高中新課程學科主題探究活動教學設計的實踐與反思

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：B

1教學設計指導思想

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）明確指出，生物學教學要以發展學生的生物學學科核心素養為主要目標，培養學生用正確的生命觀念和科學思維觀察和認識事物，解決實際問題，實現立德樹人的根本任務。因此，教學內容要具備系統性，依據大概念和重要概念進行內容整合，開展單元教學是達成學科核心素養培養的重要途徑。

主題探究單元是一種常見的單元教學模式，圍繞某一科學、技術、社會問題展開，特別強調問題與探究過程的結構性、邏輯性、完整性。在教學過程中，該模式應以學生為中心，圍繞層層遞進的問題開展多指向、多形式的研究性學習和探究性學習，幫助學生形成高階綜合思維、提高解決實際問題的能力。2因此，生物學學科核心素養的培養，關鍵在于組織以學科主題為導向、以科學探究為途徑的主動學習。然而，盡管關于學科主題探究活動的理論研究頗豐，但實踐案例相對匱乏，導致教師在實際教學中缺乏可借鑒的經驗，難以有效地開展探究活動。此外，創新不足也是一個突出的問題，很多探究活動形式單一，內容陳舊，難以激發學生的興趣和積極性。筆者以“水進出細胞的原理”一節內容為例，探討關于高中新課程學科主題探究活動教學設計的思考。

2學科主題探究活動教學設計實踐

2.1單元教學設計思路

本單元教學設計圍繞“食物中的營養物質如何進出細胞\"這一引領性主題而展開，旨在通過探究性學習揭示物質進出細胞的原理和方式。教學設計遵循\"情境一任務\"框架（見圖1）并配以單元教學導航圖（見圖2）。

2.2教學內容分析

本單元源自人教版普通高中教科書《生物學·必修1·分子與細胞》第4章，通過3個課時深入探討\"細胞如何吸收營養物質”。本節課是該單元的第一個課時“水進出細胞的原理”，同時也是該模塊中首個科學探究實踐活動。內容涉及《課程標準》中大概念2中的重要概念“被動運輸”次位概念“闡明質膜具有選擇透過性\"和“舉例說明有些物質順濃度梯度進出細胞”。

2.3探究活動學習目標

傳統教學方式很難充分利用學生的求知欲和探索欲，限制了學生自主探究和發現。在本節課中主要存在以下三個問題：首先，教師往往直接告知學生“質膜的選擇透過性”“原生質層”等重要概念，導致學生無法深入理解，僅停留在表層含義，進而遇到真實情境時不能夠學以致用；其次，以往的教學流程是遵循教師先講授相關概念知識再由學生通過實驗進行驗證的模式，實驗目標單一，缺乏探究性，不利于學生深入學習科學現象的本質；最后，學生做實驗時往往將課本所展示的結果視為實驗成功的標志，忽視實驗中產生的其他現象，對實驗延伸出的問題缺乏系統性的思考。同時，教師在進行課程設計時未能預留足夠的時間讓學生進行延伸問題的探討，導致學生僅能夠分析出常規的植物細胞質壁分離及復原的過程，對于質壁分離自動復原、質壁分離不復原等延伸問題不能給出合理解釋。

鑒于此，本課致力于為學生營造更加開放的學習環境，提供不同的研究材料、實驗試劑，鼓勵學生通過開放式的合作探究，充分探索和思考，在探究中親歷發現真理的過程，感悟科學的本質，培養和發展其生物學學科核心素養。教師據此制定了以下學習目標。

（1）觀察演示實驗，通過對滲透裝置的觀察和分析，闡明滲透作用的原理。（科學思維，科學探究）

（2）觀察紅細胞吸水和失水的現象，闡明其原 理，認同質膜的選擇透過性。（生命觀念，科學思維）

（3）通過實驗探究植物細胞的吸水和失水的現象，討論、分析、闡明其原理，認同生物膜具有選擇透過性。 （科學探究）

2.4學科主題教學設計策略

2.4.1真實情境激發主動學習

本單元的引領性學習主題包括“洋蔥中含有哪些營養物質？人體細胞通過哪些方式吸收這些營養物質”。課時1中教師利用引領性學習主題導入單元學習主題，以洋蔥細胞中含量最高的物質“水”為切入點，引出課時1的學習；課時2中教師以課時1的實驗探究現象為問題情境，結合科學家實驗，創建“設計實驗驗證膜整合蛋白為水通道蛋白\"等問題情境，提示小分子物質進出細胞的方式和所需要的條件；課時3中教師以“變形蟲的攝食”“胰島素的合成和分泌\"創設問題情境，歸納大分子物質進出細胞的方式和條件。筆者僅介紹了課時1的教學設計，旨在通過真實情境引發學生思考，并領會大概念“細胞的生存需要營養物質”；通過引領性的學習主題激發學生的學習興趣，提高其內在驅動力，促使其主動探索知識、認識科學現象的本質。

