专题二 基于生物学科核心素养的大单元教学设计概述-高中生物单元教学设计

>> 8 专题二  基于生物学科核心素养的大单元教学设计 概述 主题一  大单元教学设计的内涵 钟启泉教授在《单元教学设计：撬动课堂转型的一个支点》一文中，将单元教 学设计定义为在整体思维指导下，将基于某一主题构建出的单元内容作为教学内容， 通过编制单元目标、设计单元教学方案、设计课堂教学、进行单元评价等环节来完 成的教学设计。钟教授认为单元教学设计要围绕“核心素养—课程标准—单元设计— 课时计划”来进行，是介于宏观课程设计和微观课时设计之间以完整学习主题为单 位的教学设计。大单元教学设计要体现课程视角、学习立场，以学生“何以学会” 来呈现教学设计，而不是着眼于教师自己如何设计教的过程。 大单元教学设计是一种结构化的设计。大单元的结构化不仅是知识、技能的结 构化，更是教学活动的结构化，是基于核心素养，在大概念、大情境、大任务的统 领下，整个大单元教学活动的条理化、纲领化。大单元结构化是一种高阶思维的呈 现样态，所折射的是一种整体层面的、系统科学的认知方式。用这样的观念对大单 元学习活动进行结构化的设计有着积极的意义。 高中生物开展大单元教学是发展生物学科核心素养的具体途径和方式，而生物 学科核心素养是大单元教学的出发点和落脚点。因此，基于生物学科核心素养的大 单元教学设计应该聚焦大概念、重要概念和次位概念三个层级概念间的内在特定关 系，以学习主题为核心，以生物学科核心素养为导向，对学习内容进行分析、整合、 重组和开发，通过创设真实的情境，设计挑战性任务与活动，促进学生用学习进阶 的思维模式和多元互动的参与方式开展深度学习，进而促进学生在结构化的知识系 统中提升生物学科思维品质及分析处理复杂问题的素养水平。此外，与以往的教学 　专题二 基于生物学科核心素养的大单元教学设计概述　 9 << 设计相比，大单元教学设计不仅包括教学要素的前期分析和设计，还包括实施和评 价、反思与改进等一系列连续复杂的设计过程，使教学更具效能。 主题二  大单元教学设计的特点 大单元教学具有整体性、系统性和层序性的特点。 一、整体性 单元教学设计是基于单元内容之间的内在联系设计的。聚焦生物核心概念、提 高生物科学素养的大单元教学设计更为注重整体性，它能从宏观层面解读课程标准、 分析教材、厘清单元内容结构，从中观层面分析学情、聚焦重要概念、挖掘知识内 涵，同时正确把握核心知识间的逻辑关系和重难点，从单元学习目标出发设计单元 学习任务，单元内每一个课时的教学设计都需要为单元总设计服务，这种整体性设 计有助于教师对整体的单元教学内容、策略等进行调整和规划，有利于学生逐步构 建系统的知识网络和概念体系。 二、系统性 大单元教学设计是以系统思维建构，并基于认知负荷承受的混合型教学设计。 系统思维是建立在分析的基础上的“综合”，而不是简单叠加或机械重组的表面“综 合”。人的认知承载力是有限的。当教学内容密度大但关联性低的时候，学生的学习 积极性也较低，不利于学习能力的迁移。所以，教师在进行教学设计时，需要统筹 安排，充分考虑到教学环节之间的内在联系，达到教学效果最优化。单元教学设计 的系统性还表现在对设计文本详略程度的把握上，最好是“单元详、课时略”。“单 元详”是指单元教学设计的内容要充分体现单元的整体性，以及单元内各部分的独 特性及相互关联性；“课时略”是在无特定要求的情况下，设计文本应突出各课时在 达成学习目标过程中的主要活动形式和做法，精简细节，最终既能够体现各环节的 独到之处，又能够呈现各个部分的关联性。 三、层序性 大单元教学设计是围绕某主题，依据知识之间的内在逻辑关系及学生的认知发 展顺序，对教学环节或活动的安排有层序地进行组织，由易到难、由浅入深。将大 >> 10 高中生物单元教学设计　 单元教学设计中的单元学习目标分解为多个课时的学习目标，根据单元教学内容而 确定的课时教学内容间存在着或螺旋式上升或平行式排列或树木式发展等的层序性。 