基于UbD理論的高中生物學(xué)單元逆向教學(xué)設(shè)計

趙萌萌 孫立榮

關(guān)鍵詞：高中生物學(xué)；UbD理論；單元；逆向設(shè)計

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）（以下簡稱“新課標(biāo)”）對高中生物學(xué)的課程目標(biāo)進(jìn)行了修訂。課程目標(biāo)轉(zhuǎn)變的同時要求教學(xué)設(shè)計的變革，教師在進(jìn)行教學(xué)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(xué)者格蘭特·威金斯和英國學(xué)者杰伊·麥克泰格[2]提出的追求理解的教學(xué)設(shè)計（Understanding by Design，UbD）旨在為學(xué)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(xué)習(xí)遷移能力，這與新目標(biāo)的要求相契合。本研究以UbD理論為基礎(chǔ)，對“細(xì)胞的生存需要一定的物質(zhì)與能量”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，初步探索如何基于該理論進(jìn)行逆向單元教學(xué)設(shè)計。

1 UbD理論概述

UbD理論倡導(dǎo)教學(xué)設(shè)計“以終為始”，并提出了“確定預(yù)期目標(biāo)—確定合適的評估證據(jù)—設(shè)計學(xué)習(xí)體驗和教學(xué)”逆向順序的教學(xué)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(xué)計劃中的WHERETO元素等理論知識對教師進(jìn)行單元教學(xué)也起到了較大的輔助作用。

1.1 大概念

UbD理論認(rèn)為大概念是學(xué)科的核心，是理解的必要條件，對學(xué)科大概念的掌握能讓學(xué)生具備應(yīng)用和遷移知識的能力[2]。同時，新課標(biāo)也提出了“內(nèi)容聚焦大概念”的基本理念，旨在讓學(xué)生深刻理解和應(yīng)用重要的生物學(xué)概念，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)[3]。由此可見，大概念對學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)具有重要作用，學(xué)習(xí)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(xué)生具備知識遷移能力，培養(yǎng)學(xué)生這種能力是良好教育的關(guān)鍵[2]。由于理解的復(fù)雜性，UbD理論提出了多側(cè)面的視角，當(dāng)學(xué)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(xué)知識進(jìn)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(dá)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(xué)習(xí)的過程對自身有更加深刻的了解和認(rèn)識。此外，理解六側(cè)面在教師確定預(yù)期學(xué)習(xí)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(dǎo)用基本問題來架構(gòu)所確定的目標(biāo)，能促進(jìn)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(xué)生深入思考和探究，甚至揭示更多的問題，而該過程就促進(jìn)了學(xué)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(rèn)為教學(xué)評估應(yīng)貫穿于整個教學(xué)過程中，應(yīng)在教學(xué)過程中使用各種方法和形式收集大量可以判斷學(xué)生理解程度的證據(jù)[2]，這也有助于實現(xiàn)“教-學(xué)-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(xué)活動時確保每個學(xué)生都能理解，UbD理論提供了教學(xué)計劃中的WHERETO元素，以給教學(xué)設(shè)計者提示。其中，W代表學(xué)習(xí)方向（Where）和原因（Why），意為教師要保證學(xué)生學(xué)習(xí)時知道為什么要學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容并確保學(xué)生了解學(xué)習(xí)目標(biāo)；H代表吸引（Hook）和保持（Hold），意為教師的教學(xué)要能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；E代表探索（Explore）和體驗（Experience）、準(zhǔn)備（Equip）和使能（Enable），提示教師要為學(xué)生提供必要的知識、技能以及工具并幫助學(xué)生實現(xiàn)目標(biāo)；R代表反思（Reflect）、重新考慮（Rethink）與修改（Revise），意為教師要為學(xué)生提供機會和時間反思自己的學(xué)習(xí)過程，并修正自己的學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)生的特點提出不同的要求、設(shè)計不同的教學(xué)和評價方案；O代表最佳效果導(dǎo)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(xué)生深刻地理解所學(xué)內(nèi)容。

2 “細(xì)胞的生存需要一定的物質(zhì)與能量”單元逆向教學(xué)設(shè)計

根據(jù)新課標(biāo)，“細(xì)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(xué)大概念2“細(xì)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(xué)概念按照“確定預(yù)期結(jié)果—確定合適的證據(jù)—設(shè)計學(xué)習(xí)體驗”的順序進(jìn)行設(shè)計，可以得到單元逆向教學(xué)設(shè)計。

2.1 階段1—確定預(yù)期結(jié)果

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)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(xué)核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，而對生物學(xué)大概念的學(xué)習(xí)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(biāo)中的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求，同時結(jié)合學(xué)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(xué)生的預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果。

2.1.1 確定的目標(biāo)

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

2.1.2 確定目標(biāo)后需思考的基本問題

細(xì)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(jìn)行物質(zhì)和能量交換的？細(xì)胞從環(huán)境中獲取的物質(zhì)和能量在細(xì)胞內(nèi)會發(fā)生怎樣的轉(zhuǎn)化，這些轉(zhuǎn)變?yōu)楹尾荒茉诩?xì)胞外發(fā)生？

2.1.3 通過基本問題預(yù)期的學(xué)生收獲

（1）學(xué)生將會理解：細(xì)胞生活在內(nèi)環(huán)境中，細(xì)胞膜不僅是一道屏障，可以將細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境隔開，也是控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的門戶，并且不同的物質(zhì)通過不同的跨膜運輸方式進(jìn)出細(xì)胞；細(xì)胞所需能量是由酶催化的一系列化學(xué)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(xué)生將會知道：細(xì)胞膜具有選擇透過性，可以控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞，不同的物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞讲煌患?xì)胞內(nèi)的物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)換需要通過由酶催化的化學(xué)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(xì)胞呼吸，細(xì)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(xì)胞所利用能量的源頭是太陽能。

