系統觀視角下的初中生物大單元設計——以“種下一粒花生等待開花結果”單元教學設計為例

劉世華

（北京市十一學校龍樾實驗中學 北京 100192）

如何發展學生的學科核心素養是當前中學生物學教學的焦點。生物學學科核心素養是學生在真實情境中運用于解決實際問題的能力，是個體知識、能力、情感態度與價值觀的綜合體現。學科核心素養不是直接由學科教師教出來的，而是在問題情境中借助問題解決的實踐培育起來的。

打破教材框架，通過分析核心素養、解讀課程標準、建構主題、篩選資源、設計學習路徑，構建“大單元”，讓學生經歷知識的探尋、思維的運用，是達成生物學學科核心素養的重要途徑。單元教學設計有助于突破“只見樹木不見森林”的課時思維，轉變只注重零散知識點落實的傳統課堂教學理念，幫助從“長時段”整體籌劃學科教學，注重學科整體組織化、結構化知識的建構。

那么，如何建構單元教學設計呢？在教學實踐中，筆者嘗試在系統觀視角下，進行初中生物“植物的一生”的大單元教學設計。在初中生物“植物的一生”的教學中，嘗試用“種下一粒花生等待開花結果”進行單元重構，用系統的視角研究植物體的生命活動現象和生命活動規律。

1 系統觀視角下單元主題和學習目標的確定

花生是一種學生既熟悉又陌生的植物；雖然學生都吃過花生，但對花生地上開花、地下結果的習性，并沒有親眼見過。筆者選擇“種下一粒花生等待開花結果”作為單元主題，希望學生能夠親自種下花生，觀察花生一生中所發生的變化，將學習置于真實的情境和任務驅動中。

教師設置單元核心問題和單元核心任務。單元核心問題：植物如何適應環境？單元核心任務：種下一粒花生，等待開花結果。并以培養持續理解的能力為目標：①植物體有嚴整有序的結構，各結構層次上均存在結構與功能的適應；②植物體是一個統一的整體；③物質與能量的變化貫穿植物的一生；④植物養育著自身及生物圈中的其他生物，是生態系統的生產者；⑤植物一生的發展變化均受環境因素影響，不同環境中的植物有適應環境的策略。

本單元的教學內容為：親歷一粒花生種子從萌發、生長、開花、傳粉、受精、結果的過程；探索在該過程中，組成花生植物體的細胞、器官、及植物個體層面上分別發生的變化；討論一株花生如何適應環境，并探究環境因素對花生種子萌發、幼苗生長、開花結果等生長發育過程的影響。

單元重要概念框架是圍繞核心任務能夠達成的課程標準中重要概念的整理，包括內容及其相互的關系。從圖1所示的框架中，不難看出，“細胞是植物體結構和功能的基本單位”是本單元最重要的概念，實際上就是引領學生從“細胞，這個最基本的生命系統的視角，去認識植物的生命現象和生命活動規律”。

2 系統觀視角下單元學習活動的設計

本單元的教學設計從構建“花生的植物體是一個統一整體”切入，學生從比較熟悉的器官入手，研究組成花生植物體各器官的形態、結構和功能（圖2）。

圖2 學生構建生命觀念的示意圖

花生的植物體作為一個系統，有自己的發展演化過程。從個體發育過程來看，學生更熟悉的是種子的萌發，因此，單元教學設計就從認識種子的結構、探究影響花生種子萌發的因素開始。

經過解剖觀察不同種子，學生能構建種子形態的多樣性和結構的統一性，即雖然不同種子在大小、形狀和結構上存在差異，但是種子都包含種皮和胚。胚是由受精卵發育而成的，是新植物體的幼體，所以種子最重要的功能是發育成新個體。當學生把種子作為一個系統進行研究時，不僅會關注種子中不同組分的分工和協作，以及這樣的分工和協作最終的目的和意義，還會關注系統的發展變化趨勢。種子在長期演化發展的過程中，從有胚乳種子演化發展為無胚乳種子，最重要的變化是種子中存貯的營養物質與胚的關系越來越密切，更加有利于這些物質在種子萌發過程中快速轉移至胚芽、胚軸和胚根，從而為細胞的分裂、生長和分化提供充足的物質和能量。這就是種子萌發過程中，物質和能量變化的實質和意義。

教師引導學生注意：種子作為一個系統，所處環境中的一些因素會對其萌發產生影響。例如，溫度、水分和空氣，都是通過影響種子中營養物質的轉運和利用，從而對胚的細胞的分裂、生長和分化產生影響，因此是種子萌發的重要影響因素。由此，學生認同：系統功能與穩態的維持需要物質和能量的驅動。物質和能量的利用可以促進系統的發展和變化，即種子萌發的過程。

種子萌發過程中，胚根發育成根，胚芽發育成莖和葉，學生能夠觀察到的是生長發育的現象。教師提出問題：生長發育從細胞層面上看：細胞發生了怎樣的變化呢？學習活動就從宏觀現象觀察到微觀機理的研究，即從細胞層面研究生長和發育現象。從細胞視角認識生命現象，必然要借助于顯微鏡進行觀察，在這樣的設計中，使用顯微鏡觀察細胞是發現和解決問題的方法。借助于顯微鏡，學生可以觀察到幼根，尤其是根尖部位是由不同形態結構的細胞組成的，細胞形態結構上的特化使得細胞之間就出現了功能上的分工。形態結構相似、功能相同的細胞群，構成了組織。不同組織由于構成的細胞的形態結構和排列方式的差異，出現了功能上的差異，但是不同的組織彼此分工合作，完成了根最重要的功能，即吸收水分和無機鹽的功能。學生從而建構概念：根是由不同組織構成的結構和功能單元，是器官。分生區細胞分裂、生長和分化，是根的形態和功能的建成的細胞層面上的解釋。

