高中生物學“科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖”繪制與分析
——以“細胞生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實現(xiàn)增殖”為例

◇云南師范大學生命科學學院 李 源 吳 楠 蔡金紅

本文主要以大概念“細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實現(xiàn)增殖”為理論基礎(chǔ)，以生物學核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，以“科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖”為媒介，呈現(xiàn)學習目標，重、難點及各知識點的銜接等方面，以期為學者們繪制、運用及分析科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖提供一定的參考。

我國《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱課標）中使用大概念、重要概念及次位概念的形式呈現(xiàn)課程主要內(nèi)容。“細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實現(xiàn)增殖”是課標中十個大概念之一，在此大概念下有三個重要概念及其下共有十個次位概念，皆為生物學的基本知識和主要內(nèi)容。課標在闡述這些內(nèi)容后，指出為促進生物學學科核心素養(yǎng)的提升建議開展的教學活動。筆者根據(jù)大概念、重要概念、次位概念繪制了一幅圍繞大概念的核心素養(yǎng)導(dǎo)航圖。本文主要闡述這幅科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖的繪制和分析，以及分析此圖的作用影響。

1 繪制科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖

圖1 “細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實現(xiàn)增殖”科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖

繪制一幅完整的科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖需要包含概念、連接箭頭、標注塊、年級范圍這四個要素[1]。由此，筆者在繪制概念科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖時，將生物概念填于文本框內(nèi)，標注塊（維度）位于圖的底端，年級范圍在此階段概念或內(nèi)容的左上方，把相關(guān)知識點的流向用箭頭連接。起點是學生入學前或入學時的基礎(chǔ)，終點是學生學完高中課程后對該部分知識的掌握程度和達到的科學素養(yǎng)程度，從起點到終點，描繪了學生對大概念認知的過程，以上是筆者根據(jù)課標繪制的“細胞生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實現(xiàn)增殖”科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖。

2 分析科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖

從科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖的橫向來看，該主題的學習分為4個階段，分別是幼兒園至二年級、三年級至六年級、七年級至八年級、九年級至十二年級。教師可以通過該圖了解學生在各階段所學的知識，掌握學情的基礎(chǔ)上將有利于教師對該部分知識的教學。從縱向來看，該大概念下的內(nèi)容被劃分成2個維度，分別為：細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，細胞通過分裂實現(xiàn)增殖。在每個維度上都可以清晰地看出，學生對同一維度知識的逐層深入，不同維度之間的知識又交錯聯(lián)系，構(gòu)成了一幅完整的科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖。

“細胞生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實現(xiàn)增殖”此知識幼兒園至二年級階段未涉及較深，目的是讓學生在宏觀層面上認識動植物的生存需要營養(yǎng)、水和空氣，需要排出代謝廢物和依賴生存空間。同時，學生知道大部分的物體都是由小部件組合而成，通過顯微鏡可以看到身邊的動植物是由一個個小的細胞組成。

三年級至六年級則需要學習生命科學的相關(guān)內(nèi)容，在我國義務(wù)教育小學科學課程標準中也明確指出小學各階段的學生對生命科學內(nèi)容學習的要求，如對于“動物能適應(yīng)環(huán)境，通過獲取植物和其他動物的養(yǎng)分來維持生存”的學習時，一二年級的學生要求舉例說出動物可以通過眼、耳、鼻等與環(huán)境接觸；三四年級的學生要求舉例說出動物適應(yīng)季節(jié)變化的方式，說出這些變化對維持動物生存的作用；五六年級的學生要求舉例說出動物在氣候、食物、空氣和水源等環(huán)境變化時的行為[2]。

七年級至八年級學習“生物需要營養(yǎng)物質(zhì)、能量、水和空氣，其中植物、動物都可以通過呼吸作用排除代謝廢物；植物還可以通過光合作用產(chǎn)生營養(yǎng)物質(zhì)；生物具有繁衍的特性所有生物都是由細胞組成的，從只有一個細胞的生物到具有成千上萬個細胞的生物；顯微鏡使人們可以看到細胞的細節(jié)”等生物知識皆在為高中階段學習“細胞生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實現(xiàn)增殖”奠定基礎(chǔ)。

九年級至十二年級（因九年級不學習生物學課程，此階段要求即為高中階段要求）要求學習“物質(zhì)通過被動運輸、主動運輸、胞吞胞吐等方式進出細胞，以維持細胞的正常代謝活動。細胞的功能絕大多數(shù)基于化學反應(yīng)，這些反應(yīng)發(fā)生在細胞的特定區(qū)域。細胞會經(jīng)歷生長、增殖、分化、衰老和死亡等生命進程。”[3]等相關(guān)知識點。