（3）學(xué)生將能做到：闡明細(xì)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(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)；理解細(xì)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(fù)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(xì)胞呼吸和光合作用等科學(xué)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(xué)生是否真正理解知識的評估證據(jù)，為了實現(xiàn)“教-學(xué)-評”的一致性，在確定評估方法時同樣要以生物學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展為目標(biāo)，要設(shè)計多樣化的評估方式，并且將評估貫穿教學(xué)始終。根據(jù)筆者分析，在“細(xì)胞的生存需要一定的物質(zhì)與能量”這一概念所包含的學(xué)習(xí)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(jìn)行評估，而對于需要學(xué)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(jìn)行評估，對表現(xiàn)性任務(wù)所要達(dá)到的目標(biāo)、展現(xiàn)形式和評估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)的說明。

2.2.1 能證明學(xué)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(xué)知識，說明如何才能做到合理施肥。

此任務(wù)意在使學(xué)生理解“合理施肥”蘊含的生物學(xué)知識，能認(rèn)識到生物學(xué)知識與生產(chǎn)生活的密切聯(lián)系，并能利用其來指導(dǎo)實踐。此任務(wù)需要學(xué)生詳細(xì)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(jìn)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(xué)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(xué)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(xué)生列舉影響光合作用強度的因素，并且學(xué)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(fù)實驗。學(xué)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(xì)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(xué)生繪制一幅手抄報詳細(xì)說明某同學(xué)中午食用的米飯是怎樣為其下午的學(xué)習(xí)活動提供能量的。

此任務(wù)旨在讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)生物學(xué)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(rèn)識到細(xì)胞生命活動中存在物質(zhì)與能量的統(tǒng)一，了解生物學(xué)知識與人類生活的密切聯(lián)系。學(xué)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(xué)生對“細(xì)胞膜的選擇透過性”這一問題的理解以及學(xué)生對酶的化學(xué)本質(zhì)、作用及特點的認(rèn)識程度；通過課堂檢測的方式了解學(xué)生對物質(zhì)跨膜運輸方式的過程和特點的理解、細(xì)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(xué)生在討論“為什么說ATP是驅(qū)動細(xì)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(xué)生分別舉例說明酶、細(xì)胞呼吸和光合作用等科學(xué)知識在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

在單元學(xué)習(xí)結(jié)束后，讓學(xué)生進(jìn)行自我評估和反饋，反思自己能否清晰闡述細(xì)胞獲取物質(zhì)和能量的整個過程，能否認(rèn)識到細(xì)胞生命活動中存在物質(zhì)與能量的統(tǒng)一，認(rèn)識到生物學(xué)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(dǎo)生產(chǎn)生活，并反思自己在單元學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)較好之處與不足之處，提升元認(rèn)知能力。

2.3 階段3—設(shè)計學(xué)習(xí)體驗

根據(jù)階段1的預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果和階段2的評估證據(jù)雙重導(dǎo)向，并結(jié)合WHERETO元素設(shè)計階段3的學(xué)習(xí)體驗。

2.3.1 新課導(dǎo)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(jìn)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(xì)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(xì)胞的邊界又是怎樣控制細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)運輸?shù)模?/p>

2.3.2 目標(biāo)展示

教師給學(xué)生介紹基本問題和表現(xiàn)性任務(wù)。

2.3.3 單元學(xué)習(xí)過程

學(xué)習(xí)活動1：師生共同探究細(xì)胞膜的選擇透過性，教師以提問的方式評估學(xué)生對細(xì)胞膜的選擇透過性的理解。

學(xué)習(xí)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(jìn)行課堂測驗。

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

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

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

學(xué)習(xí)活動5：師生通過探究實驗、分析資料探討學(xué)習(xí)細(xì)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(xué)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(xì)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(jìn)行課堂測驗，學(xué)生分別舉例說明酶、細(xì)胞呼吸和光合作用等科學(xué)知識在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

表現(xiàn)性評價3：學(xué)生繪制一幅手抄報詳細(xì)說明某同學(xué)中午食用的米飯是怎樣為其下午的學(xué)習(xí)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(xué)生反思自己對“細(xì)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(xué)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(xué)科知識理解與記憶的傳統(tǒng)教學(xué)已不能滿足當(dāng)今學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求，這就要求教育專家學(xué)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(xué)能讓學(xué)生在一系列有聯(lián)系的學(xué)習(xí)活動中完成對學(xué)科大概念的構(gòu)建，并體會學(xué)科知識蘊含的學(xué)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(xué)設(shè)計更是在單元教學(xué)的基礎(chǔ)上一改傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計的步驟，將對教學(xué)評價的設(shè)計提前，依據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)評價設(shè)計學(xué)習(xí)活動，更有利于實現(xiàn)“教-學(xué)-評”的一致性。因此，基于UbD理論的單元教學(xué)設(shè)計是一條值得探索且可以落實學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的有效路徑。

首先詳細(xì)介紹了UbD理論的相關(guān)要點，其次以高中生物學(xué)學(xué)科大概念“細(xì)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(jìn)行單元逆向教學(xué)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(xué)習(xí)體驗”的逆向順序進(jìn)行。此外，在確定預(yù)期結(jié)果和評估證據(jù)時，要詳細(xì)參考課程標(biāo)準(zhǔn)中的學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量的具體內(nèi)容，在以課標(biāo)的要求為基準(zhǔn)、以核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)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(xué)生主動性和積極性的活動，使學(xué)生在學(xué)習(xí)生物學(xué)大概念的過程中將生物學(xué)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。