基于生物學(xué)科核心素養(yǎng)的單元整體教學(xué)活動

王蕓

【摘要】單元整體教學(xué)注重學(xué)科整體組織化、結(jié)構(gòu)化重構(gòu)，為學(xué)生營造整體式的教學(xué)情境，幫助學(xué)生形成生物學(xué)大概念，將科學(xué)思維、科學(xué)探究等有機整合，促進學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。

【關(guān)鍵詞】生物學(xué)科核心素養(yǎng);單元整體教學(xué);單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計

單元整體教學(xué)是介于課程規(guī)劃與課時教學(xué)設(shè)計之間的中觀層面的教學(xué)設(shè)計，注重單元內(nèi)知識的整體性、結(jié)構(gòu)性、進階性和生成性，實施統(tǒng)一的教學(xué)目標、教學(xué)過程和教學(xué)評價，以優(yōu)化教學(xué)效果、提高學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為目標的整體性教學(xué)方式。

一、單元整體教學(xué)的實施途徑

1.厘清單元概念，規(guī)劃學(xué)習(xí)目標。構(gòu)建一個結(jié)構(gòu)化的教學(xué)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(jié)構(gòu)關(guān)系;其次，對學(xué)生的認知水平進行摸排，確定單元教學(xué)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(xué)生思維邏輯的單元學(xué)習(xí)目標。

2.融合真實情境，開發(fā)單元任務(wù)。教師可根據(jù)單元內(nèi)容及單元目標設(shè)計有真實情境的任務(wù)群，將該單元重要概念和所側(cè)重發(fā)展的核心素養(yǎng)嵌入到任務(wù)群中。而任務(wù)群以“核心任務(wù)—子任務(wù)—小任務(wù)”的模式展開，核心任務(wù)基于單元情境提出，能串聯(lián)單元大部分的課時，子任務(wù)是結(jié)合次位概念對核心任務(wù)的分解，是每個課時教學(xué)的關(guān)鍵內(nèi)容，而小任務(wù)是課堂教學(xué)中學(xué)生活動的具體內(nèi)容。通過一個個小任務(wù)的解決，學(xué)生能順利習(xí)得次位概念，最后再借助概念圖的任務(wù)，由學(xué)生自主構(gòu)建單元概念體系，自然地形成生物學(xué)重要概念。

3.重視活動過程，實施單元評價。單元學(xué)習(xí)的評價是單元教學(xué)實施是否有效的判斷依據(jù)。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(lián)系。通過靈活多變的評價手段，充分發(fā)揮評價的導(dǎo)向和激勵作用，實現(xiàn)“教—學(xué)—評”一體化，落實核心素養(yǎng)。

二、教學(xué)實例—單元整體教學(xué)活動設(shè)計

1.新課教學(xué)一—“基因的本質(zhì)”。高中生物學(xué)必修2“基因的本質(zhì)”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(lǐng)下，教師可以對相關(guān)內(nèi)容進行總體的設(shè)計。

步驟一：通過大概念引領(lǐng)，確定單元目標。

具體內(nèi)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(xué)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(xué)內(nèi)容。

第1課時：DNA是主要的遺傳物質(zhì)。

第2課時：DNA的結(jié)構(gòu)。

第3課時：基因通常是有遺傳效應(yīng)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(fù)制。

步驟三：設(shè)計教學(xué)過程。

任務(wù)1：在格里菲斯的實驗基礎(chǔ)上設(shè)計實驗，證明肺炎鏈球菌的遺傳物質(zhì)是DNA，不是蛋白質(zhì)。

任務(wù)2：采用同位素標記法及離心技術(shù)，應(yīng)用假說演繹法，證明DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。

任務(wù)3：設(shè)計實驗證明RNA是煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)。

任務(wù)4：利用老師提供的材料，小組合作制作DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

任務(wù)5：根據(jù)教材資料，分析基因與DNA的關(guān)系，說明遺傳信息是什么。

任務(wù)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(fù)制方式。

任務(wù)7：利用DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，模擬DNA復(fù)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(shè)計中，將原教材中的第3節(jié)內(nèi)容“DNA的復(fù)制”調(diào)整到第4節(jié)“基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段”之后，這樣可以更好地讓學(xué)生聚焦于“遺傳信息是什么，并如何代代相傳”的大概念。教學(xué)中通過一系列任務(wù)，能讓學(xué)生深刻理解相關(guān)概念，從而達到單元教學(xué)的目的。

2.新課教學(xué)二—“細胞各部分結(jié)構(gòu)既分工又合作（如圖1）”。本單元的教學(xué)目標為：（1）基于事實和科學(xué)史實驗分析，提出假說、論證觀點，構(gòu)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(jié)構(gòu)與功能相一致。（2）通過實驗觀察和科學(xué)史實驗分析，體會細胞內(nèi)具有多個相對獨立的結(jié)構(gòu)，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(tǒng)。（3）以系統(tǒng)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(tǒng)觀。

本單元以胰島細胞分泌胰島素為情境，貫穿單元教學(xué)過程。提出單元問題：“胰島細胞中相對獨立的各部分結(jié)構(gòu)是如何相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)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(tǒng)攝下，整體設(shè)計課時任務(wù)。

第1課時：觀察黑藻（細胞質(zhì)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(zhì)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(zhì)？④總結(jié)液泡的功能是什么？

教學(xué)評價：畫出黑藻細胞、水綿細胞的結(jié)構(gòu)模式圖。

第2課時：基于事實和經(jīng)典實驗分析細胞膜的功能和結(jié)構(gòu)。

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(xué)評價：總結(jié)胰島細胞吸收和排出的物質(zhì)，構(gòu)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(zhì)，胰島細胞分泌胰島素需要哪些細胞器的參與？

