基于生物學(xué)核心素養(yǎng)的單元作業(yè)設(shè)計

閆白洋 王穎 唐夢蕓

摘? ? 要：單元作業(yè)設(shè)計是發(fā)展學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)單元教學(xué)設(shè)計的重要組成部分。基于生物學(xué)核心素養(yǎng)的單元作業(yè)設(shè)計策略有分析課程標(biāo)準(zhǔn)和單元內(nèi)容確定單元作業(yè)目標(biāo)，強調(diào)真實情境、實際問題作為測試切入點，由“重知識、技能”向“重能力、素養(yǎng)”測評轉(zhuǎn)變，強調(diào)試題的探究性和試題類型的多樣性等，全方位測評學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)水平。

關(guān)鍵詞：生物學(xué);核心素養(yǎng);單元作業(yè)設(shè)計;生物工程

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出了生物學(xué)核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任，并明確指出高中生物學(xué)科教學(xué)要以發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)為宗旨[1]。生物學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展不是靠幾節(jié)課一蹴而就的，而是一個長期的循序漸進的過程，需要跨課時甚至跨學(xué)期、跨年級來實現(xiàn)。因此，需要教師系統(tǒng)化地思考并開展整體性、結(jié)構(gòu)化的單元教學(xué)設(shè)計。單元作業(yè)設(shè)計是單元教學(xué)設(shè)計中的重要組成部分，單元作業(yè)設(shè)計具有系統(tǒng)性、及時反饋性等特點，對發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)有著重要的價值。當(dāng)前，多數(shù)論文都圍繞著課堂教學(xué)中發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的策略進行了研究，而對核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的單元作業(yè)設(shè)計研究很少。基于此，本文以“生物工程”單元為例，探索基于生物學(xué)核心素養(yǎng)的高中生物單元作業(yè)設(shè)計，為核心素養(yǎng)的評價和發(fā)展提供參考。

一、“生物工程”單元內(nèi)容分析與目標(biāo)設(shè)計

“生物工程”單元的作業(yè)和試卷設(shè)計以《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》和《上海市高中生命科學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗本）》為依據(jù)。新課程標(biāo)準(zhǔn)將生物學(xué)知識分為大概念、重要概念和次位概念。此次案例主要是選擇性必修“生物技術(shù)與工程”模塊，涉及的大概念有“概念4 細胞工程通過細胞水平上的操作，獲得有用的生物體或其產(chǎn)品”“概念5 基因工程賦予生物新的遺傳特性”“概念6? 生物技術(shù)在造福人類社會的同時也可能會帶來安全與倫理問題”等內(nèi)容。基于此，我們在作業(yè)設(shè)計時，以概念4、概念5和概念6為載體，測評學(xué)生生命觀念、科學(xué)探究、科學(xué)思維和社會責(zé)任不同水平的行為表現(xiàn)。

生物工程是指人類應(yīng)用生命科學(xué)原理，采用先進的工程技術(shù)手段，按照預(yù)先設(shè)計的藍圖，大規(guī)模地生產(chǎn)人類所需要的物質(zhì)和產(chǎn)品的技術(shù)。本作業(yè)設(shè)計以生物工程單元分為6個課時：動植物組織和細胞培養(yǎng)、干細胞技術(shù)、細胞融合、細胞核移植、酶工程和基因工程。各課時作業(yè)包括簡答題、選擇題、填空題、判斷題等多種題型。作業(yè)設(shè)計的目的是通過情境鍛煉學(xué)生將已有的知識和題干信息相結(jié)合來解決實際問題，在認(rèn)知中探索知識的深層含義，從知識本位轉(zhuǎn)向能力和素養(yǎng)本位，達到知識、情感、素養(yǎng)和能力的綜合提升。各課時作業(yè)之間相輔相成、逐步遞進，對學(xué)生認(rèn)知與能力的要求逐漸提高。前一課時的作業(yè)為后續(xù)課時的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，后一課時會包含前一課時的內(nèi)容。基于上述分析，結(jié)合《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》和《上海市高中生命科學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗本）》，設(shè)計了“生物工程”單元作業(yè)目標(biāo)，如表1所示。單元作業(yè)目標(biāo)不宜過多，不僅要有知識技能，而且要有能力和態(tài)度等。

表1? ?“生物工程”單元作業(yè)目標(biāo)

