基于UbD理念的高中生物學教學設計

劉利　伍春蓮

［摘 要］《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》提出了“核心素養為宗旨”“內容聚焦大概念”“教學過程重實踐”“學業評價促發展”的學科課程基本理念［1］，UbD理念與新課程基本理念相契合。文章以新人教版高中生物學必修1“光合作用的原理”為例，探求基于UbD理論的高中生物學教學設計，以促進學生理解，為核心素養的落實提供一個可循方案。

［關鍵詞］UbD理念；高中生物學；教學設計

［中圖分類號］? ? G633.91? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2024）05-0089-04

一、概念界定

（一）UbD理念

“UbD”是由美國教育學者格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格提出的一種教學設計理論。UbD，即追求理解的教學設計。UbD理念強調理解的重要性，以學習者為中心，采用逆向教學設計。逆向教學設計是相對傳統的“教材分析—教學目標—教學重難點—教學過程—教學反思與評價”的教學設計而言的。逆向教學設計分為三個步驟，依次為預期結果的確定、尋找合適的評估證據、設計學習體驗和教學活動，它是一種指向理解的教學設計方式。

（二）理解

在UbD理念下，“理解”被劃分為“六個側面”和“三個層面”。“六個側面”指的是學習者對知識的認知程度，依次為解釋、闡明、應用、洞察、神入和自知；“三個層面”則是根據知識本身在單元或課時中的重要程度進行劃分的，它可以幫助教師在教學設計時明確教學的優先次序。

“理解”的“六個側面”和“三個層面”呈現了一個清晰的二維規劃和評估藍圖，教師在進行教學設計時可以據此將不同的知識進行分類，明確知識處于哪一層次以及學生應該達到何種理解程度，并通過教學活動中相應的表現性任務對學生的理解情況進行測量，幫助學生實現真正的理解。

二、基于UbD理念的高中生物學教學設計——以“光合作用的原理”為例

（一）教學單元分析

本文選取“細胞的能量供應和利用”作為教學單元，單元內容來自新人教版高中生物學必修1第5章。在選定教學單元后，首先對教學單元進行分析，通過分析教材、課程標準以及學生實際情況等確定單元教學目標（見表1）；其次根據單元教學目標并參考理解的“三個層面”，對單元內容進行知識點優先次序的劃分（見表2），從而明確學生所要達到的理解程度，以指導課時教學設計。

（二）課時內容分析

光合作用是地球生物圈中最為重要的化學反應之一，“光合作用的原理”部分的知識對于幫助學生認識光合作用在生物圈中的重要作用，以及理解“細胞的生存需要能量與營養物質”的單元核心概念具有重要意義。但該部分內容涉及的物質與能量轉化比較微觀抽象，學生理解起來存在一定的困難。因此，教師在教學中要注意引導，并適當采用直觀的方式呈現相關生物學事實、現象，進而強化學生的感官體驗，幫助學生理解概念。

（三）學生情況分析

高一學生在心理上處于形式運算階段，他們的抽象思維基本形成，求知欲較強，對于實驗探究有較濃厚的興趣。在能力方面，高一學生基本了解科學探究過程，邏輯思維初步發展。因此，在教學策略的選擇上，教師可以多用推理探究的方式引導學生建構生物學概念，把握知識本質。

（四）教學設計

步驟一：確定預期結果

1.教學目標

（1）通過探究光合作用過程，了解光能轉化為有機物中的化學能的過程，并從物質與能量觀的角度說明該過程中的物質變化與能量轉化。（單元教學目標2）

（2）通過對光合作用科學史的探究與分析，嘗試推理光合作用原理，并構建光合作用的反應模型。（單元教學目標4）

（3）學習光合作用在現實生活中的應用，了解綠色植物的光合作用對生產生活、環境保護的重要性。（單元教學目標6）

2.其他指導教學的思考

在確定教學目標后，為了更好地幫助學生理解知識，還需要預設學生通過學習將會理解什么，會獲得什么知識或技能，以及哪些問題能夠啟迪學生思考并深化知識理解（見表3），同時要思考如何才能便于教學安排和評價實施。

步驟二：確定評估證據

根據預期結果，設計能夠證明學生學習成果的表現性任務：

（1）構建光合作用的反應模型，并向他人做介紹。

（2）“對戰能源危機”：利用光合作用原理，設計轉化、利用或儲存太陽能的方案。

其他能夠證明學生學習成果的證據：

（1）測試題——光合作用各階段的物質變化與能量轉化

（2）學生自評——模型和方案

（3）課堂觀摩——課堂參與情況（推理論證、實驗設計、方程式書寫等）

步驟三：設計學習體驗與教學

在完成前兩個環節后，教師需根據教學目標、評估證據設計相應的教學活動，教學活動的開展始終圍繞教學目標的達成進行。

1.創設情境，設疑導入

資料：綠色植物將太陽能轉化為化學能，為地球上的生命提供能源和物質基礎。科學家發明“人工樹葉”，利用光合作用將太陽能轉化為清潔能源。發明新一代“人工樹葉”的諾賽拉教授說：“人類終有一天會發現‘植物們守護著的秘密。”

