基于UbD理論的高中生物學單元逆向教學設計

趙萌萌 孫立榮

關鍵詞：高中生物學；UbD理論；單元；逆向設計

《普通高中生物學課程標準》（2017年版）（以下簡稱“新課標”）對高中生物學的課程目標進行了修訂。課程目標轉變的同時要求教學設計的變革，教師在進行教學設計時要從設計一個知識點或課時轉變為一個大單元[1]。美國學者格蘭特·威金斯和英國學者杰伊·麥克泰格[2]提出的追求理解的教學設計（Understanding by Design，UbD）旨在為學生提供概念理解的框架，揭示與內容相關的大概念，提升學習遷移能力，這與新目標的要求相契合。本研究以UbD理論為基礎，對“細胞的生存需要一定的物質與能量”進行教學設計，初步探索如何基于該理論進行逆向單元教學設計。

1 UbD理論概述

UbD理論倡導教學設計“以終為始”，并提出了“確定預期目標—確定合適的評估證據—設計學習體驗和教學”逆向順序的教學設計方法。UbD理論包含的大概念、理解六側面、基本問題、評估與反饋以及教學計劃中的WHERETO元素等理論知識對教師進行單元教學也起到了較大的輔助作用。

1.1 大概念

UbD理論認為大概念是學科的核心，是理解的必要條件，對學科大概念的掌握能讓學生具備應用和遷移知識的能力[2]。同時，新課標也提出了“內容聚焦大概念”的基本理念，旨在讓學生深刻理解和應用重要的生物學概念，發展生物學學科核心素養[3]。由此可見，大概念對學生學習和教師教學具有重要作用，學習大概念是發展核心素養的路徑之一。

1.2 理解六側面

理解可以使學生具備知識遷移能力，培養學生這種能力是良好教育的關鍵[2]。由于理解的復雜性，UbD理論提出了多側面的視角，當學生真正理解時，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系，闡明事物的本質；（2）能闡明，根據自己的理解，通過圖片、類比和模型等方式將自己的想法表述出來；（3）能應用，在面對真實情境中的相關問題時，運用所學知識進行解釋和解決；（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，直達事物本質或者能在先前已有知識經驗的基礎上對新事物形成更加深刻的理解；（6）能自知，通過學習的過程對自身有更加深刻的了解和認識。此外，理解六側面在教師確定預期學習結果和評估證據時都有幫助。

1.3 基本問題

UbD理論倡導用基本問題來架構所確定的目標，能促進對某一主題單元內容的理解，也能激發知識間的聯系和遷移[2]，并且一個好的基本問題不能用簡短的句子來回答，需要學生深入思考和探究，甚至揭示更多的問題，而該過程就促進了學生深入、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理論認為教學評估應貫穿于整個教學過程中，應在教學過程中使用各種方法和形式收集大量可以判斷學生理解程度的證據[2]，這也有助于實現“教-學-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）、傳統隨堂測驗和考試、開放式問答題和表現性任務。

1.5 WHERETO元素

為了在設計教學活動時確保每個學生都能理解，UbD理論提供了教學計劃中的WHERETO元素，以給教學設計者提示。其中，W代表學習方向（Where）和原因（Why），意為教師要保證學生學習時知道為什么要學習該部分內容并確保學生了解學習目標；H代表吸引（Hook）和保持（Hold），意為教師的教學要能吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣；E代表探索（Explore）和體驗（Experience）、準備（Equip）和使能（Enable），提示教師要為學生提供必要的知識、技能以及工具并幫助學生實現目標；R代表反思（Reflect）、重新考慮（Rethink）與修改（Revise），意為教師要為學生提供機會和時間反思自己的學習過程，并修正自己的學習方向；第二個E代表評價（Evaluate），即教師要通過設計多元化的評價為學生提供表現自己的機會；T代表量身定制（Tailor），提示教師要因材施教，盡量根據每個學生的特點提出不同的要求、設計不同的教學和評價方案；O代表最佳效果導向的組織（Organize），指教師在完成以上設計后要合理組合，爭取將其效果發揮到最大，讓學生深刻地理解所學內容。

2 “細胞的生存需要一定的物質與能量”單元逆向教學設計

根據新課標，“細胞的生存需要一定的物質與能量”這一概念屬于高中生物學大概念2“細胞的生存需要能量和營養物質，并通過分裂實現增殖”中的內容，以UbD理論為基礎，對該生物學概念按照“確定預期結果—確定合適的證據—設計學習體驗”的順序進行設計，可以得到單元逆向教學設計。

