生命科学领域的课程教学设计与实践

崔鸿

义务教育科学课程与教学改革从新的视角回答科学课程“为什么教”“教什么”“怎么教”和“教得怎么样”的问题，具体表现为提出科学课程核心素养，凝练学科核心概念与跨学科概念，主张探究实践教学，以及突出进阶设计。为适应课程改革，一线教学也应作出相应转变。细胞生物学是生命科学的重要基础学科，也是学习生命科学领域其他模块（尤其是生物体的稳态与调节）的基础，同时“细胞”这一学习内容在不同学段的课标要求中均有出现，在生物学教学中具有代表性。因此本文将以“细胞”学习内容为例，讨论在生命科学领域如何进行教学设计与实践，重点探讨如何进行前端分析、学习目标设计、教学策略制订，以及教学评价实施4 个方面。

前端分析

教学设计首先需要进行前端分析，包括学习者分析、学习内容分析和学习环境分析。学习者分析需要考虑学生的一般特征、起始能力和学习风格;学习环境分析需要考虑具体的学习资源和人际关系;学习内容分析则需考虑内容的类型、广度、深度、各组成部分之间的联系等。课程改革注重学习进阶设计，并设计了跨学科概念，对教师开展前端分析极具指导意义。

学习进阶

学习进阶在学习内容上表现为学生在学习同一主题的概念时所遵循的连贯的、典型的学习路径（刘晟，2012）。因此，通过学习进阶设计，可以提出适合不同阶段学生认知发展的表现期望，使学生的科学素养随着学习阶段的延伸实现连贯一致的进阶发展（郭玉英，2013）。图1 呈现了以“细胞的功能”为主题的科学知识导航图，该图节选自美国“2061 计划”项目成果《科学素养的导航图》。从图中可知，低学段学生仅能从外显的、便于观察得出的生物的基本需求，以及生物体和细胞的结构的相关知识了解细胞;直到初中阶段才将视野延伸至细胞内，分析细胞的基本功能。

“细胞”学习内容在我国现行的课程标准的不同学段中均有出现，如表1 所示。从表述上看，其趋势与《科学素养的导航图》基本一致。为便于教学理解，可对课标的表述进一步阐释。在5—6 年级，学生应初步认识细胞，知道细胞是生物体的基本单位;到了7—9 年级，学生应了解不同生物的细胞，知道细胞的基本结构及其功能;高中阶段，学生应认识细胞的结构，不同细胞结构的具体功能及其发挥职能的方式，认识不同种类的细胞，理解其形态与功能的差异。

跨学科概念

跨学科概念是从不同学科领域提炼、抽象出来的主要概念，是科学知识结构中的基本要点，对学生的科学学习与发展具有重要价值：能促进不同知识之间的联系，促进学生的科学概念整合;是构建知识框架的支点，为学生学习新知识提供支持;支持学生进行科学探究;促进不同水平的学生发展，促进教育公平（高潇怡，2019）。对于“细胞”学习内容来说，涉及两大跨学科概念：“结构与功能”和“系统与模型”。

结构与功能 结构与功能是“细胞”教学中涉及的重要跨学科概念，同时也是生命科学领域重要的生命观念。普通高中生物学课程标准（2017 年版2020 年修订）中明确指出：“学生应该在较好地理解生物学概念的基础上形成生命观念，如结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等”。结构与功能观排在生命观念的首位。在“细胞”教学时，具体表现为结构观：生命系统中的结构与结构是有联系的，生命系统的结构是有层次的。结构与功能观：结构是功能的基础，结构与功能相适应;一个结构和它的功能的实现需要其他结构的配合。因此，在为学生讲授相关科学知识时，不应单纯介绍特征、结构、功能，而应在不同学段均渗透结构与功能的思想。

系統与模型 系统与模型是“细胞”教学中另一个重要的跨学科概念。有学者指出，自然界的任何事物普遍以系统的形式存在，生命系统是比物理系统更为复杂的系统，有其独特的规律（张秀红，2017）。模型则是认识系统的重要方法，建立简化的模型研究复杂的系统，包括物理模型（通常是实物或示意图）、数学模型（通常是数学公式）和概念模型（通常是相关理论），在生命科学领域的教学中，模型的方法经常会用到。系统与模型在“细胞”教学中的具体体现包括：生命系统具有层次性，指从分子到生物圈是有序的级联结构，其中，细胞是生物体结构与功能的基本单位;生命系统具有整体性，这与结构与功能是相通的，具体是指生命系统同一层次内各组成要素之间存在着复杂的相互作用，表现为一定的结构。

