高中生物學單元教學設計實踐與研究

吳一非 陳 欣

（1.廈門雙十中學，福建 廈門 361009；2.福建教育學院，福建 福州 350025）

隨著基礎教育課程改革的深入推進，單元教學成為高中生物學教學實踐與研究的熱點。目前，學界普遍認為單元教學有利于知識的結構化，體現學科思想、觀念和方法，是落實學科核心素養的有效路徑。［1］單元教學備課時應根據學情整合教學資源，以單元為課程單位，使得教學活動時間具有靈活性，并增進學習內容的綜合性和整體性，促進學生主動參與高階思維活動，在鮮活的問題情境中獲得對知識的整體認知，既看到“樹木”也看到“森林”。［2］本文嘗試以“細胞生存需要營養物質和能量”單元教學設計為例，探討單元教學設計策略。

一、單元教學設計及其理論基礎概述

長期以來，高中生物學教師習慣于按節設計課時三維教學目標、撰寫并實施教學設計，一定程度上使得生物學知識“碎片化”，不利于學生發展生物學學科核心素養。單元教學是以某一知識章節或核心概念為主題，結合本學科或相關學科知識，合理實施教學策略，促進學生達到預期學習目標的相對完整的教學過程。［3］單元教學設計的基本要素包括指向學科核心素養的單元教學目標與單元學習評價，以及“提出問題—創設學習情境—開展探究活動”為主線的單元教學方案。［4］

情境學習理論認為學習發生在情境之中，知識的建構、理解及遷移應用是與知識生成的情境正相關的。［5］基于真實情境的學習有利于調動學習者的主動性，并且在“發現問題——思考問題——解決問題——發現新問題”的螺旋發展過程中進行深度學習。單元教學設計時，基于真實的問題情境設計與實施學習任務及學習活動，有助于提升學生學習的參與感和獲得感，發展生物學學科核心素養。

二、單元教學設計策略例析

單元教學設計時，首先要深入分析單元教學內容，確定指向核心素養的單元教學目標。其次創設真實的學習情境、提出學習任務、設計單元教學方案，促進學生深入地開展探究與實踐，在探究與實踐過程中進一步發現新問題、解決新問題。并根據單元教學目標設計單元學習評價方案，及時評價、反饋教學目標達成與否或達成程度。

1.單元教學內容聚焦生物學大概念

根據高中生物學課程的基本理念之一“內容聚焦大概念”，單元教學設計時應深入分析課程標準的內容要求，繪制單元教學內容概念體系示意圖，使得單元教學內容聚焦生物學大概念。

例如，根據《普通高中生物學課程準（2017 年版）》（下文簡稱“課程標準”）內容要求，分析“細胞生存需要營養物質和能量”單元教學內容中的大概念、重要概念、次位概念、一般概念及其相互關系，繪制單元教學概念體系示意圖（如圖1），以便劃分課時數與課時教學內容，提供豐富的、感性的事實性知識，設計恰當的學習情境，幫助學生建立、理解與應用生物學大概念“細胞的生存需要能量和營養物質”，逐步形成結構與功能觀、物質與能量觀。［6］

2.確立發展生物學學科核心素養的單元教學目標

單元教學的出發點與落腳點是發展學生的生物學核心素養，以此確立可操作、可評價的單元教學目標，有助于設計與實施單元教學方案及單元學習評價方案。

根據課程準的內容要求、學業要求及教學提示，結合學生的學情與教學資源，設計“細胞的生存需要能量和營養物質”單元學習目標是：

（1）運用結構與功能觀，闡明質膜具有選擇透過性；舉例說明某些物質順濃度梯度進出細胞，不需要提供能量；某些物質則是逆濃度梯度進出細胞，需要能量和載體蛋白；舉例說明大分子物質可以通過胞吞胞吐進出細胞。

圖1 “細胞的生存需要營養物質和能量”單元教學概念體系

（2）運用物質與能量觀，說明絕大多數酶是一類催化生化反應的蛋白質；酶活性受到環境因素（pH 和溫度）的影響；解釋ATP 是驅動細胞生命活動的直接能量來源。

（3）比較分析物質出入細胞方式、有氧呼吸和無氧呼吸方式，提升分析能力；構建生物膜結構與功能、細胞呼吸與ATP 的概念模型，提升歸納能力與建模能力。

（4）通過小組合作探究植物細胞的吸水和失水過程、探究酵母菌的呼吸方式，體驗科學探究的一般過程，學習科學探究的基本思路和方法，提高實踐能力與合作能力。

（5）分析發酵過程出現的問題，體驗釀酒方法及過程，結合細胞吸水失水、適度施肥、中耕松土等生產實踐案例，運用所學的生物學知識解決生產生活中的實際問題。探討適度飲酒、有氧運動的意義，養成健康的生活習慣。

單元學習目標聚焦高中生物學的大概念，充分考慮學生的學習需求，以便以此設計課時學習目標，創設探究性學習情境，幫助學生習得生物學知識的同時，逐步形成“細胞生命活動中物質和能量變化相統一”“細胞結構與功能相統一”的生命觀念，提高科學思維能力與科學探究能力。

3.以“提出問題—創設學習情境—開展探究活動”為主線制定單元教學方案

根據單元教學目標，制定單元教學方案，選擇適當的學習資源，基于真實的問題，創設單元學習情境及單元學習核心任務，以任務驅動學生開展合作探究活動，促進學生基于對生物學重要概念的正確認識，建構概念體系，發展生物學學科核心素養。

