劉 鑫

(福州市閩侯縣第一中學(xué),福建福州,350100)

核心素養(yǎng)教育強調(diào)全人教育,生物學(xué)科核心素養(yǎng)對高中生物教學(xué)具有重要的指導(dǎo)作用。實驗教學(xué)是高中生物教學(xué)的重要組成部分,但是長期以來存在忽略學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的問題。基于核心素養(yǎng)的生物實驗?zāi)嫦蚪虒W(xué)設(shè)計,更關(guān)注學(xué)生能力、素養(yǎng)的提升。因此,本研究將以“酶的作用和本質(zhì)”實驗教學(xué)為例,探討基于核心素養(yǎng)的高中生物實驗?zāi)嫦蚪虒W(xué)設(shè)計,旨在通過逆向教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、實驗探究等核心素養(yǎng),提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

一、逆向教學(xué)設(shè)計概述

逆向教學(xué)設(shè)計又稱倒置教學(xué)法,即從學(xué)習(xí)目標(biāo)開始,依次倒推至教學(xué)活動的設(shè)計。與傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計方法相反,逆向教學(xué)設(shè)計將學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和目標(biāo)設(shè)定為首要考慮因素,以確保教學(xué)過程緊密貼合學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。[1]與傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計方法相比,逆向教學(xué)設(shè)計強調(diào)學(xué)習(xí)者的積極參與和深度學(xué)習(xí),將學(xué)習(xí)者置于學(xué)習(xí)過程的中心地位,首先要求明確學(xué)習(xí)目標(biāo),然后設(shè)計課程內(nèi)容、教學(xué)活動和評估方式,以確保目標(biāo)達成。在逆向教學(xué)設(shè)計過程中,教師需要明確課程或單元的學(xué)習(xí)目標(biāo),目標(biāo)應(yīng)該清晰、具體且可測量,以便后續(xù)的設(shè)計和評估。在明確學(xué)習(xí)目標(biāo)后,教師應(yīng)該設(shè)計與之相關(guān)的評估工具,如考試、作業(yè)、項目等,評估工具應(yīng)能測量學(xué)生是否達成了預(yù)定的目標(biāo)?；趯W(xué)習(xí)目標(biāo)和評估工具,教師可以制定教學(xué)策略,包括確定課程內(nèi)容、選擇教材、設(shè)計教學(xué)活動等。在教學(xué)策略確定后,教師應(yīng)開始實施教學(xué),包括教授課程內(nèi)容、組織教學(xué)活動、引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)等。在課程結(jié)束后,教師應(yīng)進行評估和反饋,包括評估學(xué)生學(xué)習(xí)成績,反思和改進教學(xué)過程。

逆向教學(xué)設(shè)計與建構(gòu)主義理論相契合,建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)生通過與新知識的交互來構(gòu)建自己的理解體系。逆向設(shè)計的關(guān)鍵在于明確學(xué)習(xí)目標(biāo),體現(xiàn)以學(xué)生為中心、關(guān)注學(xué)生主動學(xué)習(xí)的核心理念和認(rèn)知理論中“先認(rèn)識、后知識”的思想。先明確學(xué)習(xí)目標(biāo),再設(shè)計教學(xué)活動,逆向教學(xué)設(shè)計更好地考慮了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的認(rèn)知過程,使教學(xué)更有針對性。此外,逆向教學(xué)設(shè)計強調(diào)反思性教學(xué),通過不斷迭代教學(xué)設(shè)計,使教師更深入理解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,提高教學(xué)效果。