2.4.2探究實驗搭建思維階梯

本節課通過“演示實驗一科學家實驗—開放式探究實驗”的遞進式教學，逐步搭建思維階梯： ① 通過滲透裝置的演示實驗，結合圖像和視頻資料，分析滲透作用的原理和條件； ② 進行知識遷移，通過分析科學家實驗“紅細胞在不同濃度鹽溶液中的形態變化”，將滲透作用相關知識遷移應用到具體實例中，闡明在紅細胞通過滲透作用吸水和失水時，細胞膜相當于半透膜； ③ 對比動植物結構的差異，提出探究問題“植物細胞是否也是通過滲透作用吸水和失水？如果是，植物細胞中的“半透膜”又是什么結構\"教師不事先告知原生質層的相關概念，而是提供多種實驗材料進行開放式探究活動（見表1）。

在探究過程中，選擇紫色洋蔥為實驗材料的兩個小組產生了不同的觀點：一組認為液泡膜是植物細胞這個滲透系統中的半透膜，另一組則認為細胞膜和細胞質也是。這一沖突也展現了學生思維上的疑難點，而用黑藻葉肉細胞進行觀察的小組則認為黑藻細胞葉綠體范圍的變化可以直觀體現細胞膜和細胞質范圍的變化。學生結合兩種不同的材料進行分析，很容易得出植物的原生質層在植物的吸水和失水過程中作為一個整體發揮“半透膜\"的作用。

2.4.3.學習評價發展核心素養

傳統的實驗操作流程將學生的探究實驗局限于驗證教材給出的實驗現象，忽視了實驗過程中產生的生成性問題，難以實現深入探究，而探究活動的討論和反思環節是讓學生理解科學本質的學習方式。因此，本節課嘗試采用開放式探究實驗，提供多種實驗材料和試劑，由學生自行選擇感興趣的材料進行探究，并留出充足的時間進行實驗結果的共享和分析。同時，教師結合數碼光學顯微鏡和智慧課堂系統，在實驗過程中實時分享實驗現象，便于小組間的評價和討論。

在本節課的設計中，教師應預留充足的時間對實驗中的生成性問題進行分析，鼓勵學生通過組內討論、小組間共享找到合適的解決途徑，并得出相應的結論。例如，有的小組因為取材方便選取了洋蔥鱗片葉內表皮細胞進行觀察，并沒有觀察到理想的實驗現象，通過組內討論和教師引導找到了對外界溶液進行染色的解決辦法，觀察無色區域的變化；還有的小組觀察到了不能夠質壁分離復原的細胞，并做出了合理解釋。對這些實驗現象的分析能夠幫助學生理解活細胞的生物膜才具有選擇透過性這一概念，進一步加深學生對于質壁分離和復原現象的理解，促進其靈活運用知識解決新問題。

此外，學生在使用氫氧化鈉溶液和硫酸銅溶液處理洋蔥鱗片葉外表皮細胞時觀察到了不同的現象：在硫酸銅溶液中，液泡逐漸呈現橙紅色，而在氫氧化鈉溶液中，液泡呈現藍綠色。學生通過討論分析認為：兩種溶液中的離子進入細胞導致細胞液發生顏色變化，而液泡內的花青素具有酸堿指示劑的作用。通過這一實驗現象，學生能夠直觀感受到除了水分子，離子也可以進出細胞，為接下來學習其他物質進出細胞的方式奠定基礎。

3教學反思

3.1學科主題探究的初步探索

本節課基于大單元教學理念，對單元知識進行整合，將探究實驗設置為開放式探究，旨在通過真實情境激發學生的學習興趣。教師應提供多樣的實驗材料和試劑，鼓勵學生在實驗中大膽創新，積極實踐，從中發現問題，并通過已有的知識和科學思維能力對問題進行討論分析，準確表述實驗現象和實驗結論，從而自主發現生命現象的原理和本質。筆者在本次教學中初步嘗試采用主題式探究活動進行教學設計，充分調動學生學習的主動性，讓學生親歷知識發現的歷程，學習科學探究的一般思路和方法，有助于其高階思維的形成。

3.2多元化評價設計

《課程標準》倡導評價要“立足過程，促進全面發展”，因此本節課的課程設計將過程性評價貫穿全程，在評價中討論并生成概念。在課后評價的設計中，教師設計了學以致用和實踐評價兩個方面的評價內容，旨在全面關注學生的知識掌握情況及其他的教育價值，如學生與他人合作的能力，對具體問題的解決能力等，讓學生在探究過程中掌握必備知識和關鍵能力，進而培養和發展核心素養。

參考文獻

[1崔允.學科核心素養呼喚大單元教學設計[J].上海教育科研，2019（4）：1.

[2朱琳.基于生物學學科核心素養的主題探究單元教學設計模型開發研究D].南京：南京師范大學，2021.