2.2.1 能證明學生已經(jīng)理解的表現(xiàn)性任務(wù)

任務(wù)1：一位農(nóng)民現(xiàn)要為玉米施肥，請查閱相關(guān)資料并結(jié)合所學知識，說明如何才能做到合理施肥。

此任務(wù)意在使學生理解“合理施肥”蘊含的生物學知識，能認識到生物學知識與生產(chǎn)生活的密切聯(lián)系，并能利用其來指導實踐。此任務(wù)需要學生詳細說明植物是如何吸收無機態(tài)養(yǎng)分的以及如何對玉米田進行“合理施肥”，說明在日常生產(chǎn)生活中遇到類似問題時自己的做法，最后學生可以通過書面匯報的形式展現(xiàn)自己的成果。

任務(wù)2：學生設(shè)計“探究CO2濃度對光合作用強度的影響”實驗的整個過程。

此任務(wù)的目的是讓學生列舉影響光合作用強度的因素，并且學會通過控制自變量觀察和檢測因變量的變化、設(shè)置對照組和重復實驗。學生要盡可能全面地列舉出影響光合作用強度的因素，并從中選擇一種因素，如CO2濃度，設(shè)計實驗探究其對光合作用強度的影響，能說明實驗原理，列出實驗所需材料和用具，說出詳細的實驗步驟，體現(xiàn)出對自變量的控制以及對照組和實驗組的設(shè)置，最后以實驗設(shè)計的形式展現(xiàn)自己的成果。

任務(wù)3：學生繪制一幅手抄報詳細說明某同學中午食用的米飯是怎樣為其下午的學習活動提供能量的。

此任務(wù)旨在讓學生應(yīng)用所學生物學知識解釋日常的飲食為人類活動提供物質(zhì)和能量的整個過程，認識到細胞生命活動中存在物質(zhì)與能量的統(tǒng)一，了解生物學知識與人類生活的密切聯(lián)系。學生可以繪制手抄報，通過圖畫和文字相結(jié)合描繪出水稻光合作用制造的有機物為人體生命活動提供物質(zhì)與能量的整個過程。

2.2.2 根據(jù)階段1的預(yù)期結(jié)果收集的其他證據(jù)

教師通過提問的方式了解學生對“細胞膜的選擇透過性”這一問題的理解以及學生對酶的化學本質(zhì)、作用及特點的認識程度；通過課堂檢測的方式了解學生對物質(zhì)跨膜運輸方式的過程和特點的理解、細胞呼吸和光合作用過程中的物質(zhì)與能量變化；組織小組活動，考查學生在討論“為什么說ATP是驅(qū)動細胞生命活動的直接能源物質(zhì)”這一問題時的表現(xiàn)；設(shè)置開放性問答題，讓學生分別舉例說明酶、細胞呼吸和光合作用等科學知識在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

在單元學習結(jié)束后，讓學生進行自我評估和反饋，反思自己能否清晰闡述細胞獲取物質(zhì)和能量的整個過程，能否認識到細胞生命活動中存在物質(zhì)與能量的統(tǒng)一，認識到生物學知識與生產(chǎn)生活的密切聯(lián)系以及能否利用知識來指導生產(chǎn)生活，并反思自己在單元學習過程中表現(xiàn)較好之處與不足之處，提升元認知能力。

2.3 階段3—設(shè)計學習體驗

根據(jù)階段1的預(yù)期學習結(jié)果和階段2的評估證據(jù)雙重導向，并結(jié)合WHERETO元素設(shè)計階段3的學習體驗。

2.3.1 新課導入

一個國家有陸地、海域和領(lǐng)空的邊界，并有海關(guān)監(jiān)管貨物的運進運出，人也有皮膚和黏膜作為人體內(nèi)部與外界分隔的邊界，保證了人體內(nèi)部的穩(wěn)定性，那么細胞作為最基本的生命系統(tǒng)是否有邊界呢？如果有，其邊界是什么？細胞的邊界又是怎樣控制細胞內(nèi)外物質(zhì)運輸?shù)模?/p>