二、作用分析

高中生物實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和實驗技能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。逆向教學(xué)設(shè)計以學(xué)習(xí)目標(biāo)為出發(fā)點,強調(diào)學(xué)生的主動參與,為高中生物實驗教學(xué)提供了一種新的設(shè)計思路,具有重要作用。一是促進學(xué)科知識的深度理解。逆向教學(xué)設(shè)計的首要環(huán)節(jié)是明確學(xué)習(xí)目標(biāo),強調(diào)學(xué)科知識的深度理解,使教師更準(zhǔn)確地規(guī)劃實驗內(nèi)容,使學(xué)生更系統(tǒng)地掌握生物學(xué)的基本概念和原理。二是培養(yǎng)科學(xué)思維和實驗技能。將實驗活動納入整體教學(xué)設(shè)計,突出科學(xué)思維的培養(yǎng),在提出假設(shè)、設(shè)計實驗、分析數(shù)據(jù)等問題解決過程中培養(yǎng)科學(xué)思維科學(xué)活動,使學(xué)生逐漸掌握實驗的基本方法和技巧。三是強調(diào)科學(xué)探究的主動性。逆向教學(xué)設(shè)計強調(diào)學(xué)生的主動學(xué)習(xí),關(guān)注學(xué)生的知識獲取,注重培養(yǎng)學(xué)生主動提問、實驗設(shè)計、問題解決等能力。借助清晰的學(xué)習(xí)目標(biāo),學(xué)生在實驗過程中將更加主動地探究問題、發(fā)現(xiàn)規(guī)律,成為真正的科學(xué)探究者。[2]四是建立實驗與現(xiàn)實生活的聯(lián)系。逆向教學(xué)設(shè)計注重實際應(yīng)用,以更好地引導(dǎo)學(xué)生將實驗結(jié)果與實際問題聯(lián)系在一起,培養(yǎng)學(xué)生知識遷移應(yīng)用能力。五是促進個性化學(xué)習(xí)。逆向教學(xué)設(shè)計強調(diào)學(xué)生的個體差異,為學(xué)生提供更多的自主學(xué)習(xí)空間,根據(jù)學(xué)生的興趣和能力差異提供不同難度的實驗選項,發(fā)揮學(xué)生的個體優(yōu)勢。

三、教學(xué)實例——以“酶的作用和本質(zhì)”實驗教學(xué)為例

(一)分解教學(xué)目標(biāo)

在講解“酶的作用和本質(zhì)”實驗時,需要明確以下學(xué)習(xí)目標(biāo)。一是理解酶的定義和基本特征,如催化作用和底物特異性。二是了解酶在生物體內(nèi)的作用,如消化食物、合成物質(zhì)等。三是掌握酶活性的影響因素,如溫度和pH值。四是實驗并分析數(shù)據(jù)。

為了實現(xiàn)上述學(xué)習(xí)目標(biāo),教師可以將其分解為更具體的學(xué)習(xí)任務(wù)和活動,以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。教師可以設(shè)計概念導(dǎo)圖,可視化呈現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。例如,在概念導(dǎo)圖的中心標(biāo)注“酶的作用和本質(zhì)”,分設(shè)不同子目標(biāo),如“酶的定義”“酶的作用”“影響酶活性的因素”等。教師基于概念導(dǎo)圖,制定與每個子目標(biāo)相關(guān)的教學(xué)任務(wù)。例如,為了達到理解“酶的定義”的目標(biāo),教師可以要求學(xué)生閱讀相關(guān)教材或觀看教育視頻,并撰寫簡要的定義和特征總結(jié)。對“實驗并分析數(shù)據(jù)”這一學(xué)習(xí)目標(biāo),教師可以設(shè)計一個酶活性實驗任務(wù),學(xué)生需要收集實驗數(shù)據(jù)、分析結(jié)果、撰寫實驗報告,理解酶活性和影響因素。此外,教師還需提供相關(guān)資源和指導(dǎo)材料,如教科書章節(jié)、在線視頻、實驗指南和模型答案等。[3]

(二)確定核心素養(yǎng)評價指標(biāo)

為評估學(xué)生在“酶的作用和本質(zhì)”實驗中的表現(xiàn),需要制定相應(yīng)的評價指標(biāo)。一是科學(xué)思維與實踐。學(xué)生能否合理地設(shè)計實驗步驟,并記錄實驗過程和結(jié)果;學(xué)生能否正確使用科學(xué)儀器和設(shè)備進行實驗操作;學(xué)生能否根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制圖表和圖形,以支持實驗結(jié)果的分析。二是批判性思維與問題解決。學(xué)生能否提出關(guān)于酶的作用和本質(zhì)的批判性問題;學(xué)生能否分析實驗數(shù)據(jù),提出可能的解釋和假設(shè);學(xué)生能否根據(jù)實驗結(jié)果提出改進實驗設(shè)計的建議。三是科學(xué)交流與合作。學(xué)生能否與小組成員有效合作,分享實驗數(shù)據(jù)和討論結(jié)果;學(xué)生能否用清晰的科學(xué)語言書寫實驗報告,包括實驗?zāi)康?、方法、結(jié)果和結(jié)論;學(xué)生能否參與課堂討論,提出和回答與實驗相關(guān)的問題。四是信息素養(yǎng)。學(xué)生能否查找和引用相關(guān)的學(xué)術(shù)文獻,支持實驗的背景和理論部分;學(xué)生能否評估信息資源的可靠性,并選擇合適的參考資料;學(xué)生能否適當(dāng)?shù)匾梦墨I并編寫參考文獻列表。[4]

