逆向教學設計理論支撐下的線上線下混合式學習

李艷芝

摘要：為了促進課堂教學的線上線下融合，優(yōu)勢互補，構(gòu)建更適合學生的新模式，教師以“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者”為例，依據(jù)逆向教學設計理論（UbD）分三階段設計線上線下混合式學習活動，即“明確預期學習結(jié)果—確定恰當評估方法—規(guī)劃相關學習活動”。測評結(jié)果表明，學生習得模型與建模、歸納與概括、分析與綜合等科學思維能力，提升了對蛋白質(zhì)與生命活動關系的認識，實現(xiàn)了預期目標。

關鍵詞：逆向教學設計；線上線下混合式學習；高中生物學；蛋白質(zhì)

線上教學可以突破傳統(tǒng)課堂教學的時空局限性，有利于學生靈活自主學習。然而，線上教學也存在弊端，如教師無法及時有效地與學生互動并對學生進行監(jiān)督和管理，難以開展真實實驗和實踐等。如何在傳統(tǒng)課堂中融入在線教學的優(yōu)勢，探索線上線下混合式教學，使之優(yōu)勢互補，構(gòu)建更加高效的學習模式，是值得教師探討的問題。筆者依據(jù)逆向教學設計理論，以人教版《普通高中教科書 生物學 必修1 分子與細胞》第2章“組成細胞的分子”中的“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者”（2課時）為例，探索如何融合線上與線下教學的優(yōu)勢，設計和開展混合式教學活動，提升學生的科學思維能力。

逆向教學設計理論（UbD）是由美國課程專家格蘭特·威金斯與杰伊·麥克泰共同提出的一種理解為先的教學設計模式。該教學理論以明確的學習目標為起點，以促進學生有意義地學習為宗旨，強調(diào)教學評價設計優(yōu)先于課程設計和教學活動展示。筆者在UbD理論體系下，對于“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者”這節(jié)課的設計和學生參與線上線下混合式學習活動的組織，提出整體思路，即采用從“明確預期學習結(jié)果—確定恰當評估方法—規(guī)劃相關學習活動”的教學模式，以教學的最終目標來驅(qū)動教師教學和學生活動的設計和實施。筆者基于UbD理論分三階段，設計“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者”線上線下混合式學習活動，探索線上線下融合教學的具體方法。

一、明確預期學習結(jié)果

筆者研讀《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標”），根據(jù)學業(yè)要求和學情，按照課程教學主線（思維邏輯），明確學生參與混合式學習活動的預期結(jié)果。

對于本節(jié)課程內(nèi)容，課標給出的內(nèi)容要求是：闡明蛋白質(zhì)通常由氨基酸分子組成，它的功能取決于氨基酸序列及其形成的空間結(jié)構(gòu)，細胞的功能主要由蛋白質(zhì)完成。學業(yè)要求是：從結(jié)構(gòu)與功能相適應這一視角，解釋蛋白質(zhì)分子參與組成細胞的結(jié)構(gòu)，是生命活動的主要承擔者。線上前測結(jié)果（實際學情）：學生知道蛋白質(zhì)存在于食物中，能承擔各種各樣的生命活動，但是并不能真正地理解蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者。本節(jié)課教學主線（思維邏輯）是“蛋白質(zhì)功能—蛋白質(zhì)形成過程—蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因—蛋白質(zhì)功能多樣性的原因”。基于以上分析，筆者確定學生活動預期學習結(jié)果，具體包括以下四點。

1.學生能夠利用網(wǎng)絡查閱文獻，搜集資料，結(jié)合教材內(nèi)容（生物科學史話）與生活經(jīng)驗，以多種形式（如課本劇、概念圖）自主闡述蛋白質(zhì)功能的多樣性（）。

2.學生在模擬實驗和構(gòu)建氨基酸球棍模型等活動中，能夠比較不同氨基酸的結(jié)構(gòu)，歸納概括氨基酸的結(jié)構(gòu)通式與特點，闡明氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位，并說出氨基酸構(gòu)成多肽鏈或蛋白質(zhì)分子的過程（）。

3.學生能通過討論蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性與功能多樣性的關系，舉例說明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能相適應，認同細胞的功能主要由蛋白質(zhì)完成（）。

4.學生能通過討論“手術縫合線”“大頭娃娃”等新聞事件及科技前沿的發(fā)展，認同蛋白質(zhì)與人體的營養(yǎng)、健康等關系密切，關注營養(yǎng)與健康，關心科技發(fā)展，增強民族自豪感（）。

