基于UbD理念的高中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

劉利　伍春蓮

［摘 要］《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提出了“核心素養(yǎng)為宗旨”“內(nèi)容聚焦大概念”“教學(xué)過程重實(shí)踐”“學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)促發(fā)展”的學(xué)科課程基本理念［1］，UbD理念與新課程基本理念相契合。文章以新人教版高中生物學(xué)必修1“光合作用的原理”為例，探求基于UbD理論的高中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)，以促進(jìn)學(xué)生理解，為核心素養(yǎng)的落實(shí)提供一個(gè)可循方案。

［關(guān)鍵詞］UbD理念；高中生物學(xué)；教學(xué)設(shè)計(jì)

［中圖分類號(hào)］? ? G633.91? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號(hào)］? ? 1674-6058（2024）05-0089-04

一、概念界定

（一）UbD理念

“UbD”是由美國教育學(xué)者格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格提出的一種教學(xué)設(shè)計(jì)理論。UbD，即追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)。UbD理念強(qiáng)調(diào)理解的重要性，以學(xué)習(xí)者為中心，采用逆向教學(xué)設(shè)計(jì)。逆向教學(xué)設(shè)計(jì)是相對(duì)傳統(tǒng)的“教材分析—教學(xué)目標(biāo)—教學(xué)重難點(diǎn)—教學(xué)過程—教學(xué)反思與評(píng)價(jià)”的教學(xué)設(shè)計(jì)而言的。逆向教學(xué)設(shè)計(jì)分為三個(gè)步驟，依次為預(yù)期結(jié)果的確定、尋找合適的評(píng)估證據(jù)、設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)活動(dòng)，它是一種指向理解的教學(xué)設(shè)計(jì)方式。

（二）理解

在UbD理念下，“理解”被劃分為“六個(gè)側(cè)面”和“三個(gè)層面”?！傲鶄€(gè)側(cè)面”指的是學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的認(rèn)知程度，依次為解釋、闡明、應(yīng)用、洞察、神入和自知；“三個(gè)層面”則是根據(jù)知識(shí)本身在單元或課時(shí)中的重要程度進(jìn)行劃分的，它可以幫助教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)明確教學(xué)的優(yōu)先次序。

“理解”的“六個(gè)側(cè)面”和“三個(gè)層面”呈現(xiàn)了一個(gè)清晰的二維規(guī)劃和評(píng)估藍(lán)圖，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)可以據(jù)此將不同的知識(shí)進(jìn)行分類，明確知識(shí)處于哪一層次以及學(xué)生應(yīng)該達(dá)到何種理解程度，并通過教學(xué)活動(dòng)中相應(yīng)的表現(xiàn)性任務(wù)對(duì)學(xué)生的理解情況進(jìn)行測量，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)真正的理解。

二、基于UbD理念的高中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)——以“光合作用的原理”為例

（一）教學(xué)單元分析

本文選取“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”作為教學(xué)單元，單元內(nèi)容來自新人教版高中生物學(xué)必修1第5章。在選定教學(xué)單元后，首先對(duì)教學(xué)單元進(jìn)行分析，通過分析教材、課程標(biāo)準(zhǔn)以及學(xué)生實(shí)際情況等確定單元教學(xué)目標(biāo)（見表1）；其次根據(jù)單元教學(xué)目標(biāo)并參考理解的“三個(gè)層面”，對(duì)單元內(nèi)容進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)優(yōu)先次序的劃分（見表2），從而明確學(xué)生所要達(dá)到的理解程度，以指導(dǎo)課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)。

（二）課時(shí)內(nèi)容分析

光合作用是地球生物圈中最為重要的化學(xué)反應(yīng)之一，“光合作用的原理”部分的知識(shí)對(duì)于幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)光合作用在生物圈中的重要作用，以及理解“細(xì)胞的生存需要能量與營養(yǎng)物質(zhì)”的單元核心概念具有重要意義。但該部分內(nèi)容涉及的物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化比較微觀抽象，學(xué)生理解起來存在一定的困難。因此，教師在教學(xué)中要注意引導(dǎo)，并適當(dāng)采用直觀的方式呈現(xiàn)相關(guān)生物學(xué)事實(shí)、現(xiàn)象，進(jìn)而強(qiáng)化學(xué)生的感官體驗(yàn)，幫助學(xué)生理解概念。

（三）學(xué)生情況分析

高一學(xué)生在心理上處于形式運(yùn)算階段，他們的抽象思維基本形成，求知欲較強(qiáng)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)探究有較濃厚的興趣。在能力方面，高一學(xué)生基本了解科學(xué)探究過程，邏輯思維初步發(fā)展。因此，在教學(xué)策略的選擇上，教師可以多用推理探究的方式引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)生物學(xué)概念，把握知識(shí)本質(zhì)。

（四）教學(xué)設(shè)計(jì)

