基于生物學科核心素養的單元整體教學活動

王蕓

【摘要】單元整體教學注重學科整體組織化、結構化重構，為學生營造整體式的教學情境，幫助學生形成生物學大概念，將科學思維、科學探究等有機整合，促進學生生物學學科核心素養的形成。

【關鍵詞】生物學科核心素養;單元整體教學;單元學習活動設計

單元整體教學是介于課程規劃與課時教學設計之間的中觀層面的教學設計，注重單元內知識的整體性、結構性、進階性和生成性，實施統一的教學目標、教學過程和教學評價，以優化教學效果、提高學生生物學學科核心素養為目標的整體性教學方式。

一、單元整體教學的實施途徑

1.厘清單元概念，規劃學習目標。構建一個結構化的教學單元，首先要從重要概念出發，厘清其包含的次位概念之間的邏輯結構關系;其次，對學生的認知水平進行摸排，確定單元教學的重難點;最后，分析單元中所承載的核心素養要素，圍繞核心素養規劃契合學生思維邏輯的單元學習目標。

2.融合真實情境，開發單元任務。教師可根據單元內容及單元目標設計有真實情境的任務群，將該單元重要概念和所側重發展的核心素養嵌入到任務群中。而任務群以“核心任務—子任務—小任務”的模式展開，核心任務基于單元情境提出，能串聯單元大部分的課時，子任務是結合次位概念對核心任務的分解，是每個課時教學的關鍵內容，而小任務是課堂教學中學生活動的具體內容。通過一個個小任務的解決，學生能順利習得次位概念，最后再借助概念圖的任務，由學生自主構建單元概念體系，自然地形成生物學重要概念。

3.重視活動過程，實施單元評價。單元學習的評價是單元教學實施是否有效的判斷依據。在整個單元的評價過程中要對知識目標及核心素養目標進行評價，并建立二者之間的聯系。通過靈活多變的評價手段，充分發揮評價的導向和激勵作用，實現“教—學—評”一體化，落實核心素養。

二、教學實例—單元整體教學活動設計

1.新課教學一—“基因的本質”。高中生物學必修2“基因的本質”中的知識，聚焦于概念3“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”，在這個大概念的引領下，教師可以對相關內容進行總體的設計。

步驟一：通過大概念引領，確定單元目標。

具體內容為“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”。在這個大概念下，單元的教學目標可確定為：概述遺傳信息是什么，遺傳信息如何代代相傳。

步驟二：確定課時教學內容。

第1課時：DNA是主要的遺傳物質。

第2課時：DNA的結構。

第3課時：基因通常是有遺傳效應的DNA片段，堿基對的排列順序蘊含著遺傳信息。

第4課時：DNA的復制。

步驟三：設計教學過程。

任務1：在格里菲斯的實驗基礎上設計實驗，證明肺炎鏈球菌的遺傳物質是DNA，不是蛋白質。

任務2：采用同位素標記法及離心技術，應用假說演繹法，證明DNA是噬菌體的遺傳物質。

任務3：設計實驗證明RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質。

任務4：利用老師提供的材料，小組合作制作DNA的雙螺旋結構模型。

任務5：根據教材資料，分析基因與DNA的關系，說明遺傳信息是什么。

任務6：采用同位素標記法以及密度梯度離心法，利用假說演繹法，用圖示證明DNA通過半保留復制方式。

任務7：利用DNA雙螺旋結構模型，模擬DNA復制過程，說明生物將遺傳信息準確傳遞給子代的原因。

在這一單元設計中，將原教材中的第3節內容“DNA的復制”調整到第4節“基因通常是有遺傳效應的DNA片段”之后，這樣可以更好地讓學生聚焦于“遺傳信息是什么，并如何代代相傳”的大概念。教學中通過一系列任務，能讓學生深刻理解相關概念，從而達到單元教學的目的。

