基于學科核心素養的高中生物學單元教學設計

秦偉強

摘 要 以“細胞的基本結構”單元為例，通過確定單元主題、解構單元教學概念、確立核心素養目標、創設單元真實情境問題、創建“任務——情境——問題——活動——評價”為主線的學習任務群，闡述基于學科核心素養的單元教學設計具體實踐路徑。

關鍵詞 單元教學設計 學科核心素養 生物學重要概念 多元評價 細胞的基本結構

中圖分類號 Ｇ633. 91 文獻標志碼 B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》 （以下簡稱為《課程標準》）中指出，生物學學科核心素養是學生在生物學課程學習過程中逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力，其培養應貫穿于教材編寫、課堂教學及考試評價中。單元教學倡導將教學內容置于單元整體論視域下去把控，更多地關注教學內容的本質、蘊涵的思想以及學生素養的培養，凸顯知識的整體性、系統性和結構性。因此，開展基于學科核心素養的高中生物學單元教學設計研究，對于落實立德樹人根本任務，促進核心素養在實際教學場域中落地生根具有重要意義。

1 單元教學設計流程

基于學科核心素養的單元教學設計的組織，首先要確定單元教學主題，并對單元教學主題下三級概念體系進行解構，確定單元教學重要概念；其次，根據重要概念分析確定核心素養目標，并將核心素養滲透在學習目標中；接著，根據單元核心素養目標創設真實情境的單元核心問題，并創建基于解決核心問題的學習任務群，通過學習任務群的完成，目的指向解決核心問題；最后，以單元核心素養目標為指向，解決核心問題為中心，設計“任務——情境——問題——活動——評價”的任務群，通過情境討論、分析論證、模型建構、實驗探究及繪制圖表等一系列活動開展基于核心素養的教學，并及時進行多元評價，進而培養學生的核心素養（圖1）。

2 單元教學設計實踐

以新人教版高中生物學教材《必修1·分子與細胞》模塊中“細胞的基本結構”教學為例，下文對基于生物學學科核心素養開展的單元教學實踐進行具體介紹。

2.1 確定單元教學主題

“細胞的基本結構”單元內容是《課程標準》中“必修1·分子與細胞”模塊中大概念1“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”下的重要概念1.2“細胞各部分結構既分工又合作，共同執行細胞的各項生命活動”中的內容。通過該部分內容的學習，學生能夠在結構與功能觀角度深刻理解細胞結構與功能的統一性。因此，可將“細胞的基本結構”作為一個單元來整體進行教學設計。

2.2 解構單元教學概念

“細胞的基本結構”聚焦重要概念“1.2 細胞各部分結構既分工又合作，共同執行細胞的各項生命活動”，其下包含4個次位概念。該重要概念與另外兩個重要概念1.1和1.3共同支撐該模塊大概念1（圖2）。通過本單元重要概念的學習，學生要在結構與功能觀角度深刻理解細胞結構與功能的統一性；并進一步運用系統思維理解細胞結構的基礎，嘗試從系統的視角認識自然和社會。同時，教師應通過滲透一定的思政元素培養學生愛國、報國、強國的信念，引導學生樹立強烈的民族自豪感，堅定文化自信，形成嚴謹求實的科學精神和健康的生命觀念。

2.3 確立單元核心素養目標

（1）開展觀察、感受雞蛋卵黃膜的實驗，并學習用臺盼藍染液鑒別動物細胞是否死亡實驗，闡明細胞膜作為系統邊界的功能，樹立生命觀念和科學精神。

（2）嘗試利用生活廢舊物品制作生物膜流動鑲嵌模型，理解生物膜結構和功能，形成科學思維、科學精神和生態文明的可持續發展觀。

（3）通過制作細胞器模型、繪圖、列表比較等方法，理解細胞器的形態和功能，形成結構與功能相適應的科學觀點，樹立嚴謹求實的科學精神。

（4）通過制作葉肉細胞臨時裝片，并觀察葉綠體形態及分布情況，掌握葉綠體形態結構和功能；觀察細胞質的流動現象，理解細胞質的流動是一種復雜的生命現象，樹立理解生命、尊重生命的觀念。

