基于UbD理论的高中生物学单元逆向教学设计

赵萌萌 孙立荣

关键词：高中生物学；UbD理论；单元；逆向设计

《普通高中生物学课程标准》（2017年版）（以下简称“新课标”）对高中生物学的课程目标进行了修订。课程目标转变的同时要求教学设计的变革，教师在进行教学设计时要从设计一个知识点或课时转变为一个大单元[1]。美国学者格兰特·威金斯和英国学者杰伊·麦克泰格[2]提出的追求理解的教学设计（Understanding by Design，UbD）旨在为学生提供概念理解的框架，揭示与内容相关的大概念，提升学习迁移能力，这与新目标的要求相契合。本研究以UbD理论为基础，对“细胞的生存需要一定的物质与能量”进行教学设计，初步探索如何基于该理论进行逆向单元教学设计。

1 UbD理论概述

UbD理论倡导教学设计“以终为始”，并提出了“确定预期目标—确定合适的评估证据—设计学习体验和教学”逆向顺序的教学设计方法。UbD理论包含的大概念、理解六侧面、基本问题、评估与反馈以及教学计划中的WHERETO元素等理論知识对教师进行单元教学也起到了较大的辅助作用。

1.1 大概念

UbD理论认为大概念是学科的核心，是理解的必要条件，对学科大概念的掌握能让学生具备应用和迁移知识的能力[2]。同时，新课标也提出了“内容聚焦大概念”的基本理念，旨在让学生深刻理解和应用重要的生物学概念，发展生物学学科核心素养[3]。由此可见，大概念对学生学习和教师教学具有重要作用，学习大概念是发展核心素养的路径之一。

1.2 理解六侧面

理解可以使学生具备知识迁移能力，培养学生这种能力是良好教育的关键[2]。由于理解的复杂性，UbD理论提出了多侧面的视角，当学生真正理解时，可以做到：（1）能解释，运用比较、分类、归纳和概括等方法洞察事物间的联系，阐明事物的本质；（2）能阐明，根据自己的理解，通过图片、类比和模型等方式将自己的想法表述出来；（3）能应用，在面对真实情境中的相关问题时，运用所学知识进行解释和解决；（4）能洞察，对于事物和问题有自己的见解，能批判性地看待；（5）能深入，通过事物表象，直达事物本质或者能在先前已有知识经验的基础上对新事物形成更加深刻的理解；（6）能自知，通过学习的过程对自身有更加深刻的了解和认识。此外，理解六侧面在教师确定预期学习结果和评估证据时都有帮助。

1.3 基本问题

UbD理论倡导用基本问题来架构所确定的目标，能促进对某一主题单元内容的理解，也能激发知识间的联系和迁移[2]，并且一个好的基本问题不能用简短的句子来回答，需要学生深入思考和探究，甚至揭示更多的问题，而该过程就促进了学生深入、可迁移的理解。

1.4 评估与反馈

因为理解是伴随着探究和反思的过程而逐渐形成的，所以UbD理论认为教学评估应贯穿于整个教学过程中，应在教学过程中使用各种方法和形式收集大量可以判断学生理解程度的证据[2]，这也有助于实现“教-学-评”的一致性。UbD理论中的评估方法主要包括对理解的非正式检查（如教师提问、观察、检查作业）、传统随堂测验和考试、开放式问答题和表现性任务。

1.5 WHERETO元素

为了在设计教学活动时确保每个学生都能理解，UbD理论提供了教学计划中的WHERETO元素，以给教学设计者提示。其中，W代表学习方向（Where）和原因（Why），意为教师要保证学生学习时知道为什么要学习该部分内容并确保学生了解学习目标；H代表吸引（Hook）和保持（Hold），意为教师的教学要能吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣；E代表探索（Explore）和体验（Experience）、准备（Equip）和使能（Enable），提示教师要为学生提供必要的知识、技能以及工具并帮助学生实现目标；R代表反思（Reflect）、重新考虑（Rethink）与修改（Revise），意为教师要为学生提供机会和时间反思自己的学习过程，并修正自己的学习方向；第二个E代表评价（Evaluate），即教师要通过设计多元化的评价为学生提供表现自己的机会；T代表量身定制（Tailor），提示教师要因材施教，尽量根据每个学生的特点提出不同的要求、设计不同的教学和评价方案；O代表最佳效果导向的组织（Organize），指教师在完成以上设计后要合理组合，争取将其效果发挥到最大，让学生深刻地理解所学内容。

2 “细胞的生存需要一定的物质与能量”单元逆向教学设计

根据新课标，“细胞的生存需要一定的物质与能量”这一概念属于高中生物学大概念2“细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”中的内容，以UbD理论为基础，对该生物学概念按照“确定预期结果—确定合适的证据—设计学习体验”的顺序进行设计，可以得到单元逆向教学设计。