另外，教師提示：根作為器官，也是一個系統。環境中一些因素對根的生長發育和功能的執行，均產生影響。在長期演化發展的過程中，不同植物由于生活環境的差異，形成了與其環境相適應的根系。根系形態結構的多樣性是生物與環境在長期演化發展過程中相互作用的結果。但是，不管根系特征如何，根尖結構卻高度一致。這樣的一致性使得根的生長具有頂端生長的特點，從而與根完成吸收水分和無機鹽的功能是相適應的。

這樣的學習活動是基于觀察的事實，構建重要概念和生命觀念的過程。學生由于親歷了知識產生的過程，所以也更加熟練地運用概念和生命觀念來解釋更多的現象。例如，為什么大多數種子萌發的時候，都是胚根最先突破種皮？這是因為種子中已經存貯有種子萌發所需的其他營養物質，胚根最先突破種皮，有利于吸收水分供種子發育所需。學生還可以進一步解釋：蓮子萌發時，在自然狀態下，蓮子所處的環境水分充足，水不是其發育的限制因素。相應的，胚芽快速露出水面，進行光合作用，可為個體發育提供充足的有機物等。因此，胚芽先突破種皮發育成莖和葉。

教師提出問題：根吸收的水分和無機鹽，是如何運送到植物體的其他部位？在觀察根尖的時候，你們在成熟區觀察到了導管的存在，莖中是否也有這樣的結構？問題驅動了探究的熱情，學生采用在之前獲得的解決問題的方法，借助于顯微鏡觀察莖和葉的結構。

教師引導學生總結：對于植物體是一個統一的整體，就是通過系統的研究方法構建的。植物體是由不同的器官組成的，根、莖、葉是植物體的營養器官，分別擔負水分與無機鹽的吸收、物質的運輸以及有機物合成的功能，又通過彼此協作，實現了植物個體的生長和發育。當植物體生長發育到一定階段，生殖器官——花逐漸形成，通過開花結果，產生種子，實現了種族的延續。

在“種下一粒花生，等待開花結果”的任務驅動下，學生用水培、在實驗室用花盆栽種、在地里種植等不同方式種植花生，研究環境因素對花生的生長發育和生殖過程中某一階段、某一生命過程和現象的影響。例如，探究影響種子萌發的因素的過程中，學生通過探究活動，知道溫度、水和空氣對種子的萌發有影響，種子萌發需要適宜的溫度、適量的水和充足的空氣。在這個過程中，學生親歷了一粒花生種子變成花生幼苗的過程，也親眼所見花生的子葉出土后變成綠色；觀察了花生開花后，伸長的果柄將花生子房推入土中的過程，從而根據花生發育的過程構建的概念體系。

教師提出問題：當種子萌發后，幼苗成長過程中，光、溫度、水、無機鹽等對植物的生長有怎樣的影響？花生開花后，哪些因素會影響開花率和結果率？這些問題的解決都可以通過設計探究活動一探究竟。另外，學生還看到了雜草與花生的競爭關系，花生病蟲害對其生長的影響，不自覺地就將花生植物體作為一個整體，放到其生態環境中，研究生態系統的組成及其運行。

3 系統觀視角下單元學習評估設計

持續性評價是為單元學習活動持續地提供清晰反饋，幫助學生改進學習的過程，包括建立標準并提供反饋。在每節課的學習中，有任務導航和自我評估等方式對學習效果進行評估和反饋。除此之外，單元評估將評估學生單元學習的結果，包括能反映學科本質及思想方法、能夠促進學生深度理解和靈活應用的知識、技能、策略和情感態度價值觀。

單元評估內容：圖文并茂地用細胞構建一株植物體（任選一種被子植物）。評價標準：①應包含六大器官；②標注構成根莖葉等器官的細胞或組織的形態、結構與功能，及其分布；③標注水和無機鹽在植物體內吸收、運輸、散失及利用的途徑；④標注有機物在植物體內合成、運輸、貯存、利用的途徑；⑤用簡要語言描述植物的一生；⑥用簡要語言描述植物生長發育過程；⑦用簡要語言嘗試闡明植物體是一個統一的整體；⑧標注光、水、溫度等非生物因素對該植物不同階段的影響。

4 教學反思

系統觀視角下的“種下一粒花生等待開花結果”的單元學習活動，為學生提供了一個親歷一粒花生從種子萌發、幼苗生長、開花與結果全過程的學習實踐。在這個過程中，學生觀察組成花生植物體的細胞、器官及植物個體層面上分別發生的變化。學習過程是真實的實踐和真正的研究，學習目標的達成是通過實踐中獲得事實和實驗結果的基礎上，自己構建的。在看護花生生長的過程中，學生認識了花生的生存環境中的環境因素對花生的影響，以及花生是如何適應環境的。這對于城市學生來說，是難能可貴的學習和生活經驗，他們在精心呵護花生成長的過程中，對“成長”有了深入的理解，在澆水、施肥、除草等過程中，不僅獲得了勞動的技能，更是對結構與功能觀、物質與能量觀、穩態與平衡觀等生命觀念有了深刻的理解。

系統觀的視角給學生提供了一個從整體來對生命現象和生命活動規律研究的方式和方法。在“種下一粒花生等待開花結果”的過程中，學生從細胞、組織、器官和個體等不同的生命系統，研究系統的組成要素和功能、系統要素之間的分工協作、環境因素對系統的影響、系統功能與穩態的維持及系統的發展變化。這種系統觀視角研究問題的方法，學生可以遷移應用到其他生物體的研究，如人體的研究。這些關鍵能力轉化為了學生的學科核心素養，促進了學科核心素養的落地。