2.1 階段1—確定預期結果

學科核心素養是學科育人價值的集中體現[3]，確定預期結果時要以生物學核心素養為導向，而對生物學大概念的學習又是發展核心素養的有效路徑之一，所以筆者主要依據新課標中的內容要求、學業要求，同時結合學業質量水平，參考UbD理論中對理解六側面和基本問題的概述來確定學生的預期學習結果。

2.1.1 確定的目標

闡明物質通過被動運輸、主動運輸等方式進出細胞，以維持細胞的正常代謝活動；細胞的功能絕大多數基于化學反應，這些反應發生在細胞的特定區域。

2.1.2 確定目標后需思考的基本問題

細胞生活在環境中，在物質和能量上是如何保持相對獨立的，又是如何與環境進行物質和能量交換的？細胞從環境中獲取的物質和能量在細胞內會發生怎樣的轉化，這些轉變為何不能在細胞外發生？

2.1.3 通過基本問題預期的學生收獲

（1）學生將會理解：細胞生活在內環境中，細胞膜不僅是一道屏障，可以將細胞內外環境隔開，也是控制物質進出細胞的門戶，并且不同的物質通過不同的跨膜運輸方式進出細胞；細胞所需能量是由酶催化的一系列化學反應提供的，能量以物質為載體，其轉化過程伴隨著物質變化。

（2）學生將會知道：細胞膜具有選擇透過性，可以控制物質進出細胞，不同的物質跨膜運輸的方式不同；細胞內的物質變化和能量轉換需要通過由酶催化的化學反應來實現；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，主要來源是細胞呼吸，細胞呼吸消耗的物質最終來自植物光合作用產生的有機物，細胞所利用能量的源頭是太陽能。

（3）學生將能做到：闡明細胞膜的選擇透過性以及物質跨膜運輸方式—被動運輸、主動運輸、胞吞和胞吐的特點；闡明ATP的結構，并通過ATP與二磷酸腺苷（Adenosine Diphosphate，ADP）相互轉化的過程，理解ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質；理解細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、設置對照組和重復實驗的實驗設計方法應用于生物探究活動；能應用酶、細胞呼吸和光合作用等科學知識分析、解決生產生活中的相關問題。

2.2 階段2—確定合適的評估證據

根據UbD理論，在階段2要根據階段1所制定的預期結果確定可以判斷學生是否真正理解知識的評估證據，為了實現“教-學-評”的一致性，在確定評估方法時同樣要以生物學核心素養的發展為目標，要設計多樣化的評估方式，并且將評估貫穿教學始終。根據筆者分析，在“細胞的生存需要一定的物質與能量”這一概念所包含的學習內容中，對于幾種物質跨膜運輸方式的特點以及酶的本質、作用和特點等事實性知識，可以通過教師提問、課堂測驗等傳統方法進行評估，而對于需要學生深度理解與綜合應用的知識，則需要利用開放式問答題以及表現性任務進行評估，對表現性任務所要達到的目標、展現形式和評估標準進行詳細的說明。

2.2.1 能證明學生已經理解的表現性任務

任務1：一位農民現要為玉米施肥，請查閱相關資料并結合所學知識，說明如何才能做到合理施肥。

此任務意在使學生理解“合理施肥”蘊含的生物學知識，能認識到生物學知識與生產生活的密切聯系，并能利用其來指導實踐。此任務需要學生詳細說明植物是如何吸收無機態養分的以及如何對玉米田進行“合理施肥”，說明在日常生產生活中遇到類似問題時自己的做法，最后學生可以通過書面匯報的形式展現自己的成果。

任務2：學生設計“探究CO2濃度對光合作用強度的影響”實驗的整個過程。

此任務的目的是讓學生列舉影響光合作用強度的因素，并且學會通過控制自變量觀察和檢測因變量的變化、設置對照組和重復實驗。學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，說出詳細的實驗步驟，體現出對自變量的控制以及對照組和實驗組的設置，最后以實驗設計的形式展現自己的成果。

任務3：學生繪制一幅手抄報詳細說明某同學中午食用的米飯是怎樣為其下午的學習活動提供能量的。

此任務旨在讓學生應用所學生物學知識解釋日常的飲食為人類活動提供物質和能量的整個過程，認識到細胞生命活動中存在物質與能量的統一，了解生物學知識與人類生活的密切聯系。學生可以繪制手抄報，通過圖畫和文字相結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與能量的整個過程。

