重構單元發現真實的生命科學

付鑫/北京市十一學校教師

在教學過程中，長期以來總有一個問題困擾著我們。學生經常把生物看作一門依賴于大量記憶的學科，雖然從2015年開始，歷屆高三團隊致力于從診斷評價上體現生物學的理科屬性，但是學生的學習過程并沒有得到質的轉變。我們經過研究，問題主要出在現有課程體系是以知識的系統性為邏輯，從大量鋪設先導知識出發，從中提煉出內在機理，最終落實到相對有限的應用水平上。這必然導致學生在學習過程中缺乏解決生活實際問題的驅動，把學習重點放在大量記憶先導知識上。為了體現出生命科學的理科屬性，讓學生的學習真實發生，我們必須重構課程教學框架，從實際生活中發現問題入手，帶領學生探究機理，用必要的知識作為支撐，最終實現學習遷移，解決實際問題。

在重構課程體系的過程中，我們參考了近些年來國際生物學教育領域的最新研究成果，從核心概念入手對高中生物學內容進行整合。核心概念是學科的基本理念，學生能夠利用這些理念解決實際問題。在多年過后，學生也許已經忘記現在學習的大量知識，但核心概念中蘊含的科學思維和方法已經成為他們解決問題的工具，用來支持終身學習。在借鑒新課程標準、美國《下一代科學課程標準》、英國《科學教育的原則和大概念》等文件的基礎上，我們總結出生物學科六大核心概念（如圖1）：LS1細胞是生物體結構與生命活動的基本單位，LS2細胞的生存需要能量和營養物質，LS3生物體生長、發育、繁殖、衰老和死亡以細胞的生命歷程為基礎，LS4遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳，LS5生物體通過一定的調節機制保持穩態，LS6生物的多樣性和適應性是進化的結果。

（表1）

我們將中學階段生命科學課程劃分成為細胞、代謝、生命歷程、遺傳、穩態、進化與多樣性六大主題，每個主題以核心概念方式表述，打通了現有整個生物課程不同學段、不同模塊、不同章節之間的界限。而這六個核心概念統領的主題就成為教學中的六大學習單元。在完成課程整體布局之后，在實施層面必須有相應標準來對學生的學習進行引導，而現有生物學課程標準仍然以知識邏輯角度出發，所以需要制定符合我們理念的生物學課程標準。

制定學科標準的過程中，我們考慮到了三個維度。第一，是六大核心概念，作為標準中的基本框架。具體到每個核心概念時，我們從我國新課程標準提出的核心素養這一維度進行具體陳述。生物學核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個角度，這與我們重構課程的目的——體現生命科學的科學方法和理科屬性是相契合的。與此同時，我們還考慮到了學習進階這一維度。我們需要明晰學生的不同學習階段該學習到什么范圍、什么深度。這是因為初高中階段生物學的教學內容不是割裂的，在六大核心概念角度上是一以貫之的，因此適合未來學程學習的不應過早涉及，在先前已經明晰的概念也沒有必要重新學習。因此，就形成了8-12年級在不同核心概念、不同核心素養維度所應達到的具體標準。

我們以課程框架中第二個核心概念“細胞的生存需要能量和營養物質”為例（如表1），從三個維度制定的標準。

首先對于核心概念在4個核心素養維度進行分解，形成相對應的標準條目。

之后將每個核心概念中每個核心素養的標準對應8年級、9年級、11年級、12年級的學習進階進行分解，在生命觀念上從個體水平深入到分子水平，在科學思維上從現象深入到本質，在科學探究上從理解深入到創新，在社會責任上從認同深入到參與。

（圖1）

在確定標準之后，我們對于六大主題的學習內容進行了整合。以“細胞的生存需要能量和營養物質”這一單元為例，為了體現學習進階，這一單元涵蓋了初高中相應的內容。此外，我們打破模塊、章節、教材的限制，將高中生物學中必修一、必修三、選修一的內容整合在這一個單元之中，從學生的學習需要出發，完成整個“學習單位”的構建。

在具體落實學習過程層面，我們認為課程標準是統領整個課程的上位要求，需要對標準進行解構，形成單元學習目標。大單元在落實到每個課時時，老師們可以有不同的策略，學生也會有不同的學程，因此最下位的課時學習目標是個性化的。我們需要制定達成師生共識的，指導未來教學和學習實踐的單元學習目標。