二、確定恰當評估方法

評估是逆向教學設計的重要階段，有著積極的意義：一方面可以有效反饋教學效果，另一方面，評估是落實教學目標的具體手段。區(qū)別于以往的過程性評價或結(jié)果性評價，基于UbD理論的混合式學習活動評估證據(jù)是通過學生在真實情境任務中的實際表現(xiàn)來實現(xiàn)的，教師需要應用恰當?shù)脑u估方法，讓學生理解學習內(nèi)容并學會遷移。

筆者依據(jù)第一階段確定的混合式學生活動的預期結(jié)果，在第二階段確定評估方法，根據(jù)UbD理論按6個維度設計用于評估學生的表現(xiàn)型任務，具體思路如下（見表1）。

對于以上6個維度，教師可以根據(jù)內(nèi)容本質(zhì)或理解需要選擇一個或幾個方面，不必將所有維度都體現(xiàn)出來。教師通過研讀表1內(nèi)容就可以看出線下線上融合的優(yōu)勢。

筆者在表1的基礎上，設計了相關學習活動任務評價量表，例如氨基酸結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建過程性評價量表（見表2）。

筆者依據(jù)前期設定的教學目標，分別從教師和學生的視角，開展小組自評、小組互評和教師總評。全班學生被分成6組。學生在線自評時，各組點擊評價項目對應評價量規(guī)要求為本組評分一次，在線互評時再同樣為其余各組各點擊評分一次，各組取平均值計分。教師結(jié)合小組自評和互評及學生課堂表現(xiàn)進行總評給出最終分值。依據(jù)以上評價體系，教師根據(jù)學生線下線上學習活動的實際表現(xiàn)，動態(tài)靈活地調(diào)整課堂教學進度。在教學中，筆者發(fā)現(xiàn)部分小組建模出現(xiàn)錯誤，及時延長分享展示的互動時間，在學生對氨基酸的模型構(gòu)建理解充分后，再給學生修正模型的時間，讓他們最終完成模型的構(gòu)建。

三、規(guī)劃相關學習活動

在授課時，筆者從蛋白質(zhì)功能入手，探索蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性，將教學的重點放在“氨基酸的結(jié)構(gòu)特點”“蛋白質(zhì)形成過程”“蛋白質(zhì)分子具有結(jié)構(gòu)和功能多樣性”上，圍繞教學主線（思維邏輯），遵循功能—結(jié)構(gòu)—功能的邏輯線索，根據(jù)第一階段明確的學習結(jié)果和第二階段確定的評估方法，在第三階段規(guī)劃相關的學習活動。下面，以“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者”（第一課時）為例，具體介紹。

活動一：線上借助互聯(lián)網(wǎng)查閱資料，線下使用PPT展示匯報

課前，筆者指導學生上網(wǎng)檢索科學史上與蛋白質(zhì)發(fā)現(xiàn)有關的獲諾貝爾獎的科學家，選取相關成果按時間順序整理。課堂上，筆者以學生整理的PPT資料作為真實情境引入，請學生展示介紹在蛋白質(zhì)研究領域各國科學家獲得諾貝爾科學獎的情況。

學生展示（介紹）后，發(fā)現(xiàn)都是國外學者獲獎，沒有看到中國科學家的名字，內(nèi)心有些許失落。筆者借機引出教材中的生物科學史話“世界上第一個人工合成蛋白質(zhì)的誕生”，讓學生通過生物科學史的學習，了解我國科學家在胰島素方面所取得的成就，以及為此而付出的艱辛努力。看到我國科學家所取得的偉大成就，學生增強了民族自信心和自豪感，并充分體會到科技強國、科技創(chuàng)新的重要性，激發(fā)出了不畏艱辛、頑強拼搏的科學精神。活動一也能激發(fā)學生學習蛋白質(zhì)相關知識的興趣，為學生后續(xù)學習酶、抗體、激素等作鋪墊。

活動二：線下小組合作排練，線上視頻展示課本劇

課前，筆者在線組織學生分組討論，讓他們閱讀教材，自主選擇角色，確定編劇、道具及錄制等事項，并列出相應劇本完成時間、排練時間和視頻錄制及提交時間。

學生編寫的《蛋白質(zhì)的功能》課本劇片段如下。

旁白：人體細胞有40萬億—60萬億個，組成細胞的有機物中含量最多的就是蛋白質(zhì)。那么，你知道組成我們身體的蛋白質(zhì)都在做些什么嗎？

學生1：我是結(jié)構(gòu)蛋白，我的作用可不小，是構(gòu)成細胞和生物體結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)。

