高中生物新课标背景下：指向学生科学探究素养发展的逆向教学设计

高中生物新课标背景下：指向学生科学探究素养发展的逆向教学设计

生物学课程作为一门以提高学生生物学学科核心素养为宗旨的课

程，要求学生掌握科学探究的方法，提升解决现实生活问题的能力。

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称

“课标”）指出，“科学探究”是指能够发现现实世界中的生物学问

题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施

以及对结果的交流与讨论的能力。学生应在探究过程中，逐步增强对

自然现象的好奇心和求知欲，掌握科学探究的基本思路和方法，提高

实践能力；在探究中，乐于并善于团队合作，勇于创新。发展科学探

究素养在生物学教学过程中至关重要，是帮助学生建立生命观念、发

展科学思维、培养社会责任的重要途径。逆向教学设计是发展学生科

学探究素养的一种有效教学策略，它为教师提供一种课堂规划的“逆

向”逻辑，为有效开展课堂教学、达成教学目标、提升学生核心素养

提供了新的思路。

一、逆向教学设计的内涵、思路与价值

（-）逆向教学设计的内涵

在传统的教学设计思路导向下，教师通常先关注教学内容，在此

基础上考虑教学目标的设计，教学评价环节被置于教学活动结束之后。

如果将这一固有的教学设计流程定义为“顺向”，那么逆向教学设计

则与此相反，即教师先从明确学生预期的学习成果（教学目标）开始，

根据预期的学习结果设计相应的课堂教学和学习活动。

1948年，拉尔夫•泰勒就指出，依据学习目标设计课程的教学是

一种教学的有效过程，体现了“逆向”的逻辑。而后，格兰特•威金

斯和杰伊•麦克泰明确提出了逆向教学设计概念，他们认为，逆向教

学设计是一种有目的的课程规划方式，教师首先解读课程标准内容以

及与任务相关的课程目标，然后将其转化为预期的学习成果和学生达

到预期学习成果的证据，并在教学活动设计之前设计评价环节，在教

学过程中评价学生是否完成了意义的构建与迁移，并根据学生的表现

调整课程和教学。在这一过程中，教师的角色不仅仅是知识讲授者,

更是帮助学生形成理解的辅助者。基于这一策略，教师的教学计划会

更有针对性，能够指导学生开展有目的的行动，达成预期的学习效果,

实现“教一学一评”的一致性和有效性。

（二）逆向教学设计的思路及步骤

教师进行逆向教学设计的过程共有三个阶段：明确预期的学习成

果（成果阶段）、确定适宜的评价证据（证据阶段）、规划学习活动

与指导（计划阶段）。

1.明确预期的学习成果

教师首先需要考虑当前的课程标准，根据课程本身的预期目标来

设计学习目标，在有限的教学时间内有针对性地选择教学内容，合理

安排教学。在这一阶段，教师需要重点考虑的问题包括：为了达到预

期的结果，学生应该知道什么？理解什么？能够做什么？教学过程中

有哪些内容是值得理解的？预期形成哪些持续性的理解？由此确定

预期的学习成果。

2.确定适宜的评价证据

教师不仅需要从教学辅导者的角度设计教学，还要从评价人员的

角度去思考教学。在教学设计时，教师需要考虑如何有效确定学生是

否达到了预期的学习成果，寻找适宜的评价策略和评价方式。这一过

程中，教师不应局限于传统的终结性纸笔测试，而应该根据不同的预

期学习成果尽量采取多样化的评价方法。

3.规划学习活动与指导

教师需要在确定预期学习成果和评估学生达到预期学习成果的证

据后，选择适切的教学方法和资源材料，进行具体的教学活动设计。

在这一环节中，教师需要考虑的关键问题包括：为达到预期学习成果,

学生需要学会哪些知识和技能？哪些活动能够使学生掌握必要的知