这种层序性的安排设计能够有效地拓宽学生知识的广度，加深学生思维上的宽度， 使其实现学习的进阶。其中，进阶终点指明了学生学习的最终目标；进阶水平描述 的学习路径，为怎样实现目标提供了支持；学生在每一层级上的具体表现则可以作 为评价学生实现目标的依据。综上所述，层序性可以更好地支持大单元教学设计的 有序进行。 主题三  大单元教学设计的相关理论支撑 明确教学理论的指导意义，是大单元教学实施的基础。大单元教学用到的教学 理论如下。 一、建构主义学习理论 新课程标准特别强调课程内容结构化，强化知识间的内在关联，强调学生对知 识、技能的自我建构，既强调学科知识结构，又注重在这样的结构中所隐含着的学 生的活动及活动方式的结构化。建构主义是行为主义发展到认知主义后发展而来的， 最先被瑞士心理学家让·皮亚杰（Jean Piaget）提出，然后由利维·维果斯基（Lev Vygotsky）和杰罗姆·布鲁纳（Jerome Burner）等多位教育学家和心理学家进一步 完善。建构主义学习理论认为，知识学习不是通过教师的传授得到的，而是学习者 在一定的情境下，借助他人（教师和同伴）的帮助，利用必要的课程资源，通过人 与人之间的协作活动，通过自我有意义的建构而获得的。同时，教学过程中不应该 忽略学生原有的经验，应该把它当作新知识的生长点，以原有的经验、心理结构和 能力为基础来建构新的认知图式。建构主义学习理论对于大单元教学中转变教师传 统的角色定位，对于建构新型师生关系，以及制定学习方案、设置学习情境、设计 学习任务、优化学习活动、变革教与学方式，提供了重要的理论依据。因此，建构 主义学习理论可以有效指导素养本位下的高中生物大单元教学设计。 二、系统论 20 世纪 50 年代，L.V. 贝塔朗菲（L.Von.Bertalanffy）从物理学、生物学与心理 学提出同型性的系统论原理，其核心思想是系统的整体观念。系统论强调任何系统 　专题二 基于生物学科核心素养的大单元教学设计概述　 11 << 都是有机的整体，系统是若干事物的集合，反映了客观事物的整体性，但系统又不 简单地等同于整体。系统的有机联系性，存在于整体中的要素，都必定具有构成整 体的相互关联的内在根据，所以要素只有在整体中才能体现出其意义。贝塔朗菲系 统论的思想是在总结前人优秀哲学思想基础上的创新，深刻改变了人类的思维方法， 为解决社会问题提供了更多的方案，为人们提供了新的分析研究问题的工具。这一 理论也成为大单元教学设计重要的理论依据。大单元教学设计以整本教材或整个学 段为围拢归整教材知识，按照经验或概念、活动或兴趣等划分大单元，全面把握知 识之间的逻辑性和全面性，呈现整体性和层序性的特点，遵循了系统论的原则。 三、格式塔理论 格式塔理论是一种心理学理论，出现于 20 世纪初的德国，该理论强调学习不是 盲目尝试，而是学生对整体教学情境认知后的顿悟，它主张思维的培养，旨在创设 一系列彼此联系且真实的学习情境，并将其以整体形式呈现，引导学生以整体思维 去感知和探索，最终顿悟知识间的相关性并学会迁移应用。依据格式塔理论进行单 元教学设计时，应以整体化的教学视角出发，以单元为教学单位，围绕学科大概念， 创设连贯的、熟悉的、整体的教学情境，设置顺应学生思维发展的情境任务，让学 生观察、感受、理解。随着一个个任务的完成，学生的认知水平就会发生改变，继 而领悟所学知识并利用所学知识解决、解释特定情境下的实际问题和现象，这无疑 是生物学科核心素养的最好体现。 格式塔理论包含三个基本原则。一是整体原则：人们更容易理解和记忆整体， 而非单个元素；二是近似原则：人们倾向于将靠近彼此的元素视为一组，而非将相 距较远的元素视为一组；三是对比原则：人们更容易理解和记忆对比鲜明的元素， 而非相似的元素。 通过应用格式塔理论的基本原则，教师可以将学科知识和技能整合在一起，以 便学生更容易理解、记忆和应用。