張春雷 師 瑤

（華東師范大學(xué)教師教育學(xué)院 上海 200062）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)凝練為生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任4 個(gè)方面[1]，為生物學(xué)學(xué)科課程發(fā)展指明了方向。生物學(xué)教師在教學(xué)工作中應(yīng)以“核心素養(yǎng)為宗旨”，將發(fā)展核心素養(yǎng)這一課程目標(biāo)落到實(shí)處。

1 教學(xué)設(shè)計(jì)是核心素養(yǎng)在課堂落地的重要依托

教學(xué)設(shè)計(jì)是教學(xué)實(shí)施的行動(dòng)預(yù)案，是教師專(zhuān)業(yè)知識(shí)的重要表達(dá)方式，是教師落實(shí)核心素養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。有效的教學(xué)設(shè)計(jì)需要根據(jù)教育學(xué)、心理學(xué)、教育技術(shù)學(xué)等相關(guān)原理和教學(xué)原則系統(tǒng)地展開(kāi)。此外，教案作為教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)體呈現(xiàn)方式，也是教師進(jìn)行專(zhuān)業(yè)知識(shí)交流的重要媒介。教師不僅可通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)了解其他教師對(duì)特定學(xué)科主題的教學(xué)策略和方法，增長(zhǎng)自己的教學(xué)案例知識(shí)和技能，還可表達(dá)自身的教學(xué)想法和實(shí)踐做法。教學(xué)設(shè)計(jì)作為融合教學(xué)理論與實(shí)踐的橋梁，不可或缺。但反觀現(xiàn)實(shí)，教學(xué)設(shè)計(jì)還存在重教輕學(xué)、低水平重復(fù)現(xiàn)象嚴(yán)重、創(chuàng)新不足等問(wèn)題[2-3]。

2 有效學(xué)習(xí)活動(dòng)的關(guān)鍵特征

對(duì)于教學(xué)設(shè)計(jì)而言，朱正威就明確提出教學(xué)設(shè)計(jì)重在“學(xué)”的設(shè)計(jì)，教師除了教什么，怎么教，還要關(guān)注為什么學(xué)，學(xué)什么，怎樣學(xué)[4]。一堂課的有效性歸根結(jié)底是建立在學(xué)習(xí)活動(dòng)有效性的基礎(chǔ)上，而有效的學(xué)習(xí)活動(dòng)應(yīng)具備以下關(guān)鍵特征。

2.1 學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的目的性 每個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)都是為了達(dá)成特定的教學(xué)目標(biāo)。學(xué)習(xí)活動(dòng)和目標(biāo)相匹配要促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。由于核心素養(yǎng)發(fā)展具有長(zhǎng)期性，因此,教師要將長(zhǎng)期目標(biāo)分解為適合當(dāng)下主題可承載的短期目標(biāo)。只有符合目的性的活動(dòng)才可能是有效的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

2.2 學(xué)習(xí)活動(dòng)內(nèi)容的合理性 現(xiàn)代教育科學(xué)研究成果已為教學(xué)實(shí)踐提供很多行之有效的教學(xué)原則。教師在設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)將這些科學(xué)原理和教學(xué)原則作出基本依據(jù)。例如，先前組織者、可視化原則、循序漸進(jìn)原則等，都可轉(zhuǎn)化到學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)之中。此外，學(xué)習(xí)活動(dòng)內(nèi)容選擇、難度設(shè)計(jì)則需要依據(jù)學(xué)生已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，只有這樣才能更好地符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)、提高學(xué)習(xí)成效。

2.3 學(xué)習(xí)活動(dòng)任務(wù)的適應(yīng)性 教師設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)并不是一成不變的，它需要能根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況作出靈活的變化、調(diào)整和展開(kāi)。教師設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)應(yīng)考慮教學(xué)的不確定性，并且作出應(yīng)對(duì)。例如，教師可通過(guò)設(shè)計(jì)任務(wù)梯度適應(yīng)能力層次不一樣的學(xué)生，此外，還可通過(guò)提供腳手架拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和最近發(fā)展區(qū)。