2.3.2 目標展示

教師給學生介紹基本問題和表現(xiàn)性任務(wù)。

2.3.3 單元學習過程

學習活動1：師生共同探究細胞膜的選擇透過性，教師以提問的方式評估學生對細胞膜的選擇透過性的理解。

學習活動2：師生通過微視頻、實驗、資料分析等建構(gòu)被動運輸、主動運輸?shù)任镔|(zhì)跨膜運輸方式的概念，并分析各自的過程和特點，對知識點進行課堂測驗。

表現(xiàn)性評價1：學生查閱相關(guān)資料并結(jié)合所學知識，說明如何對玉米進行“合理施肥”及其蘊含的生物學知識。

學習活動3：師生通過實驗共同探究酶的作用和特性，從科學家對酶本質(zhì)的探索歷程認識酶的本質(zhì)，教師以提問的方式評估學生對酶的化學本質(zhì)、作用及特點的認識程度。

學習活動4：師生先共同學習ATP的結(jié)構(gòu)、ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化過程，之后學生分組討論“ATP是驅(qū)動細胞生命活動的直接能源物質(zhì)”的原因。

學習活動5：師生通過探究實驗、分析資料探討學習細胞呼吸和光合作用過程中的物質(zhì)與能量變化。

表現(xiàn)性評價2：學生利用控制變量法和設(shè)計對照實驗的方法設(shè)計“探究CO2濃度對光合作用強度的影響”實驗的步驟。

其他評價方式：對細胞呼吸和光合作用過程中的物質(zhì)與能量變化等知識點進行課堂測驗，學生分別舉例說明酶、細胞呼吸和光合作用等科學知識在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

表現(xiàn)性評價3：學生繪制一幅手抄報詳細說明某同學中午食用的米飯是怎樣為其下午的學習活動提供能量的，并反思自己在完成此項任務(wù)時遇到的問題。

2.3.4 反思總結(jié)

在本單元結(jié)束時，學生反思自己對“細胞的生存需要一定的物質(zhì)與能量”這一概念的理解以及學完本單元后自己在知識和能力等方面的收獲。

3 結(jié)語

只注重學科知識理解與記憶的傳統(tǒng)教學已不能滿足當今學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求，這就要求教育專家學者和一線教師積極嘗試與開發(fā)新的路徑。具有整合性的單元教學能讓學生在一系列有聯(lián)系的學習活動中完成對學科大概念的構(gòu)建，并體會學科知識蘊含的學科核心素養(yǎng)。由格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格提出的逆向教學設(shè)計更是在單元教學的基礎(chǔ)上一改傳統(tǒng)教學設(shè)計的步驟，將對教學評價的設(shè)計提前，依據(jù)教學目標和教學評價設(shè)計學習活動，更有利于實現(xiàn)“教-學-評”的一致性。因此，基于UbD理論的單元教學設(shè)計是一條值得探索且可以落實學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的有效路徑。

首先詳細介紹了UbD理論的相關(guān)要點，其次以高中生物學學科大概念“細胞的生存需要一定的物質(zhì)與能量”為例說明了以此理論為基礎(chǔ)進行單元逆向教學設(shè)計的操作路徑，在此過程中，要按照“確定預(yù)期結(jié)果—確定合適的評估證據(jù)—設(shè)計學習體驗”的逆向順序進行。此外，在確定預(yù)期結(jié)果和評估證據(jù)時，要詳細參考課程標準中的學業(yè)要求和學業(yè)質(zhì)量的具體內(nèi)容，在以課標的要求為基準、以核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為目標進行教學活動設(shè)計時，要依據(jù)所確定的預(yù)期結(jié)果和評估證據(jù)設(shè)計可以充分調(diào)動學生主動性和積極性的活動，使學生在學習生物學大概念的過程中將生物學知識內(nèi)化于心、外化于行，做到知行合一，實現(xiàn)從簡單理解與記憶知識向形成核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。