基于UbD理念的高中生物学教学设计

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）