教学目标设计

以科学课程核心素养为指导的教学设计的关键因素就是教学目标设计，教学目标设计最终指向学生发展的核心素养。根据《普通高中生物学课程标准》（2017 版2020 年修订），高中生物学学科核心素养包括4 个大的方面：生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。在教学目标设计过程中，要突出学生的主体地位，以核心素养发展为目标，将概念性知识升华为科学观念目标，科学思维目标突出重点思维方法，科学实践目标锁定教学难点突破，科学态度与责任目标贴近学生生活，统筹规划核心素养教学目标。

“细胞”教学目标设计中，通常包含的核心素养不止一个，而且每一条教学目标都可以找到跨学科概念。比如通过显微镜观察各种细胞，说出细胞具有多种形态和功能，但同时又都具有相似的基本结构，从而发展“结构与功能观”及科学探究能力（李树莹，2020）。

教学策略制订与实践

教学策略的选择对教学效果极为重要。新课标注重强调引导学生开展探究实践，让学生在做中学、玩中学、思中学，多元化的策略可以更好地引导学生参与到课堂中，如情境式教学、论证式教学、建模教学、探究式教学、HPS 教学策略等。在设计教学策略时，应依据课程标准和教材内容，结合学科核心概念的作用和特点，创设贴近生活的学习情境，围绕科学课程核心素养展开设计。

教学策略制订

在“ 细胞” 教学时，最为突出的便是建模教学这一教学策略。生物建模教学中包括物理模型、概念模型和数学模型。其中，物理模型是用实物代替原物进行研究的模型，比如消化系统的结构模型;概念模型是对生物学中某个问题或者事物进行描述的相关理论;数学模型主要用于描述一个系统或其性质的数学形式，如孟德尔的遗传规律等。在模型制作过程中，可以培养学生的创新能力、批判性思维能力、建模思维和建模能力，即科学思维能力，同时还能培养学生解决实际问题的能力、搜集信息和处理信息的能力，即探究实践的能力，这些都是科学课程核心素养的内容。

“细胞”教学策略的制订过程应该基于前端分析得出的进阶表征，给出不同的活动建议，如表2 所示。5—6 年级仅需初步认识细胞，教师可以引导学生制作简单的细胞模型（仅需让学生观察细胞相关图片外部结构），通过制作不同类型的细胞模型，理解细胞是生物体的基本单位。7—9 年级时，需知道细胞的基本结构及其功能，此时应要求学生分组制作细菌、植物、动物细胞的模型，在实践中领会细胞的基本结构（图2）。到了高中阶段，学生可以制作不同类型细胞的基本结构模型（图3），或者先引导学生制作一般细胞的基本结构模型，再进一步制作不同类型细胞的结构模型，由此让学生既能认识细胞结构中各种细胞器的基本结构与具体功能，也能认识不同种类的细胞，理解其形态与功能的差异。

教学实践

教学实践的完备是达成教学目标的前提，具体而言，教师应在教学中时刻关注学生，以学生发展为中心，具体表现为四大特征：自主的——激发学生兴趣，引导学生自主学习;真实的——通过创设多样化情境，如实地实景情境、生产生活情境、真实生活情境、基于VR/AR 的虚拟情境等，让学生有直观的感受;实践的——让学生像科学家一样开展探究实践，如观察、科学实验、科学调查等;开放的——基于学生开放的个人发展空间。

教学设计成果评价

教学设计的最后一步就是要对教学设计成果进行评价。评价具有导向、激励、改进、发展、研究等功能。教师需要根据教学过程，通过多样化的评价方式，评价教学设计是否达成了发展学生核心素养的目标。表现型评价就是一种重要的评价手段。

让学生在真实或模拟的生活情境中运用先前所获得的知识解决某个问题或创造某种东西，以考查学生知识与技能掌握的程度，以及实践、问题解决、交流合作和批判性思维等多种复杂能力的发展状况。通过制作细胞模型，考查学生对此学习内容的掌握程度，便是表现型评价的一种体现。杭州市时代小学以此课题给学生提出了项目式作业，让学生利用环保材料制作细胞模型，然后从科学性、实用性、美观性、模型大小4 个方面开展评价。