基于学习科学理论 落实核心素养目标——浙科版高中生物学教材的设计意图和教学取向

刘恩山 朱立祥 李晓辉

（1 北京师范大学生命科学学院 北京 100875 2 中国教研网 北京 100011 3 北京师范大学附属实验中学 北京 100032）

以提出生物学核心素养为标志的《普通高中生物学课程标准（2017年版）》于2018年正式颁布，标志着我国生物学教育将迈上一个新的台阶。在课程进入课堂、正式实施前要解决的一个关键问题是，要有适于教师和学生使用的、高度依照课程标准编写的教材。为此，多支团队开展了这一工作。2019年5月，多个版本的高中生物学课程标准教材通过了教育部组织的审定，为新课程标准的实施奠定了课程资源基础。基于全新课程目标的教学实践将在举国范围全面展开，本文旨在说明浙江科技出版社出版的高中生物学教材（以下简称“浙科版《生物学》”或《生物学》）编写团队如何利用学习科学的成果，将学科核心素养的全面落实作为教材研发的目标，力图设计并研制务实管用、追求更好课堂教学实践的教材。本文不仅介绍一套教材的研发和特色，也要通过教材的设计思路，说明生物学教师需掌握的理论基础和实践中的努力方向。期望能对浙科版《生物学》的使用者和未能接触到该教材的教师均有所启迪。

1 理论依据和设计意图

浙科版《生物学》教材作为一个学术作品，有其坚实的理论依据，以保障研制方向的正确、学科核心素养目标的实现和教材务实风格的落实；作为一个工程学作品，创意和设计是其特色的保障。

1.1 学习科学的原则是教材设计和教学指导的理论依据 生物学教学实践需要依据理论的指导，以保持在课程设计、教材编写、课堂实践和学业评价实践活动中有正确的方向和期望达到的效果。当今科学教育的理论包括教育理论和学习理论，在指导教学实践方面发挥了较大的作用。特别是新世纪以来，学习科学的进步为科学教育提供了直接和有力的支持，对教学实践产生了重大影响，是许多国家在科学教育中所倚重的理论依据。浙科版《生物学》在编写之初就将学习科学的要素作为整个教材编写的重要依据。

学习科学是一个跨学科领域，致力于理解促进学习的教育环境和策略，神经科学、认知科学、教学设计、数据分析、人类学、语言学、计算机科学、心理学、教育的经验和理论构成该学科的基础。它建立了基于证据的理论，以指导决策和问题解决方案，有望最有效地支持学生的学习。学习科学也是一个专注于发展有效学习方法和解决方案的跨学科领域。学习科学研究团队对学校教育重大的、标志性成果揭示了“人是如何学习的”（HowPeopleLearn）［1］。随后，该研究团队又发表了关于“学生在科学课堂上是如何学习的”（How StudentsLearnScienceintheClassroom）的研究报告。后者对于理科教师来说极为重要，其实用性和指导性极强。该研究分别对数学教学和科学教学各给出了3条教学原则，2个学科中的原则有一条是不同的。综合起来数理教学的原则共有4条：①教师要从学生已有的概念开始教学活动，关注前科学概念；②学生应知道“做科学”意味着什么，参与科学探究的实践活动；③学生的理解既需要事实知识又需要概念框架，学生围绕核心概念组织知识；④元认知方法使学生能自我监控［2］。目前，就全球范围的科学教育而言，这些原则是实现以科学素养为目标的理科教学实践的重要指导，对于我国而言，它是落实学科核心素养的重要理论和实践指向。

以学习科学的理论为基础，浙科版教材编写团队高度重视和强调教材中要贯穿的主线：1）关注学生已有的知识，从学生可能的前概念入手，为学生提供体验和证据（冲突），让学生知道日常经验得到的认识不够准确（原则1）；2）提供生物学知识发现的过程，尽可能让学生知道知识是如何产生的，知识是如何被证实的（原则2）；3）让学生构建对理解生物学主题有直接帮助的概念，既要让学生巩固详实的事实性知识，又要让他们建立清晰的核心概念，帮助学生围绕核心概念组织事实性知识，以核心概念构建知识框架，发展学生的深层理解（原则3）；4）指导学生课堂的提问与解释、观察与表达，向他人解释自己的想法，使学生的思维变得清晰，经历反思性实践活动（原则4）。这4条主线构成的要素造就了浙科版《生物学》整体风格和特色，也是在推进生物学课程和教学改革进程中，生物学教师可关注、思考和参照践行的航标。