2.新課教學二—“細胞各部分結構既分工又合作（如圖1）”。本單元的教學目標為：（1）基于事實和科學史實驗分析，提出假說、論證觀點，構建細胞膜的流動鑲嵌模型、細胞核的物理模型，認識到細胞的結構與功能相一致。（2）通過實驗觀察和科學史實驗分析，體會細胞內具有多個相對獨立的結構，論證細胞器之間既有分工又有合作，認同細胞是一個生命系統。（3）以系統的觀點闡明細胞各個部分既分工又合作，共同執行細胞的各項生命活動，形成系統觀。

本單元以胰島細胞分泌胰島素為情境，貫穿單元教學過程。提出單元問題：“胰島細胞中相對獨立的各部分結構是如何相互聯系、協調一致，完成胰島素的合成和分泌等各項生命活動的？”在單元目標、大概念統攝下，整體設計課時任務。

第1課時：觀察黑藻（細胞質流動）、水綿細胞、番茄果肉、口腔上皮細胞。

解決問題：①如何讓細胞質流動加快？②植物細胞都含有葉綠體、液泡嗎？③葉綠體的功能是什么？推測番茄果肉細胞液泡中含哪些物質？④總結液泡的功能是什么？

教學評價：畫出黑藻細胞、水綿細胞的結構模式圖。

第2課時：基于事實和經典實驗分析細胞膜的功能和結構。

解決問題：為什么體外培養的胰島細胞死亡后可以被臺盼藍染色，而活著的細胞無法被臺盼藍染色？

教學評價：總結胰島細胞吸收和排出的物質，構建流動鑲嵌模型。

第3、4課時：基于實驗分析細胞器之間的分工合作。

解決問題：胰島素是蛋白質，胰島細胞分泌胰島素需要哪些細胞器的參與？

教學評價：完成細胞器模型和功能的連線，構建胰島素合成和分泌的概念模型。

第5課時：基于實驗，論證細胞核功能，構建細胞核的結構。

解決問題：胰島細胞的細胞核在胰島素合成和分泌的過程中起什么作用？

教學評價：制作細胞核的物理模型，并用物理模型解釋事實。

3.一輪復習課—“體液調節”。在一輪復習課中，教師對生物學選擇性必修1“穩態與調節”模塊中第三章“體液調節”進行了單元整體教學活動設計。整個教學過程通過真實情境（馬拉松比賽），引導學生分析生活現象、解決現實問題，提高學生的科學探究能力;通過問題引領，引導學生建立體溫調節、血糖調節、水和無機鹽平衡的調節等模型，促進科學思維的發展。

教學情境1：馬拉松是一項極其考驗運動員意志的比賽，歷時2小時以上，運動員每小時至少要消耗300g糖類。馬拉松跑步過程中血糖的含量會大幅度下降嗎？機體是如何調節的？

復習內容：

1.血糖的來源和去路;

2.血糖濃度降低時的調節過程。

教學情境2：馬拉松賽事中會設置補給點，提供運動飲料。一般運動飲料中水分含量在90%左右，糖分含量8～12%。飲用運動飲料后，血糖會如何變化？機體是如何調節的？

復習內容：

1.胰島素的發現;

2.血糖濃度升高時的調節過程;

3.通過血糖調節總結激素調節的特點。

教學情境3：長時間不運動而飲用運動飲料，可能會患有糖尿病。請解釋糖尿病患者“多飲、多尿、多食”的原因。

復習內容：糖尿病相關知識。

教學情境4：馬拉松比賽使用一定的呼吸技巧，體液中的化學物質也會調節呼吸運動。

復習內容：CO2對呼吸運動的調節。

教學情境5：馬拉松比賽途中都有噴淋裝置，將熱量帶走，協助人體維持體溫。在馬拉松比賽中，人如何維持體溫的相對恒定？

復習內容：

1.生理性調節和行為性調節維持體溫相對恒定;

2.炎熱環境或劇烈運動時體溫調節過程;

3.寒冷環境中體溫調節過程。

教學情境6：馬拉松比賽過程中會大量排汗，汗液不僅會帶走大量水分，還會帶走大量無機鹽，引起人體滲透壓的變化。人體是如何維持滲透壓的相對穩定的？馬拉松過程中應如何通過行為性調節維持滲透壓相對恒定？

