基于社会性科学议题的单元教学设计——以“抗生素耐药性”为例

◎ 范楠楠 肖思汉

随着国际社会对“核心素养”关注的持续升温，近些年我国也展开了以发展学生核心素养为目标的新一轮课程改革。其中，2016 年9 月发布的《中国学生发展核心素养》，从“三面、六项、十八个基本点”明确了中国学生应具备的、能够适应终身发展和社会发展所需要的必备品格和关键能力。2018 年1 月16 日，教育部发布《普通高中课程方案和语文等学科课程标准（2017 年版）》，更是从学科的视角明晰了学科核心素养的基本内容。这意味着“核心素养”这一热词真正从学术讨论走向一线课堂。对广大中小学教师而言，学科核心素养的落实对教师的教学设计能力提出了更高的要求。有学者指出，“指向核心素养的教学方案应围绕学科大概念进行大单元教学设计，并在设计的过程中兼顾教材逻辑结构、学生认知发展水平以及学科核心素养的基本内容，并通过真实的教学情境帮助学生理解和运用所学概念。”［1］

然而，对于一线教师来说，基于学科核心素养的大单元教学到底该如何开展呢？本文以科学学科为例，探讨国外教育界近些年来围绕“社会性科学议题”（Socioscientific Issues，简称SSI）展开的单元教学设计案例。所谓“社会性科学议题”是指那些与科学和技术相关的社会性议题［2］，通常与生态环境、资源使用、食品安全等主题相关，如转基因食品、全球气候变暖等。本文通过深入分析基于社会性科学议题的单元大概念教学设计与实施过程，试图为核心素养背景下的教学设计变革提供一些新的思路。

一、以大概念为核心的单元教学设计

就课程与教学领域而言，“大概念”一词最早可追溯至美国布鲁纳（J. S. Bruner）所倡导的学科结构运动，该运动强调任何学科都拥有一个基本结构。［3］学生学习的目标就是掌握学科基本结构。而学科基本结构就是学科基本要素之间的相互联系。而大概念则用来表述学科不同基本要素之间的组织形式。“大概念”在一定程度上就是奥苏贝尔（Ausubel）所说的上位概念［4］，其存在的价值在于凝练急剧膨胀的下位概念，由此可见，“大概念”本身是相对的。因为任何一个上位概念都会被一个更加上位的概念所囊括。

围绕“大概念”展开单元教学是由其自身的独特性所决定的。有学者指出“大概念”可以被界定为反映专家思维方式的概念、观念和论题，其本身是抽象的，需要诸多具体的案例来进行支撑。此外，大概念的“大”具有生活价值，意味着围绕大概念所展开的教学不仅仅局限于学科、学校，而是从学校生活走向真实的社会生活。［5］换言之，以大概念为核心的单元教学，需要借助于具体且真实的情景案例，帮助学生理解与日常生活息息相关的学科概念，在学校生活和真实世界架构一座意义桥梁，实现所学知识的有效迁移。而这些目标仅仅依靠短短的单课是很难实现的。因为单课既无法展开大概念背后的小概念，也很难实现大概念与现实生活情境的有效链接。因此，基于大概念的单元教学就变得尤为重要。此处的“单元”不是时空上的简单整合，更多的是围绕学科核心概念而展开的一个个生动具体且完整的学习故事。

二、基于社会性科学议题的科学单元教学设计与实施

以大概念为核心的科学学科单元教学，需要借助体现学科核心概念且真实的情景案例，帮助学生理解与日常生活息息相关的科学内容。本文以美国密苏里大学帕特里夏·弗里德里克森（Patricia J. Friedrichsen）等人基于社会性科学议题的单元教学设计与实施过程为例［6］，呈现国际科学教师基于社会性科学议题所展开的单元教学设计与实施过程。该研究团队由国际著名科学教育学者、SSI 研究的开创者之一特洛伊·萨德勒（Troy D. Sadler）教授领衔。

（一）社会性科学议题的选择——抗生素耐药性

长久以来，抗生素耐药性作为一个全球性医学问题，一直为广大媒体所关注，各种报道层出不穷，社会大众对抗生素的使用也存有多种疑虑，这也是弗里德里克森团队选择“抗生素耐药性”作为教学设计主题的原因之一。其次，与抗生素耐药性密切相关的“进化”“变异”“自然选择”等科学概念，也是高中生科学学习内容的重要组成部分。最后，结合学生的学情，基于任课教师的了解，大部分学生对从事医疗行业很感兴趣。因此，基于上述理由，弗里德里克森团队选择了与人类健康相关的抗生素耐药性作为教学主题。

