嘗試優化高中神經生物學相關課程結構

張智順（上海市上海中學 上海 200231）

1 嘗試優化課程結構的理論依據

教育部頒布的《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱課程標準），標志著我國高中生物學教學進入一個躍升的發展階段。課程標準立足發展高中生的生物學核心素養，其中包括了生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。為了減輕學生的課業負擔，提高學生的學習效率，使學生獲得持久的學習效果，課程標準提出了適合高中生特點的學習任務和要求，使教學內容和要求與學生的認知能力相吻合。課程標準要求學生主動參與學習，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設、發現規律等過程中習得生物學知識，養成科學思維的習慣，形成積極的科學態度，發展終身學習及創新實踐能力。

課程標準依據核心素養的要素，設計了新的高中生物學課程的框架內容，具有良好的基礎性與選擇性。課程標準強調了“凸顯重要概念”的原則，強調了課程內容需要“少而精”，以此要求在實際的教育教學過程中選擇“有價值”的學習內容。自課程標準頒布以來，上海市上海中學生物學教研組的全體教師積極探討交流，學習課程標準的指導思想和基本原則。教研組全體教師討論后認為：新的課程標準已經頒布，即使本地區新的教材尚未啟用，教研組仍應本著“先行先試”“實踐出真知”的原則，嘗試調整目前的課程結構，嘗試探索新標準下的課程框架與課堂教學模式。

課程標準將高中生物學課程分為必修、選擇性必修和選修3 個部分。必修部分包含了“分子與細胞”“遺傳與進化”2 個模塊。選擇性必修包含“穩態與調節”“生物與環境”“生物技術與工程”3個模塊。選修部分則涉及“現實生活應用”“職業規劃前瞻”“學業發展基礎”3 個基本方向。其中，在選修2 課程的設計中，以幫助學生進一步發展生物學核心素養為目的，提出了包括細胞與分子生物學、生物信息學與人類基因組、神經系統與疾病、植物組織培養、干細胞與應用、生態安全、校園動、植物分類等課程。學校可根據自身的實際情況，例如師資力量、教學資源、地域特點等，開設相關的選修課程。

2 神經生物學相關課程結構的優化設計

2.1 設計理念 上海市上海中學創始于1865年的龍門書院，150 多年來，學校始終秉承“儲人才，備國家之用”的辦學宗旨。作為國家教育體制改革項目“探索拔尖創新人才培養基地”的試點學校，學校積極推進各學科的課程改革，并嘗試打破學科邊界開發校內的STEAM 課程體系。教研組在學習了新課程標準中對于高中生物學選修課程的建議后，積極展開梳理工作。作為現代最重要的前沿學科之一，生命科學立足于探索實踐，鼓勵在實踐的過程中積極創新。教研組認為，結合校內的創新實驗室，以實驗課程作為依托，可以嘗試探索新的生物學課程結構，幫助學生通過彼此關聯的必修課、選擇性必修課和選修課，完成對于某一個“大概念”的深入理解。

2.2 課程結構設計 教研組首先嘗試以“神經生物學”作為學科切入點，以核心概念“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”“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”等作為目標，嘗試重構神經生物學相關的課程結構體系，以期學生在完成次級概念的學習后，通過個人的實踐探究活動，進一步發展學業、開拓視野，獲得持久的學習成果。具體課程結構優化設計如表1所示。

表1 課程結構優化設計表

3 課程結構優化設計意圖

3.1 必修課 課程標準指出生物學課程的設計需要滿足學生多元需求，突出課程基礎性和選擇性。必修課程是現代生物學的核心內容，是后續學習發展所必需的基礎。教研組討論認為：神經系統的基本單位是神經元，因此，對于神經元細胞的介紹應做到“少而精”，要讓學生了解神經元也是人體眾多組織細胞中的一員，神經元與其他人體細胞有著相似的基本結構，同時神經元也有其特殊的形態，此形態結構與其功能是統一的。

