数字化视域下指向核心素养的初中生物学逆向教学设计

摘要

以生物学学科核心素养为指向，以“光合作用吸收二氧化碳释放氧气”一节为例，基于UbD理论进行数字化视域下的教学设计，开展教学实践后反思课堂，发现基于UbD理论进行教学设计，有利于学生核心素养的落实和教学评一体化的实现，央馆虚拟实验平台能够助力生物学教学由探究走向实践。

关键词

UbD理论 / 逆向教学设计 / 核心素养 / 虚拟实验平台 / 光合作用

数字化技术的合理应用是课堂教学的有力支撑，尤其是虚拟实验平台的应用，缩短了探究实验时长，能给学生更多探究和研讨的时间，且实验现象明显，大大提高了课堂教学效率，解决了实验材料难找等问题。以“光合作用吸收二氧化碳释放氧气”一节为例，在教学中先让学生设计探究实验，再利用虚拟实验平台完成实验，将信息技术深度融入教学。同时，为突破传统教学以知识技能为主设计教学活动的不足，以核心素养为指向，基于UbD理论逆向设计教学，利用虚拟实验平台创设以学生体验为主的活动情境，促进学生沉浸式学习，突出学生主体地位，实现教学评一体化。

1 UbD理论概述

Understanding by Design，简称UbD，意为“追求理解的教学设计”，由美国课程与教学专家格兰特·威金斯（Grant Wiggins）和杰伊·麦克泰格（Jay McTighe）提出，是一种基于反思的、旨在促进学生理解的逆向教学设计理论^［1］。基于UbD理论的教学设计包括3个阶段：确定预期结果—确定合适的评估证据—设计学习体验和教学活动。其中，阶段一“确定预期结果”要求深化课程理念，制订学习预期结果，基于学情明确学习者目标和意义。阶段二“确定合适的评估证据”要求确定多样化的评估方式，针对不同的问题确定不同的表征证据，及时反馈教学，使得教学评一体化。阶段三“设计学习体验和教学活动”在明确学习目标和评估证据的基础上，以学生为主体设计教学活动和学习方法，加深学生对教学概念的理解，促进课堂教学活动开展的有效性。每个阶段之间相互联系、层层递进，均包含多个需要思考的问题和内容，使得教学思路清晰，重难点突出，核心概念和问题聚焦，有利于教学活动的开展。笔者以生物学学科核心素养为指向，以“光合作用吸收二氧化碳释放氧气”一节为例，基于UbD理论进行教学设计，凸显学生主体地位，促进学生探究实践和科学思维能力的提升，在探究实践中建构物质能量观。

2 基于UbD理论的数字化教学设计

2.1 明确预期结果

基于UbD的教学设计首先要明确预期结果，即深化课程理念，基于学情分析，以生物学内容为载体，围绕核心素养预期教学目标的达成，包括确定学生素养发展、需要学生深入持久理解的概念、核心问题、知识与技能4个方面。在“光合作用吸收二氧化碳释放氧气”一节中，主要涉及光合作用的实质及光合作用在农业生产上的应用两部分内容，学生已经学习了光合作用合成的有机物主要为淀粉，光合作用的必需条件为光照，光合作用的场所为叶绿体。本节课重在通过科学史和探究实验验证光合作用的原料和产生的气体，以揭示光合作用的实质，进而让学生理解能量的转换以物质为载体，建构物质能量观^［2］。为了让学生体验光合作用原理探究过程中科学史的发展及探究过程，可以运用央馆虚拟实验平台来演示探究实验。知识是手段，学生发展才是目的，生物学知识与人类生产生活密切相关，学生要学会生物学知识的迁移应用，树立健康生活和为社会服务的责任意识，因此，光合作用在农业生产上的应用也是学生需要深入思考和探究的问题。同时，明确学生需要掌握的知识和技能是教学评价形式设计的基本依据，是预设教学目标和活动开展的基础，核心素养指向下的教学聚焦核心概念的建构和科学思维能力的提升，本节课建构的核心概念为“光合作用实质及在农业生产上的应用”^［3］，预期结果具体呈现如表1所示。

2.2 确定合适的评估证据

在明确预期教学目标后，传统教学设计一般会直接设计教学活动并开展，这往往使得在课堂教学中，教师容易将注意力集中到教学任务和教学活动的开展上，会忽视师生互动中产生的新问题，对课堂生成的资源利用不充分，对课堂文化的生成难以重视，忽视学生价值观的培养和发展。