（二）单元学习目标的确定

学生在经历“抗生素耐药性”情境的大单元学习后，应达到的学习目标如下。

（1） 能够构建有关自然选择的概念模型，并借助该模型解释与特定性状相关的基因变异、影响这些性状发生遗传变异的各种外界因素、种群内特定性状变化的频率。

（2）能够借助所建构的模型解释新的问题情境。

（3）能够建构一个从细胞层面解释细菌对抗生素产生耐药性的机制模型（模型应包含抗生素作用细菌的靶点，以及细菌的“反攻”机制）。

（4） 能够针对复杂的SSI 进行系统性思考。

基于社会性科学议题的大单元教学旨在帮助学生理解科学概念，提高科学实践能力的同时，更关注所学科学知识在日常生活情境中的使用。所以，目标（1）（2）（3）旨在让学生通过科学建模、科学实验等，获得生物进化、自然选择等科学概念。而目标（4）则将抗生素耐药性所涉及的科学内容置于更复杂的社会生活情境中，培养学生具备在日常生活中“用得上”的科学素养。

（三）基于社会性科学议题的单元教学流程

社会性科学议题教学通常始于一个迫切需要解决的争议话题。首先，教师通过新闻报道等向学生呈现有关该议题的相关信息，以此作为科学内容的学习情境。其次，学生的学习过程涉及三个方面因素：分别是科学概念与科学实践、SSI 的社会维度、信息媒介素养，三个方面因素的相互作用共同促进学生科学素养的提升。这意味着学生在应对或处理SSI 的过程中，需要有意识地运用大量的科学内容，并在此基础上思考影响议题解决的相关社会因素（如政治、经济、伦理等），在此过程中，有意识地培养学生的信息媒介素养，使学生能够有意识地去甄别信息的来源、可信度、可靠性等，从而实现对争议议题的系统性思考。其中，学生通过教师讲授来了解科学概念，而对科学概念的理解与运用则来自自己的建模、实验等科学实践。最后，借助单元大任务将整个社会性科学议题的学习过程进行总结、反思，并在此基础上进行单元教学评价。图1 呈现了单元教学的整个流程，下文将对每个环节做进一步详述。

图1 基于“抗生素耐药性”的单元教学流程图

1. 环节一：情境引入与探索

如何在课堂上引入“抗生素耐药性”这一议题？已有SSI 教学案例大多从与学生日常生活紧密相关的新闻报道出发。弗里德里克森团队亦从全球闻名的“耐甲氧西林金黄色葡萄球菌”（Methicillin-resistant Staphylococcus Aureus，简称MRSA）着手。首先，向学生呈现有关MRSA，不同来源的视频资料。学生观看视频资料，并分组讨论有关MRSA 的问题，如MRSA 是什么、人类如何感染MRSA、感染MRSA 会有哪些症状、如何治疗与预防MRSA感染、为什么MRSA 常被称为“超级细菌”等。基于上述学习过程，学生能够从日常生活问题切入，从比较直观的视角把握“抗生素耐药性”与人类健康的内在联系，从而激起浓厚的学习兴趣。

2. 环节二：科学概念与科学实践相互作用

与“抗生素耐药性”相关的科学概念是“进化”“自然选择”等。为了让学生清晰地观察到生物的进化现象。弗里德里克森团队在这一环节设计并组织了两个活动。首先，以非致病菌巨芽孢杆菌为例，实施抗生素耐药性实验。实验分为两个阶段：第一阶段，基于控制组（无抗生素）和实验组（有抗生素）的对照，让学生近距离观察抗生素对细菌生长的影响；第二阶段，学生将实验组细菌进行继代培养，然后再重复上述实验步骤，让学生发现在有抗生素的培养皿中也有少量的细菌生长，深入体会生命进化的重要意义。学生基于科学实验操作和现象观察，能够从宏观的角度观察到耐药菌产生的整个过程，对“进化”“自然选择”的概念有了初步的认识和理解，并在此基础上，对这一现象的发生机制进行建模和解释。

随后，基于实验观察，进行微观科学现象解读的科学建模。学生先分别从分子、细胞、有机体以及种群层面来绘制出实验现象的变化过程图。然后，教师根据学生绘制的变化图来进行科学知识盲点的回顾和补充，学生根据教师的知识补充，重新修改自己的过程图。最后，学生操作在线模型软件，通过控制食物数量、食物分配以及鞭毛的能量消耗等变量，观察细菌数量的相应变化。

基于上述过程，学生从宏观视角切入，由简单的模型图外化对实验现象的初步理解，然后教师根据学生所绘制的模型图进行相关科学知识的补充，学生据此再形成新的认识和理解，修改最初的模型图。最后，再结合相关软件模型控制变量，进一步理解细菌数量与外部环境因素的联系，从而体会“自然选择”的真实意义。

3. 环节三：单元评价活动

该环节的活动主要围绕“向政府提供政策建议”的任务展开，主要包括三个步骤：首先，小组合作探索有关耐药性细菌传播的流行病学数据；其次，学生从不同利益相关者（生病孩子的父母、制药商等）的角度对数据进行评价，并在小组内进行分享；最后，每个学生向全班分享自己应对抗生素耐药性问题的政策建议，并接受同学的评议。