例如，教师可以设计出富有挑战性的主题，以激 发学生的创造力和想象力。 主题四  大单元教学设计的模式 目前，对于单元教学设计的模式尚未形成统一定论，但罗伯特·米尔斯·加 涅（Robert Mills Gagne）的 ADDIE 模式得到了大多数学者的认可。其中“A”为 >> 12 高中生物单元教学设计　 Analysis（ 分 析 ）、“D” 为 Design（ 设 计 ）、“D” 为 Develop（ 开 发 ）、“I” 为 Implement（实施）、“E”为 Evaluate（评价）。钟启泉教授将 ADDIE 模式引入单 元教学设计，强调单元教学的备课起点是单元，教学设计按分析—设计—开发—实 施—评价五个步骤展开。“分析”即对教材、学情、课程标准等教学基本要素进行系 统分析，作为单元教学的前期准备；“设计”以分析为基础，即设计单元及课时目标； “开发”即设计单元教学活动、学生分层作业等；“实施”即实施已经设计好的单元教 学计划，主要包括课前预习、课中学习、课后复习等；“评价”即评价学生学习效果， 对教师教学评价与反思，并且评价贯穿整个单元教学过程，以保证其开放性和动态 性。钟教授强调每一个课时之间的逻辑关联，认为单元教学实践是在单元目标指引 下展开的，每个课时都向单元教学目标服务，体现教学设计的整体性。 构建“双新”实施大教学系统的核心任务是拟定基本框架，由此形成系统化的 教学程序。对于 ADDIE 模式的援引，不仅在于其是系统性教学设计的典范，更重要 的是其契合了“双新”实施的内在需要。进一步探究发现，美国学者格兰特·威金 斯（Grant Wiggins）等兼具“逆向设计、宏观设计”思想和系统性特征的“追求理 解的教学设计模式（UbD 模式）”，也可作为单元教学设计的重要模式。为了使学生 达到对知识的有意义建构和迁移，该模式对“理解”一词进行了具体分类，将理解 划分为六个维度：解释、阐明、应用、洞察、移情、自知，旨在改变传统的“目标— 活动—检测”的教学设计，重新考虑课程、教材和教学的关系，围绕大概念、核心 问题和核心任务把教学单元放在一个更大、更连贯、更结构化的课程和项目框架中 进行设计，提出逆向设计“三阶段法”。在教学设计中，首先应明确学习目标和预估 学习过程应该达到的结果，将评价任务的设计先于教学活动的设计，然后设计学习 体验和教学活动。这一创新性的教学思路颠覆了传统的教学设计模式，主要变化如 下：教师在决定教什么和如何教之前必须思考如何开展评估，而不是教学活动结束 之后才构建评估；为了保证评估证据的有效性，教学目标必须清晰具体、可测可评。 这种逆向教学设计以终为始，以学生为中心，与大单元教学设计的理念具有异曲同 工之妙，能够很好地顺应课改的趋势，发展前景可观。 主题五  大单元教学设计的策略 逆向教学设计关注学习目标、评价活动、学习活动之间的内在逻辑关系，学习 目标指出到哪里去，评价活动指出如何证明已经到了那里，学习活动指出具体如何 　专题二 基于生物学科核心素养的大单元教学设计概述　 13 << 到那里。基于此，大单元教学的设计要遵循“目标设计—评价设计—过程设计”的 基本逻辑理路。 一、基于“课程架构问题链”的目标设计 在大单元教学设计中，首先要明确预期的学习结果，也就是把确立单元教学目 标作为大单元设计的起点。学习结果可以从学习迁移、理解意义和掌握知能三个层 面来理解。其中，理解意义即指向“大概念”的学习，它表明通过本单元的学习， 学生需要解决什么样的问题以及教师期望学生学会什么，知道和理解什么才能去做， 而能做什么和理解什么即是单元目标。为确立单元学习目标，教师需要解读课程标 准，明确课程实施的期望，基于大概念分析教材，明确教材的逻辑体系，分析学习 者特征和经验（包括前科学概念）等，进而挖掘课程架构问题链。课程架构问题链 主要是由一个总体的核心问题、一个或多个驱动问题和多个学习内容问题组成，旨 在引导学生持续思考，进行进阶式的学习。