1.2 教材设计意图是生物学核心素养的课程目标在课堂落地 浙科版《生物学》的编写团队由5类专业人员组成，包括生物学教研员、中学一线优秀生物学教师、生物学教育人员、高校生物学专家和出版编辑人员。这些不同专业背景的人员保证了团队在学生认知、理念方向、适切性把握、教学经验、教研成果、国际视野、内容的科学性、可读性和图文并茂等方面，具有丰富、深厚、及时、共享的学术资源。编写团队在着手具体的教材撰写工作前，反复研读了《普通高中课程方案》和《普通高中生物学课程标准（2017年版）》，确定了编写意图，其中包括具体的任务目标、教材编写指导思想、编写原则、教材风格、栏目设计等指导性框架，力图使由5个模块组成的整套教材在重要方向和特色上保持一致。

浙科版教材编写的任务目标是将生物学核心素养的课程目标和内容标准这个纲领性的要求，通过教材转变成便于教师在课堂中实施的教学性资源，以及便于学生学习的指导工具，其中生物学核心素养既是课程标准的宗旨，也是教材编写的关键。生物学核心素养是学生持久的品格和能力，包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任4个要素［3］，是学生终生受益的学习成果，反映了生物学课程特有的育人价值。生物学科核心素养是高中生物学课程的学习结果，需要在每一节课中加以培养［4］，也要求在教材的每一个章节中加以具体落实。

为了落实课程标准中“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”的课程理念，编写团队明确了实现任务目标的指导思想和编写要求：以科学教育和学习科学的理论指导教材研制工作；生物学核心素养是教材的依据和目标；内容编排体现合理的学科逻辑和学生认知规律；生命观念及其知识结构体现在节标题和节下标题中；以探究为特点的多样化学习活动强调目标的达成；在教材中渗透科学史和科学本质。团队还确定了教材的编写原则：①对学生生物学核心素养的培育应循序渐进；②展现良好的知识体系结构；③清晰表达概念性知识；④注重教学活动的针对性；⑤提高插图的有效性和课文的可读性。通过对教材整体框架的构想和设计，期待形成浙科版《生物学》的特有风格：①简洁和实用；②知识（观念）和（关键）能力主线串联生物学核心素养的四维要素；③事实性知识和教学活动设计围绕重要（次位）概念的学科逻辑展开；④栏目定位有理论支持和鲜明的教学指向；⑤为教师备课和整理教学思路的深加工提供方向和素材。

2 栏目设计和教学指向

一套高质量的教材的编写需要精心的设计和多维度的体系构架。教材的栏目设计，就是多维体系构架之一。本文举例介绍浙科版《生物学》的栏目设计和教学指向。

《生物学》设计团队主要针对2017版高中生物学课程标准的变化和要求设计栏目。这既要符合课程标准，又要延续浙科版教材原有的风格和特色并实现必要的更新，栏目预设了契合课程标准的指向、编写意图和教学期待。

就整体而言，教材每个模块包括了“致同学们”的栏目；在模块中的每章，包括了章引言、学习目标、聚焦关键能力、本章小结和本章知识结构图等栏目；在每一节中，又包括了本节要点、节和节下标题、陈述性课文、插图、活动、小资料、课外读及思考与练习等栏目。本文选择几种不同类型的栏目进行概要性介绍。

2.1 导入类栏目：激发兴趣，关注前概念，聚焦关键问题 导入类栏目包括“致同学们”、各章的“引言”、“学习目标和关键能力”，以及在各节的“本节要点”等。

1）理论基础和设计指向。在导入类栏目中，基本的理论依据主要包括3个方面，分别来自学习科学的原则1，关注学生已有的知识；原则2，知识发现的过程；原则3，建立清晰的核心概念。编写团队在栏目设计上的考虑是在各个层级的单元、模块、章、节学习的开始前，学生能尽快了解学习内容、产生学习兴趣、进入学习状态。

2）栏目描述和教学期待。“致同学们”是每个模块的起始栏目，相当于每册教材的前言，栏目的名称反映了编写意图，即用与学生平等对话的语气，而不是居高临下的姿态向学生引入学习内容。栏目对应的学习时间是1课时。教师在本栏目的教学中，要通过介绍模块的内容概要、内容价值和怎样学习3个最主要的部分，利用简单的师生对话等学习活动，让学生明确生物学是自然科学，与社会和现实生活密切相关，同时，教师要了解学生对该模块内容的认识和已有知识，并加以针对性的引导，唤起学生的学习动机，为核心素养的达成做好必要的铺垫。

