为了理解的教学设计：从指向核心概念的问题开始，本文主要内容关键词为：教学设计论文,核心论文,概念论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、现代教育理论倡导为了理解的教学设计
“理解（understanding）”一直都是教育工作者追求的终极目标之一[1]，也是有效课堂教学的判断标准之一[2]。但是，随着教育领域研究成果的不断积累，人们逐渐发现大多数学生并不能真正理解课堂上所学的知识，即使那些能够在学校纸笔测试中取得好成绩的学生，也不能将所学知识很好地应用于解决课堂以外的问题[3]。哈佛大学史密森天体物理学中心曾做过一项研究[4]，给哈佛大学的毕业生展示一粒种子和一段木头，然后问他们“种子长成参天大树所需的物质主要来源于哪里？”绝大多数毕业生认为来源于土壤或水中。而实际上，构成参天大树的物质主要是通过植物光合作用将空气中的
转化而来，所以种子长成树木所需的物质主要来源于空气中的。由此反映出这些学生并没有理解生物学的基本概念。
1988年，哈佛大学教育研究院的3位学者，加德纳（Howard Gardner）、珀金斯（David Perkins）和佩龙（Vito Perrone），围绕学生对知识理解的现状开始探索如何在课堂教学中帮助学生真正理解所学知识，并组织了一个由一线教师和高校研究者组成的研究团队，共同启动了为期5年的“为了理解的教学（teaching for understanding，TfU）”计划，以期将理论研究与教学实践联系起来，帮助教育工作者认识到什么才是真正的理解，以及如何在教学实践中有效地帮助学生理解知识[5]。其中，“什么是理解（understanding）”是该计划致力于解决的一个核心问题，研究团队从“什么是知道（knowing）”开始推演，结合公众关于理解的普遍认识以及认知科学、教育心理学领域的前沿成果，从“表现的角度（performance perspective）”对理解进行了明确界定，认为理解就是能够围绕某个主题展开一系列思维活动（例如，解释、寻找证据和实例、综合、应用、类推、以自己的方式复述等）[6，7]。
近年来，“为了理解的教学”受到各国基础教育课程改革团队的广泛关注，并与建构主义思想相结合渗透到学校科学教育当中，同时也衍生出不同的称法，比如“主动学习（active learning）”、“体验式教学（adventurous teaching）”、“高认知层次的学习（higher-level cognitive learning）”、“面向21世纪的教学（teaching for the 21st century）”等。2013年，美国最新发布的《下一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards，NGSS）一个很突出的特点就是，从理解的角度以明确的“表现预期（performance expectation）”陈述教学目标，对学生理解所学知识以后应该能够做到哪些事情进行了界定[8]。
综上所述，当代学校教育倡导为了理解的教学，教学策略的实施和教学活动的开展都是为了达成帮助学生深入理解所学知识的目标。
二、科学教育的发展强调对核心概念的理解
伴随着对帮助学生深入理解所学知识的探讨，学校教育所涉及知识的深度（deep）和广度（wide）逐渐成为科学教育领域的一个议题，越来越多的科学教育工作者认同“少而精（less is more）”的观念，强调科学教育应聚焦于发展学生对核心概念的深入理解[9，10]。关于核心概念的研究也受到越来越多的教育工作者的重视，逐步发展成为全球科学教育领域的热点课题。