[單元目標(biāo) 目標(biāo)描述 目標(biāo)維度 1 說出動物組織和細胞培養(yǎng)技術(shù)概念、原理和所需條件 知道 2 列舉動物組織和細胞培養(yǎng)技術(shù)在實際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用 知道 3 解釋干細胞的概念、類型 理解 4 列舉干細胞的應(yīng)用及應(yīng)用前景 理解 5 概述植物細胞融合的原理及過程 理解 6 概述單克隆抗體概念、生產(chǎn)過程及應(yīng)用價值 理解 7 說出細胞核移植概念、所用工具及原理 知道 8 說出細胞核移植的過程 知道 9 說出酶生產(chǎn)、分離提純的流程及應(yīng)用 知道 10 概述酶固定技術(shù)方法及應(yīng)用 理解 11 說明基因工程的原理及其基本過程 理解 12 列舉轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用 知道 13 認(rèn)識生物工程技術(shù)安全性 態(tài)度 14 初步學(xué)會搜集、處理信息和獲取新知識的能力，歸納與概括、演繹與推理能力 能力 ]

二、作業(yè)試題以真實情境、實際問題作為測試切入點

基于生物學(xué)核心素養(yǎng)的命題融入了真實、有意義的測試情境，讓學(xué)生在情境中表現(xiàn)自己的真實水平，情境越真實越能反映學(xué)生的核心素養(yǎng)水平。將生物學(xué)概念運用到情境中去，在一定的情境中解決問題是核心素養(yǎng)測評的重要特征之一。為了測評學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)，在基于核心素養(yǎng)的命題中，提供給學(xué)生必要的引導(dǎo)材料，如以數(shù)據(jù)、圖表等作為題目的情境，考察學(xué)生對知識的分析、理解和應(yīng)用的能力。注重情境的試題編制不僅可以引導(dǎo)學(xué)生從生物學(xué)的維度觀察社會生產(chǎn)、生活，還可以培養(yǎng)學(xué)生運用生物學(xué)概念解決實際問題的能力，激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，使學(xué)生認(rèn)識到生物學(xué)對人類社會生活的重要性，增強他們適應(yīng)社會、終生學(xué)習(xí)的能力。

例如：2017年11月27日，世界上首只體細胞克隆猴“中中”在中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心的非人靈長類平臺誕生;12月5日第二只克隆猴“華華”誕生，正式宣布我國在國際上首次實現(xiàn)了非人靈長類動物的體細胞克隆，據(jù)下圖思考克隆猴的產(chǎn)生過程。

（1）克隆猴“華華”的誕生證明了什么？依次使用的技術(shù)有哪些？

（2）克隆猴“中中”“華華”的誕生正式宣布我國在國際上首次實現(xiàn)了非人靈長類動物的體細胞克隆，闡明克隆對人類發(fā)展的利與弊。

（3）設(shè)計問卷調(diào)查人們對克隆技術(shù)的了解情況，以及對克隆技術(shù)的態(tài)度。

在此作業(yè)試題中，情境選擇2017年底真實的新聞事件。此事件與生物學(xué)課程中的細胞核移植內(nèi)容密切相關(guān)，而且是我國首次實現(xiàn)了非人靈長類動物的體細胞克隆。通過情境和問題的解答，可以引導(dǎo)學(xué)生對克隆技術(shù)過程的深入理解，增加民族自豪感。可以引導(dǎo)學(xué)生在面對克隆技術(shù)的利與弊中，通過邏輯推理闡明個人立場，在設(shè)計問卷調(diào)查的過程中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

三、作業(yè)試題由“重知識、技能”向“重能力、素養(yǎng)”測評轉(zhuǎn)變。

素養(yǎng)是學(xué)生將所學(xué)知識遺忘后剩余的東西，而測評學(xué)生學(xué)習(xí)后遺留的東西需要依靠以素養(yǎng)立意而不是傳統(tǒng)的以知識立意的試題來測評，生物學(xué)知識僅作為測評素養(yǎng)的載體。核心素養(yǎng)立意的試題編制弱化學(xué)生對知識的機械記憶，強化學(xué)生靈活運用知識、技能解決實際問題的能力。因此，試題的設(shè)問以生物學(xué)核心素養(yǎng)為指向，依據(jù)生物學(xué)核心素養(yǎng)的評價框架，直接測評學(xué)生具備生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任的水平。并要關(guān)注核心素養(yǎng)的區(qū)分度，設(shè)問的層次漸進性，保持由易到難的梯度， 從而使不同素養(yǎng)水平的學(xué)生能獲得有區(qū)分度的成績。除此之外，針對核心素養(yǎng)的測評增加了答案的開放性，答案根據(jù)核心素養(yǎng)劃分的表現(xiàn)水平制定，可以更加客觀地反映學(xué)生的核心素養(yǎng)水平。