2.1 阶段1—确定预期结果

学科核心素养是学科育人价值的集中体现[3]，确定预期结果时要以生物学核心素养为导向，而对生物学大概念的学习又是发展核心素养的有效路径之一，所以笔者主要依据新课标中的内容要求、学业要求，同时结合学业质量水平，参考UbD理论中对理解六侧面和基本问题的概述来确定学生的预期学习结果。

2.1.1 确定的目标

阐明物质通过被动运输、主动运输等方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动；细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域。

2.1.2 确定目标后需思考的基本问题

细胞生活在环境中，在物质和能量上是如何保持相对独立的，又是如何与环境进行物质和能量交换的？细胞从环境中获取的物质和能量在细胞内会发生怎样的转化，这些转变为何不能在细胞外发生？

2.1.3 通过基本问题预期的学生收获

（1）学生将会理解：细胞生活在内环境中，细胞膜不仅是一道屏障，可以将细胞内外环境隔开，也是控制物质进出细胞的门户，并且不同的物质通过不同的跨膜运输方式进出细胞；细胞所需能量是由酶催化的一系列化学反应提供的，能量以物质为载体，其转化过程伴随着物质变化。

（2）学生将会知道：细胞膜具有选择透过性，可以控制物质进出细胞，不同的物质跨膜运输的方式不同；细胞内的物质变化和能量转换需要通过由酶催化的化学反应来实现；三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP）是为生命活动提供能量的直接能源物质，主要来源是细胞呼吸，细胞呼吸消耗的物质最终来自植物光合作用产生的有机物，细胞所利用能量的源头是太阳能。

（3）学生将能做到：阐明细胞膜的选择透过性以及物质跨膜运输方式—被动运输、主动运输、胞吞和胞吐的特点；阐明ATP的结构，并通过ATP与二磷酸腺苷（Adenosine Diphosphate，ADP）相互转化的过程，理解ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质；理解细胞呼吸和光合作用的过程与特点；将控制自变量、观察和检测因变量的变化、设置对照组和重复实验的实验设计方法应用于生物探究活动；能应用酶、细胞呼吸和光合作用等科学知识分析、解决生产生活中的相关问题。

2.2 阶段2—确定合适的评估证据

根据UbD理论，在阶段2要根据阶段1所制定的预期结果确定可以判断学生是否真正理解知识的评估证据，为了实现“教-学-评”的一致性，在确定评估方法时同样要以生物学核心素养的发展为目标，要设计多样化的评估方式，并且将评估贯穿教学始终。根据笔者分析，在“細胞的生存需要一定的物质与能量”这一概念所包含的学习内容中，对于几种物质跨膜运输方式的特点以及酶的本质、作用和特点等事实性知识，可以通过教师提问、课堂测验等传统方法进行评估，而对于需要学生深度理解与综合应用的知识，则需要利用开放式问答题以及表现性任务进行评估，对表现性任务所要达到的目标、展现形式和评估标准进行详细的说明。

2.2.1 能证明学生已经理解的表现性任务

任务1：一位农民现要为玉米施肥，请查阅相关资料并结合所学知识，说明如何才能做到合理施肥。

此任务意在使学生理解“合理施肥”蕴含的生物学知识，能认识到生物学知识与生产生活的密切联系，并能利用其来指导实践。此任务需要学生详细说明植物是如何吸收无机态养分的以及如何对玉米田进行“合理施肥”，说明在日常生产生活中遇到类似问题时自己的做法，最后学生可以通过书面汇报的形式展现自己的成果。

任务2：学生设计“探究CO2浓度对光合作用强度的影响”实验的整个过程。

此任务的目的是让学生列举影响光合作用强度的因素，并且学会通过控制自变量观察和检测因变量的变化、设置对照组和重复实验。学生要尽可能全面地列举出影响光合作用强度的因素，并从中选择一种因素，如CO2浓度，设计实验探究其对光合作用强度的影响，能说明实验原理，列出实验所需材料和用具，说出详细的实验步骤，体现出对自变量的控制以及对照组和实验组的设置，最后以实验设计的形式展现自己的成果。

任务3：学生绘制一幅手抄报详细说明某同学中午食用的米饭是怎样为其下午的学习活动提供能量的。

此任务旨在让学生应用所学生物学知识解释日常的饮食为人类活动提供物质和能量的整个过程，认识到细胞生命活动中存在物质与能量的统一，了解生物学知识与人类生活的密切联系。学生可以绘制手抄报，通过图画和文字相结合描绘出水稻光合作用制造的有机物为人体生命活动提供物质与能量的整个过程。