“章引言”在课堂授课时并不需要一个完整的课时，教师可用十几分钟甚至更短的时间，完成本章学习内容的介绍和学习价值的动员。编者在设计中除了包括这2个要素外，还有2个新的内容：问题情境和关键问题。问题情境在章的一开始就让学生面对一个现实问题。该问题情境的背后紧扣本章的内容主题，在提示学生对现实问题讨论或思考的同时，引入本章学习内容，并在师生的互动中揭示学生的前科学概念，激发学习动机，进入学习状态。在实际教学中，教师在使用教材提供的问题情境的基础上，可尝试设计、更换自己设计的问题情境。

章引言中还包括了一个或多个问题，这是编者设计的本章的关键问题。这些问题并不需要学生立即给出明确的、正确的答案，而是要在整章的学习中始终贯穿这些问题；当学生可较为完整、清晰地给出这些答案时，标志本章学习的完成。当然，教师也可在章的教学伊始就尝试让学生回答关键问题，从学生不完整或错误的回答（概念）入手，针对学生的错误概念开始学习新的一章［5］。从教学期待上看，章引言和问题情境主要指向学科核心素养1（生命观念）。

“学习目标和关键能力”这个栏目也是在每章的首位，学习目标栏目的形态是行为动词加上学习内容，例如“举例说出细胞中各种化合物的生理作用”；关键能力的形式是学习活动内容、活动要求及需学生获得的关键能力，例如“通过检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质等，学会归纳与概括的科学思维方法，发展观察能力和探究能力”。学习目标是上一版浙科版教材就有的栏目，旨在让学生在开始新一章的学习前，就明确学习结束后期待的结果，便于把握学习重点和要求。关键能力是新增加的内容，意图是让学生和教师都明确和关注本章的能力发展。学习目标主要对应于学科核心素养1（生命观念）的教学要求；关键能力指向本章重点发展的学科核心素养2（科学思维）、核心素养3（科学探究）和核心素养4（社会责任）。这个栏目以1+3的形式分别对应生物学核心素养的四维课程目标，并使得教师有具体而明确的教学指向。以往教学目标只是在教学参考书中提示给教师的信息，而将学习目标和关键能力明确告知学生，是期望提高学生学习的主动性和目的性。这一栏目依据和体现的学习理论是学习原则2（提供生物学知识发现的过程），以及学习原则3（建立清晰的核心概念）。

除了上述2个导入性栏目外，在教材节的水平，还设计了“本节要点”栏目，以期明确在每节中的学习重点。篇幅所限，不再赘述。

2.2 概念类栏目：清晰表述观点，构建概念体系 发展学生的生命观念是生物学核心素养的首位。在教学中真正落实这一要求，应以发展学生概念性生物学知识为基础和支撑。在浙科版《生物学》的设计中，概念类栏目是该教材的亮点和关键。这些栏目包括“节标题和节下标题”“插图”“知识结构图”和“章小结”等栏目及正文。由于“知识结构图”和“章小结”栏目同时具有概念性栏目和结束类栏目的特征，这2个栏目在后文具体介绍。

1）理论基础和目标指向。概念类栏目的主要设计依据是学习原则3，建立清晰的核心概念，以核心概念构建知识框架，发展学生的深层理解。

栏目设计的目标直接指向是生物学核心素养1（生命观念）的建立和巩固，期待学生以大概念、重要核心概念为骨架形成合理的知识结构，将事实性知识置于概念性知识的框架之中，能及时调用相关的知识或观点（观念），为应用和拓展知识奠定基础［6］。同时考虑的教学指向是学科核心素养2(科学思维)，主要涉及学习过程中建模策略的使用和评价知识结构的合理性。