2.4 學(xué)習(xí)活動(dòng)效果的可測(cè)性 教師要對(duì)教學(xué)活動(dòng)內(nèi)容和步調(diào)作出及時(shí)調(diào)整，就需要保證每個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)的效果都具有可測(cè)性。很多經(jīng)驗(yàn)豐富的教師會(huì)通過(guò)學(xué)生的目光、言語(yǔ)判斷學(xué)習(xí)效果。但對(duì)于重要的學(xué)習(xí)活動(dòng)，教師還需要有意識(shí)地設(shè)計(jì)更為可靠的評(píng)價(jià)方式，例如，口頭提問(wèn)、舉手表決、紙筆練習(xí)、觀察學(xué)生操作等。為了提高評(píng)價(jià)的可靠性，教師可在活動(dòng)過(guò)程中設(shè)計(jì)關(guān)鍵的檢驗(yàn)點(diǎn)，進(jìn)而基于反饋信息靈活調(diào)整教學(xué)活動(dòng)。

2.5 學(xué)習(xí)活動(dòng)之間的連貫性 高質(zhì)量的課堂教學(xué)往往具有連貫的內(nèi)容線(xiàn)索，國(guó)際測(cè)評(píng)項(xiàng)目TIMSS 的視頻分析研究就充分證明了這一點(diǎn)[5]。一個(gè)單元、一節(jié)課的學(xué)習(xí)活動(dòng)需要圍繞一條連貫的教學(xué)主線(xiàn)展開(kāi)，其實(shí)質(zhì)就是基于學(xué)生的認(rèn)知邏輯和學(xué)科邏輯設(shè)計(jì)連貫的學(xué)習(xí)活動(dòng)序列。而對(duì)于整門(mén)課程而言，課程標(biāo)準(zhǔn)提出的大概念就是本文能貫穿課程始終的重要線(xiàn)索。通過(guò)連貫的內(nèi)容主線(xiàn)串聯(lián)學(xué)習(xí)活動(dòng)有助于學(xué)生建立概念聯(lián)系、形成良好的知識(shí)體系、構(gòu)建學(xué)科大概念。

3 有效學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)過(guò)程和學(xué)習(xí)任務(wù)示例

本文以一個(gè)具體案例展示有效學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，并通過(guò)一系列學(xué)習(xí)任務(wù)加以說(shuō)明。

3.1 有效學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的過(guò)程 首先，要充分借鑒已有的教學(xué)設(shè)計(jì)和研究成果，以同行的教學(xué)實(shí)踐創(chuàng)新作為設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)“DNA 分子結(jié)構(gòu)”教學(xué)設(shè)計(jì)至少有15 篇，可見(jiàn)生物學(xué)教師對(duì)該知識(shí)點(diǎn)已進(jìn)行了諸多探索。例如，利用微課多媒體等教學(xué)形式展現(xiàn)科學(xué)史[6]，或利用科學(xué)史資料引導(dǎo)學(xué)生的思維探究[7]，或通過(guò)DNA 分子模型的制作增加學(xué)生直觀體驗(yàn)[8]，以及教師結(jié)合核心素養(yǎng)發(fā)展的要求，從生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任的角度對(duì)該內(nèi)容的育人價(jià)值進(jìn)行了挖掘和設(shè)計(jì)[9]，也有教師從科學(xué)史與模型構(gòu)建相結(jié)合的角度進(jìn)行探索[10-11]。綜上，教師已認(rèn)識(shí)到該主題的關(guān)鍵價(jià)值在于利用科學(xué)史材料發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維和模型構(gòu)建能力、形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。但前期研究多關(guān)注在教師的教，對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)關(guān)注不夠甚至完全省略，在學(xué)習(xí)任務(wù)的目的性、合理性、適應(yīng)性、可測(cè)性和連貫性方面也需要提升，對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)的階梯和腳手架也缺乏針對(duì)性設(shè)計(jì)。很少有教學(xué)設(shè)計(jì)關(guān)注科學(xué)家是如何基于DNA 的X 光衍射圖譜推導(dǎo)出雙螺旋結(jié)構(gòu)的，而該過(guò)程無(wú)疑是DNA 雙螺旋模型構(gòu)建的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)，也是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維和模型構(gòu)建能力的良好材料，但需要教師合理設(shè)計(jì)任務(wù)階梯，并為學(xué)生搭建合適的腳手架。