3 科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖的作用

（1）培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。高中階段的核心素養(yǎng)包含四個維度，分別是：生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。構(gòu)建科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖，能較好地呈現(xiàn)概念之間的聯(lián)系和發(fā)展過程，既符合學生的認知發(fā)展規(guī)律，又能促進科學素養(yǎng)的連續(xù)一致發(fā)展[4]。此導(dǎo)航圖既是對學生應(yīng)當學習知識的呈現(xiàn)，也是對發(fā)展學生科學素養(yǎng)及能力的呈現(xiàn)，小學初中重點是對“生物的生存需要營養(yǎng)、水和空氣，需要排出代謝廢物和依賴生存空間”等知識的學習，在知道細胞生物由細胞組成后，才能進一步認識到高中階段學習的“動植物細胞的呼吸作用，植物的光合作用之間能量的轉(zhuǎn)換。且個體在生長發(fā)育過程中，細胞會經(jīng)歷生長、增殖、分化、衰老和死亡等生命進程。”知識由淺入深，學生的能力、綜合素質(zhì)也不斷提高，在學習知識的基礎(chǔ)上，運用光合作用、呼吸作用、酶等知識解決生活生產(chǎn)中的問題。

（2）確定學習目標，分析重難點。“細胞生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實現(xiàn)增殖”科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖是基于課標設(shè)計的，既包含了課標中的要求，也選取了課本中的重點、難點內(nèi)容，既方便學生理清重難點，也可以幫助教師整理梳理重難點。學生利用此圖可以明確學習的目標，知道重點、難點的內(nèi)容，客服重點突破難點，也有利于學生及時檢測階段性學習結(jié)。針對此內(nèi)容的重難點是從認識生物到細胞生物的組成，從生物生存需要的營養(yǎng)和能量轉(zhuǎn)換到此營養(yǎng)的來源、能量的來源原理，從細胞的增殖分化到衰老和死亡的生命進程等。這幅圖將零碎的重難點知識集中展示，將知識系統(tǒng)性的聯(lián)系起來，幫助學生更好地掌握此知識點。教師也利用此圖歸納重難點，制定可行的教學計劃，利于教育教學的開展。

（3）銜接各知識點，使知識成串。科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖繪制出各階段的內(nèi)容之間的聯(lián)系和進程，并給出此知識點可以銜接的內(nèi)容，如“細胞不斷分裂、生長更多的細胞，供機體成長與代謝”可以銜接到必修2中“遺傳信息的調(diào)控”的相關(guān)知識；“生物通過細胞呼吸將儲存在有機分子中的能量轉(zhuǎn)化為生命活動可以利用的能量”可以和“生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)流、能量流”相互聯(lián)系，他們的相互關(guān)系被清晰展示出來，在一定程度上能夠幫助學生理清前后知識的聯(lián)系，把學習的知識成串理解，以達到更好的學習效果。

（4）總結(jié)各知識點，便于復(fù)習。高中階段涉“細胞生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實現(xiàn)增殖”內(nèi)容涉及生物學必修1中的3個章節(jié)共9節(jié)的內(nèi)容，知識相對零碎，學生通過翻閱書籍復(fù)習，將會花費大量時間。因此，為了提高學生的學習效率，學生可借助科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖來復(fù)習該部分知識，學生可以根據(jù)這幅圖的內(nèi)容層次，依次去復(fù)習重難點，根據(jù)此圖的引導(dǎo)去回憶相關(guān)知識點，將能夠更方便、有效地理解記憶知識，能夠節(jié)省時間，提高學習效率。學生也可以根據(jù)此圖更清晰地了解自己學習到的知識點，不易理解的知識點，針對性地彌補不足，對知識進行有效的復(fù)習。

4 結(jié)束語

通過對《科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖》這本書中各進展圖的閱讀以及查閱相關(guān)文獻，筆者根據(jù)課標初步繪制并分析了“細胞生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實現(xiàn)增殖”科學素養(yǎng)導(dǎo)航圖。若將該圖用于高中階段生物的教學，將能有效地幫助該階段學生學習該知識，學生可以通過該圖來復(fù)習相關(guān)知識點，根據(jù)圖上的知識要求，進而查漏補缺，銜接各本教材之間的內(nèi)容，把知識串在一起，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)的同時，也可以達到更好的學習效果。高中教師也可以利用該圖了解學生在學習這部分知識的基礎(chǔ)，小學科學課程中、初中課程中學習的內(nèi)容，教師通過對該圖的閱讀，對所有知識有系統(tǒng)的了解，便于教師確定學生的學習目標、教學重難點，制定可行的教學計劃。