(三)設(shè)計實驗教學(xué)活動

在實驗教學(xué)活動中,可以采用如下設(shè)計方案。一是準(zhǔn)備所需材料,如生熟的水果(如蘋果、香蕉、草莓等),鹽、砂糖等酶的催化劑,塑料袋,榨汁機或攪拌器,溫度計,秤,滴定管或注射器,試管或玻璃燒杯,酵母,計時器。二是實驗第一部分。學(xué)生分成小組,每組選擇一種水果(如蘋果)和一種攪拌器,將水果切成小塊并放入塑料袋,向每個袋子中添加一定量的鹽或砂糖作為催化劑,記錄袋子中的水果質(zhì)量和添加的催化劑量,使用榨汁機或攪拌器將水果和催化劑混合均勻,記錄混合后的溫度,將混合物倒入試管或玻璃燒杯,使用滴定管或注射器將酵母添加到混合物中,啟動計時器,并觀察混合物中是否產(chǎn)生氣泡(表示酵母開始發(fā)酵),記錄產(chǎn)生氣泡的時間。重復(fù)以上步驟,分別改變水果種類和溫度條件,以獲取多組數(shù)據(jù)。三是實驗第二部分。學(xué)生在小組內(nèi)合并數(shù)據(jù),計算出不同條件下酵母發(fā)酵的時間,小組討論并回答“酵母是一種什么類型的酶?鹽或砂糖對酵母的催化作用有何影響?溫度對酵母催化作用有何影響?”等問題,然后整個班級討論、總結(jié)實驗結(jié)果、探討酶的催化作用原理。四是撰寫實驗報告。學(xué)生以小組為單位撰寫實驗報告,包括實驗?zāi)康暮捅尘?、材料和方法、?shù)據(jù)收集和分析、結(jié)論和討論。五是評價。評價可以基于學(xué)生的實驗報告、小組討論、口頭展示等方面的表現(xiàn)。實驗教學(xué)活動有助于學(xué)生全面發(fā)展,使學(xué)生更好地理解和應(yīng)用生物學(xué)概念。[5]通過該實驗教學(xué)活動,學(xué)生不僅能夠理解酶的催化作用原理,還能夠培養(yǎng)科學(xué)思維、問題解決能力、科學(xué)交流和合作技能和信息素養(yǎng)。

(四)確定實驗過程性評價記錄要點

在高中生物實驗?zāi)嫦蚪虒W(xué)設(shè)計中,過程性評價記錄至關(guān)重要,有助于了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進展、問題解決能力和科學(xué)思維。記錄表要點包括如下內(nèi)容。一是實驗前的問題提出與預(yù)測,了解學(xué)生對實驗的期望和理解。在實驗開始前,學(xué)生是否提出關(guān)于酶催化作用的問題,并根據(jù)預(yù)測寫下猜想。二是實驗步驟記錄,評估學(xué)生對實驗方法的理解和實驗操作的準(zhǔn)確性。學(xué)生是否詳細(xì)記錄實驗的步驟,如所用材料、操作順序、溫度、添加的催化劑量等。三是數(shù)據(jù)收集與觀察記錄,了解學(xué)生的觀察力和數(shù)據(jù)收集能力。學(xué)生在實驗過程中是否記錄數(shù)據(jù),如溫度變化、酵母產(chǎn)生的氣泡數(shù)量和時間等,是否觀察混合物的外觀和變化,如顏色、氣味等。四是問題解決和實驗結(jié)果分析,評估學(xué)生的問題分析和解決能力。學(xué)生是否根據(jù)實驗數(shù)據(jù)回答相關(guān)問題、解釋實驗結(jié)果,并與預(yù)測進行比較;是否分析實驗中的變化和趨勢,并探討酶催化作用的原理。五是討論與小組合作記錄,了解學(xué)生的合作和溝通能力。學(xué)生在小組內(nèi)是否討論、分享實驗結(jié)果和觀察;是否討論實驗中遇到的問題、困難和解決方法。六是反思和自我評價,學(xué)生評價自己在實驗中的表現(xiàn)和學(xué)習(xí)成果。學(xué)生在實驗結(jié)束后是否反思,如實驗中遇到的挑戰(zhàn)、新的發(fā)現(xiàn)、學(xué)到的知識等。七是總結(jié)和結(jié)論,有助于了解學(xué)生對酶催化作用的理解程度。學(xué)生是否總結(jié)實驗的主要發(fā)現(xiàn)和結(jié)論,以及從實驗中學(xué)到的關(guān)鍵概念。八是提出新問題和進一步研究,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)興趣和繼續(xù)學(xué)習(xí)的動力。學(xué)生是否提出與實驗相關(guān)的新問題,并思考如何進一步研究酶的作用和本質(zhì)。