為了促進(jìn)學(xué)生的理解，教學(xué)需要從指向核心概念的問(wèn)題開(kāi)始[12]，本主題聚焦的關(guān)鍵問(wèn)題就是“DNA 作為遺傳物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)是怎樣的”，通過(guò)對(duì)該問(wèn)題的思考和模型建構(gòu)幫助學(xué)生在分子層面建立“結(jié)構(gòu)決定功能”這一核心概念。整個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)圍繞著科學(xué)史和DNA 分子結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建展開(kāi)，通過(guò)一系列有邏輯的問(wèn)題和階梯性學(xué)習(xí)任務(wù)促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

3.2 “DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”學(xué)習(xí)任務(wù)示例

任務(wù)1：DNA 分子結(jié)構(gòu)的揭示是20 世紀(jì)最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。在探究DNA 分子結(jié)構(gòu)之前，思考：一種物質(zhì)能作為遺傳物質(zhì)必須滿(mǎn)足哪些要求？（學(xué)生思考遺傳物質(zhì)的功能：承載遺傳信息、保持遺傳信息、傳遞遺傳信息，明確遺傳分子應(yīng)具備的特性）

任務(wù)2：DNA 分子是一種生物大分子，其基本單位是脫氧核糖核苷酸。脫氧核糖核苷酸結(jié)合形成DNA 單鏈的方式是怎樣的？DNA 由幾條鏈構(gòu)成？鏈與鏈如何結(jié)合在一起而保持穩(wěn)定？嘗試列出所有可能的模型。（猜想、構(gòu)建模型）

任務(wù)3：哪些模型可能并不合適？為什么？根據(jù)遺傳物質(zhì)的基本要求去除不合適的模型或修正模型。（檢驗(yàn)、修正模型）

任務(wù)4：科學(xué)研究要大膽假設(shè)、小心求證。沃森和克里克也是通過(guò)模型構(gòu)建的方式對(duì)DNA 的結(jié)構(gòu)展開(kāi)研究的。開(kāi)始階段他們也不知道DNA究竟是幾條鏈、鏈與鏈又是如何結(jié)合的。與此同時(shí)，很多其他研究團(tuán)隊(duì)也在作同樣的努力，例如，生物化學(xué)家鮑林提出了3 條鏈模型，其中，磷酸基團(tuán)排列在內(nèi)側(cè)、堿基排列在外側(cè)。對(duì)這個(gè)模型如何評(píng)判？其是否穩(wěn)定？（進(jìn)一步檢驗(yàn)、修正模型）

任務(wù)5：沃森、克里克看到上述模型后，馬上發(fā)現(xiàn)了該模型的致命缺陷（磷酸基團(tuán)帶負(fù)電，排列在內(nèi)側(cè)會(huì)使得DNA 分子不穩(wěn)定）。而科學(xué)家富蘭克林提供的DNA 分子的X 射線(xiàn)衍射圖譜[13]，這為沃森、克里克最終解碼DNA 分子結(jié)構(gòu)發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，如圖1。

圖1 DNA 分子的X 射線(xiàn)衍射圖譜[13]

如何解讀這張X 射線(xiàn)衍射圖譜？首先,做一個(gè)簡(jiǎn)單的演示實(shí)驗(yàn)，用激光筆的光束照射在圓珠筆芯的彈簧上，這時(shí)也會(huì)發(fā)生衍射，可觀察到一個(gè)X 狀的衍射圖（圖2）[14]。

圖2 衍射圖譜原理演示實(shí)驗(yàn)示意圖

從該演示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可推斷出什么結(jié)論？（基于新的證據(jù)檢驗(yàn)和修正模型）

任務(wù)6：克里克根據(jù)衍射圖譜的形狀推斷出DNA 是螺旋的，又根據(jù)圖譜的細(xì)節(jié)（缺少了2 條線(xiàn)）推測(cè)出DNA 是雙鏈、螺旋的、直徑幾乎不變。

