基于UbD理念的高中生物学教学设计
2024-05-13刘利伍春莲
刘利 伍春莲
[摘 要]《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》提出了“核心素养为宗旨”“内容聚焦大概念”“教学过程重实践”“学业评价促发展”的学科课程基本理念[1],UbD理念与新课程基本理念相契合。文章以新人教版高中生物学必修1“光合作用的原理”为例,探求基于UbD理论的高中生物学教学设计,以促进学生理解,为核心素养的落实提供一个可循方案。
[关键词]UbD理念;高中生物学;教学设计
[中图分类号] G633.91 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058(2024)05-0089-04
一、概念界定
(一)UbD理念
“UbD”是由美国教育学者格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰格提出的一种教学设计理论。UbD,即追求理解的教学设计。UbD理念强调理解的重要性,以学习者为中心,采用逆向教学设计。逆向教学设计是相对传统的“教材分析—教学目标—教学重难点—教学过程—教学反思与评价”的教学设计而言的。逆向教学设计分为三个步骤,依次为预期结果的确定、寻找合适的评估证据、设计学习体验和教学活动,它是一种指向理解的教学设计方式。
(二)理解
在UbD理念下,“理解”被划分为“六个侧面”和“三个层面”。“六个侧面”指的是学习者对知识的认知程度,依次为解释、阐明、应用、洞察、神入和自知;“三个层面”则是根据知识本身在单元或课时中的重要程度进行划分的,它可以帮助教师在教学设计时明确教学的优先次序。
“理解”的“六个侧面”和“三个层面”呈现了一个清晰的二维规划和评估蓝图,教师在进行教学设计时可以据此将不同的知识进行分类,明确知识处于哪一层次以及学生应该达到何种理解程度,并通过教学活动中相应的表现性任务对学生的理解情况进行测量,帮助学生实现真正的理解。
二、基于UbD理念的高中生物学教学设计——以“光合作用的原理”为例
(一)教学单元分析
本文选取“细胞的能量供应和利用”作为教学单元,单元内容来自新人教版高中生物学必修1第5章。在选定教学单元后,首先对教学单元进行分析,通过分析教材、课程标准以及学生实际情况等确定单元教学目标(见表1);其次根据单元教学目标并参考理解的“三个层面”,对单元内容进行知识点优先次序的划分(见表2),从而明确学生所要达到的理解程度,以指导课时教学设计。
(二)课时内容分析
光合作用是地球生物圈中最为重要的化学反应之一,“光合作用的原理”部分的知识对于帮助学生认识光合作用在生物圈中的重要作用,以及理解“细胞的生存需要能量与营养物质”的单元核心概念具有重要意义。但该部分内容涉及的物质与能量转化比较微观抽象,学生理解起来存在一定的困难。因此,教师在教学中要注意引导,并适当采用直观的方式呈现相关生物学事实、现象,进而强化学生的感官體验,帮助学生理解概念。
(三)学生情况分析
高一学生在心理上处于形式运算阶段,他们的抽象思维基本形成,求知欲较强,对于实验探究有较浓厚的兴趣。在能力方面,高一学生基本了解科学探究过程,逻辑思维初步发展。因此,在教学策略的选择上,教师可以多用推理探究的方式引导学生建构生物学概念,把握知识本质。
(四)教学设计
步骤一:确定预期结果
1.教学目标
(1)通过探究光合作用过程,了解光能转化为有机物中的化学能的过程,并从物质与能量观的角度说明该过程中的物质变化与能量转化。(单元教学目标2)
(2)通过对光合作用科学史的探究与分析,尝试推理光合作用原理,并构建光合作用的反应模型。(单元教学目标4)
(3)学习光合作用在现实生活中的应用,了解绿色植物的光合作用对生产生活、环境保护的重要性。(单元教学目标6)
2.其他指导教学的思考
在确定教学目标后,为了更好地帮助学生理解知识,还需要预设学生通过学习将会理解什么,会获得什么知识或技能,以及哪些问题能够启迪学生思考并深化知识理解(见表3),同时要思考如何才能便于教学安排和评价实施。
步骤二:确定评估证据
根据预期结果,设计能够证明学生学习成果的表现性任务:
(1)构建光合作用的反应模型,并向他人做介绍。
(2)“对战能源危机”:利用光合作用原理,设计转化、利用或储存太阳能的方案。
其他能够证明学生学习成果的证据:
(1)测试题——光合作用各阶段的物质变化与能量转化
(2)学生自评——模型和方案
(3)课堂观摩——课堂参与情况(推理论证、实验设计、方程式书写等)
步骤三:设计学习体验与教学
在完成前两个环节后,教师需根据教学目标、评估证据设计相应的教学活动,教学活动的开展始终围绕教学目标的达成进行。
1.创设情境,设疑导入
资料:绿色植物将太阳能转化为化学能,为地球上的生命提供能源和物质基础。科学家发明“人工树叶”,利用光合作用将太阳能转化为清洁能源。发明新一代“人工树叶”的诺赛拉教授说:“人类终有一天会发现‘植物们守护着的秘密。”
提问:诺赛拉教授说的“植物们守护着的秘密”是什么?绿色植物又是如何为地球上的生命提供能源和物质基础的?