以11年級（即高中新授課年級）“細胞的生存需要能量和營養物質”單元為例，來說明單元學習目標的制定。我們借鑒了格蘭特·威金斯的UbD學習目標設定框架。學習目標是對學生經過學習獲得成果的預期。這個預期是建立在課程標準的基礎之上的，我們提取出11年級對應于這一核心概念在4個核心素養維度的課程標準，對這些標準進行解構。

首先，學習遷移是學生應該達成的最高目標，能夠利用所學知識解決實際問題。對于11年級學生：

1.學生能夠運用結構與功能觀、物質與能量觀闡釋生物體組成結構與功能的關系，并結合科學、技術、工程學與數學，解決生活中的實際問題。

2.學生能夠依據生物與環境間物質和能量轉化的原理，提出人與環境和諧相處的合理化建議，養成健康的生活方式。

其次，學習過程中對于問題的深入探究和理解是為了支撐學習遷移水平的目標而設立的過程性目標。學生在完成學習任務的過程中，對于核心問題的不斷探索（例如：細胞如何支持生物體生命活動源源不斷的物質和能量需求；生物與環境相適應、人與生物之間和諧相處的辯證關系），從而自主理解支撐核心概念的學科重要概念：

1.物體物質和能量來源于細胞中不斷發生的物質和能量變化

2.環境條件通過影響細胞的代謝限制生物在不同環境中的分布和生命活動

3.生物體物質和能量平衡是維持整個生態圈穩定的基礎，人類活動能影響生物圈

如果將學習遷移比作廣播電視塔頂端傳播信號的核心裝置，理解意義是支撐傳播裝置的塔身骨架，最后的知能掌握是建筑的一塊塊磚頭。這是理解核心問題過程中通過實踐、試錯、探索出的學科知識，是支撐重要概念的最基礎的科學事實。如，本單元，學生掌握的知識是：

1.指出細胞代謝相關的結構

2.列舉細胞代謝的物質基礎——原料、酶等功能有機分子

3.闡述細胞代謝的反應歷程

4.明確影響細胞代謝的環境條件因素

通過學習過程習得的技能是：

1.繪制簡要的代謝反應流程圖，從支撐材料中提取反應細節

2.設計實驗探究環境條件對代謝影響，關注控制變量、記錄數據、得出結論等要點

3.構建模型描述生態系統物質能量變化

（圖2）

在實踐層面上，學習單位的落實過程，我們的思路是，為實現單元學習目標，我們為學生開發出對應目標的任務，學生可以自主選擇完成任務的順序、方式和進度。為了具有可操作性，我們將有一定綜合性和實踐性的任務分解為互相支撐子任務群，每個子任務都有評價標準提供給學生來對自己是否達到學習目標進行自評，也給教師提供輔導搭設了切入點。我仍以“細胞的生存需要能量和營養物質”這一單元為例，說明在實踐中如何設計任務和評價標準。

我們為學生落實學習設計了三個核心任務，任務來源于本單元的學習目標（如圖2）。三個任務不是遞進關系，是平行關系，都是必須完成的任務，學生可以從任意一個任務切入。用這樣一張圖體現在學習落實過程中學習任務、量規和學習資源的關系。學習任務是顯性的，而通過學習任務達成學習目標必須量規和豐富學習資源的支持。為了方便學生的自我評價，對自主學習規劃起到督導作用，我們通過學習嘗試設計了多種多樣的量規：如針對整個任務的總結性評價的、針對某一個項目學習的、針對在任務中可有所取舍的可選任務的等。

在這樣的設計中，教師完全從課堂上解放出來，主要任務轉變為為學生提供學習資源和工具。學生可以在資源庫中根據自己的需要進行選擇，每一份學習資源都為學生真實地學習生命科學、自主構建核心概念而服務。

教育的進程是緩慢的，教育的轉變也不是一蹴而就的。正如Skilbeck在OECD（歐洲合作與發展組織）中所提到的，課程的設計需要在評價與修訂中逐漸完善，我們分享出的研究成果也是如此。我們逐漸用最新的學習單位構建課程，逐漸記錄與積累學生在課堂上的反饋，這將成為未來課程修訂的重要一手資料，也是逐漸向生物學科不同課程層次轉化的重要經驗。相信，這一次的努力，生物學科的理科屬性將充分得到學生的認同，我們未來美好的愿景是將這種模式在十一學校貫通乃至推廣到更多的學科以及更大的教育領域中。