课程架构问题链可以帮助学生将不同的 次位概念连接起来建构重要概念，引导学生深入理解和应用大概念，并有助于学生 将单元设计中的高阶学习目标与学习过程中的学习任务和活动联系起来。 核心问题是为达成大概念理解所设计的问题。大概念高度凝练，它是教师层面 对学科内容内在价值的共识，并不适合直接呈现给学生。所以，需要通过一定的“翻 译”，将其转化成学生看得懂、能思考的问题。实际教学中，核心问题往往是大单元 教学过程中最早呈现给学生的内容，总是以开放性问题的形式出现。驱动问题通常 与要进行的主题学习直接相关，体现了目标的一致性。学习内容问题则以更加具体 的问题形式出现，它们通常与概念的建构相关，并且有着确切的答案。对学习内容 问题的回答可以帮助学生解决单元学习问题，而对单元问题的探究过程也直接指向 核心问题的解答。学生通过对课程结构问题链进行深入理解，能够完成一系列的连 续课时，从而从整体上理解课程内容，完成可以持续发展的单元教学目标。 二、以“学生为中心”的评价设计 围绕大概念的大单元教学关注的是高通路迁移，评价则指向于大概念的掌握情 况。大单元教学设计的第二步是教师需要站在“评估员”的立场寻找可以用于评价 的证据，从而证明学生知道并理解了相关概念。这实质就指向如何证明学生达成了 相关学习目标，所以对学生学习结果评价的设计应先于学习活动或教学活动的设计。 大单元教学设计注重使用多元且持续的评价方法收集学生学习的过程性数据， 评价方法包括表现性评价、形成性评价和终结性评价等多元的评价方式，并十分注 >> 14 高中生物单元教学设计　 重对学生的学习活动进行评价， 即“以学生为中心”的评价方法。表现性评价可以帮 助教师监测学生的学习过程，把握学生的学习进度，进而为他们提供及时、有效的 反馈。在学习任务开始的前期和完成学习任务的过程中，自评、互评和教师评价等 形成性评价可以帮助学生发展自我调节学习的能力，如通过提供自我反思表、同伴 互评表等，学生可以发现自身的优缺点，进而不断地改进和调节学习；在完成学习 任务的后期，学生根据小组评分量规表对自己和同伴的表现进行评价，在这一过程 中发现自己的优势与不足，以及与他人的差距，这将为学生指明改进的目标和方向。 教师最后会对学生进行终结性评价，加深学生对所学知识与技能的理解和运用。 三、基于真实情境的过程设计 在确立了单元学习的目标与适当的评价方法后，教师需要思考以下问题：什 么样的学习活动可以帮助学生达成预先设计的单元学习目标？如何从学生的角度清 楚这个单元的目标和期望完成的任务？如何检测学生之前的知识储备和兴趣所在 （where）？如何激发（hook）所有学生的学习兴趣并加以维持（hold），从而提高课 堂参与度？如何使学生做好准备（equip），帮助他们体验（experience）关键概念的 学习并探究（explore）问题？如何提供学生机会以反思（rethink）及修正（revise） 他们的理解和学习？如何促进学生评价（evaluate）自己的学习从而不断地总结？如 何依据学生的不同学习风格、不同兴趣、不同能力进行因材施教（tailor）？如何组 织（organize）教学活动，使学生的专注和学习效能达到最大并得以维持？上述各个 问题规划了整个单元教学过程，并尽可能地确保学习过程中的学习活动是基于真实 情境所展开的，又被称为 WHERETO 设计。 具体来说，情境教学的重点在于将学生放入有意义的情境中，将知识镶嵌于情 境之中，让学生能够通过情境的体验来获取知识和技能，丰富其认知结构，并在实 际生活中应用知识，生成真正的经验。在设计单元大情境之前，需要明确单元教学 目标，并将其转化为能够在小情境中实现的课时学习目标，以确保每个小情境都与 单元教学目标一致。同时要将不同课时小情境之间的联系和衔接考虑在内，确保学 生能够从一个小情境顺利地过渡到下一个小情境，注重学习内容之间的联系与整合。 