识和技能？根据预期表现目标，教师应该如何进行教学和引导？什么

样的素材和资源最适合实现这些目标？整体教学设计是否连贯有

效？

二、指向发展学生科学探究素养的逆向教学设计

下面以高中生物学“光合作用”主题中“探究环境因素对光合作

用强度的影响”为例，以发展学生科学探究素养为目标指向，对逆向

教学设计的基本流程进行说明。

（一）基于课标要求和学情分析，明确预期学习成果

在逆向教学设计的第一阶段，教师需要解析课标内容，拆解并明

确课程目标及任务，基于学生学情，融合对教材的分析，设置清晰可

测的学习目标。学科教学实践应引导学生走向生活和社会，帮助学生

在真实世界中更好地生活。基于此，教师应当思考，在完成学习后,

学生在社会生活中能够做什么，由此确定学生在本节课中应当知道并

理解哪些知识，掌握并能够应用哪些技能，最终形成哪些素养。

在这一阶段，教师首先需要研读课标及教材。研读课标及教材是

进行学习目标设计的基本要求，教师需要了解课标提出的学业要求和

课程目标，明确教学中需要帮助学生构建的重要概念，以此确定教学

中的关键问题并指导学生进行探究学习，发展学生的科学探究素养。

其次是学情分析。明晰课时学习目标在单元、教材以及整个高中学段

中所处的地位和作用后，教师需要了解学生已有的素养水平和薄弱点,

有针对性地确定学生的预期学习成果，即学生在完成相应内容的学习

后，会有哪些变化，这些变化应该具有外显化、可观察的特性。

以“探究环境因素对光合作用强度的影响”为例，在教学设计准

备阶段，教师可以基于课标要求和学情分析，厘清教学思路，明确学

生的预期学习成果。

本课的学习内容涉及模块1“分子与细胞”中的概念，其属于2019

年人教版高中生物学必修1第5章第4节”光合作用原理的应用”中

的探究性实验。课标中指出，学生在完成光合作用的学习后，应能够

从物质与能量视角，探索光合作用与呼吸作用，阐明细胞生命活动过

程中贯穿着物质与能量的变化。在本课时学习前，学生已经学习了光

合作用的基本原理，但缺乏对其原理应用方面更为深刻的认识；掌握

了科学探究的基本方法，但理解不够深入且未与实践生产相联系。在

科学探究方面，学生在初中阶段体验过科学探究的基本过程，能够初

步识别变量并能够基于单一变量原则设计简单的对照，但是尚未系统

学习如何针对单一变量设计系列实验。

基于此，教师可以明确本课时内容的预期学习成果，即学生在学

习完成后的社会生活中能够为智能农业发展提出可行性建议，理解农

作物增产要解决的实际问题，增强社会责任意识。通过本课的学习，

学生应该能够知道农作物增产(光合作用)的影响因素，掌握科学探

究实践的基本方法，自主应用探究实验，尝试从影响光合作用因素的

角度解决生产实践中的相关问题。而后，教师需确定本课时在光合作

用单元教学中主要承担的目标要求：其一是指向学生科学探究素养的

培育和科学思维水平的提升，让学生能够掌握自主完成科学探究的基

本流程；其二是指向社会责任意识，让学生得以将生物学知识的学习

转化为现实生活中的农业生产实践活动经验，加深学生对生命观念中

物质与能量观的理解。基于此，本课时的学习目标设定如下：

通过运用科学探究的基本思路和方法，探究不同环境因素对光合

作用强度的影响，经历实验设计和实施，进一步学会控制自变量，观

察和检测因变量的变化，分析实验结果得出结论，并能将这些思路和

方法应用于其他的探究活动，形成科学探究和科学思维素养。

结合光合作用原理及实践探究活动，加深对光合作用的过程中物

质和能量的变化及其相互关系的观察、思考，进一步形成物质与能量

观，为提高农作物的产量提出相应建议，增强社会责任感。