核心概念能够为新知识的获取提供组织架构，为学生将来更高层次的学习提供理解基础。研究表明，专家通常会对本学科领域的核心概念和理论架构有较为深刻的理解，进而在面对新信息或新问题的时候运用这些理解去处理解决；而新手对知识的理解则通常是孤立的、甚至自相矛盾的，并且很难找到一个架构组织整合这些知识碎片。因此，帮助学生在亲历的过程中形成对核心概念的深入理解，能够促使学生的思维方式更加接近专家[11]。围绕核心概念开展课堂教学能够有效帮助学生系统地理解和内化知识，帮助学生将学习重心从记忆事实转移到深层次理解上，组织构建科学的知识体系，进而为深入理解事实性知识的本质提供途径，并将这种在学习过程中培养和发展起来的思维能力迁移应用于解决现实生活中遇到的复杂问题[11]。
生物学课程作为基础教育阶段科学课程的一部分，同样强调核心概念的理解和构建。2011年，在历时8年的修订工作完成之后，我国教育部颁布了最新版的《义务教育生物学课程标准（2011年版）》，其中最突出的变化就是，在每个主题的具体内容标准之前，以命题或内涵的陈述方式列出了该主题下需要帮助学生理解的重要概念[12]。这一举措改变了我国理科课程文件长期以来习惯地用术语表达对教学内容和范围的要求，更加清晰地指明了与学生年级阶段相适应的知识水平和范围，不仅能够帮助教师更明确地把握教学重点，还能帮助教师更适宜地把握教学深度，从而更有效地将有限的教学课时和教学资源用于重要知识的教学当中[13]。2012年，由美国国家科学院（the National Academy of Sciences）牵头，集合科学、工程学、药学等多个领域专家团队共同完成的《K-12科学教育框架》（A Framework for K-12 Science Education:Practices,Crosscutting Concepts,and Core Ideas）正式发布，明确指出生命科学是以核心概念为基础的，并围绕反映生命科学普适性原则的4个核心概念、依据学生的认知发展规律系统地组织了生命科学知识，同时，强调这些核心概念对于帮助学生深入理解生命科学及最新研究发现的意义至关重要[10]。
三、强调理解的教学设计从指向核心概念的问题开始
生命科学是研究生命现象、生命活动规律以及人类认识生命世界的思维方式和探究过程的一门科学[12]，其所有知识实质上都是在回答生命世界中的“是什么（what）”、“为什么（why）”以及“怎么样（how）”等问题。因此，生物学教师传授生物学知识实质上就是在帮助学生回答生命世界中的这些问题。同时，学生理解之后的一个重要表现就是能够应用所学知识去解释生命世界中的这些问题。所以，从帮助学生解决问题的角度设计课堂教学，有针对性地设计教学活动，引导学生通过自己的思考回答这些问题，能帮助学生实现对所学知识的深入理解。“以指向核心概念的问题为起点”是帮助学生深入理解生物学知识的一种教学设计思路。下面将以高中生物学必修1“分子与细胞”模块中“细胞膜”这一教学主题为例，详细说明“以指向核心概念的问题为起点”的教学设计思路如何构建。
（1）确定本教学主题所聚焦的概念，以陈述句的方式呈现，并梳理概念结构。在研读课程标准和教科书的基础上，结合教学目标，确定本教学主题所聚焦的概念，并用与该年级阶段学生认知发展水平相适应的语言文字陈述。概念的具体陈述可以参考课程标准、教科书、国外科学课程文件、国内外相关研究等。确定所聚焦的概念之后，教师还需要对概念的层级结构进行梳理，为后续设计教学活动帮助学生理解概念提供一个清晰的架构。
“细胞膜”是高中生物学必修模块“分子与细胞”中“细胞的结构”这一内容下的一个教学主题[14]，它所聚焦的概念是支撑核心概念“细胞是生物体结构和生命活动的基本单位”理解的下位概念。作为构建该核心概念的基础之一，高中阶段的学生关于“细胞膜”这一教学主题所要理解的概念及其上、下位关系见表1。