2）栏目描述和教学期待。①节标题和节下标题。习惯上教师和读者并不会将节标题和节下标题看作是一个栏目，但是在浙科版《生物学》中，这2个部分内容交织在一起，形成了贯穿每个模块全书内容的知识框架和网络，是学习内容的要点和提示，也是教学的纲领和说明，是教师应高度关注的一类栏目。与其他教材不同，在浙科版《生物学》中，节和节下标题均以表述观念（观点）的陈述句呈现，例如，“生物大分子以碳原子为骨架”“糖类是细胞的主要能源物质”，而不是使用“生物大分子”或“糖”这样一个术语作为节和节下标题。实际上，二者在科学教育的功效上有很大的区别。当代科学教育家认为，科学术语可指代一个概念，例如细胞、酶等，但术语本身并不能有效传递和呈现概念。然而一个观点（观念）却可展示概念中的重要内容，在教学中科学观点表述的有效方式是命题式的陈述。“生物大分子以碳原子为骨架”“蛋白质是生命活动的主要承载者”就是命题式陈述，也是现代科学教育中有代表性的概念性知识的呈现方式。同样，我国《普通高中生物学课程标准（2017年版）》的内容标准中，全部用这种方式描述教学的要求和范围。采用这样的方法构建全部的节标题和节下标题，是在教材中体现生物学核心素养，特别是生命观念要求的具体落地。正是这些节下标题所展示的次位概念和观点，最终支撑了模块课程和整个生物学课程生命观念或大概念的构建。在日常教学中，有计划、成体系地提炼和引导学生建立这些观念并不是多数教师的习惯，教师一般也难于提炼这样的生物学观点。因此，落实课程标准的要求需要教材在这一方面作出引领。这一栏目在教学中的作用就是指明教学重点和学生应建立的概念（观点）。如果将这些标题彼此关联，就构成了知识框架，有助于学生把握要点和建立长时间的记忆。

②插图。教材中的插图是向读者提供一种直观、方便对抽象概念或形态结构的理解。人们通常用“图文并茂”形容教材的美感和适于学生接受的可读性。浙科版教材设计团队对于插图的要求还有更高层次的认识。这种认识源于对学习科学原则的把握和对学科核心素养的理解。插图不仅直观呈现知识，更是直接指向了生物学概念的建立，很多插图可关系到学生对模型的理解和建模的过程，例如，种群增长曲线的插图，关乎学科核心素养中生命观念和科学思维的要求在教学实践中的落地。教学中，教师应利用插图指导学生完成建模的过程，形成清晰的概念；也可用插图让学生表述自己的理解，使插图在课堂教学中发挥最大化的促进作用。

2.3 活动类栏目：多种形式参与，多重目标实现 在浙科版《生物学》中，有一个“活动”栏目聚焦于学生的动手、实践和互动。该栏目包含了诸多学生参与的教学活动的类型，例如，动手、演示、观察、探究、建模、讨论、收集资料、数据分析、设计和制作等。

1）理论基础和目标指向。由于活动栏目涉及了最广泛的教学活动和一节课中最关键的教学过程，设计它的理论基础包括了学习科学提出的全部原则，其中最突出、最重要的是学习原则2（提供生物学知识发现的过程）；此外，学习原则3、学习原则4和学习原则1也是该栏目的依据和要点。

活动栏目的教学指向涵盖了学科核心素养的4个维度，在探究、制作、观察等活动中目标的第一指向是核心素养的“科学探究”；在演示、资料收集、讨论等活动中的第一指向是核心素养的生命观念；在建模、数据分析等活动的首要目标是“科学思维”；而几乎所有的活动都会涉及“社会责任”的教育。

2）栏目描述和教学期待。活动栏目形式多样、种类繁多，从以学生为中心的科学探究实验、动手制作，到以教师为主导的演示实验、引导讨论，所涉及的教学策略也不尽相同，对教师的要求很高。其中最常用的教学策略包括：引导探究、讲授演示、建模、小组讨论和工程设计制作等。教学实践中要求教师在所有的学习活动中，不仅要关注学习过程，同时要高度关注学习结果，即学生学习活动后的目标达成。特别要指出的是，学习活动相对更加耗时，对学习目标的期待就更加鲜明［7］。因此，所有的学习活动一定是多维核心素养的教学，都要指向生物学概念的生成或构建，不要将活动仅指向单一维度的目标；此外，要设计好对学生科学思维范式培养的教学过程，包括在活动中切入怎样的科学思维范式、教师如何引导和强化、如何安排学生的反思性学习实践等。在进行科学探究的同时，教师要思考融入哪些科学本质的要点，以及怎样开展外显化的科学本质教学。活动栏目对应的课堂实践对教师有较大的挑战和很高的要求，教师要在从依照教材“照方抓药”的教学到“多维目标实现”的努力中选择自己的教学设计和实施定位。