例如：近日，一則關(guān)于“中國富豪為年輕30歲，花費400萬”的消息在各大網(wǎng)絡(luò)平臺上引起熱議。四位中國客人遠赴烏克蘭，在一家號稱全球唯一可以注射胚胎干細胞治療的診所開啟他們的續(xù)命計劃，據(jù)說這個計劃是花400萬打幾針液體胚胎干細胞，就可以年輕30歲，這種治療方式開銷巨大，一針將近60萬。胚胎干細胞治療真有那么神奇嗎？

（1）胚胎干細胞的功能是（? ?）

A.具有全能性? ? ? ?B.可以去分化

C.無限增殖? ? ? ? ? ? ? D.可以逆轉(zhuǎn)錄

（2）注射胚胎干細胞在醫(yī)學(xué)上的確能治療多種疾病，但真如報道中所說的可以年輕續(xù)命嗎？通過查閱資料，說出你的看法和理由。

（3）雖然人胚胎干細胞研究具有巨大的應(yīng)用前景，但胚胎干細胞大多取自人工流產(chǎn)的早期胚胎或是體外受精中剩余的胚胎，早期胚胎究竟算不算生命，因此胚胎干細胞研究在國際上引起了很大的爭議。目前對于這個問題的回答，隨著不同宗教、文化背景和對生命的不同看法而有所不同。那么，我們應(yīng)該怎樣看待用于治療的胚胎干細胞研究？

此作業(yè)試題圍繞著注射胚胎干細胞年輕30歲的社會熱點，讓學(xué)生能夠關(guān)注并參與社會熱點中的生物學(xué)議題的討論。問題設(shè)計由易到難，循序漸進，在討論時，學(xué)生必須明確胚胎干細胞的生物學(xué)概念，并采用適當(dāng)?shù)目茖W(xué)思維方法揭示胚胎干細胞的結(jié)構(gòu)和功能特點，從而辨別并揭穿偽科學(xué)。

四、強調(diào)試題的探究性，測評學(xué)生的科學(xué)思維與科學(xué)探究水平

試題的探究性是側(cè)重設(shè)計學(xué)生通過科學(xué)思維或科學(xué)探究才能解決的真實問題。學(xué)生通過探究解決問題的過程，既需要運用生物學(xué)知識和技能，要用到歸納綜合、推理演繹、模型與建模等科學(xué)思維，也要經(jīng)歷生物科學(xué)探究過程。強調(diào)題目的探究性對測評學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究水平來說至關(guān)重要。因此，在題目設(shè)計時，命制一些學(xué)生在平時學(xué)習(xí)中未接觸過的材料試題，包括科學(xué)發(fā)展史中的某些素材、探究性問題的情境等。學(xué)生通過閱讀、理解、分析試題所提供的信息或情境，結(jié)合生物學(xué)基礎(chǔ)知識和基本技能，模擬科學(xué)研究方法，提出問題與假設(shè)，設(shè)計實驗方案，分析實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)論，解釋或評價生命現(xiàn)象、預(yù)測發(fā)展趨勢等問題。讓學(xué)生沿著科學(xué)家進行科學(xué)研究的思維過程去解答問題，從中感悟科學(xué)精神，學(xué)習(xí)科學(xué)方法，進行測評學(xué)生的科學(xué)探究能力、科學(xué)思想和科學(xué)態(tài)度。

例如：癌細胞是一種變異的細胞，與正常細胞不同，有無限增殖、可轉(zhuǎn)化和易轉(zhuǎn)移三大特點，能夠無限增殖并破壞正常的細胞組織。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)某裝修涂料中有甲、乙兩種化學(xué)物質(zhì)，可能會導(dǎo)致細胞癌變。如何利用動物細胞培養(yǎng)技術(shù)設(shè)計實驗鑒定并比較甲、乙物質(zhì)的致癌作用的強弱呢？

[實驗材料]：小白鼠細胞。

[藥品用具]：胰蛋白酶液、動物細胞培養(yǎng)液、動物細胞固定液、適宜濃度的龍膽紫溶液、滴管、培養(yǎng)皿、剪刀、錐形瓶、細胞培養(yǎng)箱、載玻片、蓋玻片、光學(xué)顯微鏡、小白鼠正常體細胞有絲分裂高倍顯微鏡照片、裝修材料甲、乙物質(zhì)。