(五)分析評價結(jié)果制定后續(xù)措施

首先,教師需要收集并整理學(xué)生在實驗中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和結(jié)果,如觀察記錄、數(shù)據(jù)表格、實驗報告等,分析學(xué)生的數(shù)據(jù),比較不同學(xué)生或小組的實驗結(jié)果,發(fā)現(xiàn)模式、趨勢或異常情況,進一步評估學(xué)生的理解和實驗操作的準(zhǔn)確性。教師與學(xué)生一起討論實驗結(jié)果,幫助學(xué)生理解結(jié)果的科學(xué)意義,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和問題解決能力。在分析結(jié)果的過程中,教師需反饋學(xué)生可能存在的問題,如理論概念的誤解、實驗操作的錯誤和數(shù)據(jù)處理的困難等。[6]

基于數(shù)據(jù)分析和問題識別,教師制定后續(xù)措施,優(yōu)化教學(xué)。一是有針對性的教學(xué)介入。為出現(xiàn)問題或誤解的學(xué)生提供額外的教學(xué)支持和解釋,幫助學(xué)生理解和糾正錯誤。二是調(diào)整教學(xué)策略。根據(jù)實驗結(jié)果,調(diào)整教學(xué)策略,如重新講解關(guān)鍵概念、提供更多示例和調(diào)整實驗步驟。三是拓展學(xué)習(xí)機會。為理解水平較高和感興趣的學(xué)生提供拓展學(xué)習(xí)機會,鼓勵學(xué)生深入探究相關(guān)主題。四是引導(dǎo)性問題和討論。通過提出引導(dǎo)性問題和組織小組討論,促進學(xué)生深入思考和合作解決問題。五是繼續(xù)實驗。如果實驗結(jié)果出現(xiàn)異常或不一致,考慮組織后續(xù)實驗驗證結(jié)果以解決問題。

(六)設(shè)計課后探究性作業(yè)

在逆向教學(xué)設(shè)計中,課后探究性作業(yè)是鞏固學(xué)習(xí)成果、培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其一,學(xué)生需要撰寫一份實驗總結(jié)報告,包括以下內(nèi)容:重新概括實驗的目的和科學(xué)問題;詳細(xì)描述實驗步驟和所用材料;呈現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)、圖表、觀察和現(xiàn)象;總結(jié)實驗結(jié)果,回答科學(xué)問題,并提出自己的想法;探討實驗中可能遇到的誤差、改進方法、與理論的關(guān)系等;對實驗過程和自己的學(xué)習(xí)進行反思。其二,學(xué)生需要提出一個與酶的作用和本質(zhì)相關(guān)的科學(xué)問題,并借助圖書館、互聯(lián)網(wǎng)等資源,撰寫一份小型研究報告。其三,學(xué)生可以選擇一種酶的作用實驗,重新設(shè)計該實驗以驗證不同的科學(xué)問題或改進實驗方法,需要詳細(xì)說明實驗的目的、設(shè)計、預(yù)期結(jié)果和可能的改進之處。其四,學(xué)生可以選擇實驗中的數(shù)據(jù)集進行分析,使用圖表可視化數(shù)據(jù),回答一些關(guān)于數(shù)據(jù)趨勢、異常值和實驗結(jié)果的問題。其五,學(xué)生可以查找一篇與酶的作用和本質(zhì)相關(guān)的科學(xué)新聞報道,并撰寫一份分析報告,應(yīng)該總結(jié)新聞報道的主要發(fā)現(xiàn)、方法和影響,并提出自己的觀點。

綜上所述,基于核心素養(yǎng)的高中生物實驗?zāi)嫦蚪虒W(xué)設(shè)計能促進學(xué)生的自主學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維,提高學(xué)生的實踐能力。在實驗教學(xué)中,教師需要提前準(zhǔn)備好教材和實驗設(shè)備,確保所有必需的材料和儀器準(zhǔn)備就緒,確保實驗材料質(zhì)量與安全性。在逆向教學(xué)中,教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗方案,包括確定實驗變量、控制條件和數(shù)據(jù)采集方法,確保學(xué)生的實驗設(shè)計符合科學(xué)方法的原則。在“酶的作用和本質(zhì)”實驗中,鼓勵學(xué)生提出關(guān)于酶活性、反應(yīng)速率和底物濃度等的問題,培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和批判性思維。在教育實踐中,教師可以積極采用逆向教學(xué)設(shè)計,為學(xué)生的核心素養(yǎng)培養(yǎng)提供更好的支持和機會。