基于科學思維培養的單元教學活動設計的思考

楊雪峰

(上海市光明中學 上海 200021)

生物學學科核心素養的達成,其關鍵是培養學生的科學思維。 學生積極動手、動腦主動參與的過程是發展思維品質的前提,《普通高中生物學課程標準(2017 年版2022 年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)提出,教師在教學中需要關注學生的學習經歷,通過組織有效的學生活動,幫助學生將參與獲得的直接感受和體驗轉變為理性認識,進而逐步深化對生命現象的認識,內化為對概念的理解,從而促進必備品格和關鍵能力的提升,進而培養社會責任和擔當。

以往的教學實踐過程中,活動教學存在一些問題:①單元教學活動設計還有所欠缺。 每個活動在單元中的地位和意義還不明確,而且課時活動之間缺乏一定的聯系;②教學活動過程中缺乏思維進階,常常忽略了學生思維逐級發展的過程,遠離了學生的最近發展區,導致部分學生參與的積極性和主動性受挫;③過于關注學生活動的結果,忽略了學生活動的過程,不能全方位地評價學生的學習效果。

究其原因,是教師對“活動——概念——素養”三者的關系不明確,對于在活動中學生理解概念的重要性以及素養培育的適切性還沒有深刻的認識。 因此,教師在進行單元活動設計時可思考以下問題。

1 厘清單元概念體系與單元活動的關系,以單元視角設計教學活動

單元中有多個課時,每個課時都有其具體概念,每個具體概念是構建大概念和重要概念的事實和證據。 課時活動指向每節課的具體概念,但每節課簡單的活動疊加并不能將具體概念聯系起來,也不能體現出大單元中的具體概念對大概念和重要概念的支撐作用。 若教師只設計課時教學活動,學生只是學習了一些零散的生物學事實,將這些生物學事實進行抽象和概括來建構知識框架還有一定的難度。 因此,教師要先分析單元的設計思想,理解每個重要概念之間的關系,從整個單元的體系中去思考教學目標,整體布局核心素養的落實。 在單元體系中尋找活動設計的出發點,厘清單元中各個活動之間的關系,了解每個活動所對應的單元目標,分析活動與核心概念、重要概念及其大概念的關系,理解每個活動與學生思維發展和素養培育的關系。 在此基礎上統籌安排每個活動的時間,在大情境、大問題中細化活動任務。

例如,在《必修1·分子與細胞》化合物的學習單元中,先根據《課程標準》的要求制定單元教學目標,從單元目標中找到細胞中有機物結構的共性是化學元素組成單體,單體脫水縮合形成有機大分子物質,有機大分子物質的結構與功能相適應,從而構建了有機物學習的單元體系(圖1),再圍繞單元體系中的每個環節設計四個活動主題。 結構化的單元模型概念體系,將各個活動聯系起來,活動的目的性一目了然,隨著教學內容的深入,活動主題之間也有一定的延展性和進階性,學生思維的深度逐漸加強。 在課時活動時,教師可充分發揮自己的創造性,具體細化設計活動內容,將此模型根植于心中并遷移到單元的每一節課中。

圖1 有機大分子物質單元概念與活動關系

例如,在“蛋白質是重要的生物大分子物質”的課時活動設計中,教師可課前明晰單元活動主題,課中推進學生活動,概念與活動關系的模型逐漸構建成功,學生形成立體化的思維體系(表1)。 再學習糖類、脂質和核酸就是模型的運用和遷移,學生可輕松地運用模型自主學習和了解細胞中有機物的結構與功能,并分析出結構與功能相適應這一生命觀念。 整個單元教學中既教會了學生學習方法,又落實了生命觀念,并滲透了健康飲食的生活方式。