基于UbD的教学设计在明确预期教学目标后先找到合适的评估证据，在教学设计中注重对学生的预设，有利于在论证思辨的过程中及时反馈教学，以学论教，凸显学生主体地位，追求设计学生理解、乐于参与的教学活动。通过希沃白板丰富教学活动，央馆虚拟实验平台助力探究实验开展，针对不同的问题采用适合的评估形式，以反馈学生的掌握情况，有利于推动后续教学环节的开展。确定合适的评估证据如表2所示。

2.3 设计学习体验和教学活动

在明确预期结果和确定合适的评估证据基础上，以核心概念的建构为主线，以学生为主体设计学习体验和教学活动，利于沉浸式教学的发生，能够激发学生对生命科学本质的深入思考，加深学生对核心概念的理解。在本节教学中主要涉及的核心概念为“光合作用的实质及在农业生产上的应用”，主要通过科学史梳理及实验探究建构概念，揭示光合作用的原理。通过设计探究实验理解对照实验中控制单一变量原则的意义，学会分析观察和表达交流。

在具体教学中，通过利用监测工具——“WHERETO”要素提升教学活动的吸引力和有效性，以检查教学活动和学习体验对预期结果达成的作用。其中，W（Where＆Why）表示方向和原因，在教学前要给学生明确学习预期目标和意义，包括已有基础概念、将要达到的目标和达到学习目标的策略方法，涉及Where from ＆ Where to的问题；H（Hook＆Hold）表示吸引和保持，强调有效的、发人深省的“锚点或情境”吸引学生参与挑战性任务和概念建构；E（Explore＆Experience）代表探索和体验，指为完成预期目标和表现性任务应设计的学习活动、经验、工具、知识，以及技能；R（Reflect＆Rethink＆Revise）代表反思、重新考虑与修改，通过自评和教师反馈对学习状况和表现进行反思，引导学生对重要概念反思批判，修正、建构正确的概念；E-2（Evaluate）代表工作及进展，在该阶段要引导学生自我评估、评价、调整，明确未解决的问题，对需要进一步探究和改进的问题作出判断；T（Tailor）指量身定制，应设计不同的教学方法来适应学生个人的兴趣、风格和需求，以提升所有学生的参与度和有效性；O（Organize）代表为最佳效果而组织，强调教学组织形式的重要性，合理的教学组织形式能够促进学生对教学内容的深刻理解，提高学生参与度和有效性^［1］。7个要素之间层层递进、相互融合、互相促进，能够帮助教师厘清教学思路和教学环节，很好地检测课堂教学效果，应用过程如表3所示。

3 教学实践与反思

通过运用UbD理论来设计、构建有效课堂，可以清晰地呈现出课堂的预期效果，并且通过提供恰当的评价证据设计学生探究活动，能够明确教学目标，及时反馈目标达成的程度，发现教学中存在的问题，有利于师生教学反思与策略改进。尤其利用“WHERETO”要素检测课堂教学，一方面利于教师厘清核心概念和核心问题，为学生呈现清晰的组织材料，另一方面能够及时反馈教学，能够及时引导学生加深对概念的理解。虚拟实验平台的利用，使得实验效果明显，实验过程简易化，较好地辅助了课堂教学。

通过教学实践发现，基于UbD理论的学生活动和体验更能够提升学生的课堂参与度和教学的有效性，更能够突出学生的主体地位，在学生深入思考探究的过程中，有利于核心概念的建构和科学思维能力的提升。在本节教学中，学生通过设计探究实验、观察演示实验、梳理光合作用相关科学史等活动，逐步揭示了光合作用的原理及实质，建构了物质能量观，并培养了学生实事求是的科学品质和严谨的科学精神。利用光合作用原理探究在农业生产中提高光合作用的措施，拓展了学生科学思维和迁移应用能力，有利于社会责任意识的形成，有利于生物学学科核心素养的落实，进而有利于学科育人价值的实现。

参考文献

[1] 格兰特·威金斯，杰伊·麦克泰格.追求理解的教学设计［M］.上海：华东师范大学出版社，2017.

[2] 中华人民共和国教育部. 义务教育生物学课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

[3] 顾源媛.核心素养取向的初中生物学教学目标建构［J］.生物学教学，2023，48（11）：7-9.

基金资助

甘肃省教育科学“十四五”规划2023年度一般课题“指向核心素养的初中生物学逆向教学设计研究”，编号：GS〔2023〕GHB0181