（5）通過討論胰島素的合成和運輸等活動，闡明細胞各部分結構通過分工與合作，形成統一的有機整體，從而完成細胞水平的復雜生命活動，形成生命的系統觀。

（6）通過教材四個“探究細胞核功能”實驗的學習，闡明細胞核的功能，繪圖或制作細胞核結構模型，認同細胞核是系統的控制中心和遺傳信息庫，樹立具有政治認同、家國情懷、文化自信、科學精神、生命觀念和全球視野的品格。

（7）嘗試利用生活中安全的廢舊材料制作真核細胞三維結構模型，形成對細胞整體結構與功能的認識，建立結構與功能觀、局部與整體觀的科學思維，樹立可持續發展觀和健康發展觀，形成公民責任意識。

2.4 開展基于“任務——情境——問題——活動——評價”的單元教學

單元核心問題：世界上臨床應用的胰島素是通過細胞來大量生產的，為什么細胞能夠高效生產胰島素呢？細胞中是不是有一條條“生產線”呢？細胞的各種基本結構是怎樣相互緊密配合，從而精確高效地合成胰島素的？

2.4.1 任務1：探究細胞膜的結構和功能

情境：教師播放陳紅軍烈士生前和其戰友戍守邊疆的照片，同時播放《祖國不會忘記》 《昆侖衛士》歌曲，讓學生學習英雄陳紅軍事跡。并提問：① 祖國有大量守衛國家領土完整及安全的戰士，那么人體細胞的“戰士”是什么？② 細胞膜作為系統的邊界，它在細胞的生命活動中起什么作用呢？③ 細胞膜的功能是由其成分和結構決定的，那么細胞膜有怎樣的成分和結構呢？

活動1：學生以小組為單位開展觀察、觸摸雞蛋卵黃膜實驗，并思考卵黃膜的作用；學習用臺盼藍染液鑒別死細胞和活細胞實驗，討論該染色原理；開展胰島素信息分子、精子和卵細胞膜、植物胞間連絲等傳遞信息方式的討論活動，得出細胞膜的功能。

活動2：教師引導學生學習細胞膜成分的探究史，知悉細胞膜的主要組成成分，并理解細胞膜功能的復雜程度與蛋白質的種類與數量有關，從而領悟科學理論的建立需要嚴謹的科學探索精神、科學思維和科學技術。

活動3：通過觀察“細胞膜結構的電鏡照片”、 “熒光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗示意圖”和“細胞膜的結構模型示意圖”，教師引導學生開展細胞膜結構的探究史的學習，并認可科學理論體系的形成是一個科學精神、科學思維和技術手段相互結合不斷修正完善的過程。

活動4：學生利用生活中廢舊材料制作生物膜流動鑲嵌模型，并討論生物膜的功能特點和結構特點，加深對生物膜結構和功能的理解。

評價：針對生活中的真實情境，學生提出問題并思考細胞膜的功能，通過分析資料獲取信息，掌握相關概念；能夠熟練運用科學思維方法對細胞膜成分和結構的探究史中相關內容進行探討和論證，并闡釋生物膜的功能特點和結構特點；能夠科學規范地制作細胞膜流動鑲嵌模型；能運用結構與功能相適應的觀點闡釋細胞膜的結構和功能之間的關系。達到學業質量標準中生命觀念、科學思維和科學探究的四級水平。

2.4.2 任務2：闡釋細胞器之間的分工合作

情境：學生觀看紀錄片《起飛，中國》：我國C919大型客機研制的報道。

問題：① 若缺少其中的某個部門，該飛機還能制造成功嗎？② 細胞中是否也含有很多不同的部門，并進行系統的合作分工嗎？③ 運用轉基因技術讓細胞來大量生產胰島素，那么細胞中是不是有一條條“生產線”呢？

活動1：學生通過制作細胞器模型、繪圖、列表比較等方法，理解常見細胞器的形態結構和功能，形成結構與功能相適應的觀點。

活動2：開展“用光學高倍顯微鏡觀察菠菜葉肉細胞葉綠體和細胞質的流動”實驗，指導學生完成菠菜葉肉細胞臨時裝片的制作，并學會使用顯微鏡觀察葉綠體的形態及分布，加深對植物細胞葉綠體形態結構和功能的深刻理解；并觀察細胞質的流動現象，理解細胞質的流動是一種復雜的生命現象。