为了确保学生能够有效地参与情境教学，教学设计首先要考虑学生在情境中的角色 和任务，以确保学生理解和参与情境；其次必须提供及时的教学反馈和评估，并确 保这些反馈和评估在不同情境中的连贯性。情境教学注重学生的参与性和自主学习， 要求学生通过团队协作和讨论，不断思考和探究问题，使学生经历与现实生活类似 的问题解决的全部过程，以面对来自现实生活的挑战。 　专题二 基于生物学科核心素养的大单元教学设计概述　 15 << 要想有效地进行教学，教师应考虑实际情况选择适当的真实情境，即情境要具 有一定的启发性和挑战性，要引发学生的思考和探究，激发他们的学习兴趣和动力。 现分类举例如下。 （一）现实生活情境 可以根据常见的现实生活场景、问题、挑战等设定大单元情境，让学生更容易 理解和体验情境，并从中提取知识和技能。 （二）生物学科情境 可以设定针对生物学科领域的情境，让学生更深入地理解生物学科领域的概念、 知识和应用进展等。 （三）人文素养情境 可以以人文素养为主题设定情境，让学生从人的角度去思考和解决问题，提升 社会责任感。 （四）跨学科情境 可以将不同学科的知识和技能相结合，设计跨学科的大情境，让学生综合运用 不同学科的知识和技能解决问题。 （五）创意情境 可以将创意和想象力运用到情境的设计中，这种虚构的情境可以让学生尝试不 同的、新颖的解决方式，激发其创造力。 （六）社会实践情境 可以从社会实践的角度出发来设计情境，让学生在实践中探究问题、获取经验、 提高能力。 基于真实情境的教学设计应促进学生的深度学习和理解，但要引领学生进入深 度学习，还需要注重活动设计。下面是一些注重活动设计的建议。 （1）多样化的活动。多样化的活动可以激发学生的兴趣和好奇心，提高他们的 参与度和学习效果。例如，可以采用游戏、角色扮演、演讲、写作等多样化的活动 形式。 （2）具有挑战性的活动。具有挑战性的活动可以激发学生的思维和创造力，促 进他们实现对学习内容的深度理解。例如，可以采用项目式学习、探究式学习等具 >> 16 高中生物单元教学设计　 有挑战性的活动方式。 （3）与实践相结合的活动。与实践相结合的活动可以提高学生的兴趣和学习动 机，同时可以促进他们的应用能力和创新精神。例如，可以采用社会实践、实习、 志愿服务等与实践相结合的活动形式。 （4）具有反思性的活动。具有反思性的活动可以促进学生的思考和自我评价， 提高他们的元认知能力和学习效果。例如，可以采用反思日志、反思讨论等具有反 思性的活动形式。 （5）具有合作性的活动。具有合作性的活动可以促进学生之间的交流和合作， 提高他们的社交能力和团队协作能力。例如，可以采用小组讨论、小组展示等具有 合作性的活动形式。 主题六  高中生物大单元教学设计的基本路径 下面依据 ADDIE 模式和 UbD 模式，结合相关理论和策略，借鉴一线教师的教 学经验，构建高中生物大单元教学设计的基本路径。 一、明确单元类型，厘清组建逻辑 单元主要可以划分为两种类型，类型不同则基于大概念规划单元内容的方式也 不同。 第一类是自然单元，它是按照课程标准中涉及的内容模块以及现行教材中所规 定的章节模块确定的。此类单元教学的目标是通过整合相关的学科知识和技能，帮 助学生更好地理解和应用这些知识和技能。在单元整体教学中，教师通常会先为每 个单元选择一个主题，然后在该主题下引导学生在学习过程中不断探索主题，整合 相关的学科知识和技能，以形成更深入的理解和应用。此种“主题单元”更偏向于 体现生物学科逻辑和侧重生物学科内容的深度学习。 第二类为重组单元，即在课程标准以及教材章节内容的基础上，按照教学需求 对自然单元进行重新规划与组织，甚至可以以大主题为基础进行跨学科教学的单元 类型，这就是本书说的“大单元”。常见类型有单学科内重组、同领域多学科整合、 跨学科重组等。大单元教学强调学生对知识的深入理解和跨学科的思维能力，在大 单元教学中，学生通常会花费数周或数月的时间来探索和学习大主题，同时探索和 学习多个学科的知识和技能，形成一个网状的学习单元。