復習內容：

1.劇烈運動排出大量水分和無機鹽后，滲透壓調節的過程;

2.總結體液調節和神經調節的關系。

通過情境貫穿式單元復習教學，引導學生理解每個活動都需要多種激素、多個系統、多個調節過程的協調合作，體溫調節、血糖調節、水和無機鹽平衡的調節之間是有聯系的，并不是孤立發揮作用的，從而建構“生命個體的結構與功能相適應，各結構協調統一共同完成復雜的生命活動，并通過一定的調節機制保持穩態”這一大概念。

4.二輪復習課—“走進新冠病毒”。在二輪復習過程中，教師選擇學生正在經歷的新冠肺炎作為素材情境，為本單元創設具體的問題情境。新冠病毒的結構和功能是怎樣的？它是如何侵染人的？人是如何通過免疫調節來抵御新冠病毒的？我們應如何去預防、診斷和治療新冠肺炎？教師在解決實際問題的過程中，落實細胞的結構和功能、免疫學原理、基因工程等知識，提高學生的學習能力，培養學生的生物學學科核心素養。該大單元整體教學活動的具體設計如下。

專題一：認識新冠病毒。

學習目標：

1.通過比較不同病毒的結構，認識新冠病毒的結構特點;

2.通過比較不同病毒侵染細胞的方式，辨別不同生物的遺傳與代謝特點;

3.通過對病毒增殖過程中物質、能量利用的分析，比較不同病毒的增殖過程;

4.通過對病毒變異的分析，闡述新冠肺炎治療的難題。

核心問題：

1.新冠病毒的結構;

2.新冠病毒侵染細胞的方式;

3.新冠病毒的代謝增殖過程;

4.新冠病毒的變異。

學習活動：

1.比較不同病毒的結構，歸納病毒的基本物質組成和結構特點;

2.簡述病毒侵染宿主細胞的方式;

3.分析不同類型的病毒遺傳信息復制和表達的過程;

4.結合病毒的增殖過程，分析各細胞結構的分工合作。

專題二：免疫應答與穩態維持。

學習目標：

1.基于對免疫系統的成分及相互作用、相互配合，共同完成免疫功能的認知;

2.基于人體三大系統相互協調配合維持穩態的過程的認知，從系統和信息的視角，建立穩態與平衡觀。

核心問題：

1.梳理針對新冠病毒的免疫過程;

2.說明在抵御病毒感染過程中，神經系統、內分泌系統、免疫系統在維持穩態中的相互作用。

學習活動：

1.構建人體抵御新冠病毒免疫過程的模型（包括非特異性免疫和特異性免疫）;

2.通過資料分析在抵御病毒感染過程中，人體神經系統、內分泌系統、免疫系統在維持穩態中的相互作用。

專題三：人工預防。

學習目標：

1.通過過觀察、分析、比較等方式處理信息，并得出結論;

2.能用文字的方式正確表達，解釋mRNA疫苗作用的機理;

3.以滅活疫苗的制備流程為線索，引導學生進行科學探究實驗的設計;

4.通過全球疫苗產能及獲批情況，認識到我國在疫苗生產中的優勢，培養學生的民族自信心和自豪感。

核心問題：

1.疫苗的種類及其作用;

2.疫苗的制備;

3.疫苗的安全性、有效性檢測。

學習活動：

1.依據圖表分析實驗結果，得出實驗結論;

2.描述mRNA疫苗的作用機理;

3.說明獲得大量動物細胞的基本技術流程;

4.設計實驗證明病毒是否已經全部被滅活;

5.請說明制備該重組新病毒載體疫苗的基本流程。

總之，單元整體教學從學生認知規律出發，幫助學生在活動認知中構建核心概念和知識體系，從而更好地落實新課標理念，發展和提升學生的生物學學科核心素養。

【參考文獻】

[1]鐘啟泉.從“知識本位”轉向“素養本位”—課程改革的挑戰性課題[J].基礎教育課程，2021（11）.