（2）提出指向核心概念的关键问题。如果直接将核心概念的陈述呈现给学生，那么，学生面对这样一段概念性知识的文字与面对一段事实性知识的文字没有太大差别，只能通过记忆获取这段文字所陈述的信息。所以，建议教师在设计教学方案时将陈述式的核心概念转换成问题的形式，这些问题的答案直接指向核心概念，这些问题本身则是教师需要通过课堂教学引导学生思考解决的问题。例如，“细胞膜”这一教学主题所属的核心概念需要回答的问题是“生物体的结构如何实现生命功能？”[11]
同样，与第1步梳理的概念相对应，开展“细胞膜”这一主题的教学需要回答以下2个关键问题（key question，KQ）：
KQ1：什么是细胞膜的流动镶嵌模型？
KQ2：细胞膜具有哪些与其结构相适应的功能？
（3）提出回答关键问题需要解决的子问题。基于学生已有的认知水平，指向核心概念的关键问题有些时候并不能直接回答。在回答关键问题之前，还需要解决回答关键问题需要解决的子问题。
在“细胞膜”这一教学主题中，要回答KQ1、KQ2这2个关键问题，需要先解决其下位概念所对应的子问题。与提出关键问题的思想一致，教师在进行教学设计时应尽可能地将所有下位概念转换成问题的形式。关键问题及子问题与本教学主题所聚焦概念的对应关系见表2。
（4）提出基于对本教学主题所聚焦概念的理解可以进一步解决的问题。在解决子问题（CQ）的基础上回答关键问题（KQ）之后，学生基本上已经可以用自己的语言陈述对相应概念的理解。为了进一步巩固和检验学生对相应概念的理解，建议教师思考基于对相应概念的理解可以进一步回答什么问题，以及可以解决哪些实际应用的问题（application question，AQ），给学生提供学以致用的机会。
学生基于对“细胞膜”这一教学主题相关概念的理解，可以进一步回答以下问题：细胞膜特性在科学研究中有哪些应用？可以解释实际生活中的哪些现象？
（5）安排解决问题的逻辑顺序。通过前面4步提出的所有问题（包括KQ、CQ、AQ）是开展“细胞膜”这一主题教学需要解决的问题，也是学生经过本主题的学习之后应当能够回答的问题。根据问题的指向及生物学知识的系统性，可以将其中一些问题合并，例如CQ1.2.1、CQ1.3.1、CQ1.4可以合并为一个问题“细胞膜的各种成分是如何组成膜结构的？”经过整理合并之后的问题见下页表3。
在课堂教学中，以上问题的出现顺序往往不一定是符合学生理解逻辑的顺序，因此，教师需要考虑学生的接受程度及知识的可理解性，安排解决问题的逻辑顺序。“细胞膜”这一教学主题所要解决问题的逻辑顺序见下页表4。
（6）设计活动、选择素材，引导学生逐一解决这些问题。确定了本教学主题所要解决的问题及其逻辑顺序之后，教师需要思考应设计什么样的活动、选择什么样的素材来帮助学生逐一回答这些问题。其中，活动是引导学生获得证据回答这些问题的过程，可以是资料分析、提问引导、观察总结等方式；素材则是配合活动方式以恰当的形式（如图片、数据、动画等）呈现给学生，可以是为学生回答问题提供直接证据，也可以是需要学生分析的情境或现象，其科学性非常重要。当学生在教师的引导下通过自己的思考找到这些问题的答案时，他们也就理解了本教学主题所要学习的概念。下面将详细说明“细胞膜”这一教学主题所涉及问题的解决方案。
问题1：活细胞的细胞膜具有哪些特性？（见表4中*）（CQ2.2.1）（HS-CM2.2）
·效果预期：帮助学生通过自己的思考认识到活细胞膜具有选择透过性，水可以自由通过细胞膜。（HS-CM2.2）
·活动设计：实验分析。
·素材选择：实验处理及实验现象陈述（以表格形式呈现）。
·备注说明：晒干的玉米种子是具有生命活力的。
问题2：如何研究细胞膜的成分？（CQ1.1.2）（HS-CM1.1）
·效果预期：帮助学生构建起研究物质成分时需要进行分离纯化的认识，并在此基础上，以问题l的答案为铺垫，介绍科学家获取细胞膜的方法。（HS-CM1.1）