學生2： 我不知道。都有哪些物質(zhì)啊？

學生1：聽我說啊。比如你的肌肉、頭發(fā)，還有蛛絲和羽毛，主要成分都是蛋白質(zhì)。

學生2：等等，我的身上怎么會有蛛絲和羽毛呢？

學生1：啊，我忘了說了，是蜘蛛吐的絲和鳥身上的羽毛。

學生2：哎，你是誰啊？

學生3：我是酶啊，也是蛋白質(zhì)。有了我，細胞內(nèi)的化學反應才能正常進行。我具有催化作用。

學生2：催化？是化學還是化肥？

學生3：不是，我是催化作用，是可以降低細胞內(nèi)化學反應的活化能，比如呼吸酶可以使呼吸作用正常進行，胃蛋白酶可以分解蛋白質(zhì)。

學生2：哎，你又是誰啊？

學生4：我是抗體啊，我有抵御病毒和病菌侵害的功能……

筆者任教6個班級，每個班級學生呈現(xiàn)的課本劇各有特色，既能將初中所學知識融合進來，又能結(jié)合自身生活及人體有關部位闡述相關蛋白質(zhì)的組成和作用。視頻錄制完成后，學生在網(wǎng)絡教學平臺上投票評選最佳編劇和最佳演員及最佳展示，線下筆者為學生頒發(fā)獎狀和獎品。

活動三：線下小組合作構(gòu)建氨基酸模型，線上小組自評及互評

氨基酸的結(jié)構(gòu)特點及其形成蛋白質(zhì)的過程是教學重點，后者還是教學難點。

在教學過程中，筆者首先引導學生閱讀教材并完成下列練習。

（1）用語言準確表述氨基酸的元素組成，并正確書寫。

（2）氨基酸在結(jié)構(gòu)上有什么共同特點？用筆圈出結(jié)構(gòu)中相同的部分。不同氨基酸分子的區(qū)別體現(xiàn)在什么地方？

（3）嘗試推導氨基酸的結(jié)構(gòu)通式。

筆者讓學生在課堂上進行板演與討論。

為便于學生理解氨基酸分子的結(jié)構(gòu)是立體的，而非平面的，筆者利用球棍模型設計了學生小組合作探究構(gòu)建氨基酸結(jié)構(gòu)模型的活動。

小組活動流程如下。

（1）課前，小組在線分組，明確組內(nèi)成員分工——搭建模型、觀察記錄、匯報展示。

（2）課上，完成氨基酸結(jié)構(gòu)模型的拼接及展示。

（3）兩個小組合作完成氨基酸的脫水縮合模型構(gòu)建。

學生交流展示后，筆者用動畫演示兩個氨基酸分子脫水縮合的過程，引出肽鍵、二肽等概念。之后，小組成員手拉手模擬多個氨基酸脫水縮合的過程，引出多肽、肽鏈及空間結(jié)構(gòu)等概念。最后，筆者在學生思考和討論的基礎上，引導學生歸納蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，分析種類多樣性的形成原因：在細胞內(nèi)，組成一種蛋白質(zhì)的氨基酸數(shù)目可能成千上萬，氨基酸形成肽鏈時，不同種類氨基酸的排列順序千變?nèi)f化，肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結(jié)構(gòu)千差萬別。因此，蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)極其多樣。這就是細胞中蛋白質(zhì)種類繁多的原因（如圖1）。由此，達成預期目標（）。各組登錄網(wǎng)絡學習平臺，按建模量規(guī)進行自評和互評，提交后平臺會統(tǒng)計結(jié)果。學生在構(gòu)建模型、演示模型、評價模型過程中，表現(xiàn)出很高的學習熱情，踐行了“做中學”的理念，對氨基酸結(jié)構(gòu)通式及蛋白質(zhì)的形成過程理解較深入。

以上活動一到活動三為“蛋白質(zhì)是生命活動主要承擔者”的第一課時內(nèi)容。第二課時，筆者將為學生講解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性與功能多樣性的關系，舉例說明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能相適應。例如：上網(wǎng)檢索血紅蛋白及其分子病；線上查閱胰島素的分子結(jié)構(gòu)及其發(fā)現(xiàn)史，線下課堂討論分析如何均衡膳食，探究熟雞蛋、熟肉等蛋白質(zhì)變性后，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關系。學生能認同細胞的功能主要由蛋白質(zhì)完成，達成預期目標（）。