活動3：小組以胰島素的合成和C919飛機的研制過程為例，討論分泌蛋白的合成和運輸相關問題，闡述細胞水平的各項生命活動需要細胞各部分結構相互協作，從而樹立生命觀念、科學精神和文化自信。

活動4：教師介紹人工合成的膜材料應用于疾病的治療，如透析性人工腎，從而灌輸科學技術的實用價值，培養學生的社會責任素養。

評價：通過制作模型、繪圖、列表等形式，說明細胞器的形態結構和功能特點；能正確徒手制作菠菜葉片臨時裝片，規范操作高倍顯微鏡；運用結構與功能觀，說明分泌蛋白形成過程中各部分結構與功能之間的相互聯系；以生命觀念和科學精神為核心，說明人工腎運用的生物學原理及其生物技術與社會之間的關系。達到學業質量標準中生命觀念、科學思維和社會責任的三級水平。

2.4.3 任務3：構建細胞核的結構和功能

情境：學生觀看世界上首例體細胞克隆猴“中中”和“華華”在我國誕生的新聞報道。

問題：①“中中”和“華華”性狀與提供細胞核的親本獼猴幾乎是一模一樣的，這說明了什么？② 根據“中中”和“華華”的實例，你認為生物體性狀的遺傳與細胞核有什么關系？③ 你認為細胞核具有什么功能？

活動1：教師引導學生通過觀察思考并討論克隆牛性狀與細胞核的關系，初步得出克隆牛性狀的表現與細胞核有關。學生以小組為單位用卡紙模擬“細胞核有什么功能”中四個實驗，并討論得出對應實驗結論。通過以上豐富的科學事實證據的展現，讓學生思考討論并得出：細胞核控制著細胞的代謝和遺傳這一重要概念，從而培養和發展學生的科學思維。

活動2：組織學生繪制細胞核結構模型，并闡述其結構。教師利用回形針和細線展示染色質和染色體的關系，并闡明染色體（或染色質）承載著遺傳信息，而其存在于細胞核中，因此細胞核作為遺傳信息庫。同時，小組討論細胞核控制合成胰島素過程，得出細胞核是胰島素合成的控制中心。

活動3：學生以小組為單位，利用生活中廢舊材料制作真核細胞三維結構模型。教師對制作過程進行指導，并對小組作品的科學性、規范性及藝術性等進行評價。從而使學生加深對細胞整體結構與功能的認識，建立結構與功能觀、局部與整體觀的科學思維。

評價：能基于事實和證據，采用討論分析、歸納概括及建模等方式正確闡釋細胞核控制著細胞的代謝和遺傳這一重要概念（四級水平）；能夠正確繪制細胞核結構，并闡述其結構特點，理解細胞核是系統的控制中心（三級水平）；通過觀察染色質和染色體關系的模型，能夠正確闡明染色體（或染色質）承載著遺傳信息，而其存在于細胞核中，因此細胞核作為遺傳信息庫（四級水平）；正確制作真核細胞三維結構模型，從而建立結構與功能觀、局部與整體觀（三級水平）。達到學業質量標準中生命觀念、科學思維和科學探究的三、四級水平。

3 反思與總結

本次教學以“任務——情境——問題——活動——評價”為設計主線，開展了單元設計與實踐，并將核心素養目標分解在學習任務和活動中，通過情境討論、分析論證、模型建構、實驗探究、繪制圖表等豐富的學習活動，給學生創設了各種學習情景，充分調動了學生的學習積極性，并及時進行了多元評價，從而有效培養了學生的生物學學科核心素養，同時合理滲透思政元素，將課程與思政進行有機融合，從而達到潤物無聲的育人作用。因此，本教學設計在培養學生學科核心素養、體現學科育人價值的同時，也進一步落實了普通高中生物學課程培根鑄魂、立德樹人的根本任務，凸顯了學科育人使命。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部. 普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂） ［S］. 北京：人民教育出版社，2020：4-5.

［2］ 周初霞，趙文浪，周麗婷. 高中生物學校本課程單元整體開發的實踐研究——以利用“新冠肺炎”為主題開發“傳染病與防控”課程為例［J］. 天津師范大學學報（基礎教育版），2020，21 （4）：82.