针对环节三的教学教师有意识地将抗生素耐药性问题与其他社会性因素联系起来。比如，应对抗生素耐药性的方法之一是研发新的抗生素，而经济效益是制药商的首要顾虑。尽管从科学的视角来看，研制新的抗生素是一种有效的解决之策，但这却不一定能成为新药研制的动力。学生所提供的政策性建议需要权衡多方面的因素，而这也再现了现实生活中的科学相关问题的处理过程。

三、对我国科学学科单元教学设计的启示

（一）基于科学大概念，选择与学生日常相关的社会性科学议题

在科学课堂上展开“社会性科学议题”单元教学，首先要明晰单元教学希望学生理解和体会的学科大概念，并在此基础上选择体现该概念的社会性科学议题。如何权衡学生的学习兴趣与科学学习要求，选择可用于教学的社会性科学议题呢？弗里德里克森团队的教学设计为我们提供了三点思路：一是所选议题应承载与科学概念相关的知识与探究方法；二是来源于学生的日常生活——学生或是在新闻媒体，或是在学校、家庭、社会生活中有所耳闻，抑或是亲身经历，能够引起学生的深入讨论乃至争论；三是结合学情，兼顾学生的学习兴趣，指向学生的未来职业需求。

除了以上三点之外，基于我国教育背景，社会性科学议题的选择还应该立足学科课程标准。课程标准是课程目标、课程内容、课程实施的纲领性文献，任何的教学设计都必须立足于课程标准的指导。［7］综上所述，议题选择应从核心概念出发，选择能够承载科学知识与方法、源于学生日常生活、具有广泛社会影响力的议题，并在上述基础上兼顾学生的兴趣与职业需求。例如，《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》“遗传与进化”模块明确提及，学生通过完成该模块的学习，能够意识到“生物的多样性和适应性是进化的结果”；为了帮助学生达成对该概念的认识，课标建议将耐药菌的出现与抗生素滥用进行联系，并作相关讨论。［8］总之，将科学知识嵌入与学生生活经验相似的故事、情景，创设真实、有意义的学习情境，就能让学生获得积极的情感体验，激发学生课堂参与的活跃性，实现以素养为导向的深度学习。

（二）融合媒介素养教育，培养学生的科学“消费”能力

1992 年，美国媒介素养研究中心将媒体素养界定为：面对不同媒体中的信息时，人们所具有的信息选择与理解、质疑与评估、创造与生产的能力。学生日常生活中遇到的各种社会性科学议题，大多是以新闻报道的形式出现的。相较于科学家作为科学知识的“生产者和传播者”这一角色来说，大多数的普通人都是科学信息的“消费者”。面对形形色色、真假莫辨的信息，学生搜寻、理解与评估信息的能力变得尤为重要。具备媒介素养的人可能会有意识地去关注信息的来源、作者的权威性、信息内容的逻辑、包含证据的充分性等，以此作为判断信息质量的依据，而非过于简单、仓促地相信或反对。在上述案例中，无论是环节一还是环节三，弗里德里克森团队的教学设计都有意识地让学生对来源不同、内容相似的信息进行筛选与判断，并在此基础上进行评价与决策。

随着现代媒体的迅猛发展，越来越多的信息会通过现代大众媒体进行传播，但信息的质量很难得到有效的保障。而媒介素养作为一种在现代社会生存的核心能力，逐渐受到人们的重视。《中国学生发展核心素养》在“自主发展”方面的“学会学习”中提出“信息意识”，要求学生能够自觉、有效地获取、评估、鉴别、使用信息。［9］因此，在科学单元的教学设计上，需要有意识地贯穿媒介素养教育，着力培养学生对科学信息的筛选、评估能力。

（三）协同科学实践与科学概念，助力科学大概念的理解与迁移

大概念是超越于具体现实的抽象。许多人认为，既然大概念如此重要，为什么不让学生直接识记大概念呢？［5］这就像是科学课上让学生背诵“生物”这个概念一样，毫无意义。即便是学生能够机械地记忆概念的文字表述，他们依旧很难理解概念背后的具体含义，更无法应用于问题解决的情境。因为概念本身是专家知识，是科学家在无数具体情境（如实验情境）中验证和抽象出来的概念。专家在面对这些概念时，能够在脑海中浮现出与之对应的具体情境。但是对于生活经验匮乏的学生来说，有些科学概念只是“概念”，难以激起联想与迁移。这就要求科学大单元的教学能够有效联动科学概念与科学实践，让学生通过观察、实验等探究方式，丰富与之对应的“概念故事”。正如本文案例中，为了让学生真正理解“进化”“自然选择”等科学概念，耐药菌出现的实验观察、建模操作都将成为学生理解“自然选择”的重要支撑。而在此基础上形成的科学理解，必将是深刻的、鲜活的，且能够实现有效的情境迁移。