(-)确定学生科学探究素养持续性发展的证据

在这一阶段，教师需要明确学生哪些外在行为的变化或者表现能

够成为其素养发展的证据，然后根据这些证据设计具体的评价任务。

在确定学生科学探究素养发展的证据时，教师需要选择与预期学习成

果相吻合的评价方式（图1）。如果预期学习成果是让学生学会基本

的知识和技能，那么可以采用传统的测试和测验作为评价方式，其主

要类型为纸笔测验，形式可以包含选择、判断、填空、简答等；如果

预期学习成果是学生得以形成深入的或者持续性的长久理解，就需要

教师采用具有开放性、复杂性、真实性等特征的表现性任务或项目进

行评价，评价的内容可以包含如小组讨论、实验操作、制作模型或实

验装置等。

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图1评价类型和不同预期学习成果之间的关枭

由于学生科学探究素养的发展是一个不断思考和探索的过程，通

常来说，传统的纸笔测试往往不足以全面反映学生核心素养的发展情

况，教师需要采用多样化的评价方式。例如，在“探究环境因素对光

合作用强度的影响”的教学中，教师可以采用纸笔测验、口头评价、

表现评价、实作评价等多种方式开展评价活动，收集学生科学探究素

养发展的证据。具体评价方式如表1所示。

表1教师可以采用的评价方式

评价方式评价内容

教师在课前或课后发放的学生科学素

纸笔测验果水平调查问卷,课上学案中的问茶题

及思考题.课后布置的作业习题等

时学生在课程推进过程中的表达进行

口头评价评价，如学生提问、回笠的问题,小组

讨论的结果等,

学生在开展科学探究活动过程中的表

表现评价现，如学生设计实验方案、最终小组汇

报探究结果等,

学生在进行探究实验过程中的操作行

为.以及课后教师布置“家庭版迷你

实作评价

小型植物工厂”作业产出的项目任务

产品等,

在确定评价任务后，教师需要针对学生不同表现水平的特征制定

相应的评价量规（表2）,以体现核心素养的发展性和进阶性。这些

量规可以来自已有的评价工具，也可以来自教师自己的设计。

襄2科学探究素养水平评馀■规

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菜产量的金臣批论

此外，教师也要定期给学生提供自评和互评的机会，以帮助学生

更加明确自己的作品与预期学习成果的差距。同时，学生的科学探究

素养水平会随着学习的深入而不断发生变化，因此，除单次课堂评价

外，随着时间的推移，教师还需要不断收集学生科学探究素养发展的

过程性证据，以判断学生的成长过程以及与预期学习成果之间的差距,

据此及时调整教学。

（三）规划设计适切的学习活动并开展教学指导

学习活动是课堂的重要组成部分，在逆向教学设计的第三阶段，

教师需要结合第一阶段的预期学习成果和第二阶段的评价证据设计

相应的学习活动，如讲授演示、探究式学习、小组合作学习、角色扮

演等。学习活动的设计需要同时具备吸引力和有效性，具备吸引力的

学习活动能够为学生创造学习体验的机会，提高学生参与科学探究的

积极性，而具备有效性的学习活动则能够促进学生达成预期以外最大

可能的学习成果。

以“探究环境因素对光合作用强度的影响”一课为例，为达成培

养学生科学探究素养、帮助学生养成社会责任意识的目标，教师设计

了两个主要的学习活动。一是参观智能化蔬菜大棚，这一活动贯穿社

会化真实情境，从最开始带领学生参观大棚，到最后引导学生思考智

能蔬菜大棚的作物产出高的理由，激发学生的学习兴趣，同时使学习

与真实社会生产相联系，培养学生的社会责任意识。二是学生主导的

科学探究实验，在实验活动中，学生可以自主参与变量选择、实验设