最后，學生繪制了完善的知識網(wǎng)絡圖（如圖2），認識到蛋白質(zhì)所承擔的功能與結(jié)構(gòu)相適應，結(jié)構(gòu)改變可能影響功能。學生完成課后習題，進行拓展應用，進一步理解蛋白質(zhì)分子的多樣性、特異性等特點。筆者通過線上測試，評估學生的學習效果。

筆者應用網(wǎng)絡學習平臺進行在線測評（受測學生共200人），結(jié)果如下：有90%的學生能夠辨別化合物是否為氨基酸，有95%的學生能正確書寫氨基酸的結(jié)構(gòu)通式（見表3）。可見，學生參與建模活動能很好地理解相關概念。

學生參與以上學習活動，提高了模型與建模、歸納與概括、分析與綜合等科學思維能力，在搜集分析“大頭娃娃”等新聞的活動中，加深了對蛋白質(zhì)與生命活動關系的認識，更加關注自身健康，注意合理膳食，達成預期目標（）。

四、總結(jié)

筆者在設計混合式學習活動的過程中，借鑒UbD理論分3個階段推進，按照6 個維度評估學生的表現(xiàn)，使線上線下活動的呈現(xiàn)更為具體，實現(xiàn)了優(yōu)勢融合。第一階段，筆者依據(jù)課標，根據(jù)學業(yè)要求和學情，按照教學主線，明確學生參與混合式學習的預期結(jié)果，做到設計活動始終以學生理解為先。第二階段，筆者設計恰當?shù)脑u估任務，明確如何實現(xiàn)混合式學習活動的線上線下融合，按照學生理解的6個維度評估學生表現(xiàn)。第三階段，筆者收集學生活動表現(xiàn)的反饋信息，評估教學目標是否達成。無論是課本劇編寫與展示活動，還是氨基酸模型構(gòu)建活動，學生都積極參與，在線討論，互動合作。如此教學實現(xiàn)了優(yōu)勢融合。

在開展混合式學習活動的過程中，筆者使用線上線下相融合的量規(guī)進行評價，有利于動態(tài)反饋教學效果，科學診斷，促進學生發(fā)展。第一課時，在氨基酸結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建的學習活動任務評價過程中，教師布置相關活動任務后，在線下要注意觀察學生課堂表現(xiàn)，在線上根據(jù)小組的自評和互評的反饋情況發(fā)現(xiàn)問題，對課堂教學進度及重難點的講解作出相應的調(diào)整。在教學中教師應鼓勵學生大膽表述觀點，科學評價，促進學生成長和發(fā)展。

混合式學習活動的實施過程中，教師充分利用線上線下混合教學的優(yōu)勢，可提高學生課前預習和課后復習的效率。第一課時的學習活動如果均安排在傳統(tǒng)課堂進行，至少需要兩課時才能完成。筆者實施線上線下混合式教學，大大提高了師生、生生之間交流互動的效率。例如，利用微信群組建小組、借助網(wǎng)絡平臺查閱資料、在線討論課本劇的編寫等，既調(diào)動了學生學習的積極性，又提高了學習效率。每個環(huán)節(jié)教師都能清晰地了解學生的表現(xiàn)，及時改進教學行為，根據(jù)學生的表現(xiàn)隨時調(diào)整教學策略。

信息化環(huán)境下，教學理念與教學方式不斷革新。教師開展線上線下混合式教學，構(gòu)建高效的生物學課堂，有利于學生掌握知識、獲得能力。營造良好的課堂氛圍是有效提升生物學教學質(zhì)量的關鍵。教師需要在未來線下線上混合式教學中不斷探索，構(gòu)建更加高效的生物學課堂，促進學生能力和素養(yǎng)的提升。

注：本文系北京市東城區(qū)教育科學“十四五”規(guī)劃課題“基于UbD的初高中生物大概念教學實踐研究”（編號：DCYB2022039）的成果。

參考文獻

[1] 格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰.理解為先模式[M].盛群力，等譯.福州：福建教育出版社，2018.

[2] 顧家山，劉麗，汪豐云，等.蛋白質(zhì)的研究歷程與諾貝爾科學獎[J].大學化學，2013（1）：79-84.

（作者系北京市第六十五中學高級教師）

責任編輯：祝元志