·活动设计：情境引导、教师讲解。
·素材选择：情境创设、红细胞吸水涨破组图。为学生创设情境“如果现在有一堆花生豆和巧克力豆混在一起，想要知道巧克力豆的味道，是直接抓起一把往嘴里放呢，还是挑出巧克力豆放进嘴里？”由此引出科学研究中分离纯化排除其他杂质干扰的思想，再进一步迁移到细胞膜成分的研究上，需要获得尽可能纯净的细胞膜，进而配合红细胞吸水涨破组图介绍科学家获得细胞膜的方法。
问题3：细胞膜的主要成分有哪些？（CQ1.1.1）（HS-CM1.1）
·效果预期：帮助学生认识到细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质，还含有少量糖类。（HS-CM1.1）
·活动设计：教师结合科学史讲解，引导学生分析。
·素材选择：科学史、细胞膜成分含量表。
问题4：细胞膜的各种成分是如何组成膜结构的？（CQ1.2.1、CQ1.3.1、CQ1.4）（HS-CM1.2、HS-CM1.3、HS-CM1.4）
·效果预期：帮助学生直观感受细胞膜的各种成分是如何组成膜结构的，以及了解各成分的作用。（HS-CM1.2、HS-CM1.3、HS-CM1.4）
·活动设计：教师展示细胞膜结构示意图，配合PPT动画讲解。
·素材选择：细胞膜结构示意图。
问题5：活细胞的细胞膜具有哪些特性？（见表4中**）（CQ1.2.2、CQ1.3.2）（HS-CM1.2、HS-CM1.3）
·效果预期：帮助学生通过自己的分析认识到细胞膜具有流动性。（HS-CM1.2、HS-CM1.3）
·活动设计：实验分析。
·素材选择：人、鼠细胞融合实验（配合实验步骤图片）。
问题6：什么是细胞膜的流动镶嵌模型？（KQ1）（HS-CM1）
·效果预期：引导学生用自己的语言陈述什么是流动镶嵌模型。（HS-CM1）
·活动设计：提问引导。
·素材选择：展示图2。目前公认的细胞膜结构模型是流动镶嵌模型，请学生根据已经学习的细胞膜各组分的组合方式（展示图2）以及细胞膜特性，用自己的语言陈述什么是流动镶嵌模型。
问题7：细胞膜的结构和特性决定了细胞膜具有哪些功能？（KQ2、CQ2.1、CQ2.2.2、CQ2.3）（HS-CM2、HS-CM2.1、HS-CM2.2、HS-CM2.3）
·效果预期：引导学生根据已学知识推理分析细胞膜具有哪些与其结构相适应的功能。（HS-CM2、HS-CM2.1、HS-CM2.2、HS-CM2.3）
·活动设计：提问引导。
·素材选择：请学生根据已学知识（细胞膜结构、各组分作用、特性）分析细胞膜具有哪些功能。
问题8：细胞膜的特性在科学研究中有哪些应用？（AQ1）
·效果预期：学以致用。
·活动设计：应用练习。
·素材选择：请学生思考如何鉴别活细胞和死细胞。
问题9：细胞膜的特性可以解释实际生活中的哪些现象？（AQ2）
·效果预期：学以致用。
·活动设计：实例分析。
·素材选择：新鲜花瓣浸泡在水中不会出现褪色现象，但沸水煮数分钟后则会褪色。
需要提醒的是，“以指向核心概念的问题为起点”仅仅是教学设计的思路，这个设计思路中所涉及的问题并不都是可以直接呈现给学生、让学生回答的提问，这些问题更多的是教师需要思考如何设计活动、选择素材帮助学生理解问题。一节完整的课堂教学还包含更加丰富的内容，比如以分钟为单位的教学过程、怎样导入新课、怎样连贯衔接等。
提出问题、解决问题是科学研究的基本模式[11]，当教师以解决问题的思路去设计课堂教学活动时，能够促进学生动脑思考，帮助学生通过自己的思考和探索来获取知识。以指向核心概念的问题为起点设计课堂教学，不仅能在很大程度上保证活动设计的有效性，还能帮助教师理清教学内容间的逻辑关系，从而更有效地帮助学生深入理解所学知识。
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