表1 單元視角下的“蛋白質是生物大分子物質”課時活動設計

2 評價前置使單元活動設計更指向目標達成

傳統的教學設計流程是“目標——活動——評價”。 1999 年美國學者威金斯和麥克泰格提出“逆向教學設計”,即“目標——評價——活動”,提出“從終點——預期的結果出發,根據《課程標準》要求確定合適的評估證據,再進行學習體驗和教學的設計”,如圖2 所示是其設計過程的三個階段。 該教學設計將評價前置,要求教師在活動設計之前就要明晰哪些證據和事實能夠證明學生的學習是有效的,學生可能會達到怎樣的程度等等,這樣更能將學生的原有經驗認知與單元目標聯系起來,學生的隱性思維能更直觀地表達出來,使得后續的活動設計更有針對性,學生的思維發展更有進階性,教師還能提前根據學生的反饋準確衡量教學活動的效果,及時調整教學節奏,讓單元活動更好地服務于單元目標的達成。

圖2 逆向教學設計過程的三個階段

例如,《必修1·分子與細胞》中第三章“細胞的結構”這一單元圍繞的大概念是“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”,重要概念是“細胞各部分結構既分工又合作,共同執行細胞的各項生命活動”,根據《課程標準》要求并依據逆向教學設計原理進行單元活動設計,“細胞由質膜包裹”在本單元的逆向單元活動設計見表2,重點體現了單元目標、評價指標和單元活動設計三者的關系和對科學思維的培養。 將評價指標置于單元目標與單元活動設計之間,強化了以學生的學習為中心的教育理念。 根據評價指標,教師的教會更有的放矢,學生的學習也有方向。 在活動中教師可以即時收集學生活動的信息,引導學生基于生物學事實和證據不斷地運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等思維方法,發展科學思維品質,提升科學探究能力,同時,結構與功能相適應的生命觀念也得到了滲透,學生能運用結構與功能觀審視和論證生物學社會議題。

表2 “細胞由質膜包裹”逆向單元活動設計

3 單元活動設計要與學生的思維發展相匹配

活動過程是學生理解概念的過程,但從概念理解到解決問題,這是概念內化和遷移的過程,同時也是思維發展的過程。 因此教師在進行單元活動設計時要注意先考慮基本概念和拓展概念之間的關系,要注意合理分層地設計活動,推進科學思維的進階發展,要注意給學生建立思維模型,還要培養學生運用模型分析問題的能力。

比如在“遺傳的分子基礎”這一單元中,本單元的單元學習活動是圍繞中心法則的建立和遷移運用設計的。 學生是在了解了遺傳物質的本質和結構的基礎上,學習DNA 復制、轉錄和翻譯的過程。 復制、轉錄和翻譯這些都是基礎概念,是學生初次接觸的新概念,因此,活動設計可以先簡單一些,比如讓學生閱讀教材的方式,進行分析概括,學生通過獨自閱讀教材內容并結合已有知識就可以完成概念認識,并在此過程中逐步構建出遺傳信息傳遞的中心法則模型。

建構模型是高階的思維。 中心法則這個概念是基本概念的延伸,對它的學習屬于深度學習,所以遺傳信息傳遞的模型不能只停留在建立的層面上,需要學生深刻理解。 因此,教師可再讓學生思考問題“中心法則將核酸與蛋白質這兩大生命大分子物質聯系起來,它們是通過什么具體方式聯系起來的呢?”這個問題可以設計讓學生以討論的方式進行探討,在討論中讓學生更深入地理解堿基互補配對原則,理解復制、轉錄和翻譯的過程和實質,強化遺傳信息傳遞的意義。 而在講解“基因選擇性表達導致細胞的差異化”時,教師可以讓學生利用中心法則解釋環境改變對基因表達的影響,并在學習“表觀遺傳機制調控基因表達”時,讓學生進一步運用中心法則模型來建立表觀調控機理的模型,這樣學生就更清楚地知道表觀調控在中心法則的哪個環節,遺傳信息為什么不能表達,最后能運用調控模型分析新的表觀遺傳現象,從而實現了思維的進階發展。 這也同時滲透了科學家的探究精神和科學家的思維品質。

綜上,單元活動是單元教學的重要組成部分,是發展學生的思維品質、培育學科核心素養的重要環節,是學生形成正確的價值觀、必備品質和關鍵能力的重要途徑。 通過逆向設計單元活動,教師可全程監測學習過程,判斷目標預設與學生實際情境的差距,及時調整課堂教學,促進學生的深度學習。