计、实验实施、数据收集以及成果汇报等各个环节，充分调动探究积

极性，提高科学探究能力水平。本节课主要包括以下六个环节。

1.创设情境，任务导入

假期里，教师带领学生参观智能化蔬菜大棚，引导学生回顾光合

作用过程和基本原理的相关知识，并思考蔬菜大棚中人工控制了哪些

环境因素，哪些因素会影响光合作用制造有机物的速率。回到学校后,

组织学生进行课堂小组讨论，根据学生的发言情况开展评价。

2.问题引导，梳理概念

基于真实问题情境，通过问题串（如：光合作用强度可以用哪些

量来衡量？如何测定光合作用强度大小？结合光合作用原理分析，哪

些环境因素可能影响光合作用强度，进而影响农作物产量？）帮助学

生明确环境因素影响植物光合作用强度，在激发学生探究兴趣的同时,

自然而然地引出探究主题。该环节的学习评价通过学案问题填写、课

堂问题的回答来完成。

3.课前探究，课中汇报

教师布置探究任务，学生分为A、B、C三个小组，分别探究二

氧化碳浓度（A组）、光质（B组）以及光照强度（C组）对光合作

用强度的影响，完成实验设计及实验报告，收集实验数据，并在课上

以小组为单位汇报本组的实验探究数据（图2）。

图2学生的分组实验

在这一环节，实验设计计划书、小组实验报告、小组课堂汇报展

示和学生实验操作情况等均可以作为评价依据。

4.数据分析，得出结论

小组汇报各自的实验数据与结果后，教师引导全班学生对实验数

据进行分析，归纳得出实验结论。在此基础上，教师给出植物在夏日

白天进行光合作用的数据分析题，引导学生分析思考“光合午休”现

象产生的原因，根据学生数据分析题的完成情况和课堂问题回答情况

开展评价。

5.学以致用，实践指导

在课堂学习的基础上，教师进一步引导学生进行延伸扩展，请学

生思考“矿物质如何影响光合作用？农业生产一般施加什么肥？现代

农业大棚为何选用椰糠替代土壤且盖地膜？”等问题，并引导学生用

自己所学知识指导农业生产，总结说明智能化大棚种植辣椒长势好、

结果率高的原因。该环节的学习评价通过学案问题填写、课堂问题的

回答来开展。

6.课堂小结，实践应用

教师引导学生对科学探究实践基本流程进行总结，明确科学探究

如何用于指导生产实践活动；学生总结影响植物光合作用强度的因素

以及农作物增产的一般措施。教师布置课后作业“家庭版迷你小型植

物工厂”。在这一环节，学生的发言情况、课后科学探究素养水平测

试结果和课后项目任务产品都可以作为评价依据。

在“探究环境因素对光合作用强度的影响”一课的教学活动中，

教师为学生准备了如下活动工作单。

“探究环境因素对植物光合作用强度的

影响”工作单

1.写出光合作用的反应式，分析影响光

合作用强度的环境因素可能有哪些。

2.所要研究的环境因素是o

3.该环境因素对植物光合作用强度的影

响是,做出这一假设的依据是0

4.在实验中，你通过什么方法来设定所

选环境因素的不同水平？

5.在实验中需要观察的指标是,以

反映植物的光合作用强度，观测该指标所

用的方法或工具是Q

6.以教师提供的植物（如菠菜、绿萝）

或自选植物作为研究材料，写出简单的实验

思路（可以用文字、流程图或示意图的形式

来表示），需说明其他环境因素如何设定。

7.经过各小组的讨论后，你们小组是否

对实验方案做出了修改，如果有修改，写

出修改后的实验思路，并说明理由。

8.选择记录和呈现实验结果的恰当方式

（如表格、曲线图、文字等）。

9.根据实验结果，得出的结论是。

该结论与假设是否一致？如果不一致，分

析可能的原因。

10.通过这次探究实验，你有哪些收获和

体会？

在教学过程中，学生按照探究进程填写工作单中的相关内容，教

师