“細胞的生存需要能量和營養物質”單元學習的核心任務是“探究酵母菌生存需要營養物質”和“探究酵母菌生存需要能量”，指導學生開展果酒釀制實驗、探究植物細胞的吸水和失水實驗、探究酵母菌的呼吸方式實驗，以及閱讀教科書、查閱相關資料及小組討論交流等探究性學習活動，完成生物膜結構與功能、細胞呼吸與ATP 概念圖、探究植物細胞的吸水和失水實驗報告、探究酵母菌在有氧和無氧條件下的呼吸產物實驗報告、交流匯報等。

圍繞單元學習的核心任務，設計課時學習任務、課時學習內容、課時數及課下安排等單元教學方案（如表1）。基于學生有的果酒制作經驗及“酵母菌發酵需要營養物質例如葡萄糖”的認知，以“酵母菌所需的葡萄糖等營養物質如何進入細胞”開展“細胞的物質輸入與輸出”的學習。以“營養物質進入細胞后如何為細胞提供能量”開展“ATP—細胞的能量貨幣”的學習，以“細胞中ATP 的主要來源是什么”引入“細胞呼吸”的學習，引導學生在分子水平探究酵母菌的生命活動本質。再以“培養條件氧氣的改變對于細胞呼吸有何影響”開展“探究酵母菌的呼吸方式”的學習。此節課教學可以針對學生學習水平，布置差異化的探究性學習任務，如A 小組探究酵母菌在有氧和無氧條件下呼吸產物的差異，B 小組探究溫度對于酵母菌有氧呼吸的影響，C 小組驗證酵母菌在無氧條件下發酵產生酒精和二氧化碳。這樣就使得不同水平的學生皆有獲得感與成就感。

表1 “細胞的生存需要營養物質和能量”單元教學實施方案

實際教學中，可根據學情，進行必要的課時學習內容調整，但原則上應在單元內部調整，以確保本單元主體教學內容的完成度，又不影響其他單元內容的學習。

4.創設探究性學習情境，引導學生深度學習

根據單元教學目標及課時教學具體目標，利用現行人教版高中生物學教科書提供的教學資源，如“資料分析”“思考與討論”“與社會的聯系”創設基于真實問題的探究性學習情境。學習情境應是學生熟悉的、感興趣的，并應與學生的認知水平及生活經驗相符合。

“細胞生存需要營養物質和能量”單元教學設計時，由于學生已知酵母菌可以通過呼吸產生二氧化碳和水、通過發酵產生酒精，初步了解釀酒的原理，且大多數學生有制作果酒的學習經歷或生活經驗。此外，釀酒實驗所需材料、條件簡易，甚至可以利用廢棄的礦泉水瓶作為培養瓶。故可以利用“釀酒”創設探究性學習情境，并貫穿于整個單元學習整個過程。如以“探究酵母菌在不同條件下的呼吸產物”創設問題情境，導入本單元的學習。單元學習過程中，根據學校的教學條件設備、教學實際情況，圍繞“探究酵母菌細胞生存需要營養物質”及“探究酵母菌細胞生存需要能量”等學習任務，以初中生物學“果酒制作”為基礎，指導學生從“探究酵母菌發酵產生酒精”的實驗入手，開展“溫度對酵母菌發酵的影響”“酵母菌發酵產生酒精是否需要氧氣”“無機鹽離子對酵母菌發酵的影響”等探究實驗，并及時分析、解決實驗過程出現的新問題。單元學習后，還可以將“探究酵母菌在不同條件下的呼吸產物”作為作業或研究性學習的內容，進行探究性拓展實驗。

創設一系列扎根于日常生活和自然生命現象的鮮活學習情境，有利于激發學生主動地參與探究性實驗及學習活動，進行深度學習，幫助學生逐步建立、理解與應用生物學大概念“細胞生存需要能量和營養物質”，提高科學探究能力與合作能力。

5.設計發展生物學學科核心素養的單元學習評價方式

根據逆向教學設計原則，單元教學目標制定后，應根據單元教學目標設計單元學習評價方式，以便教師圍繞教學重難點安排學習任務、設計問題情境與學習活動，促進師生及時反饋、調整教與學，以利學生發展生物學學科核心素養。

“細胞的生存需要能量和營養物質”單元學習評價方式有檢核表、概念圖及單元小測等。“果酒制作”“探究細胞的吸水和失水”“探究酵母菌的呼吸方式”等實驗評價方式以實驗檢核表為主，主要評價學生的觀察能力、操作能力及分析能力等。“細胞的物質輸入和輸出”“ATP——細胞的能量貨幣”及“細胞呼吸”等概念教學的評價方式主要是繪制概念圖以及展示、互評及修正，以概念圖可視化表征學生是否正確理解所學的生物學概念，是否正確建立概念之間的相互關系，使得教師直觀、精準地了解學生思維方式及特點，實施針對性的精講和教學拓展。單元教學結束時，教師編制難度適宜的單元小測試題，幫助學生及時發現單元學習存在的問題，及時“補缺補漏”，鞏固單元學習成果，為下一單元學習奠定基礎。

綜上，單元教學設計并非簡單地將與考點相關的生物學知識整合為一個單元，應深入研讀課程標準，深刻領會高中生物學課程基本理念，聚焦生物學大概念分析、選擇單元教學內容，設計發展學生生物學學科核心素養的單元教學目標及單元學習評價方式，制定“提出問題—創設學習情境—開展探究活動”為主線的單元教學方案，引導學生在深度學習中習得生物學知識，提高分析問題、解決問題的能力，有效落實高中生物學課程核心任務。