但是，4 種脫氧核糖核苷酸結(jié)合方式是怎樣的？查哥夫（Erwin Chargaff）[15]對(duì)4 種生物來(lái)源的DNA 堿基含量展開(kāi)研究，結(jié)果如表1。

表1 不同生物來(lái)源的DNA 堿基含量

從表1可得到什么規(guī)律？得出哪些推斷？無(wú)論是哪一物種，A 似乎總和T 數(shù)量差不多，C 和G差不多，這意味著什么？科學(xué)家多諾發(fā)現(xiàn)堿基可通過(guò)氫鍵結(jié)合，如何根據(jù)這些新發(fā)現(xiàn)修正模型？

任務(wù)7：基于上述發(fā)現(xiàn)，沃森和克里克嘗試將2 條DNA 鏈拼接，發(fā)現(xiàn)要想符合所有的要求，雙螺旋、堿基互補(bǔ)配對(duì)、直徑不變，只能將2 條鏈反向拼接，最終所有的條件都得到了滿(mǎn)足。當(dāng)他們將該模型展示給另外2 位科學(xué)家時(shí)，他們都驚訝于這個(gè)模型的巧妙和精美。如何看待DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的歷程？從中獲得哪些啟示？

在該系列任務(wù)活動(dòng)中，DNA 發(fā)現(xiàn)的歷程是明線(xiàn)，學(xué)生建模、檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?、修正模型的過(guò)程為暗線(xiàn)，整個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)圍繞模型構(gòu)建、模型檢驗(yàn)、模型修正3 個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行。在此過(guò)程中，學(xué)生既可學(xué)到科學(xué)知識(shí)（DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型），又可學(xué)習(xí)和體會(huì)科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生（模型構(gòu)建）和發(fā)展過(guò)程（檢驗(yàn)和修正模型），進(jìn)而對(duì)科學(xué)形成更完整的理解和更深刻的認(rèn)識(shí)[16]。

4 有效學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)策略

如何提升學(xué)習(xí)活動(dòng)的有效性？筆者認(rèn)為可從課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)組成要素及教學(xué)過(guò)程主要矛盾2個(gè)方面入手。

4.1 有效學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)保障活動(dòng)要素的一致性 課堂是多要素、多層次的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，核心素養(yǎng)作為價(jià)值理念層面的頂層設(shè)計(jì)，它需要課堂其他要素與之相呼應(yīng)和匹配[17]。體現(xiàn)在學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)上，應(yīng)考慮活動(dòng)目標(biāo)（要發(fā)展的關(guān)鍵概念和核心素養(yǎng)）、活動(dòng)焦點(diǎn)（要解決的關(guān)鍵問(wèn)題）、活動(dòng)內(nèi)容（學(xué)習(xí)任務(wù)）、活動(dòng)基礎(chǔ)（學(xué)生已有概念、經(jīng)驗(yàn)）、活動(dòng)評(píng)價(jià)（檢測(cè)內(nèi)容和方式）之間的匹配一致和相互呼應(yīng)，如表2。

表2 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建學(xué)習(xí)活動(dòng)的各個(gè)要素解析

每個(gè)任務(wù)都需要從指向核心概念的問(wèn)題入手，并設(shè)定觀察點(diǎn)通過(guò)學(xué)生在活動(dòng)中的表現(xiàn)反饋目標(biāo)達(dá)成情況，通過(guò)設(shè)計(jì)和提供特定的腳手架輔助學(xué)生的學(xué)習(xí)，而學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展則體現(xiàn)在學(xué)生的DNA 分子模型構(gòu)建、檢驗(yàn)、修正、反思等學(xué)習(xí)活動(dòng)中。學(xué)科核心素養(yǎng)并非只是一些抽象的維度或概念，而是凝結(jié)著學(xué)科具體知識(shí)的本質(zhì)、特定的學(xué)科思想、問(wèn)題解決的方法論，以及學(xué)習(xí)者在具體學(xué)科領(lǐng)域所應(yīng)具備的能力表現(xiàn)與體驗(yàn)[18]。

