基于學科核心素養的大單元教學設計——以“尿液的形成和排出”為例

張 培 石琳娜

（1.北京師范大學昌平附屬學校 北京 102206）

（2.北京市昌平區教師進修學校 北京 102200）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》的課程基本理念中明確提出以核心素養為宗旨。學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。這也為初中生物學教學提供了改革的方向和要求。如何開展指向學科核心素養的有效教學？這要求教師必須提升教學設計的站位，即從關注單一的知識點、課時轉變為大單元設計。只有這樣，才能改變學科知識點的碎片化教學，才能真正實現教學設計與素養目標的有效對接。因此，筆者以“尿液的形成和排出”為例進行了單元教學設計的探索。

1 確定指向學科核心素養的單元學習目標

1.1 分析單元學習內容

《義務教育生物學課程標準（2011年版）》中共涉及50個重要概念。本單元以重要概念為單位區分事實和概念，厘清概念之間的邏輯關系，建構概念圖。本單元需要形成的重要概念為“泌尿系統包括腎臟、輸尿管、膀胱和尿道，其功能是排除廢物和多余的水”。這一重要概念的形成建立在“泌尿系統由腎臟、輸尿管、膀胱和尿道組成”“腎臟形成尿液的基本結構是腎單位”“尿液是血液流經腎單位時形成的”“尿的形成是連續的，尿的排出是間歇的”等多個次位概念的基礎上。同時，這一重要概念的達成又是學生理解“人體各系統正常工作為細胞提供了相對穩定的生存條件”“神經系統和內分泌系統調節人體生命活動”“人體是一個統一的整體”等其他概念的有力支撐。

1.2 指向學科核心素養

生物學學科核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。本單元教學設計從落實學科核心素養出發，在各課時內通過創設情境，引導學生進行科學探究、演繹推理和假說驗證，讓學生在問題解決、批評質疑的過程中主動構建腎單位的模型以及尿液的形成和排出過程，引導學生認識到“技術進步推動科學發展的同時科學發展有利于指導社會生活”，最終使學生形成結構與功能觀、穩態與平衡觀、局部與整體觀，并養成健康的生活習慣。

基于上述分析，確立本單元學習目標：①說出人體產生的主要代謝廢物及排出途徑，從穩態與平衡觀的角度描述排泄的概念以及對人體生命活動的意義。②描述人體泌尿系統的組成，闡明腎臟各部分結構與功能的關系，概述尿液的形成過程，形成結構與功能觀。③觀察并描述哺乳動物腎臟的形態和主要結構；自主觀察腎臟縱切切片，描述腎單位的結構。④能夠根據腎單位的功能，推測腎單位的結構并制作物理模型，能夠基于觀察修正模型。⑤基于科學史，能夠對史實資料進行信息獲取和數據分析，嘗試概括結論。⑥逐步養成良好的衛生習慣。

2 實施“問題-任務-活動”為主線的單元教學設計

為了更好地實現單元學習目標，教師需要將目標轉化為可理解探索的問題，這就是核心問題。有了核心問題，在課堂上還需要有核心任務，驅動學生完成對核心問題的探索。基于核心任務，教師呈現系統化、多樣化的學習材料，設計系統、有層次的子任務，將其轉變成一個個學習活動，引導單元教學的實施。在本單元的規劃中，先從整體入手，以“人體是如何排出代謝廢物的？”為核心問題。在課堂實施層面，確立以下任務和活動。

（1）任務①認識人體泌尿系統的組成。

活動①基于數據，分析認識人體排泄的主要途徑，認識泌尿系統。學生分析人體排出代謝廢物的相關資料，認識人體排泄的途徑。通過比較，發現其主要途徑是排尿，依賴于泌尿系統完成。學生觀察人體泌尿系統的組成模式圖，描述泌尿系統包括的器官和各自的功能。

活動②觀察腎臟，描述哺乳動物腎臟的形態和主要結構。學生分組按由外向內的順序觀察哺乳動物腎臟的外部形態和縱剖面結構，觀察后進行描述。

活動③由宏觀腎臟到微觀腎單位，自主構建腎單位模型。教師由宏觀腎臟過渡到微觀腎單位，并提供小腸、肺等重要器官的結構與功能資料，以及漏斗、塑料管、濾紙、注射器等實驗材料。學生根據資料，類比推理腎單位的功能及應具有的結構，然后進行小組合作，假設并初步構建腎單位的物理模型。各小組在pad平臺進行自建模型的交流共享。之后，學生借助顯微鏡觀察腎臟縱切切片，依據真實的腎單位結構自主修正自建模型，歸納概括腎單位的結構及功能，由此提升創造性思維和“事實-假設-證據”的科學思維，體驗科學研究思路，建立結構與功能觀。

（2）任務②認識尿液的形成過程。

活動①尿液形成機制的科學史分析，嘗試作出實驗結果和結論的預期。學生分析鮑曼和路德維希兩位科學家對尿液形成過程的不同假設，找出兩種假設的最大差異。教師提出問題：要想證明你認同的假設，腎單位的三個結構中，應抽取哪個部位的液體進行成分分析？學生分析思考作出判斷，并進行實驗結果及結論的預期。