提問：諾賽拉教授說的“植物們守護著的秘密”是什么？綠色植物又是如何為地球上的生命提供能源和物質基礎的？

設計意圖：結合植物在生態系統中的重要作用，從實際生活切入，引出光合作用，快速激發學生的好奇心和求知欲，引發學生的學習興趣。

2.回顧舊知，建構概念

教師引導學生回顧初中所學的光合作用化學反應式，并請一名學生上臺書寫。

教師請一名學生根據化學反應式歸納“光合作用”概念，另一名學生參考書本黑體字部分予以完善或糾正。教師進一步強調正確的“光合作用”概念，并說明該概念的得出經過了長期的探索過程。

設計意圖：鏈接新舊知識，為新知識的學習搭建橋梁，同時也讓學生認識到知識的學習是無止境的，科學發現是長期論證的過程。

3.探索科學史，揭秘原理

環節一：光反應階段

【科學史1】19世紀末的普遍觀點

觀察反應式，猜測產物O2中O的來源。

提問：O2中的O是來源于CO2還是H2O？

引出希爾實驗并進行探究。

【科學史2】希爾實驗

思考：（1）該實驗是否能說明植物光合作用產生的O2中的O全部來源于H2O？（不能，因為懸浮液中可能存在含有O的物質）（2）該實驗是否能說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應？（能，因為沒有CO2反應仍能進行，并產生O2）

設計意圖：利用科學家探究光合作用原理的相關實驗引導學生一步步探究、推論，最終歸納出光合作用的原理。

提問：如何驗證O2中的O全部來源于H2O？

【科學史3】魯賓和卡門實驗

設計實驗：類比追溯胞外蛋白分泌過程中采用的科學方法，推理驗證O的來源方式（同位素示蹤法）。

在白板上展示實驗用具，引導學生設計實驗。

得出結論：光合作用所釋放的O2中的O全部來源于H2O，而不是CO2。

設計意圖：引導學生通過親自推理、探究，理解光合作用過程的物質與能量變化，培養學生的科學思維，使學生掌握科學探究的一般方法，提高學生的課堂參與度。

【科學史4】阿爾農實驗

進一步探究希爾實驗中溶液變色的還原性物質是什么。

分析：在白板上呈現阿爾農實驗的過程，分析該實驗涉及的化學反應。

得出結論：還原性物質為NADPH，該階段還有ATP的產生。

【總結】根據以上實驗總結光反應階段的含義、物質變化與能量轉化，并結合結構與功能相適應的觀點分析光反應階段的場所（類囊體膜上）。

【視頻播放】播放光反應階段的視頻，讓學生直觀感受光合作用的微觀過程。

設計意圖：借助視頻，化抽象為具體，加深學生對知識的理解。視頻以其形象生動的特點大大提高了學生的學習興趣，吸引了學生的注意力。

【過渡】光反應階段的產物（ATP、NADPH）去哪兒了？

環節二：暗反應階段

【科學史5】阿爾農的再實驗

去除色素，黑暗條件，提供葉綠體基質中的酶、ATP、NADPH、CO2，觀察到糖類的產生。

得出結論：二氧化碳在有酶、ATP、NADPH的條件下經過一系列反應，轉變為糖類物質。

引出暗反應階段的概念。

【科學史6】卡爾文實驗

探究CO2最終轉變為（CH2O），C的轉化路徑（同位素示蹤法）。

【歸納】暗反應階段的過程（CO2的固定和C3的還原）。

環節三：模型構建（表現性任務）

根據光反應階段和暗反應階段的過程嘗試構建光合作用的反應模型。

設計意圖：串聯、整合知識，培養學生歸納與概括的思維。根據學生模型構建的完整性，檢驗學生對知識的理解程度。

4.課堂小結

結合模型，總結光合作用的過程及原理并完成課堂小測。

5.鞏固應用

對戰能源危機（表現性任務）：

資料：長期以來，人類一直以煤、石油、天然氣等作為主要能源，對這些化石燃料的過度消耗導致了嚴重的環境污染，造成了氣候變化，人類面臨著前所未有的能源危機。光合作用能轉化并儲存太陽能。

請同學們結合本節課所學的知識，搜集相關資料，以小組為單位設計轉化、利用或儲存太陽能的方案。

三、總結反思

基于UbD理念的教學設計是指向核心素養的一種教學設計模式，對促進學生真正理解知識具有重要作用。基于UbD理念的教學設計作為一種新興的教學設計模式，在我國的應用還較少，因此在進行基于UbD理念的教學設計時教師需要注意以下幾點：①要圍繞某一主題進行內容選擇，這一主題可以是核心概念，也可以是一個項目活動；②目標設定統領評價和活動設計，評估證據指導學習活動，教學活動指向目標達成，三個階段環環相扣，形成閉環；③教學過程注重真實情境創設，表現性任務要具有挑戰性、綜合性，且能推進核心素養目標達成。

總之，教師要繼續實踐與努力，在生物學教學中利用基于UbD理念的教學設計模式落實核心素養，幫助學生實現對知識的真正理解。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］? 威金斯，麥克泰格.追求理解的教學設計［M］.上海：華東師范大學出版社，2017.

（責任編輯 黃春香）