3.2 選擇性必修課 課程標準指出：選擇性必修有助于學生進一步加深對生物學大概念的理解，拓展生命科學與技術視野，提高實踐和探究能力。因此，在教授完神經細胞的基本知識，輔助學生理解核心概念“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”后，教研組建議以神經細胞、神經系統為抓手，進一步引導學生掌握“神經系統能夠及時感知機體內、外環境的變化，并作出反應調控各器官、系統的活動，實現機體穩態”這一次級概念。鼓勵學生由次級概念中提煉出核心概念“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”。

3.3 選修課 課程標準指出，選修課程旨在滿足學生多樣化興趣和發展需要，以期為學生進一步學習和職業規劃奠定基礎。教研組結合學校教學資源，例如常規實驗室、創新實驗室、創新實驗中心，以及上海市科研院所、高校和相關企業較為集中的特點，設計了基于“學業發展基礎”的神經生物學選修課程。

4 選修課子模塊課程設計

課程標準選修模塊“神經系統與疾病”的開設建議中指出：本模塊內容側重于神經系統疾病的發生和預防。在實際課程設置和教學設計中，教研組力求緊扣神經系統是人體內起主導作用的系統，強調神經系統對各器官、系統活動的控制與調節，同時強調神經系統，對機體應對環境變化的刺激作出反應的分析綜合能力。教研組將“神經系統與疾病”拆分成了3 個子模塊，分別是“分子及發育”“神經系統疾病”“類腦智能”（表2）。

表2 “神經系統與疾病”子模塊課程

4.1 “分子及發育”子模塊“分子及發育”子模塊注重從分子和細胞層面，讓學生深入了解神經細胞的工作基礎、神經干細胞的分化過程、最新的可應用于神經細胞的分子工具等。課程框架設計中額外加入了3 次實驗課程，旨在讓學生親歷實際的科研過程，從個人經驗中提煉概念，使學生獲得持久的學習成果。

4.2 “神經系統疾病”子模塊 在“神經系統疾病”子模塊中，教研組借助相關醫療科室的力量，通過“概念結合臨床”的設計思路，安排了緊密結合臨床的課程。課程標準中指出，本選修模塊應讓學生深刻體會神經系統的疾病對人體的危害很大且不易治療。教研組期望本模塊課程除了達到此目的之外，還能引導學生思考“社會責任”，樹立正確世界觀、人生觀和價值觀，理性面對諸如“阿爾茲海默癥”“抑郁癥”等精神類疾病的病患。

4.3 “類腦智能”子模塊 21世紀是一個信息時代，人工智能、AI 技術等新技術、新詞匯、新概念已經出現在實際生活的各個方面。“類腦智能”子模塊的設計目的是為了向學生展示：現代信息技術的發展如何與生命科學有機結合。類腦智能旨在讓機器像人類一樣思考，因此神經細胞的功能、神經系統的連接方式對計算機算法產生了深遠的影響。神經生物學的突破也可以帶來計算機科學的革命。雖然“類腦智能”子模塊，并不在課程標準的學業發展基礎模塊中承擔重要的角色，但教研組認為此模塊可部分替代“職業規劃前瞻”模塊的功能，開拓學生的視野，在將來的大學專業選擇、職業選擇中，幫助學生更有“大局觀”地思考選擇。

5 總結

教研組認為，以上的課程結構優化方案，能體現生物學作為自然科學課程的價值。學生通過學習基礎知識、深化核心概念、親歷探究過程3 個階段，更深刻地體會科學的過程和方法、更了解科學知識的來源，從而激發學生對于身邊的科學現象和科學事物的好奇心和求知欲。學生在漸進式、探究性的學習過程中，通過類似于科學家科學活動的方式獲取科學知識，并在整個過程中學會科學的方法和技能、培養科學的思維方式，形成科學觀點、樹立科學精神。

學校及教研組在日后的教育實踐活動中還將不斷地實踐和調整，對于課程標準的學習不應局限在解讀層面。“絕知此事要躬行”，作為教育的主體之一，生物學教師要不斷實踐，勇于在真實的教學過程中累積經驗。目前，本文中的課程結構優化方案已經實施，后續會積極收集學生的反饋，對此課程結構再作修改和優化。