2.4 结束类栏目：抓住学习要点，鼓励积极反思 设计团队高度重视教材中的结束类栏目。这些栏目不仅有“复习巩固”的作用，还应实现多维度的教学意图。在浙科版《生物学》中，结束类栏目包括思考与练习、本章小结、知识结构图等。

1）理论基础和目标指向。结束类栏目的设计主要依据学习理论的原则1和原则3，关注学生已有的知识；让学生巩固详实的事实性知识，并建立清晰的核心概念，帮助学生围绕核心概念组织事实性知识，以核心概念为基础构建知识框架，发展学生的深层理解。

结束类栏目的整体意图是对章节学习成果的梳理提升，目标指向学科核心素养4个维度。当然，在每个具体的栏目上所实现的目标又有所不同。

2）栏目描述和教学期待。“思考与练习“是在每节结束后的习题、作业的部分，是教材的常规栏目。浙科版《生物学》该栏目包括选择题和简答题2个部分，其中选择题紧扣教学内容，帮助学生思考、复习、巩固；简答题部分则相对灵活，要求学生能分析、思考、应用及扩展，对学生的认知层次要求略高。特别是在此次教材编写过程中，对“思考与练习”这个栏目不再简单定位于巩固练习式的课后作业，而是重新认识作业的功能，将该栏目定位于指导学生在完全自主状态下（课堂之外）的学习。因此，适度扩展、与生产实际和生活实际高度关联、长周期、实践性等成为浙科版《生物学》课后练习的特色。教师在指导学生的实践中应提醒学生，在完成这部分练习时要注意能将事实性知识与概念性知识相关联，要关注理论知识的学习与生产、生活实际相联系，检查对概念的理解与应用程度，同时鼓励学生使用反思学习策略思考本人的学习成效。

“本章小结“是浙科版教材的传统栏目，是在一章学习完成后对学习要点的提示，其内容以生命观念为重点，同时涵盖学科核心素养的其他维度，是学生复习时必读的指引和提要。在教学实践中，教师在提示学生将学习成果打包、梳理的同时，要反思学习成果与学习策略的效率。

“知识结构图“是浙科版教材的重要内容。将知识结构图，即概念图列为教材中的栏目，也是本套教材的突出特点。将概念图纳入教材，不仅是因为在全球科学教育领域对概念图策略的肯定，也是教材编写团队对这一方法的多年研究和熟练掌握，可将研究成果通过教材向教师和学生推广。栏目的形式如图1所示。

图1 生态系统概念图

浙科版教材中的知识结构图是规范的层级概念图，包括了概念图中必要的结构要素，例如中心词、节点、连线、连接词、层级、纵列和交叉连接等，是知识结构的直观展示。在教学实践中，教师应提示学生不必记忆和背诵教材中的知识结构图，可让学生解释和说明知识结构图，思考围绕核心概念组织事实性知识，并鼓励学生创建个性化的、合理的知识框架，并构建自己的概念图。

3 教材使用和教学建议

教材的作用是最大程度实现我国高中生物学课程标准的期待和学科核心素养在教学资源上的落地。为此，浙科版《生物学》编写团队将科学教育的理论，特别是学习科学的理论付诸实践，设计了2019版教材。本文介绍的是怎样用特定的栏目支持核心素养在课堂教学中的实现。

从教材设计者的角度和高中生物学课程标准实施者的角度，向高中生物学教师提出一些建议。无论本文的读者是否为浙科版教材的使用者，都可在新课程的教学中尝试执行。

1）研读课程标准，理解生物学核心素养要素背后的理论基础和必要的实施途径；

2）明确课时计划目标、单元教学目标和课程目标的关系，在备课中能明确说出教学实施后学生应有怎样的进步；

3）梳理单元、章节中的知识结构，并让概念彼此关联、形成合理的知识框架；

4）在教学中聚焦重要概念的关键问题，针对概念和关键能力设计教学活动；

5）教学活动要聚焦学生（生物学）观点的形成，强调学生对概念的理解，学生能显性表达和说明生物学观点，有机会在课堂上展示科学思维和科学能力，教师要给予明确的提示；

6）教师要掌握新的教学策略和方法，例如论证式教学、建模教学、反思性实践、工程学策略等；

7）尝试采用形成性的评价方式。

浙科版教材论证和确立了鲜明的理论指导和设计思路，全体编写和编辑人员竭尽全力付诸实施。衷心感谢在本书研制过程中给予支持、指导和帮助的一线教师和专家，也期待与读者在生物学教材和课堂实践方面有更多的交流。