2.2.2 根據階段1的預期結果收集的其他證據

教師通過提問的方式了解學生對“細胞膜的選擇透過性”這一問題的理解以及學生對酶的化學本質、作用及特點的認識程度；通過課堂檢測的方式了解學生對物質跨膜運輸方式的過程和特點的理解、細胞呼吸和光合作用過程中的物質與能量變化；組織小組活動，考查學生在討論“為什么說ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質”這一問題時的表現；設置開放性問答題，讓學生分別舉例說明酶、細胞呼吸和光合作用等科學知識在生產生活中的應用。

在單元學習結束后，讓學生進行自我評估和反饋，反思自己能否清晰闡述細胞獲取物質和能量的整個過程，能否認識到細胞生命活動中存在物質與能量的統一，認識到生物學知識與生產生活的密切聯系以及能否利用知識來指導生產生活，并反思自己在單元學習過程中表現較好之處與不足之處，提升元認知能力。

2.3 階段3—設計學習體驗

根據階段1的預期學習結果和階段2的評估證據雙重導向，并結合WHERETO元素設計階段3的學習體驗。

2.3.1 新課導入

一個國家有陸地、海域和領空的邊界，并有海關監管貨物的運進運出，人也有皮膚和黏膜作為人體內部與外界分隔的邊界，保證了人體內部的穩定性，那么細胞作為最基本的生命系統是否有邊界呢？如果有，其邊界是什么？細胞的邊界又是怎樣控制細胞內外物質運輸的？

2.3.2 目標展示

教師給學生介紹基本問題和表現性任務。

2.3.3 單元學習過程

學習活動1：師生共同探究細胞膜的選擇透過性，教師以提問的方式評估學生對細胞膜的選擇透過性的理解。

學習活動2：師生通過微視頻、實驗、資料分析等建構被動運輸、主動運輸等物質跨膜運輸方式的概念，并分析各自的過程和特點，對知識點進行課堂測驗。

表現性評價1：學生查閱相關資料并結合所學知識，說明如何對玉米進行“合理施肥”及其蘊含的生物學知識。

學習活動3：師生通過實驗共同探究酶的作用和特性，從科學家對酶本質的探索歷程認識酶的本質，教師以提問的方式評估學生對酶的化學本質、作用及特點的認識程度。

學習活動4：師生先共同學習ATP的結構、ATP和ADP的相互轉化過程，之后學生分組討論“ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質”的原因。

學習活動5：師生通過探究實驗、分析資料探討學習細胞呼吸和光合作用過程中的物質與能量變化。

表現性評價2：學生利用控制變量法和設計對照實驗的方法設計“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：對細胞呼吸和光合作用過程中的物質與能量變化等知識點進行課堂測驗，學生分別舉例說明酶、細胞呼吸和光合作用等科學知識在生產生活中的應用。

表現性評價3：學生繪制一幅手抄報詳細說明某同學中午食用的米飯是怎樣為其下午的學習活動提供能量的，并反思自己在完成此項任務時遇到的問題。

2.3.4 反思總結

在本單元結束時，學生反思自己對“細胞的生存需要一定的物質與能量”這一概念的理解以及學完本單元后自己在知識和能力等方面的收獲。

3 結語

只注重學科知識理解與記憶的傳統教學已不能滿足當今學生核心素養培養的要求，這就要求教育專家學者和一線教師積極嘗試與開發新的路徑。具有整合性的單元教學能讓學生在一系列有聯系的學習活動中完成對學科大概念的構建，并體會學科知識蘊含的學科核心素養。由格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格提出的逆向教學設計更是在單元教學的基礎上一改傳統教學設計的步驟，將對教學評價的設計提前，依據教學目標和教學評價設計學習活動，更有利于實現“教-學-評”的一致性。因此，基于UbD理論的單元教學設計是一條值得探索且可以落實學生核心素養培養的有效路徑。

首先詳細介紹了UbD理論的相關要點，其次以高中生物學學科大概念“細胞的生存需要一定的物質與能量”為例說明了以此理論為基礎進行單元逆向教學設計的操作路徑，在此過程中，要按照“確定預期結果—確定合適的評估證據—設計學習體驗”的逆向順序進行。此外，在確定預期結果和評估證據時，要詳細參考課程標準中的學業要求和學業質量的具體內容，在以課標的要求為基準、以核心素養的培養為目標進行教學活動設計時，要依據所確定的預期結果和評估證據設計可以充分調動學生主動性和積極性的活動，使學生在學習生物學大概念的過程中將生物學知識內化于心、外化于行，做到知行合一，實現從簡單理解與記憶知識向形成核心素養的轉化。