4.2 有效學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)恰當(dāng)解決教學(xué)過(guò)程的主要矛盾 學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)除了需要兼顧活動(dòng)各個(gè)要素之外，還應(yīng)恰當(dāng)處理好教學(xué)過(guò)程中的主要矛盾。

4.2.1 教師活動(dòng)與學(xué)生活動(dòng)之間的矛盾 教和學(xué)是一個(gè)統(tǒng)一體，教師的教本質(zhì)上服務(wù)于學(xué)生的學(xué)。本節(jié)課將學(xué)習(xí)活動(dòng)放在中心位置，通過(guò)設(shè)置系列學(xué)習(xí)任務(wù)為學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)創(chuàng)造機(jī)會(huì)，教師的提問(wèn)、資料提供、問(wèn)題提示成為學(xué)生DNA 分子模型構(gòu)建的認(rèn)知階梯和腳手架。教師將猜想、推理、判斷、模型構(gòu)建的權(quán)利和責(zé)任歸還給學(xué)生，進(jìn)而克服教師單純講授而導(dǎo)致學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的弊端。

4.2.2 學(xué)生認(rèn)知邏輯與學(xué)科邏輯的矛盾 學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)需要考慮學(xué)生的認(rèn)知邏輯和學(xué)科邏輯并對(duì)二者作出平衡。對(duì)于短期教學(xué)活動(dòng)，教師可優(yōu)先考慮學(xué)生的認(rèn)知邏輯，這能提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)有意義的學(xué)習(xí)。本節(jié)課中，如果嚴(yán)格按照科學(xué)發(fā)展史，無(wú)論是查哥夫還是富蘭克林的研究結(jié)果都先于鮑林提出了3 條鏈模型，但是鑒于認(rèn)知難度及學(xué)生模型構(gòu)建的需要，任務(wù)呈現(xiàn)的順序是4?5?6，而不是6?5?4。對(duì)于長(zhǎng)期教學(xué)活動(dòng)，教師可優(yōu)先考慮學(xué)科發(fā)展史順序，從而幫助學(xué)生更好地從歷史情境出發(fā)，認(rèn)知學(xué)科發(fā)展規(guī)律和構(gòu)建學(xué)科大概念，例如，學(xué)生先學(xué)習(xí)孟德?tīng)栠z傳定律后學(xué)習(xí)減數(shù)分裂就是基于這一考慮。

4.2.3 學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)與生成之間的矛盾 教師應(yīng)充分考慮教學(xué)活動(dòng)的不確定性，并維持學(xué)習(xí)活動(dòng)預(yù)設(shè)與生成之間的張力。本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)是基于核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)達(dá)成的預(yù)設(shè)，但很多鋪墊性資料和問(wèn)題提示只有在學(xué)生需要時(shí)才提供，教學(xué)步調(diào)需要針對(duì)學(xué)生情境作出調(diào)整則是生成性的。預(yù)設(shè)不能成為學(xué)生開(kāi)展主動(dòng)學(xué)習(xí)的限制，教師反而應(yīng)通過(guò)學(xué)生的主動(dòng)探究傳遞大概念[19]。因此，教師設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)時(shí)要考慮學(xué)生可能的認(rèn)知走向，并作好相應(yīng)的準(zhǔn)備。有效的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)是師生共同追尋問(wèn)題邏輯、尋寶探秘的認(rèn)知地圖。

學(xué)習(xí)活動(dòng)是教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的根本依托。教師應(yīng)高度重視學(xué)習(xí)活動(dòng)的有效設(shè)計(jì)，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合教材中教學(xué)主題及學(xué)生特點(diǎn)設(shè)定合適的學(xué)習(xí)活動(dòng)。學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)應(yīng)圍繞核心概念和相應(yīng)的關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)，基于學(xué)生已有知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)合適的評(píng)價(jià)方式和腳手架進(jìn)行靈活調(diào)整和輔助。此外，教師還應(yīng)處理好學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)中的主要矛盾，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)和匹配學(xué)習(xí)活動(dòng)的各個(gè)要素，從而有效擺脫教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)過(guò)程脫節(jié)、目標(biāo)-活動(dòng)-評(píng)價(jià)三者不一致的現(xiàn)狀，真正促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成及學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。