基于生物學科核心素養(yǎng)的單元整體教學活動

◎ 海南省海口市瓊山中學 王 蕓

單元整體教學是介于課程規(guī)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(yōu)化教學效果、提高學生生物學學科核心素養(yǎng)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(guī)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(fā)，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(yǎng)要素，圍繞核心素養(yǎng)規(guī)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(fā)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(fā)展的核心素養(yǎng)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(yǎng)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(fā)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(yǎng)。

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(jié)內容“DNA的復制”調整到第4節(jié)“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(zhí)行細胞的各項生命活動，形成系統觀。

圖1 “細胞各部分結構既分工又合作”單元內容結構

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(yǎng)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(jié)”。在一輪復習課中，教師對生物學選擇性必修1“穩(wěn)態(tài)與調節(jié)”模塊中第三章“體液調節(jié)”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(jié)、血糖調節(jié)、水和無機鹽平衡的調節(jié)等模型，促進科學思維的發(fā)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(jié)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(jié)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(jié)的？

復習內容：

1.胰島素的發(fā)現；

2.血糖濃度升高時的調節(jié)過程；

3.通過血糖調節(jié)總結激素調節(jié)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(jié)呼吸運動。

復習內容：CO2對呼吸運動的調節(jié)。

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(jié)和行為性調節(jié)維持體溫相對恒定；

2.炎熱環(huán)境或劇烈運動時體溫調節(jié)過程；

3.寒冷環(huán)境中體溫調節(jié)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(wěn)定的？馬拉松過程中應如何通過行為性調節(jié)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(jié)的過程；

2.總結體液調節(jié)和神經調節(jié)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(jié)過程的協調合作，體溫調節(jié)、血糖調節(jié)、水和無機鹽平衡的調節(jié)之間是有聯系的，并不是孤立發(fā)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(jié)機制保持穩(wěn)態(tài)”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(chuàng)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(jié)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(yǎng)學生的生物學學科核心素養(yǎng)。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(wěn)態(tài)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(wěn)態(tài)的過程的認知，從系統和信息的視角，建立穩(wěn)態(tài)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(wěn)態(tài)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(wěn)態(tài)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(yōu)勢，培養(yǎng)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(guī)律出發(fā)，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(fā)展和提升學生的生物學學科核心素養(yǎng)。