基于科学思维培养的单元教学活动设计的思考

杨雪峰

(上海市光明中学 上海 200021)

生物学学科核心素养的达成,其关键是培养学生的科学思维。 学生积极动手、动脑主动参与的过程是发展思维品质的前提,《普通高中生物学课程标准(2017 年版2022 年修订)》(以下简称《课程标准》)提出,教师在教学中需要关注学生的学习经历,通过组织有效的学生活动,帮助学生将参与获得的直接感受和体验转变为理性认识,进而逐步深化对生命现象的认识,内化为对概念的理解,从而促进必备品格和关键能力的提升,进而培养社会责任和担当。

以往的教学实践过程中,活动教学存在一些问题:①单元教学活动设计还有所欠缺。 每个活动在单元中的地位和意义还不明确,而且课时活动之间缺乏一定的联系;②教学活动过程中缺乏思维进阶,常常忽略了学生思维逐级发展的过程,远离了学生的最近发展区,导致部分学生参与的积极性和主动性受挫;③过于关注学生活动的结果,忽略了学生活动的过程,不能全方位地评价学生的学习效果。

究其原因,是教师对“活动——概念——素养”三者的关系不明确,对于在活动中学生理解概念的重要性以及素养培育的适切性还没有深刻的认识。 因此,教师在进行单元活动设计时可思考以下问题。

1 厘清单元概念体系与单元活动的关系,以单元视角设计教学活动

单元中有多个课时,每个课时都有其具体概念,每个具体概念是构建大概念和重要概念的事实和证据。 课时活动指向每节课的具体概念,但每节课简单的活动叠加并不能将具体概念联系起来,也不能体现出大单元中的具体概念对大概念和重要概念的支撑作用。 若教师只设计课时教学活动,学生只是学习了一些零散的生物学事实,将这些生物学事实进行抽象和概括来建构知识框架还有一定的难度。 因此,教师要先分析单元的设计思想,理解每个重要概念之间的关系,从整个单元的体系中去思考教学目标,整体布局核心素养的落实。 在单元体系中寻找活动设计的出发点,厘清单元中各个活动之间的关系,了解每个活动所对应的单元目标,分析活动与核心概念、重要概念及其大概念的关系,理解每个活动与学生思维发展和素养培育的关系。 在此基础上统筹安排每个活动的时间,在大情境、大问题中细化活动任务。

例如,在《必修1·分子与细胞》化合物的学习单元中,先根据《课程标准》的要求制定单元教学目标,从单元目标中找到细胞中有机物结构的共性是化学元素组成单体,单体脱水缩合形成有机大分子物质,有机大分子物质的结构与功能相适应,从而构建了有机物学习的单元体系(图1),再围绕单元体系中的每个环节设计四个活动主题。 结构化的单元模型概念体系,将各个活动联系起来,活动的目的性一目了然,随着教学内容的深入,活动主题之间也有一定的延展性和进阶性,学生思维的深度逐渐加强。 在课时活动时,教师可充分发挥自己的创造性,具体细化设计活动内容,将此模型根植于心中并迁移到单元的每一节课中。

图1 有机大分子物质单元概念与活动关系

例如,在“蛋白质是重要的生物大分子物质”的课时活动设计中,教师可课前明晰单元活动主题,课中推进学生活动,概念与活动关系的模型逐渐构建成功,学生形成立体化的思维体系(表1)。 再学习糖类、脂质和核酸就是模型的运用和迁移,学生可轻松地运用模型自主学习和了解细胞中有机物的结构与功能,并分析出结构与功能相适应这一生命观念。 整个单元教学中既教会了学生学习方法,又落实了生命观念,并渗透了健康饮食的生活方式。