步驟一：確定預(yù)期結(jié)果

1.教學(xué)目標(biāo)

（1）通過探究光合作用過程，了解光能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中的化學(xué)能的過程，并從物質(zhì)與能量觀的角度說明該過程中的物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化。（單元教學(xué)目標(biāo)2）

（2）通過對(duì)光合作用科學(xué)史的探究與分析，嘗試推理光合作用原理，并構(gòu)建光合作用的反應(yīng)模型。（單元教學(xué)目標(biāo)4）

（3）學(xué)習(xí)光合作用在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，了解綠色植物的光合作用對(duì)生產(chǎn)生活、環(huán)境保護(hù)的重要性。（單元教學(xué)目標(biāo)6）

2.其他指導(dǎo)教學(xué)的思考

在確定教學(xué)目標(biāo)后，為了更好地幫助學(xué)生理解知識(shí)，還需要預(yù)設(shè)學(xué)生通過學(xué)習(xí)將會(huì)理解什么，會(huì)獲得什么知識(shí)或技能，以及哪些問題能夠啟迪學(xué)生思考并深化知識(shí)理解（見表3），同時(shí)要思考如何才能便于教學(xué)安排和評(píng)價(jià)實(shí)施。

步驟二：確定評(píng)估證據(jù)

根據(jù)預(yù)期結(jié)果，設(shè)計(jì)能夠證明學(xué)生學(xué)習(xí)成果的表現(xiàn)性任務(wù)：

（1）構(gòu)建光合作用的反應(yīng)模型，并向他人做介紹。

（2）“對(duì)戰(zhàn)能源危機(jī)”：利用光合作用原理，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化、利用或儲(chǔ)存太陽能的方案。

其他能夠證明學(xué)生學(xué)習(xí)成果的證據(jù)：

（1）測試題——光合作用各階段的物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化

（2）學(xué)生自評(píng)——模型和方案

（3）課堂觀摩——課堂參與情況（推理論證、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方程式書寫等）

步驟三：設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)與教學(xué)

在完成前兩個(gè)環(huán)節(jié)后，教師需根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、評(píng)估證據(jù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)，教學(xué)活動(dòng)的開展始終圍繞教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成進(jìn)行。

1.創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)疑導(dǎo)入

資料：綠色植物將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，為地球上的生命提供能源和物質(zhì)基礎(chǔ)?？茖W(xué)家發(fā)明“人工樹葉”，利用光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為清潔能源。發(fā)明新一代“人工樹葉”的諾賽拉教授說：“人類終有一天會(huì)發(fā)現(xiàn)‘植物們守護(hù)著的秘密?！?/p>

提問：諾賽拉教授說的“植物們守護(hù)著的秘密”是什么？綠色植物又是如何為地球上的生命提供能源和物質(zhì)基礎(chǔ)的？

設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合植物在生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用，從實(shí)際生活切入，引出光合作用，快速激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.回顧舊知，建構(gòu)概念

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧初中所學(xué)的光合作用化學(xué)反應(yīng)式，并請(qǐng)一名學(xué)生上臺(tái)書寫。

教師請(qǐng)一名學(xué)生根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式歸納“光合作用”概念，另一名學(xué)生參考書本黑體字部分予以完善或糾正。教師進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)正確的“光合作用”概念，并說明該概念的得出經(jīng)過了長期的探索過程。

設(shè)計(jì)意圖：鏈接新舊知識(shí)，為新知識(shí)的學(xué)習(xí)搭建橋梁，同時(shí)也讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到知識(shí)的學(xué)習(xí)是無止境的，科學(xué)發(fā)現(xiàn)是長期論證的過程。

3.探索科學(xué)史，揭秘原理

環(huán)節(jié)一：光反應(yīng)階段

【科學(xué)史1】19世紀(jì)末的普遍觀點(diǎn)

觀察反應(yīng)式，猜測產(chǎn)物O2中O的來源。

提問：O2中的O是來源于CO2還是H2O？

引出希爾實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行探究。

【科學(xué)史2】希爾實(shí)驗(yàn)

思考：（1）該實(shí)驗(yàn)是否能說明植物光合作用產(chǎn)生的O2中的O全部來源于H2O？（不能，因?yàn)閼腋∫褐锌赡艽嬖诤蠴的物質(zhì)）（2）該實(shí)驗(yàn)是否能說明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？（能，因?yàn)闆]有CO2反應(yīng)仍能進(jìn)行，并產(chǎn)生O2）

設(shè)計(jì)意圖：利用科學(xué)家探究光合作用原理的相關(guān)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生一步步探究、推論，最終歸納出光合作用的原理。

提問：如何驗(yàn)證O2中的O全部來源于H2O？

【科學(xué)史3】魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：類比追溯胞外蛋白分泌過程中采用的科學(xué)方法，推理驗(yàn)證O的來源方式（同位素示蹤法）。