教學(xué)評價：完成細胞器模型和功能的連線，構(gòu)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(gòu)建細胞核的結(jié)構(gòu)。

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(xué)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(fù)習(xí)課—“體液調(diào)節(jié)”。在一輪復(fù)習(xí)課中，教師對生物學(xué)選擇性必修1“穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”模塊中第三章“體液調(diào)節(jié)”進行了單元整體教學(xué)活動設(shè)計。整個教學(xué)過程通過真實情境（馬拉松比賽），引導(dǎo)學(xué)生分析生活現(xiàn)象、解決現(xiàn)實問題，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力;通過問題引領(lǐng)，引導(dǎo)學(xué)生建立體溫調(diào)節(jié)、血糖調(diào)節(jié)、水和無機鹽平衡的調(diào)節(jié)等模型，促進科學(xué)思維的發(fā)展。

教學(xué)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(diào)節(jié)的？

復(fù)習(xí)內(nèi)容：

1.血糖的來源和去路;

2.血糖濃度降低時的調(diào)節(jié)過程。

教學(xué)情境2：馬拉松賽事中會設(shè)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(diào)節(jié)的？

復(fù)習(xí)內(nèi)容：

1.胰島素的發(fā)現(xiàn);

2.血糖濃度升高時的調(diào)節(jié)過程;

3.通過血糖調(diào)節(jié)總結(jié)激素調(diào)節(jié)的特點。

教學(xué)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(fù)習(xí)內(nèi)容：糖尿病相關(guān)知識。

教學(xué)情境4：馬拉松比賽使用一定的呼吸技巧，體液中的化學(xué)物質(zhì)也會調(diào)節(jié)呼吸運動。

復(fù)習(xí)內(nèi)容：CO2對呼吸運動的調(diào)節(jié)。

教學(xué)情境5：馬拉松比賽途中都有噴淋裝置，將熱量帶走，協(xié)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(fù)習(xí)內(nèi)容：

1.生理性調(diào)節(jié)和行為性調(diào)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(diào)節(jié)過程;

3.寒冷環(huán)境中體溫調(diào)節(jié)過程。

教學(xué)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(yīng)如何通過行為性調(diào)節(jié)維持滲透壓相對恒定？

復(fù)習(xí)內(nèi)容：

1.劇烈運動排出大量水分和無機鹽后，滲透壓調(diào)節(jié)的過程;

2.總結(jié)體液調(diào)節(jié)和神經(jīng)調(diào)節(jié)的關(guān)系。

通過情境貫穿式單元復(fù)習(xí)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生理解每個活動都需要多種激素、多個系統(tǒng)、多個調(diào)節(jié)過程的協(xié)調(diào)合作，體溫調(diào)節(jié)、血糖調(diào)節(jié)、水和無機鹽平衡的調(diào)節(jié)之間是有聯(lián)系的，并不是孤立發(fā)揮作用的，從而建構(gòu)“生命個體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一共同完成復(fù)雜的生命活動，并通過一定的調(diào)節(jié)機制保持穩(wěn)態(tài)”這一大概念。

4.二輪復(fù)習(xí)課—“走進新冠病毒”。在二輪復(fù)習(xí)過程中，教師選擇學(xué)生正在經(jīng)歷的新冠肺炎作為素材情境，為本單元創(chuàng)設(shè)具體的問題情境。新冠病毒的結(jié)構(gòu)和功能是怎樣的？它是如何侵染人的？人是如何通過免疫調(diào)節(jié)來抵御新冠病毒的？我們應(yīng)如何去預(yù)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(jié)構(gòu)和功能、免疫學(xué)原理、基因工程等知識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。該大單元整體教學(xué)活動的具體設(shè)計如下。

專題一：認識新冠病毒。

學(xué)習(xí)目標：

1.通過比較不同病毒的結(jié)構(gòu)，認識新冠病毒的結(jié)構(gòu)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(zhì)、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(jié)構(gòu);

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(xué)習(xí)活動：

1.比較不同病毒的結(jié)構(gòu)，歸納病毒的基本物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)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(fù)制和表達的過程;

4.結(jié)合病毒的增殖過程，分析各細胞結(jié)構(gòu)的分工合作。

專題二：免疫應(yīng)答與穩(wěn)態(tài)維持。

學(xué)習(xí)目標：

1.基于對免疫系統(tǒng)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(tǒng)相互協(xié)調(diào)配合維持穩(wěn)態(tài)的過程的認知，從系統(tǒng)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(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)在維持穩(wěn)態(tài)中的相互作用。

學(xué)習(xí)活動：

1.構(gòu)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(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)在維持穩(wěn)態(tài)中的相互作用。

專題三：人工預(yù)防。

學(xué)習(xí)目標：

1.通過過觀察、分析、比較等方式處理信息，并得出結(jié)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(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)探究實驗的設(shè)計;

4.通過全球疫苗產(chǎn)能及獲批情況，認識到我國在疫苗生產(chǎn)中的優(yōu)勢，培養(yǎng)學(xué)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(xué)習(xí)活動：

1.依據(jù)圖表分析實驗結(jié)果，得出實驗結(jié)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(shù)流程;

4.設(shè)計實驗證明病毒是否已經(jīng)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(xué)從學(xué)生認知規(guī)律出發(fā)，幫助學(xué)生在活動認知中構(gòu)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(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

【參考文獻】

[1]鐘啟泉.從“知識本位”轉(zhuǎn)向“素養(yǎng)本位”—課程改革的挑戰(zhàn)性課題[J].基礎(chǔ)教育課程，2021（11）.