表1 单元视角下的“蛋白质是生物大分子物质”课时活动设计

2 评价前置使单元活动设计更指向目标达成

传统的教学设计流程是“目标——活动——评价”。 1999 年美国学者威金斯和麦克泰格提出“逆向教学设计”,即“目标——评价——活动”,提出“从终点——预期的结果出发,根据《课程标准》要求确定合适的评估证据,再进行学习体验和教学的设计”,如图2 所示是其设计过程的三个阶段。 该教学设计将评价前置,要求教师在活动设计之前就要明晰哪些证据和事实能够证明学生的学习是有效的,学生可能会达到怎样的程度等等,这样更能将学生的原有经验认知与单元目标联系起来,学生的隐性思维能更直观地表达出来,使得后续的活动设计更有针对性,学生的思维发展更有进阶性,教师还能提前根据学生的反馈准确衡量教学活动的效果,及时调整教学节奏,让单元活动更好地服务于单元目标的达成。

图2 逆向教学设计过程的三个阶段

例如,《必修1·分子与细胞》中第三章“细胞的结构”这一单元围绕的大概念是“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”,重要概念是“细胞各部分结构既分工又合作,共同执行细胞的各项生命活动”,根据《课程标准》要求并依据逆向教学设计原理进行单元活动设计,“细胞由质膜包裹”在本单元的逆向单元活动设计见表2,重点体现了单元目标、评价指标和单元活动设计三者的关系和对科学思维的培养。 将评价指标置于单元目标与单元活动设计之间,强化了以学生的学习为中心的教育理念。 根据评价指标,教师的教会更有的放矢,学生的学习也有方向。 在活动中教师可以即时收集学生活动的信息,引导学生基于生物学事实和证据不断地运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等思维方法,发展科学思维品质,提升科学探究能力,同时,结构与功能相适应的生命观念也得到了渗透,学生能运用结构与功能观审视和论证生物学社会议题。

表2 “细胞由质膜包裹”逆向单元活动设计

3 单元活动设计要与学生的思维发展相匹配

活动过程是学生理解概念的过程,但从概念理解到解决问题,这是概念内化和迁移的过程,同时也是思维发展的过程。 因此教师在进行单元活动设计时要注意先考虑基本概念和拓展概念之间的关系,要注意合理分层地设计活动,推进科学思维的进阶发展,要注意给学生建立思维模型,还要培养学生运用模型分析问题的能力。

比如在“遗传的分子基础”这一单元中,本单元的单元学习活动是围绕中心法则的建立和迁移运用设计的。 学生是在了解了遗传物质的本质和结构的基础上,学习DNA 复制、转录和翻译的过程。 复制、转录和翻译这些都是基础概念,是学生初次接触的新概念,因此,活动设计可以先简单一些,比如让学生阅读教材的方式,进行分析概括,学生通过独自阅读教材内容并结合已有知识就可以完成概念认识,并在此过程中逐步构建出遗传信息传递的中心法则模型。

建构模型是高阶的思维。 中心法则这个概念是基本概念的延伸,对它的学习属于深度学习,所以遗传信息传递的模型不能只停留在建立的层面上,需要学生深刻理解。 因此,教师可再让学生思考问题“中心法则将核酸与蛋白质这两大生命大分子物质联系起来,它们是通过什么具体方式联系起来的呢?”这个问题可以设计让学生以讨论的方式进行探讨,在讨论中让学生更深入地理解碱基互补配对原则,理解复制、转录和翻译的过程和实质,强化遗传信息传递的意义。 而在讲解“基因选择性表达导致细胞的差异化”时,教师可以让学生利用中心法则解释环境改变对基因表达的影响,并在学习“表观遗传机制调控基因表达”时,让学生进一步运用中心法则模型来建立表观调控机理的模型,这样学生就更清楚地知道表观调控在中心法则的哪个环节,遗传信息为什么不能表达,最后能运用调控模型分析新的表观遗传现象,从而实现了思维的进阶发展。 这也同时渗透了科学家的探究精神和科学家的思维品质。

综上,单元活动是单元教学的重要组成部分,是发展学生的思维品质、培育学科核心素养的重要环节,是学生形成正确的价值观、必备品质和关键能力的重要途径。 通过逆向设计单元活动,教师可全程监测学习过程,判断目标预设与学生实际情境的差距,及时调整课堂教学,促进学生的深度学习。