活動②血漿和原尿的主要成分數據分析，構建腎小球的濾過作用。教師指出，隨著科技的發展，科學家做出微細管可以抽取腎單位結構中的液體，進行成分分析。學生比較血漿與原尿的主要成分，小組討論，分析問題：原尿和血漿的成分有什么顯著不同？血液在流經腎小球時發生了什么變化？觀察電子顯微鏡下腎小球和腎小囊壁的超微結構及動畫模擬，說明原因。

活動③原尿和尿液的主要成分數據分析，構建腎小管的重吸收作用：教師提出問題：腎小囊中的原尿就是人們所說的尿液嗎？學生對比分析原尿和尿液的主要成分，小組討論、回答問題：原尿中有哪些人體需要的物質？物質在腎小管和毛細血管間會發生什么變化？通過數值比較，分析重吸收的不同物質量的差異。

由此，通過科學史和數據分析，教師引導學生小組學習、合作探究，促使學生的思維層層深入，自主構建尿液的形成過程。教師對尿液形成機制的科學史進行加工處理，設計問題，引導學生創新性地提出科學探究方案，讓學生親歷探索尿液形成的提出問題、作出假設、尋找證據、得出結論的科學流程，培養學生的歸納概括、比較分析、邏輯推理等科學思維，并進一步促進學生建立結構與功能觀。學生通過認識科學的發展以及與實際生活的聯系，突出落實了科學、技術和社會相互關系的教育，培養參與相關事務的討論、解決現實生活問題的社會責任意識。

（3）任務③認識尿液的排出及認同泌尿系統的衛生保健。

活動①構建尿液的收集和排出過程概念模型。由微觀腎單位回歸到宏觀腎臟及泌尿系統的組成，學生自主構建尿液的形成和排出過程概念模型，并認同膀胱暫存尿液功能的意義。教師聯系實際，引導學生分析神經系統相關部位受損患者以及嬰幼兒的小便失禁現象，說明尿液的排出受神經系統支配。認同人體各個系統相互聯系、相互協調，完成生命活動，人體是一個統一的整體。

活動②解讀尿常規化驗單，解釋代謝廢物排出的意義。學生分析正常樣本與異常樣本的尿液化驗單，解決問題：異常尿液樣本中分別有哪些指標不正常？異常尿液樣本的患者分別最有可能是腎臟的哪個結構出現了問題？為避免此異常情況發生，維持健康生活，你有哪些建議？教師結合生活實際，從穩態與平衡觀的角度引導學生養成適量飲水、及時排尿的生活習慣。

活動③人類泌尿系統疾病和治療資料分析。教師創設FSGS（局灶性節段性腎小球硬化）及血液透析治療的情境，引導學生分析：FSGS的病變器官是哪里？FSGS患者進行尿常規檢查時，常見蛋白尿、血尿和糖尿，原因是什么？從血液循環的角度分析，透析儀器為什么要分別與患者的動脈和靜脈相連？過濾前的透析液成分應與體內哪種液體成分相似？血液透析相當于尿液形成過程中的哪個環節？半透膜相當于腎單位中的哪些結構？腎衰竭患者除了進行血液透析外，還有什么治療方法？根據相關研究成果，嘗試提出新的治療思路？由此幫助學生建立穩態與平衡觀，培養學生學以致用、問題解決的能力。

3 落實“教-學-評”一體的單元評價目標

教學評價是檢驗目標達成程度的主要手段，要注重評價標準與教學目標、學習過程的一致性。教學評價要注意多元化，不僅注重學生的結果性評價，更要注重學生學習的形成性評價。

本單元的評價目標包括：①能夠分析尿常規化驗單，說明疾病原因。評估的標準是信息獲取準確、解釋合理、邏輯可靠。②能夠分析人類泌尿系統疾病，并提出解決方案。評估的標準是探究問題清楚、方案設計合理。③在進行腎臟解剖觀察時，動作要準確、熟練、規范，并能說明腎臟的結構與功能。④觀察腎臟縱切切片，認識腎單位時，描述要準確清晰，能基于結構與功能觀構建腎單位模型。⑤對尿液形成過程的科學史進行分析時，能準確獲取信息，進行合理解釋，對實驗結果進行預期和討論，并形成重要概念。⑥強烈認同養成健康生活習慣的必要性。⑦試題評價時，題目作答準確率高。

大單元教學設計是一種教學設計理念和策略，強調把一個主題或單元的內容作為一個整體，實施統一的單元學習目標、單元學習過程和單元教學評價，凸顯了學科核心素養養成的整體性、滲透性和長期性。大單元教學設計有利于實現學科教學目標的有效設計和持續落實，為生物學學科核心素養的最終達成打下堅實的基礎。因此，指向學科核心素養的大單元設計是落實立德樹人、發展素質教育、深化課程改革的必然要求，也是學科核心素養落地的關鍵路徑。