[實驗步驟]：制備細胞懸液：把小白鼠胚胎放在培養(yǎng)皿中剪碎，轉(zhuǎn)入錐形瓶中，加入胰蛋白酶液處理，使胚胎組織離散成單個細胞，再加入動物細胞培養(yǎng)液，制成細胞懸液。取A、B、C三個潔凈的培養(yǎng)瓶，分別加入等量的細胞懸液。

（1）寫出A、B、C三個培養(yǎng)瓶的實驗變量處理。

[實驗結(jié)果]

（2）查閱文獻發(fā)現(xiàn)甲、乙物質(zhì)會導(dǎo)致分裂細胞染色體畸變，從而引起細胞癌變。如何比較甲、乙物質(zhì)的致癌作用強弱，寫出相應(yīng)的實驗過程。

（3）動物細胞培養(yǎng)技術(shù)除了研究化學(xué)物質(zhì)的致癌作用外，在實際生產(chǎn)生活中還有哪些用途，請列舉例子。

該作業(yè)試題主要是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，要求學(xué)生在完成作業(yè)時，能夠基于給定的條件，設(shè)計并實施探究實驗方案或工程學(xué)實踐方案，用多種方法如實記錄和分析實驗結(jié)果。并且要求學(xué)生關(guān)注生物學(xué)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用。

五、 創(chuàng)新試題類型，全方位測評學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)水平

試題類型的創(chuàng)新對全方位測評學(xué)生的核心素養(yǎng)水平至關(guān)重要。目前生物學(xué)試題多以單選題、填空題為主。生物學(xué)核心素養(yǎng)要求用生命觀念和科學(xué)思維來解釋與分析社會、生產(chǎn)和生活中所遇到的生物學(xué)問題，用科學(xué)探究的方式來解決這些問題，正確分析自己所需要承擔(dān)的社會責(zé)任并勇于實踐。單選題和填空題等碎片化的知識與能力測評形式限制了學(xué)生思維水平的發(fā)揮，也無法真實準(zhǔn)確地測評學(xué)生的核心素養(yǎng)水平。因此，在命題中可以增加多選題和論述題等表現(xiàn)形式，內(nèi)容上可以增加推演型、開發(fā)型、開放型等試題，讓學(xué)生充分地表達自己的思維狀況和邏輯推理水平，進而測評學(xué)生核心素養(yǎng)水平。

例如：蘇云金芽孢桿菌生長到一定階段，會釋放出芽孢和伴孢晶體，當(dāng)昆蟲吞食伴孢晶體后，能使小腸上皮細胞萎縮退化，導(dǎo)致昆蟲死亡。科學(xué)家如何利用基因工程技術(shù)，使棉花也能具有這種抗蟲性呢？

（1）以抗蟲棉花為例，闡明利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)抗蟲棉花的流程，并寫出在此過程中所利用的工具酶? ? ? ? ?、? ? ? ? ? 。

（2）利用基因工程的方法生產(chǎn)抗蟲棉花植株，成功的標(biāo)志是? ? ? ? ? ? ? 。（多選）

A.棉花植株葉肉細胞中有抗蟲基因

B.棉花植株葉肉中有抗蟲基因的mRNA

C.棉花植株葉肉中有抗蟲蛋白質(zhì)

D.棉花植物葉片蟲洞數(shù)目遠遠少于普通棉花植物葉片

（3）舉例說明基因工程技術(shù)在人類生活中的應(yīng)用有哪些？

（4）大面積種植抗蟲棉對該地區(qū)生態(tài)平衡會造成怎樣的影響？

該作業(yè)試題圍繞基因工程主題設(shè)計，有多種題型，如填空題、選擇題、論述題、開放性題目等。不同題型考查不同的核心素養(yǎng)類型，題型的多樣化可以多方面地培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，讓學(xué)生充分地去思考、表達。

在核心素養(yǎng)理念的指導(dǎo)下，高中生物單元教學(xué)設(shè)計受到學(xué)生、教師、家長乃至社會的普遍重視。單元作業(yè)設(shè)計是高中生物教學(xué)中的一個必不可少的環(huán)節(jié)，是學(xué)生知識鞏固和能力素養(yǎng)提升的重要途徑，教師在單元作業(yè)設(shè)計的過程中滲透對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)顯得尤為重要。但是，當(dāng)前單元作業(yè)設(shè)計相關(guān)研究較少，還需要不斷地去探索。

參考文獻：

[1]劉恩山，劉晟.核心素養(yǎng)作引領(lǐng)，注重實踐少而精——《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》修訂思路與特色[J].生物學(xué)通報，2017，52（8）：8-11.