在白板上展示實(shí)驗(yàn)用具，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

得出結(jié)論：光合作用所釋放的O2中的O全部來源于H2O，而不是CO2。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生通過親自推理、探究，理解光合作用過程的物質(zhì)與能量變化，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，使學(xué)生掌握科學(xué)探究的一般方法，提高學(xué)生的課堂參與度。

【科學(xué)史4】阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)

進(jìn)一步探究希爾實(shí)驗(yàn)中溶液變色的還原性物質(zhì)是什么。

分析：在白板上呈現(xiàn)阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)的過程，分析該實(shí)驗(yàn)涉及的化學(xué)反應(yīng)。

得出結(jié)論：還原性物質(zhì)為NADPH，該階段還有ATP的產(chǎn)生。

【總結(jié)】根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)總結(jié)光反應(yīng)階段的含義、物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化，并結(jié)合結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)分析光反應(yīng)階段的場所（類囊體膜上）。

【視頻播放】播放光反應(yīng)階段的視頻，讓學(xué)生直觀感受光合作用的微觀過程。

設(shè)計(jì)意圖：借助視頻，化抽象為具體，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。視頻以其形象生動(dòng)的特點(diǎn)大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，吸引了學(xué)生的注意力。

【過渡】光反應(yīng)階段的產(chǎn)物（ATP、NADPH）去哪兒了？

環(huán)節(jié)二：暗反應(yīng)階段

【科學(xué)史5】阿爾農(nóng)的再實(shí)驗(yàn)

去除色素，黑暗條件，提供葉綠體基質(zhì)中的酶、ATP、NADPH、CO2，觀察到糖類的產(chǎn)生。

得出結(jié)論：二氧化碳在有酶、ATP、NADPH的條件下經(jīng)過一系列反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷愇镔|(zhì)。

引出暗反應(yīng)階段的概念。

【科學(xué)史6】卡爾文實(shí)驗(yàn)

探究CO2最終轉(zhuǎn)變?yōu)椋–H2O），C的轉(zhuǎn)化路徑（同位素示蹤法）。

【歸納】暗反應(yīng)階段的過程（CO2的固定和C3的還原）。

環(huán)節(jié)三：模型構(gòu)建（表現(xiàn)性任務(wù)）

根據(jù)光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的過程嘗試構(gòu)建光合作用的反應(yīng)模型。

設(shè)計(jì)意圖：串聯(lián)、整合知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括的思維。根據(jù)學(xué)生模型構(gòu)建的完整性，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度。

4.課堂小結(jié)

結(jié)合模型，總結(jié)光合作用的過程及原理并完成課堂小測。

5.鞏固應(yīng)用

對(duì)戰(zhàn)能源危機(jī)（表現(xiàn)性任務(wù)）：

資料：長期以來，人類一直以煤、石油、天然氣等作為主要能源，對(duì)這些化石燃料的過度消耗導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染，造成了氣候變化，人類面臨著前所未有的能源危機(jī)。光合作用能轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存太陽能。

請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合本節(jié)課所學(xué)的知識(shí)，搜集相關(guān)資料，以小組為單位設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化、利用或儲(chǔ)存太陽能的方案。

三、總結(jié)反思

基于UbD理念的教學(xué)設(shè)計(jì)是指向核心素養(yǎng)的一種教學(xué)設(shè)計(jì)模式，對(duì)促進(jìn)學(xué)生真正理解知識(shí)具有重要作用?；赨bD理念的教學(xué)設(shè)計(jì)作為一種新興的教學(xué)設(shè)計(jì)模式，在我國的應(yīng)用還較少，因此在進(jìn)行基于UbD理念的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)教師需要注意以下幾點(diǎn)：①要圍繞某一主題進(jìn)行內(nèi)容選擇，這一主題可以是核心概念，也可以是一個(gè)項(xiàng)目活動(dòng)；②目標(biāo)設(shè)定統(tǒng)領(lǐng)評(píng)價(jià)和活動(dòng)設(shè)計(jì)，評(píng)估證據(jù)指導(dǎo)學(xué)習(xí)活動(dòng)，教學(xué)活動(dòng)指向目標(biāo)達(dá)成，三個(gè)階段環(huán)環(huán)相扣，形成閉環(huán)；③教學(xué)過程注重真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)，表現(xiàn)性任務(wù)要具有挑戰(zhàn)性、綜合性，且能推進(jìn)核心素養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成。

總之，教師要繼續(xù)實(shí)踐與努力，在生物學(xué)教學(xué)中利用基于UbD理念的教學(xué)設(shè)計(jì)模式落實(shí)核心素養(yǎng)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的真正理解。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］? 威金斯，麥克泰格.追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)［M］.上海：華東師范大學(xué)出版社，2017.

（責(zé)任編輯 黃春香）