2.2.2 根据阶段1的预期结果收集的其他证据

教师通过提问的方式了解学生对“细胞膜的选择透过性”这一问题的理解以及学生对酶的化学本质、作用及特点的认识程度；通过课堂检测的方式了解学生对物质跨膜运输方式的过程和特点的理解、细胞呼吸和光合作用过程中的物质与能量变化；组织小组活动，考查学生在讨论“为什么说ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质”这一问题时的表现；设置开放性问答题，让学生分别举例说明酶、细胞呼吸和光合作用等科学知识在生产生活中的应用。

在单元学习结束后，让学生进行自我评估和反馈，反思自己能否清晰阐述细胞获取物质和能量的整个过程，能否认识到细胞生命活动中存在物质与能量的统一，认识到生物学知识与生产生活的密切联系以及能否利用知识来指导生产生活，并反思自己在单元学习过程中表现较好之处与不足之处，提升元认知能力。

2.3 阶段3—设计学习体验

根据阶段1的预期学习结果和阶段2的评估证据双重导向，并结合WHERETO元素设计阶段3的学习体验。

2.3.1 新课导入

一个国家有陆地、海域和领空的边界，并有海关监管货物的运进运出，人也有皮肤和黏膜作为人体内部与外界分隔的边界，保证了人体内部的稳定性，那么细胞作为最基本的生命系统是否有边界呢？如果有，其边界是什么？细胞的边界又是怎样控制细胞内外物质运输的？

2.3.2 目标展示

教师给学生介绍基本问题和表现性任务。

2.3.3 单元学习过程

学习活动1：师生共同探究细胞膜的选择透过性，教师以提问的方式评估学生对细胞膜的选择透过性的理解。

学习活动2：师生通过微视频、实验、资料分析等建构被动运输、主动运输等物质跨膜运输方式的概念，并分析各自的过程和特点，对知识点进行课堂测验。

表现性评价1：学生查阅相关资料并结合所学知识，说明如何对玉米进行“合理施肥”及其蕴含的生物学知识。

学习活动3：师生通过实验共同探究酶的作用和特性，从科学家对酶本质的探索历程认识酶的本质，教师以提问的方式评估学生对酶的化学本质、作用及特点的认识程度。

学习活动4：师生先共同学习ATP的结构、ATP和ADP的相互转化过程，之后学生分组讨论“ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质”的原因。

学习活动5：师生通过探究实验、分析资料探讨学习细胞呼吸和光合作用过程中的物质与能量变化。

表现性评价2：学生利用控制变量法和设计对照实验的方法设计“探究CO2浓度对光合作用强度的影响”实验的步骤。

其他评价方式：对细胞呼吸和光合作用过程中的物质与能量变化等知识点进行课堂测验，学生分别举例说明酶、细胞呼吸和光合作用等科学知识在生产生活中的应用。

表现性评价3：学生绘制一幅手抄报详细说明某同学中午食用的米饭是怎样为其下午的学习活动提供能量的，并反思自己在完成此项任务时遇到的问题。

2.3.4 反思总结

在本单元结束时，学生反思自己对“细胞的生存需要一定的物质与能量”这一概念的理解以及学完本单元后自己在知识和能力等方面的收获。

3 结语

只注重学科知识理解与记忆的传统教学已不能满足当今学生核心素养培养的要求，这就要求教育专家学者和一线教师积极尝试与开发新的路径。具有整合性的单元教学能让学生在一系列有联系的学习活动中完成对学科大概念的构建，并体会学科知识蕴含的学科核心素养。由格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰格提出的逆向教学设计更是在单元教学的基础上一改传统教学设计的步骤，将对教学评价的设计提前，依据教学目标和教学评价设计学习活动，更有利于实现“教-学-评”的一致性。因此，基于UbD理论的单元教学设计是一条值得探索且可以落实学生核心素养培养的有效路径。

首先详细介绍了UbD理论的相关要点，其次以高中生物学学科大概念“细胞的生存需要一定的物质与能量”为例说明了以此理论为基础进行单元逆向教学设计的操作路径，在此过程中，要按照“确定预期结果—确定合适的评估证据—设计学习体验”的逆向顺序进行。此外，在确定预期结果和评估证据时，要详细参考课程标准中的学业要求和学业质量的具体内容，在以课标的要求为基准、以核心素养的培养为目标进行教学活动设计时，要依据所确定的预期结果和评估证据设计可以充分调动学生主动性和积极性的活动，使学生在学习生物学大概念的过程中将生物学知识内化于心、外化于行，做到知行合一，实现从简单理解与记忆知识向形成核心素养的转化。