设计意图:结合植物在生态系统中的重要作用,从实际生活切入,引出光合作用,快速激发学生的好奇心和求知欲,引发学生的学习兴趣。
2.回顾旧知,建构概念
教师引导学生回顾初中所学的光合作用化学反应式,并请一名学生上台书写。
教师请一名学生根据化学反应式归纳“光合作用”概念,另一名学生参考书本黑体字部分予以完善或纠正。教师进一步强调正确的“光合作用”概念,并说明该概念的得出经过了长期的探索过程。
设计意图:链接新旧知识,为新知识的学习搭建桥梁,同时也让学生认识到知识的学习是无止境的,科学发现是长期论证的过程。
3.探索科学史,揭秘原理
环节一:光反应阶段
【科学史1】19世纪末的普遍观点
观察反应式,猜测产物O2中O的来源。
提问:O2中的O是来源于CO2还是H2O?
引出希尔实验并进行探究。
【科学史2】希尔实验
思考:(1)该实验是否能说明植物光合作用产生的O2中的O全部来源于H2O?(不能,因为悬浮液中可能存在含有O的物质)(2)该实验是否能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应?(能,因为没有CO2反应仍能进行,并产生O2)
设计意图:利用科学家探究光合作用原理的相关实验引导学生一步步探究、推论,最终归纳出光合作用的原理。
提问:如何验证O2中的O全部来源于H2O?
【科学史3】鲁宾和卡门实验
设计实验:类比追溯胞外蛋白分泌过程中采用的科学方法,推理验证O的来源方式(同位素示踪法)。
在白板上展示实验用具,引导学生设计实验。
得出结论:光合作用所释放的O2中的O全部来源于H2O,而不是CO2。
设计意图:引导学生通过亲自推理、探究,理解光合作用过程的物质与能量变化,培养学生的科学思维,使学生掌握科学探究的一般方法,提高学生的课堂参与度。
【科学史4】阿尔农实验
进一步探究希尔实验中溶液变色的还原性物质是什么。
分析:在白板上呈现阿尔农实验的过程,分析该实验涉及的化学反应。
得出结论:还原性物质为NADPH,该阶段还有ATP的产生。
【总结】根据以上实验总结光反应阶段的含义、物质变化与能量转化,并结合结构与功能相适应的观点分析光反应阶段的场所(类囊体膜上)。
【视频播放】播放光反应阶段的视频,让学生直观感受光合作用的微观过程。
设计意图:借助视频,化抽象为具体,加深学生对知识的理解。视频以其形象生动的特点大大提高了学生的学习兴趣,吸引了学生的注意力。
【过渡】光反应阶段的产物(ATP、NADPH)去哪儿了?
环节二:暗反应阶段
【科学史5】阿尔农的再实验
去除色素,黑暗条件,提供叶绿体基质中的酶、ATP、NADPH、CO2,观察到糖类的产生。
得出结论:二氧化碳在有酶、ATP、NADPH的条件下经过一系列反应,转变为糖类物质。
引出暗反应阶段的概念。
【科学史6】卡尔文实验
探究CO2最终转变为(CH2O),C的转化路径(同位素示踪法)。
【归纳】暗反应阶段的过程(CO2的固定和C3的还原)。
环节三:模型构建(表现性任务)
根据光反应阶段和暗反应阶段的过程尝试构建光合作用的反应模型。
设计意图:串联、整合知识,培养学生归纳与概括的思维。根据学生模型构建的完整性,检验学生对知识的理解程度。
4.课堂小结
结合模型,总结光合作用的过程及原理并完成课堂小测。
5.巩固应用
对战能源危机(表现性任务):
资料:长期以来,人类一直以煤、石油、天然气等作为主要能源,对这些化石燃料的过度消耗导致了严重的环境污染,造成了气候变化,人类面临着前所未有的能源危机。光合作用能转化并储存太阳能。
请同学们结合本节课所学的知识,搜集相关资料,以小组为单位设计转化、利用或储存太阳能的方案。
三、总结反思
基于UbD理念的教学设计是指向核心素养的一种教学设计模式,对促进学生真正理解知识具有重要作用。基于UbD理念的教学设计作为一种新兴的教学设计模式,在我国的应用还较少,因此在进行基于UbD理念的教学设计时教师需要注意以下几点:①要围绕某一主题进行内容选择,这一主题可以是核心概念,也可以是一个项目活动;②目标设定统领评价和活动设计,评估证据指导学习活动,教学活动指向目标达成,三个阶段环环相扣,形成闭环;③教学过程注重真实情境创设,表现性任务要具有挑战性、综合性,且能推进核心素养目标达成。
总之,教师要继续实践与努力,在生物学教学中利用基于UbD理念的教学设计模式落实核心素养,帮助学生實现对知识的真正理解。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准:2017年版2020年修订[M].北京:人民教育出版社,2020.
[2] 威金斯,麦克泰格.追求理解的教学设计[M].上海:华东师范大学出版社,2017.
(责任编辑 黄春香)